1)材料
“海狼号”游艇采用的主要材料的物理以及力学性能如表3-6所示。
2)层板厚度(见表3-7,表3-8)
“海狼号”游艇采用三明治夹层结构,夹层板的最小厚度(单面)依据《游艇入级与建造规范》(2012)2.1.2.3(3)部分公式计算:
表3-6 材料性能参数
(tmin)in=K0L槡wl≥1.5mm,被保护面板 (3-13)
式中,K0为系数。
表3-7 夹层面面板的最小厚度
依据《游艇入级与建造规范》(2012)2.1.2.3(4)部分公式计算,夹层板的总厚度tt应不小于按下式计算所得之值:
式中,γ为两面板厚度中心线的距离与两面板的平均厚度之比,且6≤γ≤14;τε为夹层板芯材的极限剪切强度(N/mm2);k为系数,对聚氨酯泡沫塑料芯材夹层板,k=1.86-0.06γ,且k≥1;对聚氯乙烯泡沫塑料芯材夹层板,k=1.95-0.079γ,且k≥1;对胶合板芯材夹层板,k取1.0;ps为舷侧波浪冲击压力。
表3-8 夹层板的总厚度
为了建造方便,艇底板采用统一厚度,避免断面接合,在计算底板厚度时,沿全船范围采用底板的最大计算压力26.03k N/m2来计算。具体材料性质如表3-9、表3-10所示。
表3-9 玻璃钢材料说明
表3-10 芯材说明
一毡一布是复合材料铺层最经典的设计,国外很多复合材料船艇设计尤其是游艇设计通常沿用此方法,其使用寿命可以达到20年以上,在国内复合材料船艇也必须采用一毡一布的铺层设计。复合材料最大的优势是可设计性,不像金属是具有特定厚度的产品,铺层均为一层一层的毡布构成。在不同的区域采用不同的铺层厚度满足不同区域的力学要求是复合材料的设计特点。当然,靠近脱衣的第一层最好用克重小点、细一点的毡,不然脱胎后外表面可能会有玻璃纤维的纹路,不光滑。但为了实际建造方便,特别是连续的壳板最好统一厚度,应尽量减少因厚度不同而有过多的搭接(必须加强处除外)。只要强度计算满足要求,芯材可根据规范选择,但为了施工方便,还是要先选择尽量统一的厚度。
一般芯材的设计使用要考虑三个因素,首先是芯材的力学强度,如剪切强度,它影响整个夹芯板的结构;其次是芯材的厚度、密度与吸胶量,它们影响整体夹芯板的重量;最后是芯材的刚度,它影响整个夹芯板的刚度。海斯比游艇的芯材设计方案综合考虑了以上三点,并且应用在海斯比复合材料船艇上。芯材的厚度会影响夹芯板的刚度和重量,因此芯材的厚度一般由原材料厂商设计不同厚度的产品,然后用户根据不同的需要选购。在结构设计之前,应该首先了解市场上常用的芯材规格有哪些,结构设计时应尽量采用常用的规格。
3)骨材(见表3-11)
骨材的剖面模数犠依据《游艇入级与建造规范》(2012)2.1.2.4部分应不小于按下式计算之值。
式中,σfm为板的极限弯曲强度(N/mm2);K为系数,由表3-12查取;l为骨材跨距(m)。当骨材端部设置肘板时,跨距点可取在肘板长度之半处;当骨材端部不设置肘板时,跨距点取在骨材端部;对于艇体强骨材(如龙骨、实肋板、纵桁等),则可将与之相交的舱壁作为该强骨材的端点;对于中板及上层建筑强骨材(如强横梁、纵桁等),除舱壁外,也可将与之相交的支撑点作为该强骨材的端点。S为骨材间距,p为上层建筑和甲板室的压力。
表3-11 骨材剖面模数
表3-12 系数参考
为了实际建造方便,艇体骨架的本身尺寸在全船范围内不发生变化,采用统一规格,故在骨材剖面模数计算时,采用前边部分计算出的最大计算压力。同样,骨材间距S和跨距l也都在计算时选用的最大值。骨材的实际尺寸核算如表3-13所示。
表3-13 骨材尺寸
注:bf为最小芯材宽;bb为最大芯材宽;hw为腹板高;bs为最小搭接宽度;be为有效带板宽;t1为带板的厚度;te为艇体板高。
表3-13中的be为带板有效宽度,按照《游艇入级与建造规范》(2012)的2.1.1.9部分计算。
本节规定的骨材剖面模数的要求值均为连带板的最小要求值。构件带板有效宽度be按下述规定选取。
①带板为单层板时,取下列计算结果中的较小者:
be=S, be=23t1+bs(3-16)
②带板为夹层板:
如芯材为泡沫塑料、轻木等无效芯材时,取下列计算结果中的较小者:
be=S, be=11d1(3-17)
如芯材为胶合板等有效芯材时,取下列计算结果中的较小者:
be=S, be=35d1(3-18)
式中,S为骨材间距(mm);t1为带板的厚度(mm);d1为带板的两面板厚度中心线的距离(mm);bs为骨材的净宽度(mm)。
骨材若釆用松木、胶合板等有效材料作芯材时,其剖面模数的计算可计入芯材的影响,但在计算芯材的剖面积时,应乘以芯材的弯曲弹性模量与层板材料的弯曲弹性模量之比(见图3-2)。
图3-2 骨材剖面
bf—最小芯材宽;t—1/2腹板厚;bb—最大芯材宽;bs—最小搭接宽度;
be—有效带板宽;te—艇体板高;hw—腹板高。
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