Целесообразность применения трехслойных конструкций

Конструкция, состоящая из двух оболочек, расположенных на некотором расстоянии одна от другой, обладает высокой прочностью балки. При создании трехслойных конструкций следует условно «расщепить» одну однослойную оболочку на две, тогда дополнительным слоем будет лишь масса легкого заполнителя. В теории эта особенность формованных конструкций выглядит весьма привлекательно, а на практике она приносит немало неприятностей. Изготовить доброкачественную и надежную трехслойную конструкцию труднее, чем выполнить любую другую задачу в процессе создания формованных изделий из стеклопластика.

Основная рекомендация автора состоит в том, чтобы вовсе избегать применения трехслойных конструкций. Разумеется, полноценная трехслойная конструкция может быть изготовлена, но сначала в совершенстве овладейте опытом ее изготовления на образцах небольших размеров, ибо ошибки, допущенные при постройке всего судна, обойдутся очень дорого. Но даже овладев необходимым опытом, предусматривайте на случай неудачи запасной вариант. С увеличением размеров конструкции появляются новые проблемы.

Главный дефект трехслойных конструкций—отслаивание наружной стеклопластиковой оболочки от заполнителя. Внутренняя оболочка, как правило, наформовывается и поэтому отслаивается гораздо реже (см. приложение III.3).

Оболочка должна присоединяться к заполнителю так, как отвержденная стеклопластиковая конструкция приклеивается к заполнителю из совершенно иного материала, а не как при обычном процессе формования. С этой целью применяйте клей соответствующего типа, например, эпоксидный, и обеспечьте необходимое давление, гарантирующее полное прилегание соединяемых поверхностей во всех точках. Заполнитель должен легко принимать форму изготавливаемой конструкции и быть абсолютно сухим (особенно если это бальза).

Для уменьшения вероятности образования пустот и каналов, по которым могла бы проникнуть вода, заполните зазоры между оболочками и заполнителем смолой или шпаклевкой. С трехслойными конструкциями следует обращаться очень осторожно. Напряжения, возникающие при переворачивании секций палубы трехслойной конструкции, часто служат причиной появления расслоения.

Не рекомендуется полагаться только на адгезионную связь оболочки с заполнителем. В наиболее надежных трехслойных конструкциях через определенные промежутки устанавливают ребра из стеклопластика, которые соединяют между собой оболочки и тем самым локализуют расслоение.

Около 90% трехслойных конструкций расслаивается, многие из них очень интенсивно, причем даже на ранней стадии и в процессе изготовления. Возможно, что с самого начала формования не обеспечиваются условия для надежной адгезионной связи между элементами конструкций. Обнаружить расслоение нелегко. Для этого требуется мастерство. Многие расслоившиеся участки или участки со слабой, точечной, связью могут остаться ненайденными. Обнаруженный расслоившийся участок следует считать лишь частью фактически существующей или потенциально возможной зоны расслоения. В процессе эксплуатации и с течением времени расслоение будет распространяться под действием напряжений, возникающих при движении судна, тепловых напряжений, повреждений, загнивания, разбухания пропитанного водой заполнителя и т. п. Удар по борту судна может вызвать начало расслоения палубы вследствие ее продольного изгиба, даже при отсутствии видимых повреждений. Расслоившаяся трехслойная конструкция будет разрушаться, и чем она новее, тем более интенсивным окажется такой процесс. Как только в нее попадет вода, а воспрепятствовать этому может только удача или чудо, наступит загнивание. Опытный специалист обязательно обнаружит дефектный участок. Если судно новое, то есть все основания предъявить иск его строителям.

Расслаивающаяся палуба - серьезная неприятность, но гораздо хуже, когда расслаивается корпус. Напряжения здесь высокие и переменные. Вода непременно проникнет внутрь корпуса, если не путем просачивания, то благодаря проницаемости оболочки, и в результате риску будет подвергаться жизнь членов экипажа судна. Трехслойную конструкцию целесообразно применять только для изготовления корпусов гоночных судов, рассчитанных на непродолжительный срок службы и хранящихся на берегу в благоприятных условиях. Исключение составляют конструкции, в которых конструктивными элементами являются часто расположенные стеклопластиковые ребра, а не заполнитель, прикрепленный за счет адгезии, и трехслойные конструкции, изготавливаемые без применения форм, с заполнителем из пенопласта. Однако трехслойные конструкции обоих этих типов, особенно конструкции с ребрами, подвержены повреждениям и последующему просачиванию воды при сосредо точенных ударах.

Термические напряжения

Ввиду прочной связи между слоями однослойная стеклопластиковая конструкция редко расслаивается под действием термических или механических напряжений; она воспринимает нагрузки как однородный материал (за исключением случаев, рассмотренных в § 1.3). Трехслойная же конструкция не является однородной. Заполнитель ее непрочен и может легко отслаиваться. Большое значение имеет прочность его соединения с оболочкой.

Заполнитель представляет собой хороший изолятор, поэтому по сечению трехслойной конструкции возникают перепады температур и, следовательно, внутренние термические напряжения. На широкой палубе, например такой, как палуба катамарана, под лучами жаркого солнца верхняя оболочка может расшириться на 6 мм больше, чем защищенная от них нижняя оболочка. Трехслойная конструкция должна поглотить такое значительное относительное перемещение, в противном случае она расслоится. При использовании жесткого или хрупкого заполнителя, а при высоких напряжениях даже в случае применения полуэластичного пенопласта эта задача невыполнима.

Во время ежегодного обследования одного неэксплуатирующегося катамарана обнаружили значительное расслоение палубного покрытия, которое при предыдущем обследовании отсутствовало и явилось следствием постоянного воздействия солнечных лучей в течение прошедшего жаркого лета. Признаки возникновения напряжений были обнаружены и под мостиковыми палубами катамарана. Напряжения появились ввиду разности температур между открытой лучам солнца верхней палубой и защищенными от них внутренними помещениями.

Предполагается, что термическое расширение служит одной из причин расслоения; возникающие при этом напряжения необходимо учитывать в процессе проектирования судна. В противном случае они будут суммироваться с обычно возникающими при движении судна напряжениями, в результате чего скрытое от глаз повреждение может распространиться. Возникает сомнение, приемлемо ли вообще использование трехслойных формованных конструкций для палубных настилов, особенно в условиях тропического климата и в прибрежных зонах отдыха.

Глава 2. УВЕЛИЧЕНИЕ ЖЕСТКОСТИ

Конструкция, отформованная из стеклопластика, представляет собой в основном тонкую оболочку (исходные материалы слишком дороги, чтобы их можно было расходовать на наращивание излишней толщины), поэтому почти всегда необходимо дополнительно подкреплять ее и увеличивать жесткость. Естественная форма конструкции, сложные криволинейные обводы, гофры, углубления и декоративное рифление в значительной степени повышают жесткость, но для корпуса и надстроек судна, которое больше шлюпки, или вообще для любой крупной конструкции, подвергающейся воздействию нагрузок, такого повышения жесткости недостаточно.

Слоистый стеклопластик, изготовленный на основе полиэфирной смолы, эластичнее многих металлов: при сопоставимой прочности он эластичнее стали в двадцать раз и алюминия в шесть раз. (Не путайте прочность и жесткость: стальная проволока прочна, но эластична, скорлупа яйца жестка, но непрочна.) Как правило, первоочередным является требование обеспечения жесткости, а не максимальной прочности. Однако не следует считать, что стеклопластик как материал похож на резину. Его эластичность близка к эластичности дерева, и он скорее напоминает упругую фанеру, чем мягкую, гибкую резину. Иными словами, стеклопластиковая конструкция обладает прочностью
и толщиной металлической конструкции, а эластичностью деревянной, при этом по массе она ближе к конструкции из дерева, чем из металла (табл. 2).

Любая попытка сопоставления стоимости материалов будет бессмысленной, если не учитывать стоимость формования. Дерево и сталь могут быть дешевле как исходные материалы, но для получения из них конструкции требуемой формы необходим большой объем обработки. Более высокая стоимость армированных пластиков полностью компенсируется исключительной простотой и легкостью изготовления из них конструкций и незначительным объемом производственных отходов.

§ 2.1. Способы подкрепления

К основным способам подкрепления формованных конструкций относятся следующие:

• повышение жесткости за счет конструктивной формы, кривизны, гофров, углублений, декоративного рифления и т. п.
• увеличение толщины
• введение в конструкцию ребер и каркасов, получаемых в процессе формования или устанавливаемых дополнительно
• применение переборок
• создание местных утолщений в виде валиков и фланцев, осооенно на кромках
• установка подкрепляющих уголков и стоек
• применение трехслойных конструкций.

В принципе формованный корпус судна по устройству и технологии изготовления более близок к стальному изделию, получаемому методом обработки давлением листового материала, например, к кузову автомобиля, чем к корпусу судна классической деревянной конструкции.

§ 2.2. Кривизна

Разумно используя кривизну, конструкции можно придать большую дополнительную жесткость без увеличения массы или стоимости. Следует избегать использования плоских панелей. Кривизна конструкции должна быть установлена на стадии проектирования, хотя зачастую углубления и желобы выполняют на более поздней стадии, используя для этого несложные съемные выступы, устанавливаемые в форму. В случае необходимости технологический процесс организуют так, что съемные детали извлекают из формы вместе с готовой конструкцией без дополнительных затруднений. Эти детали крепят к форме с помощью штифтов или винтов, пропускаемых через форму насквозь, или каплями не слишком прочного клея.

Поскольку дополнительные детали устанавливают в готовую форму, их можно видоизменять и совершенствовать без затрат труда, времени и средств на изготовление новой модели и формы.

§ 2.3. Увеличение толщины

Лист металла или фанеры имеет постоянную толщину, поэтому выбор толщины материала определяется максимальным значением напряжений, которые должен выдержать какой-либо его участок. Остальная часть будет иметь завышенную толщину и содержать бесполезно затраченный материал, но при использовании листов постоянной толщины это неизбежно.

Конструкция, отформованная из армированной пластмассы, может иметь переменную толщину, увеличенную в местах, где требуется дополнительная жесткость или прочность, и уменьшенную там, где достаточно одной тонкой оболочки.

Таким образом, квалифицированному конструктору предоставляется прекрасная возможность для проявления своих способностей и получения большой экономии материалов и средств при постройке судна. Известно, что в случае использования достаточно дорогого материала при небольшом количестве отходов существует прямая зависимость между материалоемкостью конструкции и ее стоимостью.

Увеличение толщины — наиболее простой способ повышения жесткости в пределах ограниченного участка, например, для укрепления конструкции в местах установки арматуры или для усиления жесткости таких конструктивных элементов, как киль коробчатого сечения, штевень, комингс и любой естественно образовавшийся или специально запроектированный уголок, буртик или углубление. На больших площадях указанный способ применять нецелесообразно, а более экономично использовать другие средства.

Толщину какой-либо части конструкции можно увеличить не только в процессе формования, но и всегда, когда это необходимо. Для выполнения такой операции не потребуется никакого специального оборудования.

§ 2.4. Недопустимость резких изменений толщины

В любом месте резкого изменения толщины возникает значительная концентрация напряжений. В особенно неблагоприятных случаях это может привести к неожиданному и преждевременному разрушению конструкции.

Например, ступенчатый переход от отформованной в три слоя основной оболочки к участку с местным усилением, состоящему из шести слоев, обусловливает ослабление конструкции вдоль линии перехода, где концентрируются напряжения. В таком соединении под нагрузкой вместо плавной деформации произойдет резкий перегиб (рис. 17).

Наращивать толщину следует постепенно, добавляя по одному слою через определенные интервалы. Например, при удельной массе стекловолокна 450 и 600 г/м2 расстояние между последовательно наращиваемыми слоями будет соответственно равно: минимально допустимое - 25 и 30 мм, рекомендуемое - 40 и 50 мм.

Рис. 17. Формование участков переменной толщины: а - неудовлетворительно изготовленная конструкция (внезапное изменение толщины вызывает возникновение высоких напряжений вдоль кромки и резкий перегиб); б - грамотно выполненный переход (при постепенном изменении толщины изгиб получается плавным).

Приведенные значения справедливы как для местного, так и для общего увеличения толщины, в случае углового стыка и т. п.
Для других значений удельной массы стекловолокна и других видов усиления соотношения будут пропорциональными. Эти зависимости являются достаточно приближенными, поскольку в условиях формования точные измерения выполнить трудно.

Существует общее правило: если хочешь добиться высокого качества формования, не делай никаких резких переходов. Толщина сечения должна изменяться постепенно. Углы и острые кромки необходимо закруглять, элементы жесткости должны плавно соединяться с другими такими же элементами или сходить на нет. Невозможно избежать резкого перехода только на подрезанной кромке формованной конструкции, но даже она обычно присоединяется к другой конструкции - формованной или деревянной.

§ 2.5. Ребра жесткости коробчатого сечения

Самым распространенным элементом жесткости является формованное коробчатое ребро, сечение которого напоминает по форме шляпу «цилиндр» (рис. 18). Однако часто такое ребро в сечении больше похоже на «котелок» или даже на некое творение из салона дамских шляпок.

Рис. 18. Применение ребер жесткости коробчатого сечения: а - основные элементы; б - ребро жесткости, отформованное за одно целое (внизу) и приформованное (вверху); в - виды заполнителей. 1 - формованная оболочка; 2 - заполнитель, не являющийся частью конструкции 3 - Ребро жесткости коробчатого сечения, наформованное поверх заполнителя; 4 - фланец переменной толщины; 5 - распиленная пополам картонная трубка; 6 - надрезанный алюминиевый швеллер или картон; 7 - алюминиевая или пластмассовая труба и прессованные профили или промасленная бумага и ткань; 8 - полукруглый деревянный профиль; 9 - слоистый пенополиуретан; 10 - скатанная газета или бумажная веревка; 11 - частично распиленный брусок или отдельные кусочки дерева.

Основной принцип создания ребра коробчатого сечения заключается в наформовании мокрого стеклопластика поверх заполнителя с целью получения профиля типа швеллера с фланцами ("поля шляпы"), которыми ребро присоединяется к конструкции. Такое ребро можно получить в процессе формования или сразу после того, как формование основной оболочки будет завершено, или даже еще позже. Его можно сделать неотъемлемой частью оболочки, накладывая последующие слои материала поверх заполнителя, либо отдельной деталью, присоединяемой к оболочке дополнительно. Для достижения оптимальной прочности данную операцию лучше производить в процессе формования или сразу по его окончании, но до отверждения основной конструкции. Однако практически это не столь важно, поскольку некоторое снижение прочности за счет воздействия различных отрицательных факторов всегда учитывается коэффициентом запаса прочности. Сжатие коробчатого ребра жесткости в процессе отверждения может вызвать деформацию легкой формованной конструкции. Чтобы избежать этого, конструкцию следует закрепить с помощью упоров или зажимов.

Обычно заполнитель рассматривают лишь как форму, поверх которой происходит формование коробчатого ребра жесткости, являющегося конструктивным элементом. Поскольку заполнитель нужен лишь до тех пор, пока стеклопластик не заполимеризуется, не требуется, чтобы он был прочным и долговечным. Вынуть заполнитель по окончании формования невозможно, поэтому его нужно относить к расходуемым материалам. Очевидно, заполнитель должен быть дешевым и легким. Однако в районе киля полезно иметь тяжелый заполнитель, чтобы сократить объем, предназначенный для заполнения балластом.

Следует помнить: прочность обеспечивается формованным коробчатым ребром жесткости, а не заполнителем; именно в этом заключается основной принцип создания конструкции.
Заполнитель должен обладать только достаточной эластичностью или, будучи надрезанным, принимать форму, соответствующую контурам конструкции, а также быть достаточно дешевым. Коробчатое ребро формуется в мокром состоянии, поэтому оно очень легко подгоняется и стыкуется с конструкциями самой сложной формы. Более того, оно с первого же раза получается правильно изготовленным. Не нужно никаких распариваний, подгибаний, примерок, подгонок и повторных примерок, которые могут повлечь за собой большие затраты труда при использовании иных материалов, в исходном состоянии гораздо более дешевых.

Заполнитель может быть изготовлен из любого материала, не оказывающего вредного воздействия на смолы. Он должен легко принимать нужную форму, просто крепиться и не оказывать отрицательных воздействий на материал оболочки при старении. Если же для получения заполнителя необходим большой объем обработки, то проще изготовить сплошное ребро жесткости одним из обычных способов.

Для изготовления заполнителя широко используют следующие материалы:

• полностью или частично распиленные на элементы деревянные бруски;
• полукруглые деревянные профили;
• бумажную веревку;
• свернутую газету;
• картон, согнутый в коробчатый профиль или свернутый в трубку;
• картонные трубки, разрезанные пополам в продольном направлении;
• алюминиевый швеллер с V-образными поперечными надрезами;
• бруски пенополиуретана;
• полиэтиленовые трубы и прессованные пластмассовые профили;
• трубы из промасленной бумаги или ткани («систофлекс»);
• металлическую фольгу или проволочную сетку.

Наиболее распространенным материалом заполнителя является дерево, поскольку в нем хорошо держатся винты и к нему можно крепить различные детали в жилых помещениях.
Дерево дешево, недефицитно, хорошо знакомо, и ему несложно придать нужную форму. Деревянный брусок, распиленный на секции небольшой длины или надпиленный почти до конца, так, чтобы его можно было изгибать, легко принимает форму любой кривой.

Тонкостенный алюминиевый швеллер небольших размеров с распилами на полках легко изогнуть. Правда, он стоит дорого, но не выделяет вредных продуктов разложения.

Скрученная бумага и сложенный в несколько слоев картон дешевы, но при наличии течи они размокают. Это не причинит вреда конструкции, но все же лучше использовать непромокаемую крафт-бумагу или водостойкий картон.

Заполнитель несложно изготовить из проклеенных полос пенополиуретана. Жесткость такого заполнителя можно увеличить, покрыв пенополиуретан смолой и нарастив его толщину до требуемой путем увеличения числа слоев. Такому заполнителю нетрудно придать нужную форму и профиль. Пенополистирол для этой цели не пригоден, поскольку он растворяется от действия смол.

В районе киля, где увеличение массы весьма желательно, а наличие пустых или недостаточно загруженных пространств является большим недостатком, хорошими заполнителями могут быть бетонные блоки, содержащие полосы свинца или иного металла, а также полиэтиленовые трубы, наполненные дробью или песком.

В ходе формования коробчатого ребра жесткости временно Удерживайте заполнитель в нужном положении с помощью смолы или маскировочной липкой ленты. Если вы хотите, чтобы конструкция выглядела аккуратно и не кустарно, располагайте заполнитель ровно и симметрично. Точность при формовании совершенно необходима в тех случаях, когда в качестве мест крепления палубы, крупных предварительно отформованных секций или каких-либо заранее изготовленных деталей предполагается
использовать шпангоуты. В производственных условиях рекомендуется применять зажимные устройства, фиксирующие шпангоуты в нужном положении. Такие устройства не дешевы, но зато позволяют избавиться от трудностей, которые возникают при необходимости изменить положение хотя бы одного неправильно установленного шпангоута.

Если заполнитель надежно изолирован от контакта с влагой и воздухом, появление загнивания маловероятно, но в случае повреждения оболочки, просачивания воды или наличия внутренних дефектов разложение не должно приводить к возникновению избыточного давления газов, разбуханию или какомулибо иному вредному для пластического материала последствию.
Обычно результатом любого повреждения или внутреннего дефекта бывает незначительное разбухание, а газы, образующиеся в процессе разложения, сами находят выход (см. также §2.16).

Формование шпангоутов в виде ребер коробчатого сечения придает обшивке значительную дополнительную жесткость и обходится дешевле, чем наращивание толщины, приводящее к аналогичному результату. Но шпангоуты должны быть отформованы прочно. Некоторые из них выглядят массивными, а на самом деле являются тонкостенными и слабыми. Иногда роль конструктивных элементов могут играть заполнители из дерева, но в этом случае стеклопластик должен быть достаточно прочным, чтобы удерживать их в прижатом книзу положении, и не должен иметь пор. Дерево, используемое в качестве заполнителя, должно обладать высокой стойкостью против гниения, возникновение которого невозможно обнаружить.

§ 2.6. Уголки

На многих самолетах времен второй мировой войны применялась конструкция с несущей обшивкой, состоявшей из уголков, прикрепленных к алюминиевой оболочке. Такую же по устройству конструкцию можно использовать и при создании формованных судов. Ребро углового сечения легче отформовать, чем коробчатого, и, кроме того, его можно ремонтировать. Однако угловое сечение не обладает столь высокой жесткостью, как коробчатое.

Чтобы изготовить формованный уголок, вырезают шаблон из куска фанеры или картона, соответствующий выбранному профилю, укрепляют в нужном положении с помощью липкой ленты и формуют на нем уголок, используя его как опалубку, применяющуюся при заливке бетона. В тех случаях, когда шаблон можно извлечь, его используют вторично (рис. 19). Если к перовому уголку приформовать второй, то получится тавровый профиль.

Рис. 19. Последовательность изготовления уголка жесткости (а). Примеры конструктивного выполнения и применения ребер и уголков жесткости (б). 1 - установка и закрепление с помощью липкой ленты опалубки из фанеры или картона 2 - формование вдоль опалубки ребра жесткости углового профиля; 3 - готовое ребро жесткости. 4 - ребро таврового профиля, образованное приформовкой одного уголка к другому; 5 - Z-образный профиль, полученный формованием поверх одной из сторон заполнителя 6 - уголок, подкрепленный ребром 7 - ребро, подкрепляющее крышу каюты 8 - углобульб, полученный с использованием полиэтиленовой трубки; 9 - ребро с вырезом и отбортовкой, образующее флор, который подкрепляет киль; 10 - ребро подкрепляющее конструкцию сложной формы; 11 - ребро с отформованным выступом, создающим дополнительную жесткость.

§ 2.7. Z-образные профили

Для изготовления элементов жесткости пригоден еще один профиль - Z-образный. Шаблон, на котором он формуется, также может быть использован многократно. В сущности, это половина рассмотренного ранее коробчатого профиля, у которой одна сторона не закрыта, чтобы можно было извлечь заполнитель (в данном случае им является шаблон). Это не такой жесткий профиль, как коробчатый, но его жесткость все же выше жесткости простого уголка или тавра. Полки Z-образного профиля удобно использовать для крепления деталей пропущенными насквозь болтами.

§ 2.8. Углобульб

Обычный уголок можно сделать гораздо жестче, если на его свободной стороне отформовать бульб. Профиль такого типа широко используют в судостроении. В сущности, это то же ребро жесткости коробчатого сечения с заполнителем, установленное на стойке или тонкой стенке.

Для получения углобульба сначала формуют обычный уголок и дают ему отвердеть. Одного слоя будет достаточно, поскольку на этой стадии он должен лишь поддерживать бульб.
Затем берут полиэтиленовую трубку, режут ее вдоль по одной стороне и надевают на торец свободной полки уголка, чтобы получился бульб. Далее формуют углобульб поверх трубки, продолжая наслоение вниз по обеим плоскостям полки и формуя фланцы с двух сторон, если это возможно. Бульб как рабочая часть профиля может быть значительно толще полки.

§ 2.9. Ребра

Применение ребер - обычный способ подкрепления уголка, швеллера или любого профиля с глубокой впадиной (см. рис. 19).
Благодаря их установке удается усилить угловой кронштейн для тяжелой полки, повысить жесткость крупной формованной конструкции углового профиля, такой, как верхний пояс обшивки или крыша каюты. Ребра можно использовать в качестве флоров, укрепляющих поперечное сечение киля. Изготовляют их так же, как уголки: вырезают картонный шаблон, соответствующий по форме будущему ребру, и формуют на нем ребра. Ребро присоединяется к формованной конструкции при помощи наформованного вокруг его кромки угольника. Иногда стенка ребра формуется по обеим сторонам картонного шаблона; получается очень тонкое ребро коробчатого профиля. Если плоское ребро имеет достаточно большую длину, то используемое в качестве конструктивного элемента оно лучше всего воспринимает воздействие растягивающих нагрузок. Чтобы такое ребро воспринимало и сжимающие нагрузки, потребуется несколько усложнить его конструкцию. Прежде всего нужно приформовать угольник или фланец к открытой кромке. Можно также наформовать на поверхность ребра коробчатые профили с фланцами, хотя практически ими могут быть желобки или углубления в отформованной поверхности. Лишь немногие крупные ребра следует выполнять сплошными. В большинстве случаев в них можно вырезать отверстия значительных размеров с целью экономии материала и массы. Кроме того, отверстия в ребрах, представляющих собой флоры на парусной яхте, обеспечивают свободное перетекание трюмной воды. Если вырезы в ребрах сделаны, чтобы пропустить через них выступающие части конструкции, например, деревянную облицовку или крышку металлического ящика, то по контуру вырезов можно отформовать фланцы, что позволит увеличить жесткость конструкции (см. рис. 19).

§ 2.10. Подкрепление кромок и отбортовка

Сквозной вырез в панели необходимо подкреплять, в противном случае кромка окажется слабой и может быть легко повреждена, особенно если отверстие предназначено для доступа к внутренним частям. Подрезанная наружная кромка формованной конструкции очень уязвима.

В качестве примеров можно привести вырезы люков, выемки, горловины, т. е. практически все вырезы, кромки которых не соединяются с какой-либо иной частью конструкции, например, с обрамлением окна, люковым ограждением, планширем или с другой формованной или деревянной конструкцией.

Если известно, что в формованной конструкции должно быть отверстие, то обычно в процессе формования предусматривают по его периметру угольник или фланец (рис. 20). С целью выдавливания материала к форме прикрепляют соответствующую деревянную накладку. Для свободного извлечения отформованной конструкции эту накладку выполняют легко отделяемой от формы, например, укрепляют простыми штифтами или каплей слабого клея. Тогда накладка легко извлекается вместе с конструкцией, из которой ее затем удаляют. Толщину материала в угольнике или фланце необходимо увеличить.

В том случае, когда до формования отверстие не было предусмотрено, кромку можно укрепить угольником, деревянной окантовкой или утолщением в виде валика. Валик представляет собой, в сущности, миниатюрный профиль коробчатого сечения с фланцами. Он играет ту же роль, что и закатка или отгибание кромок с усилением сгиба проволокой у листового металла.
В большинстве случаев нагрузки вызывают, скорее, растяжение кромки отверстия, нежели сжатие, поэтому в качестве заполнителя в валике целесообразно использовать проволоку или териленовый шнур, тогда некоторую часть нагрузки будет воспринимать заполнитель.

Вырезы, а также подрезанные кромки не должны иметь прямых или острых входящих углов, вызывающих очень высокую концентрацию напряжений. Через некоторое время после начала эксплуатации в таких местах обычно появляются трещины. При закруглении углов (см. рис. 20) трещины возникают редко. Там, где концентрация напряжений отсутствует, выступающий острый конец или угол вполне допустим. Неприятности возникают только лишь при наличии входящих или внутренних углов.

Рис.20 Заделка наружных кромок (а) и кромок вырезов (б). 1 - кромка защищена другой формованной деталью; 2 - укрепление кромки с помощью деревянной детали; 3 - утолщение кромки; 4 - формование кромки в виде уголка; 5 - формование кромки в виде фланца; 6 - усиление кромок выреза утолщением в виде валика с использованием проволоки или териленового шнура; 7 - скругление углов выреза с целью предотвращения концентрации напряжений и возникновения трещин.

Наружные подрезанные кромки формованной конструкции (например, фальшборта) обычно не обладают достаточной прочностью. Их следует формовать с фланцами, угольниками, значительно утолщать либо усиливать путем соединения с другой формованной или с деревянной конструкцией (планширем, палубой). Разумным решением во всех случаях будет также увеличение толщины кромки. Обеспечить высокое качество формования всей конструкции, вплоть до самого края формы, нелегко, поэтому кромки формованной конструкции часто бывают ослабленными. Вместе с тем, кромка такой, например, части судна, как фальшборт, часто подвергается ударам, в том числе и очень сильным (при столкновении с другим судном и т. п.).

В конечном итоге все образовавшиеся после резки кромки следует заделать смолой, а если ее нет, краской или лаком. В противном случае внутрь слоистого материала через слегка расщепленные при резке кромки проникнет влага и вызовет постепенное загнивание и эрозию.

§ 2.11. Переборки

На крупных судах переборки служат основными подкрепляющими элементами. Они являются самыми дешевыми и прочными из всех поперечных элементов жесткости.

Рис. 21. Зависимость размеров накладных валиков и мокрых угольников для установки переборок от числа слоев п формованной конструкции в случае одностороннего (а) и двухстороннего (б) подкрепления.

Любую переборку, установленную под прямым углом к обшивке, можно считать несжимаемой. Такая переборка, находящаяся в непосредственном контакте с обшивкой, может быть причиной деформации корпуса.

Переборки крепятся к корпусу путем приформовки заполняющих угловой стык валиков или угольников из мокрого стекломата, устанавливаемых вдоль соединения переборки с корпусом. Для придания соединению большей прочности их следует приформовывать по обеим сторонам переборки, обеспечивая значительную площадь контакта с корпусом судна. Толщина угольников должна быть не менее половины толщины обшивки, если они устанавливаются по обеим сторонам переборки, или равна толщине обшивки, если они располагаются только с одной стороны (рис. 21). Ширина полок обшивки предусматривается достаточной для их плавного схода на нет.

Рис. 22. Способы установки переборки на подкладке и с плавным сопряжением: а - идеальный (трапецеидальная либо клиновидная подкладка 1 из пенопласта или бальзового дерева); б—широко встречающийся на практике (подкладка прямоугольной формы).

 

Переборка подгоняется к корпусу так, что между ее торцом и обшивкой остается свободное пространство. В этом случае она не имеет с обшивкой прямого контакта; деформации воспринимаются приформованными угольниками, толщина которых постепенно уменьшается, пока они плавно не перейдут в обшивку корпуса (см. рис. 21). На практике проще производить формование, если в промежуток между переборкой и обшивкой будет вставлена пластина или рейка из мягкого материала, например, пенополиуретана или бальзы (рис. 22). Переборки никогда не должны плотно устанавливаться на свое место. В некоторых случаях они присоединяются к стрингерам, а не к обшивке корпуса.

Если на переборку в тех местах, где должна располагаться кромка приформованного угольника, наклеить полоску маскировочной ленты, то получится четкая, хорошо различимая граница. При формовании вдоль такой границы кромка будет ровной, что придаст соединению привлекательный внешний вид, какой бывает при квалифицированно выполненной отделке (гораздо более опрятный по сравнению с обычной неровной кромкой, даже окрашенной), и потребует меньших затрат труда, чем
обработка шлифовальной шкуркой. Лакированная деревянная переборка и цветной приформованный угольник с четко очерченными кромками будут выглядеть весьма привлекательно.

§ 2.12. Деревянные шпангоуты

Формованные шпангоуты монтируются настолько просто, что вполне понятно, почему им отдается предпочтение. Однако если установка формованных шпангоутов по каким-либо причинам невозможна, то могут быть использованы деревянные. В этом случае корпус оснащается, как для обычного судна. Так иногда поступают строители деревянных судов или любители, которые покупают формованный корпус у специализированного предприятия и затем сами его оснащают.

Серьезным недостатком, связанным с подобным оснащением, является потребность в большом количестве сквозных механических креплений, что, в свою очередь, затрудняет обеспечение водонепроницаемости корпуса (каждое сквозное крепление представляет собой потенциальное место течи). Без сомнения, крепление сквозь тонкую стеклопластиковую оболочку не является таким же удовлетворительным, как клепка или крепление болтами сквозь толстую деревянную обшивку. При клепке стеклопластиковая обшивка склонна к растрескиванию, а будучи тонкой не может равномерно распределить нагрузки. Малая толщина обшивки не позволяет производить зенкование, следовательно, крепежные детали будут выступать наружу и портить внешний вид. Поэтому корпус впоследствии необходимо окрашивать, как и у обычного судна. Дерево разбухает и уплотняет крепежную деталь, а стеклопластик не обладает такой способностью.

Следовательно, если судно достаточно большое и должно иметь шпангоуты, то целесообразно формовать их при постройке корпуса вместе с фундаментами двигателей и другими основными элементами конструкции либо устанавливать на верфи, оснащающ

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: