SK16652000A3 - Kompozitný štruktúrny laminát - Google Patents

Description

Kompozitný štruktúrny laminát

Oblasť techniky

Tento vynález sa týka štruktúrnych prvkov majúcich sendvičovú štruktúru, a najmä prvkov, ktoré môžu byť použité v aplikáciách nesúcich zaťaženie, napríklad pre nahradenie vystužených oceľových tabuli.

Doterajší stav techniky

V aplikáciách, ako sú napríklad lodné trupy alebo mostíkové paluby, bolo známe zvýšenie neohybnosti oceľových tabuli uskutočnením pretiahnutých výstuží, ktoré zahrňujú ďalej oceľové nosníky zvarené kolmo k hlavnej tabuli. Výstuže môžu ísť v jednom smere alebo v dvoch pravouhlých smeroch, v závislosti na silách, ktoré majú niesť tabule. Použitie nosníkov komplikuje výrobný proces, pridáva značnú hmotnosť a sťažuje prevenciu korózie a údržbu dokončenej konštrukcie.

„Vyhodnotenie pevnosti nového systému jednosmerných nosníkov pre prenášanie olejových produktov pomocou analýzy spoľahlivosti“ SNAME Transactions V93 1985 str. 55-77 popisuje pokus o redukovanie nevýhod obstarania výstuží v lodných trupoch ich uskutočnením len v jednom smere. Toto pomáha do určitej miery výrobe a údržbe lodí, ale neodstraňuje ďalšie nevýhody obstarania výstuží.

Kovo-plastové lamináty so zlepšenými zvukovo alebo tepelno-izolačnými vlastnosťami sú známe pre použitie v plátovaní alebo pokrývaní striech budov, viď napríklad US 4 698 278. Také lamináty vo všeobecnosti obsahujú penové alebo vláknové materiály a nie sú zamerané alebo schopné niesť značné zaťaženia, t.j. výrazne väčšie než je ich vlastná hmotnosť, a malé zaťaženia pre lokalizované pôsobenie vetra a snehu.

US 4 851 271 zverejňuje použitie kovo-plastových laminátov na potiahnutie olejových paniev pre uskutočnenie zvukovo izolačných vlastností. V takých aplikáciách nádržiach laminát ako celok nebude niesť záťaž výrazne väčšiu než je vlastná hmotnosť a obsahy nádrže. Taktiež povlakové vrstvy výrazne neprispievajú ku štruktúrnej pevnosti laminátu.

• · ··· · · · · · ··· ·· ·· ···· ·· ·

US 5 219 629 zverejňuje použitie hliníkových sendvičov s rôznosťou vnútorných materiálov pri konštrukcii podvozkov prívesov nákladných automobilov. Avšak hliníkové vrstvy stú príliš tenké a vnútorné materiály nie sú dostatočne pevné, aby uniesli značné záťaže vo väčších konštrukciách.

Dizertácia „Experimentálny výskum správania zlepšených dvojtrupových skladaných tabuľových systémov“ Jozefa Lindera predložená v čiastočnom dokončení M. Eng. na Carletonskej univerzite, Ottawa, Kanada, zvažovala použitie oceľovo-polyuretánového penovo-oceľového sendviča pre lodnú konštrukciu, ale dospela k rozhodnutiu, že nemá dostatočnú pevnosť v ohybe a pevnosť spoja, ani dostatočnú absorpciu energie.

Podstata vynálezu

Tento vynález uskutočňuje štruktúrny laminátový prvok zahrňujúci:

- prvú kovovú vrstvu majúcu prvý vnútorný povrch a prvý vonkajší povrch;

- druhú kovovú vrstvu majúcu druhý vnútorný povrch a druhý vonkajší povrch, druhá kovová vrstva je oddelená medzerou od uvedenej prvej kovovej vrstvy; a

- prostrednú vrstvu obsahujúcu elastomér umiestnený medzi prvým a druhým vnútorným povrchom a priľnavý k uvedenej prvému a druhému vnútornému povrchu, uvedený elastomér majúci modul pružnosti, E, väčší než alebo rovnajúci sa asi 250 MPa a húževnatosť presahujúcu tú, ktorú majú kovové vrstvy.

Základná podmienka vynálezu je, že laminát sa správa pri záťaži skôr ako jediný prvok než ako tri jednotlivé zložky a mechanické vlastnosti prostrednej vrstvy a jej spoj s vonkajšou vrstvou musia byť zvolené pre jej pôsobenie. Prostredná vrstva musí mať teda dostatočný modul pružnosti a húževnatosť, aby bola schopná prenášať priečne sily, s ktorými sa stretne, alebo sú očakávané pri použití, medzi dve kovové vrstvy. Požadovaná je tiež dostatočná pevnosť spoja pre prenos šmykových síl.

V aplikáciách, kde je dôležitá schopnosť vydržať nárazy, napr. lodná konštrukcia, musí mať prostredná vrstva naviac dostatočnú medzu prieťažnosti, aby sa nezlomila pod projektovanými nárazovými zaťaženiami. Pri extrémnych zaťaženiach bude prvok absorbovať väčšiu energiu než porovnateľné kovové prvky z jedného plechu prostredníctvom rozptýlenia napätia, zvýšenej prierazovej odolnosti a pôsobeniu nepružnej membrány prvku ako celku.

« · • ·

Prednostne sú zodpovedajúce pevnosti a proporcie dvoch kovových vrstiev a prostrednej vrstvy, najmä neohybnosti prostrednej vrstvy, vybrané tak, že prvok pri podrobení sa oblúkovým a prehýbacím zaťaženiam bude skôr ohnutý globálne (ako celok) než nesymetricky alebo lokálne.

Tiež je prednostné, že prostredná vrstva má húževnatosť a modul pružnosti, ktoré sú dostatočné pre rozloženie koncentrácie tlaku pri konci trhliny v jednej kovovej vrstve pri jej prenášaní do ďalšej tak, že trhline je zabránené šíriť sa medzi vrstvami. Prostredná vrstva bude mať tiež spomaľujúci účinok na šírenie trhliny vo vrstve, v ktorej vznikla.

Kovové vrstvy sú prednostne vyrobené z ocele a každá má hrúbku v rozpätí od 3,5 do 25 mm. Minimálna hrúbka je najtenší plech, ktorý môže byť efektívne zvarený na tupo, ktorý je nevyhnutný pre pevnosť. Pri hornej hranici sa výhody vynálezu znižujú. Nie je nevyhnutné, aby dve kovové vrstvy mali rovnakú hrúbku. Obzvlášť je možné uskutočniť obetnú nadmernosť na strane, ktorá pri použití bude obrátená smerom ku korozívnemu prostrediu.

Plastový materiál sa prednostne správa pri zaťaženiach očakávaných pri použití ako elastomér a má hrúbku v rozpätí od 20 do 100 mm. Hrúbka prostrednej vrstvy sa môže v niektorých aplikáciách meniť u prvku od jeho jedného konca k druhému. Materiál je prednostne kompaktný, t.j. nepenový, hoci môžu byť pri použitom spôsobe výroby prítomné nejaké dutinové priestory, buď zámerne alebo s vedľajším účinkom, pod podmienkou, že požadované vlastnosti kompozitu nie sú redukované. Uvažuje sa, že maximálne prijateľný dutinový priestor v prostrednej vrstve je medzi 10 a 20%.

Použitie vynálezu v komplexnej štruktúre, napríklad lodí, umožňuje redukcie zložitosti, hmotnosti a nákladov eliminovaním požiadaviek na niektoré alebo všetky výstuže, eliminovaním alebo zvýšením vzdialenosti pozdĺžnych a priečnych nosníkov, redukovaním povrchových oblastí vyžadujúcich potiahnutie a redukovaním umiestnení pripúšťajúcich koróziu.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Príkladné uskutočnenia vynálezu budú popísané nižšie vzhľadom na sprievodné výkresy, na ktorých:

Obr. 1 je prierezový pohľad na laminátový prvok podľa vynálezu;

• ·· • ·	•	··	•	• · • ·	• · •	• ·
• ···	•		•	•	•	•
• · ·	•		•	•	•	•
·· ··		··		····	··	•

Obr. 2 je čiastočne znížený perspektívny pohľad na laminátový prvok podľa vynálezu zahrňujúci rozpery;

Obr. 3 je čiastočne prierezový pohľad na dvojtrupové plavidlo konštruované použitím laminátového prvku podľa vynálezu;

Obr. 4 je graf ukazujúci axiálne skracovanie laminátového prvku podľa vynálezu pri rovinnom zaťažení;

Obr. 5 je perspektívny pohľad na testovanú vzorku začleňujúcu tabuľu podľa vynálezu;

Obr 6 je graf zobrazujúci správanie testovanej vzorky pri priečnom zaťažení; a Obr. 7 je perspektívny pohľad na kryt palubného prielezu pre nádržové plavidlo s použitím laminátových prvkov.

Na obrázkoch sú časti označené číslami.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Obr 1 je prierezový pohľad na laminátový prvok 10 podľa predloženého vynálezu. Laminátový prvok 10 zahrňuje prvú vonkajšiu vrstvu 1, prostrednú, alebo vnútornú vrstvu 2 a druhú vonkajšiu vrstvu 3. Prostredná vrstva 2 je spojená s prvou a druhou vonkajšou vrstvou 1, 3 dostatočnou pevnosťou na prenesenie šmykových zaťažení medzi vonkajšie vrstvy tak, aby vytvorili kompozitný štruktúrny prvok schopný niesť zaťaženie výrazne väčšie než je jeho vlastná hmotnosť.

Presné zaťaženie, ktoré je nesené laminátovým prvkom bude závisieť na aplikácii, pre ktorú má byť použitý. Napríklad, ak má byť laminátový prvok použitý ako tabuľa trupu lode olejového tankera s maximálnou hmotnosťou 40 000 t, musí byť schopný vydržať rovinné zaťaženie aspoň 12 000 kN na 2 m šírky bez deformácie alebo priečne zaťaženie aspoň 100 kPa, prednostne 1 000 kPa alebo väčšie, bez prasknutia. Pre menšie plavidlá, najmä jachty, nemusí byť laminátový prvok taký pevný.

Obr. 4 ukazuje typické axiálne skracovanie krivky zaťaženia u 2 000 mm širokej kompozitnej laminátovej tabule trupu podľa vynálezu. Toto ukazuje v podstate lineárne skracovanie so zaťažením najviac do 12 075 kN.

Prvá a druhá vrstva L 3 sú vyrobené z kovu a prostredná vrstva 2 je vyrobená z plastu alebo elastomérové materiálu. Absolútne a relatívne rozmery prvkov a presné materiály, ktoré sú použité, budú závisieť na aplikácii, pre ktorú majú byť • · použité. Prvá a druhá vonkajšia vrstva má mať minimálne hrúbku 3 mm a prostredná vrstva minimálne 20 mm. Prostredná vrstva musí mať tiež modul pružnosti, E, aspoň 250 MPa, prednostne 275 MPa, pri maximálnej očakávanej teplote prostredia, v ktorom má byť prvok použitý. Pri aplikáciách pre stavbu lodí táto môže byť 100°C. Elastomér by tiež nemal byť príliš neohybný tak, že E by malo byť menšie než 2 500 MPa pri najnižšej očakávanej teplote - 40°C alebo - 45°C pri aplikáciách pre stavbu lodí.

Pevnosť v roztrhnutí, pevnosť v tlaku a ťahu, ako aj predĺženie by mali byť maximalizované pre umožnenie kompozitnému laminátu absorbovať energiu pri neobvyklých záťažových situáciách, ako sú nárazy. Obzvlášť, pevnosť v tlaku a pevnosť v ťahu u elastoméru by mala byť aspoň 20 MPa, a prednostne 40 MPa. Pevnosti v tlaku môžu byť samozrejme značne väčšie než tieto minimá.

Kovové vrstvy sú prednostne konštrukčné ocele, hoci môžu byť tiež hliníkové nehrdzavejúce ocele alebo iné konštrukčné zliatiny v špecializovaných aplikáciách, kde sú podstatné ľahkosť, odolnosť voči korózii alebo iné špecifické vlastnosti. Kov by mal mať minimálnu medzu prieťažnosti 240 MPa a predĺženie aspoň 20 %. U množstva aplikácií, najmä u stavby lodí je podstatné, aby kov bol zvárateľný.

Húževnatosť elastoméru pri najnižšej operačnej teplote musí byť väčšia než majú kovové vrstvy, ktorá je asi 20 %. Prednostná hodnota húževnatosti elastoméru pri najnižšej operačnej teplote je 50 %. Tepelný koeficient elastoméru musí tiež dostatočne blízky tepelnému koeficientu ocele tak, že teplotné variácie v očakávanom operačnom rozpätí, a pri zváraní, nesmú spôsobiť delenie na vrstvy. Miera, ktorou sa teplotné koeficienty dvoch materiálov môžu od seba líšiť, bude závisieť sčasti na pružnosti elastoméru, ale uvažuje sa, že koeficient tepelnej expanzie elastoméru môže byť asi 10-násobný oproti kovovým vrstvám. Koeficient tepelnej expanzie môže byť kontrolovaný pridaním plnív do elastoméru.

Pevnosť spoja medzi elastomérom a kovovými vrstvami musí byť aspoň 3, prednostne 6 MPa po celé operačné rozpätie. Toto je prednostne dosiahnuté vnútornou priľnavosťou elastoméru k oceli, ale môžu byť uskutočnené aj ďalšie priľnavé látky.

Ďalšie požiadavky, ak je prvok použitý prvok pre aplikáciu na stavbu lode, zahrňujú, že pevnosť v ťahu cez rozhranie vrstiev musí byť dostatočná pre vydržanie očakávaného záporného hydrostatického tlaku a síl spôsobujúcich delenie na vrstvy

• ·· • · • ···	• •	··	• •	·· • · •	• ·
• •	• •
• · ·			•	•	•	•
• · ··		··		····	··

od spojení s oceľou. Elastomér musí byť hydrolyticky stabilný voči morskej aj sladkej vode, a ak je použitý v olejovom tankeri, musí byť chemicky odolný voči olejom.

Elastomér teda v podstate zahrňuje polyol (napr. polyester alebo polyéter) spolu s izokyanátom alebo diizokyanátom, retäzcový nastavovač a plnivo. Plnivo je uskutočnené, ak je to potrebné, pre redukovanie tepelného koeficienta prostrednej vrstvy, redukovanie jej nákladov a z iného hľadiska pre kontrolu fyzikálnych vlastností elastoméry. Tiež môžu byť zahrnuté ďalšie aditíva, napríklad pre kontrolu hydrofóbnosti alebo priľnavosti, a retardéry horenia.

Pomer celkovej hrúbky vonkajších vrstiev k hrúbke elastoméru (Ti + T₃) / T₂ je v rozpätí od 0,1 do 2,5.

Povlaky, napr. z kozmetického dôvodu alebo z dôvodu odolnosti proti korózii, môžu byť aplikované na vonkajšie povrchy kovových vrstiev, buď pred výrobou alebo po výrobe laminátu.

Prvok podľa predloženého vynálezu je v podstate pevnejší a neohybnejší než prvok rovnakej hrúbky kovu, ale bez prostrednej vrstvy. Toto je preto, že prvok pôsobí analogickým spôsobom na skriňový nosník alebo nosník s prierezom l prostrednou vrstvou vykonávajúcou funkciu výstužného rebra (rebier). Pre takú funkciu musí byť prostredná vrstva sama a jej spoje s vonkajšími vrstvami dostatočne pevné, aby prenášali sily, ktoré môžu vzniknúť pri použití tohto prvku.

Ďalšia výhoda predloženého vynálezu s konkrétnym prínosom pri stavbe lodí je, že prostredná vrstva pôsobí na zabránenie šírenia trhnliny medzi vnútornou a vonkajšou vrstvou. Pružnosť prostrednej vrstvy zabraňuje koncentrácii tlaku na špičke trhliny v jednej vonkajšej vrstve pri jej prenášaní do ďalšej na miesto rozširovania zaťaženia, ako by to bolo u pevného spojenia.

Obrázok 3 je, čiastočne v priereze, projektovaný trup olejového tankera 30, ktorý využíva výhodu laminátového štruktúrneho prvku podľa vynálezu. Vonkajší 32 a vnútorný 31 trup plavidla je konštruovaný z laminátových štruktúrnych prvkov podľa vynálezu s 10 mm oceľovými vonkajšími vrstvami a 50 mm polyuretánovým elastomérovým vnútrom. Dva trupy sú spolu spojené pozdĺžnymi nosníkmi 33 z jednej oceľovej tabule a priečnymi rebrovými tabuľami 35 v dvojstenových priečnych predeloch 36, s ďalšími pozdĺžnymi oceľovými tabuľami 38 v okrajnici lode a oblastiach podlodia. Nevyhnutnosť pozdĺžnych a riečnych výstuží u oboch trupov je eliminovaná.

• · ··· ·· ·· ·· • · · · · · ·

9 · « · ·· ···· ·· ·

Dvojstenové priečne predely 36, paluba a pozdĺžne palubné nosníky 37 sú tiež konštruované z laminátových štruktúrnych prvkov podľa vynálezu. Pozdĺžne palubné nosníky 37 môžu byť nahradené priečnymi palubnými nosníkmi.

Prednostný spôsob výroby laminátového prvku podľa vynálezu je liatie alebo vstrekovanie elastoméru priamo do dutiny vytvorenej dvoma kovovými vrstvami. Ak je to robené horizontálne, kovové tabule sú prednostne držané od seba rozperami, ktoré môžu byť z kovu alebo z elastoméru. Ak sú rozpery z elastoméru, potom musia byť kompatibilné s materiálom vytvárajúcim objem prostrednej vrstvy a mierne vyššie než je požadovaná vzdialenosť tak, aby sa pod hmotnosťou vrchnej tabule stlačili na správnu dĺžku. Rozpery môžu byť pretiahnuté pre rozdelenie dutiny na priestory, ktoré môžu byť oddelene naplnené alebo jednoducho kolíky okolo ktorých elastomér preteká. Ak sú pretiahnuté, potom rozpery môžu byť v priereze pravouhlé alebo lichobežníkové a môžu mať rôznu výšku po svojej dĺžke pre uskutočnenie prvkov s rôznou hrúbkou elastoméru. Rozpery musia byť spojené s oceľovými tabuľami spájacími činidlami alebo zlúčeninami kompatibilnými s elastomérom s dostatočnou pevnosťou pre držanie tabuli na mieste pri vstrekovacom procese, kým bude elastomér dostatočne vytvrdený.

Obrázok 2 ukazuje, na účely zobrazenia, tri rôzne typy rozpier, ktoré môžu byť použité pri konštrukcii laminátových prvkov podľa vynálezu. Valcový elastomérový kolík 4A je použitý na podopretie vrchnej tabule bez rozdelenia dutiny, ktorá bude naplnená. Ak je potrebné, aby bola dutina spojená alebo rozdelená, môže byť použitá pretiahnutá kovová rozpera 4B alebo pretiahnutá elastomérová rozpera 4C. Kovová rozpera 4B môže byť rohovo zvarená k spodnej tabuli a podporovať tupý zvar medzi dvoma časťami vrchnej tabule, alebo pôsobiť ako podložná tyč u zvaru. Elastomérový kolík 4A a pretiahnutá elastomérová rozpera 4C môžu byť priľnuté ku kovovým tabuliam pred liatím a môžu byť vyrobené z v podstate rovnakého elastoméru ako je vstrekovaný, alebo iného elastoméru kompatibilného s elastomérom, ktorý je vstrekovaný. Aktuálny laminátový prvok nemusí vyžadovať všetky tieto rozdielne typy rozpery.

Pri liatí môžu byť tabule sklonené pre napomáhanie toku elastoméru, alebo môžu byť aj vertikálne, hoci hydrostatická tlaková výška elastoméru počas liatia by nemala byť prehnane veľká a prúd vytlačeného vzduchu má byť optimalizovaný

Tabule môžu byť tiež v štruktúre upevnené na mieste a naplnené elastomérom in situ.

·· «· · ···· ··<

• ··· · · · · · ······ ···· » · · · · · · · . ··« ·· ·· ···· ·· ·

Pre umožnenie zvárania prvku k ďalším prvkom alebo existujúcou štruktúrou je potrebné ponechať dostatočný zvarový okraj okolo hrán na zaistenie toho, že elastomér a jeho spoj s oceľovou tabuľou sa nepoškodia teplom zvárania. Šírka zvarového okraju bude závisieť na tepelnej odolnosti elastoméru a použitej technike zvárania, ale môže byť asi 75 mm. Ak je elastomér liaty medzi tabule, zvárací okraj musí byť určený pretiahnutými rozperami.

Počet potrebných vstrekovacích otvorov bude závisieť na dostupnom zariadení pre čerpanie zložiek elastoméru a na uskutočnení minimálneho rozstrekovania (ideálne bez rozstrekovania) a strhávania vzduchu (pre minimalizovanie dutinových priestorov), ako aj na dobe želatinácie elastoméru. Otvory by mali byť umiestnené na vhodných miestach pre použitie, v ktorých je prvok vložený. Ak je prvok použitý ako trupová tabuľa v dvojtrupovej lodi, vstrekovacie otvory sú ideálne umiestnené tak, aby boli skôr čelne k medzitrupovej medzere než k morskému priestoru alebo priestoru pre náklad. Vstrekovacie otvory sú ideálne rýchlo odpojiteľné otvory, podľa možnosti s jednosmernými ventilmi, ktoré môžu byť po liatí odpojené od základu. Tieto môžu byť tiež utesnené kolíkmi, ktoré sú po liatí zarovnané dohladka.

Vzduchové výpusty sú umiestnené v každej dutine pre umožnenie odchodu všetkého vzduchu v dutine a pre zaistenie toho, že neostanú žiadne dutinové priestory. Vzduchové výpusty môžu byť závitové pre umožnenie vsunutia závitoviek po naplnení alebo zahrňujú ventily alebo iné mechanické jednotky s uzavretím po naplnení. Vzduchové výpusty a ktorýkoľvek kolík alebo ventil môžu byť po umiestnení elastoméru zarovnané dohladka.

Kolíky vsunuté do vstrekovacích otvorov alebo vzduchových výpustov by mali byť vyrobené z materiálu, ktorý má galvanické charakteristiky kompatibilné s kovovými vrstvami. Ak sú kovové vrstvy z ocele, kolíky môžu byť z mosadze.

Vstrekovací proces musí byť monitorovaný pre zaistenie, či je plnenie dutiny bez akéhokoľvek spätného tlaku, ktorý môže spôsobiť vydutie a nerovnakú tabuľovú hrúbku. Vstrekovanie môže byť tiež vykonané použitím trubíc, ktoré sú postupne odobraté, keď sa dutina naplní.

Po výrobe môže byť potrebné overiť, že elastomér správne priľnul ku kovovým vrstvám. Toto môže byť urobené technikou ultrazvuku alebo róntgónových lúčov.

Pre opravenie poškodených prvkov, alebo ak elastomér kvalitne nepriľnul, je poškodená oblasť oceľovej tabule odpílená (studené rezanie) alebo rezaná plameňom a elastomér je vyrezaný alebo vyhĺbený, napríklad použitím frézky na • · · ·· ·· ·· «·· · · · · · · · • ··· · · · · 9 ······ «·· ··· ·· ·· ···· ·· ··· obrysové frézovanie alebo čistením tlakovou vodou (hydraulické čistenie), kým je vystavený dobrý elastomér a je vytvorený zvarový okraj. Nekrytý povrch ostávajúceho elastoméru musí byť dostatočne čistý pre priľnutie nového elastoméru liateho in situ.

Alternatívny spôsob výroby je lepenie vopred vytvorených dosiek elastoméru ku kovovým tabuliam.

Bola zostrojená testovaná vzorka kýlovej tabule pre objemové prepravné plavidlo použitím kompozitného štruktúrneho laminátu podľa vynálezu ako vonkajšieho trupu. Vzorka 50 je ukázaná na Obr. 5 a zahrnula vonkajšiu trupovú tabuľu 51, vnútornú trupovú tabuľu 52, pozdĺžne nosníky 53, 54 a priečny pražec 55. Tiež boli uskutočnené prístupové diery 56 pre meracie jednotky, ktoré však bežne nie sú nevyhnutné.

Vonkajšia trupová tabuľa 51 zahrnula prvú & druhú kovovú vrstvu z 8 mm mäkkej ocele a prostrednú vrstvu z 50 mm polyuretánového elastomérového vnútra, v podstate bez dutín.

Pre zjednodušenie bol vnútorný trup z jednej 8 mm oceľovej tabule oddelený od vonkajšieho trupu pozdĺžnymi nosníkmi 53, 54, ktoré mali výšku 700 mm. V aktuálnych aplikáciách by vnútorný trup obvykle tiež bol prvkom podľa vynálezu, ale nie sú nevyhnutnosť presne rovnakých rozmerov. Vzorka merala 2 600 pri 5 000 v projekte.

V rámci vonkajšej trupovej tabule boli uskutočnené pozdĺžna a priečna dutinová rozpera na zaistenie vlastného liatia elastoméru dostupným zariadením. Tieto môžu byť vynechané, ak môže byť celá dutina vonkajšej tabule liata v jednej operácii.

Testovaná vzorka bola namontovaná v horizontálnom reakčnom ráme, aby predstavoval vystuženie obkolesujúcej lodnej konštrukcie a bolo aplikované zaťaženie 500 t hydraulických poháňacích zariadení. Správanie testovanej vzorky pri zaťažení je zobrazené na Obr. 6, ktorý ukazuje priečny posun proti aplikovanému zaťaženiu.

Porušenie šmykového napätia vonkajšej tabule vonkajšieho trupu sa vyskytlo pri aplikovanom zaťažení 8 201 kN.

Obrázok 7 ukazuje kryt palubného prielezu pre nádržové plavidlo spĺňajúce pravidlá a predpisy Lloydového registru projektovaný použitím tabuli podľa vynálezu.

Tabule 71 zahrnuli vonkajšie vrstvy zo 4 mm ocele a 25 mm prostrednú vrstvu a nevyžadujú žiadne výstuže. Hlavné nosníky 72 a lemový nosník 73 sú konvenčného ··· ·· ·· ·· • · · · · · · • · · · · >···* · · · · • · · · · · · • ·· ·· ···· ·· · tvaru, ale je redukované množstvo sekundárnych nosníkov 74. Terciárne nosníky 75 sú uskutočnené pre zdvih krytu palubného prielezu a konzoly lemových nosníkov 77 umožňujú priame odstránenie zaťažení nádrže. Ak je to potrebné, sú uskutočnené dvojité tabule 76.

Prostredná vrstva bola uskutočnená s plnivom na kontrolu koeficienta tepelnej expanzie elastoméru, aby bola bližšie ku koeficientu ocele (12 x 10“⁶ mm/mm/°C) pre zabránenie deleniu na vrstvy spôsobenému teplotnými zmenami.

Priemyselná využiteľnosť

Výsledný kryt palubného prielezu mal ekvivalentnú alebo väčšiu pevnosť než konvenčný celooceľový vystužený projekt a mal značne jednoduchšiu konštrukciu vďaka redukcii dĺžky zvaru, ako aj počtu vyžadovaných výstuží a detailov.

Predložený vynález bol vyššie popísaný širšie vo vzťahu k aplikáciám stavby lode. Vynález je však užitočný aj v iných aplikáciách, najmä tých, kde sú očakávané vysoké rovinné a priečne zaťaženia, kde je požadovaná vysoká lomová pevnosť alebo kde je požadované obmedziť šírenie únavovej trhliny .

Claims (29)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Štruktúrny laminátový prvok zahrňujúci:

   prvú kovovú vrstvu majúcu prvý vnútorný povrch a prvý vonkajší povrch;

   - druh kovovú vrstvu majúcu druhý vnútorný povrch a druhý vonkajší povrch, druhá kovová vrstva je oddelená medzerou od uvedenej prvej kovovej vrstvy; a

   - prostrednú vrstvu obsahujúcu elastomér umiestnenú medzi nimi a priľnavú k uvedenému prvému a druhému vnútornému povrchu; uvedený elastomér majúci modul pružnosti, E, väčší než alebo rovný asi 250 MPa a húževnatosť presahujúcu tú, ktorú majú kovové vrstvy.
2. 2. Štruktúrny laminátový prvok podľa nároku 1,vyznačujúci sa tým, že uvedený elastomér má modul pružnosti väčší alebo rovnajúci sa asi 275 MPa.
3. 3. Štruktúrny laminátový prvok podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že elastomér má pevnosť v ťahu a pevnosť v tlaku aspoň 20 MPa.
4. 4. Štruktúrny laminátový prvok podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že uvedený elastomér je kompaktný.
5. 5. Štruktúrny laminátový prvok podľa nároku 4, vyznačujúci sa tým, že celkový dutinový priestor v prostrednej vrstve je menší než asi 20 % celkového objemu prostrednej vrstvy.
6. 6. Štruktúrny laminátový prvok podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že uvedený elastomér je polyuretán.
7. 7. Štruktúrny laminátový prvok podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že uvedená prostredná vrstva má hrúbku v rozpätí od asi 20 do asi 100 mm.

   ··
8. 8. Štruktúrny laminátový prvok podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa t ý m, že aspoň jedna z uvedenej prvej a druhej kovovej vrstvy je vytvorená z ocele.
9. 9. Štruktúrny laminátový člen podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že uvedená prvá a druhá kovová vrstva má hrúbku v rozpätí od asi 3,5 mm do asi 25 mm.
10. 10. Štruktúrny laminátový člen podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že pomer celkovej hrúbky prvej a druhej kovovej vrstvy k hrúbke prostrednej vrstvy je v rozpätí od 0,1 do 2,5.
11. 11. Štruktúrny laminátový člen zostrojený v podstate tak, ako bol vyššie popísaný s odkazom na sprievodné výkresy.
12. 12. Čln alebo loď zahrňujúci aspoň jeden štruktúrny laminátový prvok podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov.
13. 13. Spôsob vytvorenia štruktúrneho laminátového prvku zahrňujúci kroky:

    - uskutočnenie prvej a druhej kovovej vrstvy navzájom oddelených medzerou tak, že medzi nimi je definovaná vnútorná dutina;

    - naplnenie uvedenej vnútornej dutiny nevytvrdnutým elastomérom tak, že po vytvrdnutí bude mať modul pružnosti E väčší alebo rovnajúci sa asi 250 MPa a húževnatosť prekračujúcu húževnatosť kovových vrstiev; a

    - vytvrdnutie uvedeného elastoméru tak, že priľne k uvedeným kovovým vrstvám.
14. 14. Spôsob podľa nároku 13, v y z n a č u j ú c i sa t ý m, že uvedený krok plnenia je vykonaný pre minimalizovanie strhávania vzduchu tak, že rozsah dutinového priestoru po vytvrdnutí je menší než 20 %.
15. 15. Spôsob podľa nárokov 13 alebo 14 ďalej zahrňujúci, pred uvedeným krokom naplnenia, krok uskutočnenia v uvedenej dutine aspoň jedného výpustného otvoru.

    • ·· ·· ·· ·· ··· · · · · ··· • ··· · · · · · • · · · · · · · ··· ·· ·· ···· ·· ·
16. 16. Spôsob podľa nároku 15 ďalej zahrňujúci, po uvedenom kroku vytvrdnutia, krok utesnenia uvedeného výpustného otvoru.
17. 17. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z nárokov 13 až 16 dalej zahrňujúci krok uskutočnenia rozpier pre udržovanie oddelenia uvedenej prvej a druhej kovovej vrstvy pri uvedených krokoch plnenia a vytvrdnutia.
18. 18. Spôsob podľa nároku 17, vyznačujúci sa tým, že uvedené rozpery sú uskutočnené pre definovanie bočných lemov dutiny tak, že uvedená prostredná elastomérová vrstva je zapustená aspoň jedným lemom z prvej a druhej kovovej vrstvy pre uskutočnenie zváracieho okraju.
19. 19. Spôsob spojenia štruktúrneho laminátového prvku, zahrňujúceho prvú a druhú kovovú vrstvu a prostrednú vrstvu vytvorenú z prvého elastoméru, s ďalším prvkom, spôsob zahrňuje kroky:

    - uskutočnenie zvarového okraju priľahlo dielu uvedeného štruktúrneho prvku, čím je uvedená prostredná vrstva zapustená z uvedenej prvej a druhej vrstvy;

    - zvarenie uvedeného dielu k uvedenému ďalšiemu prvku;

    - plnenie uvedeného zvarového okraju s nevytvrdnutým druhým elastomérom; a

    - vytvrdnutie uvedeného nevytvrdnutého druhého elastoméru tak, že sa spojí s uvedenou prvou a druhou kovovou vrstvou a prostrednou vrstvou.
20. 20. Spôsob podľa nároku 19, vyznačujúci sa tým, že uvedený diel je lemový diel.
21. 21. Spôsob podľa nároku 19 alebo 20, v y z n a č u j ú c i sa t ý m, že uvedený krok uskutočnenia zvarového okraju je vykonaný pri výrobe uvedeného štruktúrneho laminátového prvku.
22. 22. Spôsob podľa nárokov 19 alebo 20, vyznačujúci sa tým, že uvedený krok uskutočnenia zvarového okraju zahrňuje odstraňujúcu časť uvedenej prostrednej vrstvy priľahlo uvedenému dielu, napr. obrysovým frézovaním alebo hydraulickým čistením.

    • ·· ·· · • ··· ·· • • ·· • · · ·· • · • · ·· • • • · · • • • • · ··· ·· ·· ···· ·· ··
23. 23. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z nárokov 19 až 22, vyznačujúci sa tým, že uvedený ďalší prvok je štruktúrny laminátový prvok zahrňujúci prvú a druhú kovovú vrstvu a prostrednú vrstvu z elastoméru.
24. 24. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z nárokov 19 až 23, vyznačujúci sa tým, že uvedený prvý a druhý elastomér sú rovnaké.
25. 25. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z nárokov 19 až 24, vyznačujúci sa tým, že uvedený krok plnenia zahrňuje uskutočnenie aspoň jedného plniaceho otvoru cez uvedenú prvú a druhú kovovú vrstvu alebo uvedenú prostrednú vrstvu k uvedenému zvarovému okraju a uskutočnenie uvedeného vytvrdnutia druhého elastoméru k uvedenému zvarovému okraju cez jeden alebo každý plniaci otvor a uvedený spôsob ďalej zahrňuje, po uvedenom kroku vytvrdnutia, krok utesnenia jedného alebo každého plniaceho otvoru.
26. 26. Spôsob podľa nárokov 16 alebo 25, vyznačujúci sa tým, že uvedený krok utesnenia zahrňuje utesnenie otvoru alebo každého plniaceho otvoru.
27. 27. Spôsob podľa nároku 18 alebo 19 alebo podľa ktoréhokoľvek nároku na nich závislom, vyznačujúci sa tým, že zvarový okraj má šírku aspoň asi 75 mm.
28. 28. Spôsob vytvorenia štruktúrneho laminátového prvku v podstate ako bol vyššie popísaný s odkazom na sprievodné výkresy.
29. 29. Spôsob spojenia štruktúrneho laminátového prvku s ďalším prvkom v podstate ako bol vyššie popísaný s odkazom na sprievodné výkresy.