复合材料“上层结构”

    降低轮渡船和巡洋舰的上层结构重量可以提高燃油效率,但是安全法规给复合材料在船艇上的大规模应用造成了巨大的困难。Tony Calvert报道说,有一种新的概念可以改变这一现状。
    众所周知(特别是在复合材料行业),降低船艇上层结构的重量可以大大提高运营效率。更高的速度、更低的燃油成本、更好的稳定性、更高的货物/乘客载荷和较低的环境影响仅仅是众多潜在优势的一部分。但是,不久之前SOLAS(海上生命安全)公约成为强制性法规,因此,大型船体上很难使用复合材料,例如轮渡船和巡洋舰。
    事情在2002年发生了变化,SOLAS Ⅱ-2 part F被采用。只要能达到相同的安全等级,就可以使用功能上达到安全级别的设计。
    自“规则改变”后,人们进行了各种可行性研究,著名的是始于2005年的瑞典LASS(海上轻质结构的应用)项目。项目的成果就是LASS联盟的三个成员:瑞典造船商Kockums(全复合材料Visby级轻巡洋舰建造者)、芯材制造商DIAB和阻燃专家Thermal Ceramics共同推出了一种复合材料上层结构概念(CSC)。
    这是一种商业化的上层结构系统,有望在轮渡船和巡洋舰上得以广泛的应用。
    如果这种概念能够被轮渡船和巡洋舰运营者大量采用,那么基本上可以肯定,这将为长纤维复合材料打开一个新的前景广阔的应用领域。
    复合材料上层结构概念
    复合材料上层结构概念是LASS项目产生的个商业方面的实质性进展之一,它是一个高强度的轻质夹心复合材料结构,由复合材料结构核心和玻纤或碳纤蒙皮构成,采用工业化的树脂灌注工艺牢固地粘结在一起。制造工艺的后一步是在层压板表面进行绝缘处理,以达到所需的阻燃等级。
    改变芯材和蒙皮的厚度以及特性,可以设计并制成完全集成的上层结构(甲板和内/外舱壁),满足整体和局部的载荷要求。对于一定的重量/刚度性能,泡沫夹心复合材料比单一的表面层压材料具有更高的强度,因此得以采用。
    深层的研究表明,这种概念是现有钢质或铝质结构的一种非常可行的替代结构。与钢质上层结构相比,它可以降低50%以上的重量,因此可以承载更多的货物,节约大量的燃油。
    此外,上层结构重量的减少改善了船体的稳定性。而且,表面处理后的结构不会腐烂或腐蚀。
    完成了主要的防火测试后,三个合作伙伴现在开始与感兴趣的机构进行建设性的对话,其中包括造船工程师、船艇制造商和认证机构。预计到2009年年底,系统将会通过全面的认证,并于下一年投入使用。
    LASS项目 [-page-] 
    LASS项目始于2005年,目的是开发轻质材料在商用船艇中的技术应用方案,重新振兴瑞典的造船业。该联盟由来自25家以上的机构代表组成,包括瑞典船艇业、瑞典大学、研究机构和船级社等。项目基金由联盟成员和VINNOVA(瑞典政府创新系统机构)提供。
    复合材料要在商用船艇中使用,重要的性能之一就是阻燃性能。大规模的熔炉实验在瑞典SP Fire技术公司内进行。实验结果清楚表明,带有轻质阻燃层的FRP结构可用于制造甲板和舱壁,满足SOLAS公约的目标要求。
    ro-pax轮渡船(客滚船)和货船就是用轻质夹心复合材料上层结构取代了钢质结构。
    ro-pax轮渡船的研究是以188米长的Stena Hollandica为基础的,所采用的设计理念如下。加强筋之间原有的空间不变,但所有的板材、横梁和纵梁都用玻纤增强塑料部件替代。
    1. 泡沫夹心上层结构板材采用真空树脂灌注工艺制成;
    2. 上层结构的重量优化对于其载荷能力来说是次要的;
    3. 上层结构的整体载荷传递是受限的;
    4. 现有的船体结构用于载荷传递;
    5. 上层结构不会承载任何整体载荷;
    6. 它将遵照DNV的规则设计。
    研究结果显示,夹心复合材料比原来的上层结构轻60%以上。防火能力可以使整个上层结构在大火燃烧后的60分钟内不会燃烧。
    LASS项目将继续进行一项新的研究,即用夹心复合材料取代一艘300米长的巡洋舰上的5块甲板。船级社DNV将加入该项研究。LASS与欧盟的DE-LIGHT项目之间有合作。