用于船舶建造的復(fù)合材料
【編者按】近數(shù)十年復(fù)合材料在船舶制造中的應(yīng)用越來越普遍。隨著材料、施工方法以及應(yīng)用上的改進(jìn)莉紊,船只的安全性和可靠性都得到了增強,從而保證了乘客和船務(wù)人員的安全棒冠。
從石器時代開始钾植,人類為了探索江河湖海,從筏子開始,一步步的發(fā)展船舶泛鸟,最早的是筏子和獨木舟蝠咆,后來發(fā)展到用木板和梁材組合的結(jié)構(gòu)。18世紀(jì)隨著冶金工業(yè)北滥、機械制造業(yè)的發(fā)展刚操,開始出現(xiàn)鐵質(zhì)和鐵木混合結(jié)構(gòu)的船舶。19世紀(jì)后半葉再芋,進(jìn)一步開始采用低碳鋼來造船菊霜,鋼材便成為造船的主要材料,20世紀(jì)后半葉隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展济赎,越來越多的新材料使用在船體制造上鉴逞,可以想象隨著科技的不斷進(jìn)步,可以用來制作船體的材料將會越來越多司训,性能也不斷提升构捡。
上世紀(jì)40年代中,美國海軍首次將復(fù)合材料用于船舶建造壳猜,從此掀起了船舶建造新的篇章勾徽,全世界各國相繼開始研制各種各樣的復(fù)合材料船舶。復(fù)合材料在快艇忿震、游艇斗黍、賽艇以及諸如拖網(wǎng)漁船等小型商業(yè)漁船上的使用逐漸得到了普遍認(rèn)可。
復(fù)合材料作為新型功能結(jié)構(gòu)材料肚浴,具有重量輕掷佑、比強度和比剛度高、阻尼性能好淡碟、耐疲勞怔赤、耐蠕變性能、耐化學(xué)腐蝕吻悍、耐磨性能好分较、熱膨脹系數(shù)低、以及X射線透過性好等特點囚上,備受造船界的重視南垦,尤其是在制造高質(zhì)量的船體結(jié)構(gòu)方面有著巨大的優(yōu)勢。隨著社會發(fā)展痰拢,無論是用于軍事跛鸵,還是救援、執(zhí)法方面的船只资柔,都對船速提出了新的要求焙贷,特別是在武裝攻擊中撵割,必須降低船艇的重量,以便在相同動力獲得更高的有效載荷辙芍,并節(jié)約燃料啡彬、降低成本,在提高航速的同時故硅,也提高了船只的機動靈活性庶灿。近年來,先進(jìn)復(fù)合材料和輕量化結(jié)構(gòu)技術(shù)已發(fā)展成為減輕船體重量的關(guān)鍵技術(shù)吃衅。
各國復(fù)合材料船舶應(yīng)用
美國是最早的復(fù)合材料艦船制造者往踢,目前其復(fù)合材料造船量穩(wěn)居世界首位。1996年美國制造的探海艇徘层,是石墨纖維增強環(huán)氧樹脂單殼結(jié)構(gòu)峻呕,可下潛6096m的深度。美國建造大型復(fù)合材料艦船方面的能力在80年代后期開始批量化生產(chǎn)沿海獵雷艦的MHC 工程中得到了顯示趣效。2006年制造的代號M80的“短劍”( Stiletto) 是最新型高速隱形試驗快艇山上,是碳纖維一次成型的最大船體,由于工藝無焊接私舱、無鉚接,大幅度實現(xiàn)了船只的整體輕量化配昼,使快艇能夠輕易獲得較高航速菊舅。
日本在60年代初成為美國游艇承包建造基地,為后來建造復(fù)合材料漁船和大型艇奠定了基礎(chǔ)如癌。到了1993年舆滞,日本復(fù)合材料漁船的數(shù)量就已經(jīng)超過32萬艘,復(fù)合材料游艇則超過了20萬艘顿墨。
英國不僅是大型復(fù)合材料反水雷艦艇的先驅(qū)國家服讯,它在復(fù)合材料高速艇的研制技術(shù)方面也屬世界一流水平,建造過不少軍用高速艇稼孤。在上世紀(jì)90年代授灵,英國開始利用一流的復(fù)合材料輕量化技術(shù),研制高速輕型氣墊船和HM-2型氣摯渡船扇述。制造的“施培正”號凱芙拉巡邏艇藏亲,艇殼比玻璃鋼減重20%,比鋁合金減重近5t匪煌。目前英國20m以下的船舶有80%都是復(fù)合材料制造的责蝠。熱塑性復(fù)合材料堅韌、可回收萎庭,并可縮短生產(chǎn)周期的優(yōu)點霜医,使熱塑性復(fù)合材料成為船用復(fù)合材料輕量化的發(fā)展方向之一齿拂。近年英國羅斯柴爾德的Plastiki 塑料瓶船,符合材料可生物降解和可循環(huán)利用的發(fā)展方向肴敛,就引起了不小的轟動署海。英國VT Halmatic 艦船制造商利用真空袋固化工藝制造了簡單的熱塑性塑料底船DUC也證明了這一點。采用玻纖/聚丙烯材料制造值朋,完美實現(xiàn)了輕量化叹侄。此船已被英國軍隊采用,作為Mk6軍事突擊艇昨登,試驗登陸沙灘時非常堅韌趾代。
意大利的復(fù)合材料游艇工業(yè)不僅發(fā)展較早,而且技術(shù)非常先進(jìn)丰辣,是歐洲制造35m以上大型豪華游艇的中心之一撒强。意海軍對復(fù)合材料反水雷艦艇的開發(fā)研究非常重視,1967年就開始研究新穎的硬殼式獵雷艦滥港,并成功研制出多型Lerici獵雷艦鸠头。瑞典也非常重視復(fù)合材料在艦船中的應(yīng)用。應(yīng)該指出的是换蛔,瑞典的夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料技術(shù)堪稱世界一流诱价,用于建造了不少高速軍用艇和巡邏艇,如TV171 和CG27型海岸巡邏艇孽强。值得一提的是涧俐,瑞典在1991年研制成世界第一艘復(fù)合材料隱形試驗艇“Smyge”號,該艇集先進(jìn)復(fù)合材料技術(shù)氮妆、夾層結(jié)構(gòu)技術(shù)偶村、隱身技術(shù)及雙體氣墊技術(shù)于一體,實屬艦船中的高科技產(chǎn)品匹溪。
中國自1958 年開始試制娶架,拉開了復(fù)合材料造船的序幕,迄今也已經(jīng)制造了數(shù)以萬計的各種復(fù)合材料船艇玩冷。有總長近39m的掃雷艇; 漁船則是以80年代中后期批量建造的長度接近20m 的遠(yuǎn)洋捕撈漁船為代表窿侈;92年以來,廣東地區(qū)還掀起了研制復(fù)合材料高速客船的熱潮秋茫,先后研制出各種單體高速船棉磨、高速雙體氣墊船、機動帆艇等学辱。
用于船體的復(fù)合材料主要有碳纖維乘瓤、芳綸纖維和玻璃纖維。復(fù)合材料船體的典型結(jié)構(gòu)形式主要有五種:單板加肋結(jié)構(gòu)策泣、夾層結(jié)構(gòu)衙傀、硬殼式結(jié)構(gòu)抬吟、波形結(jié)構(gòu)及其混雜結(jié)構(gòu)。
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