NO173815B - Anordning ved skrog for fartoey - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en anordning ved skrog for fartøy, hvor det på langsgående stivere i et avstivende skjelett er lagt en hudplate bygget opp som et komposittelement med ytterhud, kjerne og innerhud, hvilken hudplate er beregnet til å ta utvendig vanntrykk under utnyttelse av membraneffekten.

Som hudplate skal her forstås plateområdet mellom to hosliggende langsgående stivere, men også et større område, sammensatt av flere slike hudplater, som er sammenhengende.

I tradisjonelle skipsskrog er oppbyggingen av plate- og avstivningssystem utformet slik at platene primært bærer på bøyespenninger. Kreftene føres fra platene over i primær-stivere (vanligvis langskipsstivere) og videre over i sekundærstivere (vanligvis tverrskipsstivere) og ut i skipsside/langskipsskott for fordeling langs "skipsbjelken".

I mindre fartøy er hudplatene ofte gitt en dobbeltkrum form. Dette bidrar til at ytre trykkrefter tas opp primært som trykkspenninger (skallvirkning).

Et skipsskrog bygget etter tradisjonelt mønster kan optimali-seres med hensyn på vekt eller produksjonskostnad. En vektoptimal konstruksjon kjennetegnes ved relativt tynne hudplater og et tett rammeverk av primær- og sekundæravstiv-ning. Dette fører til en komplisert konstruksjon med høye produksjonskostnader. Denne kompliserte oppbyggingen introduserer flere problemer. I såvel stål- og aluminiumskrog som i glassfiberskrog introduseres en rekke kompliserte forbindelser mellom ulike avstivningskomponenter. Det kan her lett oppstå sprekkdannelser på grunn av utmatting eller delaminering.

Alle skrogkomponenter dimensjoneres vanligvis slik at spenningsnivået ligger under en tillatt elastisk spenning. Ved overbelastning av platefeltene vil det oppstå lokal deformasjon ved innfesting i stiverne og krefter i platene vil gradvis gå over fra bøyespenning til strekkspenning

(membranspenninger). Dette gir varige deformasjoner (bulker) i metallskrog og lokal oppsprekking i glassfiberskrog.

Det har vært foreslått konstruksjoner for skipsskrog i den hensikt å muliggjøre reduksjon i vekt og kostnader. For metallskrog foreslås det således i US-patentskrift nr. 4.638.754 å benytte membraneffekten, derved at hudplatene gis konkav krumming sett utenfra. Tilsvarende har det vært foreslått å benytte membraneffekten for hudplater bygget opp som komposittelementer eller såkalte sandwich-elementer, med ytterhud, kjerne og innerhud som er laminert sammen. Det skal i denne forbindelse eksempelvis vises til den internasjonale patentsøknad PCT/N090/00188 hvor det foreslås hudplater som er konkave sett utenfra. Hudplatene er bygget opp som laminerte elementer og med den foreslåtte konkave form oppnås såkalte membranfelt, dvs. konkave platefelt som bærer ytre trykk med strekkspenningen. En ulempe ved denne kjente konstruksjon er at det stilles krav til den ytre skrog-geometri. I tillegg vil det med konstruksjonsmåte som beskrevet i PCT/N090/00188 stilles visse krav til skjær-styrken i kjernematerialet.

Til tross for ulempene representerer den sistnevnte idé et teknisk fremskritt og hensikten med oppfinnelsen er med utgangspunkt i denne kjente teknikk å foreslå tiltak som opphever eller i sterk grad reduserer ulempene. En særlig hensikt med oppfinnelsen er å utforme hudplaten slik at den tilsiktede membraneffekt kan opprettholdes selvom ytterhuden gir en glatt skrogform og selv ved overbelastninger som fører til skjærbrudd/lokal buling i den kjente utførelse. Nærmere bestemt oppnås dette ved at hudplaten bygges opp slik at det membraneffekt-givende element beskyttes best mulig mot ytre påkjenninger, samtidig som kjernematerialet inkorporeres i hudplaten på en slik måte at faren for skjærbrudd i kjernematerialet reduseres sterkt.

Ifølge oppfinnelsen foreslås det derfor en anordning ved skrog for fartøy, hvor det på langsgående stivere i et avstivende skjelett er lagt en hudplate hygget opp som et komposittelement med ytterhud, kjerne og innerhud, hvilken hudplate er beregnet til å ta utvendig vanntrykk under utnyttelse av membraneffekten, hvilken anordning ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at bare innerhuden er utført som et membranelement relativt det utvendige vanntrykk, mens kjernen og ytterhuden er utført som henholdsvis et trykkopp-tagende element og et primært lateralpåkjent element som er direkte understøttet av kjernen.

Med oppfinnelsen oppnår man at ytre last (fordelt trykk) vil bæres av strekkspenninger i innerhuden, som virker som et membranelement.

Kjernematerialet vil overføre ytre trykk som rene trykkspenninger .

Kjernematerialet kan tilpasses til aktuelle lokale be-lastninger. For områder utsatt for f.eks. sjokklaster som slamming/eksplosjonslaster kan et dempende/fjærende kjernemateriale brukes for å unngå høye spissbelastninger i de bærende konstruksjonsdelene.

Den ytre hud eller det ytre laminat kan bygges opp for primært å tåle lokale støtpåkjenninger.

Med den nye anordning ifølge oppfinnelsen vil man unngå problemer med buling og delaminering ved trykkspenninger i laminatplanet. Materialet i den indre hud kan utnyttes opp mot maksimal strekkspenning, som er mye høyere enn tillatte trykkspenninger. Dette gir redusert vekt. Bæring av krefter mot membranfelt setter små krav til toleranser ved oppbygging av det indre laminat eller den indre hud.

I og med at kjernematerialet overfører ytre trykk som rene trykkspenninger, stilles ingen særlige krav til stor skjærstyrke i kjernematerialet. Man har derfor nærmest eliminert faren for skjærbrudd i kjernematerialet. Egenvekten av kjernematerialet kan dermed reduseres.

Da ytterhuden kan bygges opp for primært å tåle lokale støt-påkjenninger, eliminerer man så godt som faren for delaminering på grunn av overbelastning (skjærbrudd/lokal bul ing). Lokale skader fra flytende objekter eller lignende vil ikke påvirke styrken i skroget. Slike lokale skader kan enkelt repareres uten krav til styrke i reparert ytterlag/kjernemateriale.

Man vil forstå at innerhuden, som bærer ytre laster, vil være godt beskyttet mot skade, fordi dette bærende membranelement ligger inne i skroget, beskyttet av ytterhud og kjerne.

En interessant konstruksjon oppnås dersom ifølge oppfinnelsen den som membranelement utførte innerhud og den primært bøyespenningspåkjente ytterhud ligger med direkte innbyrdes fastkontakt i anleggsområdet mot de langsgående stivere i skjelettet.

Den spesielle fordel ved en slik konstruktiv utførelse er at man får et samvirke mellom membranelementet og den/de hosliggende ytterhuder (på andre siden av den respektive langsgående stiver), slik at strekkspenninger i innerhuden fordelaktig overføres i hosliggende ytterhud.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere under henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et halvsnitt gjennom et fartøy utført

ifølge oppfinnelsen, og

fig. 2 viser et tverrsnitt av et modifisert hudparti ifølge oppfinnelsen.

I fig. 1 er oppfinnelsen vist utnyttet på et enkelt skrog, i dette tilfelle et mindre, hurtiggående fartøy, f.eks. en patruljebåt. Figuren viser et halvsnitt fra skrogets midtparti. Skrogkonstruksjonen innbefatter langsgående spant eller langsgående stivere 1-5. Konstruksjonen innbefatter også tverrstivere eller tverrspant innenfor de langsgående stivere, dekksbjelker, og eventuelt også bunnstokker etc, men disse i og for seg kjente rammeelementer i et fartøyskrog er ikke vist.

Fartøyets hudplate er bygget opp i en sandwich-konstruksjon, med ytterhud 6, kjerne 7 og innerhud 8. Mellom de langsgående stivere er innerhuden utført som membranfelt, dvs. sett fra yttersiden konkave platefelt, se eksempelvis platefeltet 9 mellom langskipsspantene 4 og 5. Som vist i fig. 1 er det utformet slike konkave platefelt mellom de enkelte par hosliggende langskipsspant. Et unntak er mellom langskipsspantene 2 og 3, i kimmingsområdet, hvor man i den viste konstruksjon har en konvensjonell krumming av sandwich-materialet.

Ytterhuden 6 har en konvensjonell plateform, dvs. at den følger et vanlig spanteriss for en glatt skrogform.

Også i fig. 2 har sandwich-hudplaten en slik oppbygging at det mellom langsgående stivere 10,11,12 dannes konkave platefelt av innerhuden 13. Disse konkave platefelt strekker seg på samme måte som i utførelsen i fig. 1 kontinuerlig fra baug til hekk. I utførelsen i fig. 2 er som i fig. 1 ytterhuden 14 gitt konvensjonell krumning, dvs. følger et jevnt og glatt spanteriss-forløp.

I fig. 1 er det kjernemateriale 7 tilstede mellom innerhud og ytterhud hele veien, også i områdene ved de langsgående stivere, men i fig. 2 er kjernematerialet 15 utelatt utfor de respektive langsgående stivere 10,11,12, og der ligger derfor den som membran virkende innerhud 13 og den primært bøynings-spenningspåkjente ytterhud 14 direkte an mot hverandre. I utførelsen i fig. 2 vil derfor strekkspenninger i innerhuden på fordelaktig måte overføres til den eller de hosliggende ytterhuder, dvs. at strekkspenninger i innerhuden 13 vil på fordelaktig måte overføres til de hosliggende ytterhudfelt 14' og 14", fordi innerhud og ytterhud ved de respektive langsgående stivere 11,12 ligger direkte an mot hverandre med fast innbyrdes kontakt.

Man vil ved et studium av tegningsfigurene forstå at ytre last (fordelt trykk) bæres av strekkspenninger i indre membran. Problemer med bul ing og delaminering ved trykkspenninger unngås. Materialet kan dermed utnyttes opp mot maksimal strekkspenning, som er mye høyere enn , tillatte trykkspenninger. Dette gir redusert vekt. Bæring av krefter mot membranfelt setter små krav til toleranser ved oppbyggingen av indre laminat eller indre hud.

Kjernematerialet vil overføre ytre trykk som rene trykkspenninger. Dette gir derfor bare små eller ingen krav til stor skjærstyrke i kjernematerialet og man unngår faren for skjærbrudd i kjernematerialet. Egenvekten av kjernematerialet kan dermed reduseres.

Den ytre hud eller det ytre laminat kan bygges opp for primært å tåle lokale støtpåkjenninger. Risikoen for delaminering på grunn av overbelastning (skjærbrudd/lokal bul ing) elimineres. Lokale skader fra flytende objekter eller lignende vil ikke påvirke styrken i skroget. Slike lokale skader kan enkelt repareres uten krav til styrke i reparert ytterlag/kjernemateriale. Innerhuden eller det indre laminat som bærer ytre laster, er godt beskyttet mot skade.

Utnyttelse av membraneffekten medfører at tverrspanter (ikke vist) ikke trenger ligge an mot huden. Dette gir muligheter for rette spant og bruk av standardiserte skrogelementer. Som materialer i en skrogoppbygging kan det i innerhud brukes komposittmaterialer basert på glassfiber, karbonfiber, Kevlar® og lignende. Ytterhuden kan gjerne bygges i et robust materiale som f.eks. glassfiberarmert polyester med egnet fiberorientering, eller i Kevlar eller lignende.

Som en alternativ hybrid løsning kan en også tenke seg at innerskrog (hud) med avstivning bygges i metall (aluminium). Kjernematerialet limes på (eventuelt sprøytes på) og ytterhuden legges på som et vanlig laminat i et egnet komposittmateriale. Konstruksjonen vil nå fremstå som et plastskrog fra utsiden og som et aluminiumsskrog fra innsiden. Dette kan i visse tilfeller ha fordeler produk-sjonsmessig og styrkemessig (beskyttelse av tynne aluminiums-membraner).

Oppfinnelsen kan, som fagmannen vil innse, realiseres i kombinasjon med kjent teknikk, eksempelvis de konvensjonelle laminatmetoder. Som nevnt kan en hudplate oppfattes som plateområdet mellom to langsgående avstivere, og også som et større plateområde over flere langsgående stivere.

Claims (4)

1. Anordning ved skrog for fartøy, hvor det på langsgående stivere (1-5;10-12) i et avstivende skjelett er lagt en hudplate (6-8;13-15) bygget opp som et komposittelement med ytterhud (6;14), kjerne (7;15) og innerhud (8;13), hvilken hudplate er beregnet til å ta utvendig vanntrykk under utnyttelse av membraneffekten, karakterisert ved at bare innerhuden (8; 13) er utført som et membranelement relativt det utvendige vanntrykk, mens kjernen (7;15) og ytterhuden (6;14) er utført som henholdsvis et trykkopp-tagende element og et primært lateralpåkjent element.

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den som membranelement utførte innerhud (13) og den primært lateralpåkjente ytterhud (14) har direkte innbyrdes fastkontakt i anleggsområdet mot de langsgående stivere (11,12) i skjelettet.

3. Anordning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at membranelementet er av metall, eksempelvis aluminium, og at ytterhuden er av et plast-materiale.

4. Anordning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at kjernematerialet er et dempende/- fjærende materiale.