24/09/2018 - Neue Verbundwerkstoffe zur Verbesserung der Sicherheit von Hochgeschwindigkeitsfahrzeugen

Menéame

Hochgeschwindigkeitsfahrzeuge planen auf dem Wasser, indem sie wiederholt ihren Helm gegen die Oberfläche schlagen. Dies führt zu erheblichen Schäden, die die Widerstandsfähigkeit des Bootes und damit seine Sicherheit gefährden. Eine Gruppe von Forschern aus der Polytechnische Universität Madrid (UPM) hat ein neues Fertigungssystem entwickelt, das darin besteht, zwischen den Schichten des Verbundmaterials, mit dem der Rumpf gebaut wird, eine dünne viskoelastische Schicht einzuführen, die einen großen Teil der Energie absorbiert und ablöst, die durch den Aufprall auf die Wasseroberfläche verursacht wird. Die Versuche zeigen, dass mit dieser neuen Fertigungstechnologie die Häufigkeit, mit der die Helme repariert werden müssen, dreimal niedriger sein kann. Dies verbessert nicht nur die Lebensdauer des Schiffes, sondern auch die Sicherheit der Personen an Bord.

Im Gegensatz zu anderen Schiffen, deren Vormarsch auf See auf der Trennung des Wassers nach dem Weg beruht - den Schiffsüberfahrten - gibt es Schiffe, deren Konstruktion es ihnen ermöglicht, auf der Oberfläche des Wassers zu planen und mit hohen Geschwindigkeiten voranzukommen, da sie nicht große Wassermassen im Laufe der Fahrten bewegen müssen. Diese Boote werden auf der Rückseite - dem Popa - befestigt, und die Vorderseite des Rumpfes - dem Bug - steigt sequentiell auf, um bald zu fallen und die Oberfläche des Wassers mit Gewalt zu beeinflussen. Bei hohen Geschwindigkeiten, bei denen die WirkungDas Wasser wirkt wie eine wahre Mauer, auf der der Boden des Bootes immer wieder abstürzt. Dieses Phänomen wird als slamming und ist ein ständiges Problem bei Schiffen, die mit mittleren und hohen Geschwindigkeiten fahren.

El zyklischer Hüllenschlag kann erzeugen erhebliche Schäden am Material für das Boot, insbesondere wenn es sich um zusammengesetzte Materialien handelt, die aus anorganischen Fasern (Glas, Kohlenstoff) und spaltenden Polymeren (Polyester, Vinylester, Epoxid) bestehen, die sehr leicht, aber auch empfindlicher auf die Auswirkungen reagieren als die Metallmaterialien, die traditionell für den Bootbau verwendet wurden (Stahl, Aluminium). In der kurzen Zeit, die zwischen dem Einschlag und der Wasserabscheidung um das Boot geht, wachsen die Belastungen, die durch das Material getragen werden, schnell, und die vorgeschriebenen Verformungsgeschwindigkeiten sind sehr hoch. Unter diesen Bedingungen reagiert das Material mit einem zerbrechlichen Verhalten und es entstehen innere Mikrorötungen. Da es sich um alle paar Sekunden wiederholte Auswirkungen handelt, wird der Schaden immer größer, und die Mikrorisse wachsen weiter und verbinden sich gegenseitig und bilden große, vollständig geschädigte Bereiche. Die widerstandsfähige Materialkapazität wird ernsthaft beeinträchtigt und damit die Sicherheit des Schiffes und der an Bord befindlichen Personen gefährdet.

Um die Struktur dieser Schiffe zu schützen, ETSI Navalesde la UPM Sie haben ein neues System entwickelt, das darin besteht, zwischen den Schichten des zusammengesetzten Rumpfmaterials eine dünne viskoelastische Schicht einzuführen, die einen großen Teil der Energie absorbiert und ablöst, die durch den Aufprall auf die freie Oberfläche des Wassers verursacht wird. Es handelt sich um eine Schicht aus regelmäßigen Sechsecken, als ob es sich dabei um eine Bienenschale handelt, die aus Zellen eines Polymers mit hoher Steifigkeit besteht, die ein weicheres und entformbares Material (viscoelastisch) wie einen speziell für diese Aufgabe entwickelten Gummi verhüllen. Wenn das Boot durch Slamming getroffen wird, wird der größte Teil der Energie durch die viskoelastische Schicht, die sich verformt, durch die vorübergehende Speicherung der Energie und den Schutz des Rumpfmaterials gefangen. Nach dem Aufprall gibt die viskoelastische Schicht die gespeicherte Energie ins Meer zurück. Die Ergebnisse zeigen, dass die Schäden an dem Material drastisch reduziert werden, da die viskoelastische Schicht das unter ihr liegende Material schützt. Dieser Schutz ist kein Zusatz zur Schiffsstruktur, sondern ist in dem Material, aus dem er hergestellt ist, eingebettet, wodurch der Aufprallschutz wirksamer und dauerhafter wird. Mit dieser Strategie konnten die durch die Hochgeschwindigkeitsnavigation verursachten Schäden auf ein Minimum reduziert werden, und es konnte die erforderliche Zeit zwischen Reparaturen beschädigter Helme um das Dreifache vervielfacht werden.

Nach Ansicht von Juan Carlos Suárez Bermejo"Mit dieser neuen Fertigungstechnologie wird der Widerstand der Schiffe auch unter den anspruchsvollsten Navigationsbedingungen, mit größeren Wellen, durch Verlängerung der Lebensdauer des Schiffes und vor allem durch Verbesserung der Sicherheit der an Bord befindlichen Personen verstärkt." Schiffswerften, Reedereien und Klassifikationsgesellschaften haben bereits ihr Interesse an der schrittweisen Einführung dieser neuen Entwicklungen im Schiffbau gezeigt.

Ref

Reduction of slamming damage in the hull of high-speed crafts manufactured from composite materials using viscoelastic layers Townsend, P; Suarez-Bermejo, JC; Sanz-Horcajo, E; Pinilla-Cea, P. OCEAN ENGINEERING, 159 253-267; 10.1016/j.oceaneng.2018.04.029 JUL 1 2018

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Polytechnische Universität Madrid (UPM)

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