Σύνδεση Μελών

Σύνδεση με προνόμια ΕΛ.Ι.Ν.Τ.

Χρήση Ενισχυτικών Επιθεμάτων από Σύνθετα Υλικά για την Ενίσχυση Τμημάτων Χαλύβδινων Ναυπηγικών Κατασκευών

Ν. Τσούβαλης, Β. Παπάζογλου και Λ. Μυρισιώτης

Εργαστήριο Ναυπηγικής Τεχνολογίας, Σχολή Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών
ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ

ΠΕΡΙΛΗΨΗ

Στο πλαίσιο αυτού του έργου σχεδιάστηκε και πραγματοποιήθηκε ένα εκτενές πειραματικό πρόγραμμα με σκοπό τη διερεύνηση της αποτελεσματικότητας της χρήσης πολύστρωτων επιθεμάτων από σύνθετα υλικά για την ενίσχυση χαλύβδινων κατασκευών με ελάττωμα. Το πρόγραμμα περιελάμβανε στατικές δοκιμές σε εφελκυσμό δοκιμίων με οπή, εγκοπή και διάβρωση, καθώς και δυναμικές δοκιμές δοκιμίων με εγκοπή. Οι πειραματικές μετρήσεις κατέδειξαν τη σαφή αύξηση της αντοχής που προκύπτει από την τοποθέτηση επιθέματος, αφού αυξάνεται σημαντικά τόσο η περιοχή ελαστικής απόκρισης της χαλύβδινης κατασκευής σε στατικά φορτία, όσο και η διάρκεια ζωής σε κόπωση. Το γεγονός αυτό μάλιστα συμβαίνει και για επιθέματα με χαμηλό λόγο ακαμψίας, κατασκευασμένα με απλά, χαμηλού σχετικά κόστους σ.υ. και χρησιμοποιώντας συμβατικές μεθόδους επίστρωσης. Παράλληλα αναπτύχθηκαν διαδικασίες προσομοίωσης τέτοιων κατασκευών με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων. Η τελική επαλήθευση της ακρίβειας και της αξιοπιστίας των μοντέλων που αναπτύχθηκαν θα οδηγήσει στη συνέχεια στη χρήση τους για την εκπόνηση εκτεταμένων παραμετρικών μελετών.

 

1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Η εργασία αυτή αποτελεί μια σύντομη περιγραφή των αποτελεσμάτων του ομώνυμου ερευνητικού έργου, το οποίο εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ναυπηγικής Τεχνολογίας της Σχολής Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών του ΕΜΠ, στο πλαίσιο του ερευνητικού προγράμματος ΠΥΘΑΓΟΡΑΣ ΙΙ. Η έγκριση του έργου πραγματοποιήθηκε το Μάρτιο 2005 και η χρηματοδότησή του ξεκίνησε το Νοέμβριο του ίδιου έτους. Το έργο βρίσκεται σήμερα στο τελικό στάδιο υλοποίησής του.

Τα διάφορα τμήματα και κατασκευαστικές λεπτομέρειες της μεταλλικής κατασκευής των χαλύβδινων πλοίων υπόκεινται σε πληθώρα στατικών και δυναμικών φορτίσεων. Είναι σύνηθες λοιπόν να παρατηρούνται διαφόρων ειδών τοπικές αστοχίες, όπως πλαστικές παραμορφώσεις της κατασκευής και ανάπτυξη ρωγμών. Επιπρόσθετα, το θαλάσσιο περιβάλλον οδηγεί πολύ συχνά σε διάβρωση, γεγονός που αυξάνει περαιτέρω την επιδεκτικότητα των κατασκευών αυτών σε ανάπτυξη αστοχιών. Είναι λοιπόν πολύ συνηθισμένο να παρουσιάζεται συχνά η ανάγκη μιας είτε μόνιμης είτε προσωρινής τοπικής ενίσχυσης κάποιων τμημάτων της μεταλλικής κατασκευής. Οι συνηθέστεροι τρόποι που ακολουθούνται σήμερα για την εκτέλεση αυτών των εργασιών ενίσχυσης και επισκευής είναι η χρήση κοχλιωτών μεταλλικών επιθεμάτων ή η χρήση συγκόλλησης.

Τα περισσότερα από τα μειονεκτήματα των δύο αυτών τρόπων υπερπηδώνται με τη χρήση επιθεμάτων από σύνθετα υλικά (σ.υ.) για την ενίσχυση των προβληματικών περιοχών. Η ενίσχυση μεταλλικών κατασκευών με την τοποθέτηση έπ’ αυτών επιθεμάτων από σύνθετα υλικά και με χρήση κατάλληλων κολλητικών ουσιών έχει εφαρμοστεί με μεγάλη επιτυχία στις αεροπορικές κατασκευές από τα τέλη της δεκαετίας του 1970 [1]. Οι πρώτες εφαρμογές τέτοιων ενισχύσεων σε πλοία έχουν γίνει από τη δεκαετία του 1980. Οι λιγοστές δημοσιευμένες πληροφορίες αναφέρουν ότι τα αποτελέσματα είναι πολύ ενθαρρυντικά, με αρκετές εφαρμογές σε δευτερεύουσες κατασκευές φρεγατών και αντιτορπιλικών, καθώς επίσης και σε πλοία αποθήκευσης αργού πετρελαίου και συμβατικά δεξαμενόπλοια [2,3].

Τα βασικά πλεονεκτήματα του προτεινόμενου τρόπου ενίσχυσης των χαλύβδινων ελασμάτων ναυπηγικών κατασκευών, είναι τα ακόλουθα:

  • Ενίσχυση προβληματικά σχεδιασμένων περιοχών, αυξάνοντας τη στατική αντοχή και την αντοχή σε κόπωση και λυγισμό.
  • Αποκατάσταση της αντοχής ή της ακαμψίας μιας περιοχής που περιέχει βλάβες, όπως διάβρωση, εγκοπές ή ρωγμές, ή της οποίας η ζωή σε κόπωση πλησιάζει στο τέλος της.
  • Μείωση της συγκέντρωσης τάσεων σε περιοχές με ελαττώματα λόγω κακού σχεδιασμού ή προβληματικής ανέγερσης, καθώς και σε περιοχές με βλάβες από συγκρούσεις.
  • Μικρές ή καθόλου θερμές εργασίες σε περιοχές ευαίσθητες στην έκλυση σημαντικών επιπέδων θερμότητας.
  • Ιδεώδης για εφαρμογές πολύπλοκης γεωμετρίας σε δυσπρόσιτες περιοχές ή περιοχές με στενότητα χώρου.
  • Μικρή απαιτούμενη υποδομή, μικρός χρόνος εκτέλεσης και εξαιρετικά μειωμένο κόστος, αφού δε διακόπτεται επί μακρόν η λειτουργία της κατασκευής.

Το προτεινόμενο έργο έχει ως πρώτο γενικό στόχο τη μεταφορά της υπάρχουσας τεχνογνωσίας ενίσχυσης μεταλλικών τμημάτων αεροπορικών κατασκευών από αλουμίνιο με χρήση επιθεμάτων (patches) από σύνθετα υλικά, στην περιοχή των χαλύβδινων ναυπηγικών κατασκευών. Οι βασικές διαφοροποιήσεις που υπαγορεύουν την πρόσθετη μελέτη του θέματος είναι το διαφορετικό υλικό βάσης, οι τελείως διαφορετικές γεωμετρίες, τα πολύ μεγαλύτερα πάχη ελασμάτων, οι διαφορετικές φορτίσεις και το διαφορετικό περιβάλλον λειτουργίας.

Ο πρώτος επί μέρους διακριτός στόχος είναι να διερευνηθεί και να επιδειχθεί μέσω πειραματικών δοκιμών ότι η χρήση επιθεμάτων από σ.υ. οδηγεί στην ενίσχυση ενός τμήματος της χαλύβδινης κατασκευής ενός πλοίου και να καθοριστεί και αξιολογηθεί το ποσοστό της ενίσχυσης αυτής. Ο δεύτερος επί μέρους διακριτός στόχος είναι η ανάπτυξη μιας κατάλληλης μεθόδου αριθμητικής προσομοίωσης με πεπερασμένα στοιχεία μιας τέτοιας ενισχυμένης κατασκευής και η εξαγωγή σχετικών γενικών κατευθυντήριων οδηγιών αριθμητικής προσομοίωσης. Ο τρίτος επί μέρους διακριτός στόχος είναι η ανάπτυξη μιας διαδικασίας σχεδιασμού και εφαρμογής τέτοιων ενισχύσεων σε ναυπηγικές κατασκευές.

Κατ’ αρχάς πραγματοποιήθηκε έρευνα της βιβλιογραφίας για θέματα όπως τα υλικά που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε τέτοιου είδους ενισχύσεις, τις διαδικασίες ανάλυσης με πεπερασμένα στοιχεία που έχουν εφαρμοστεί και τις πειραματικές δοκιμές που έχουν διεξαχθεί. Η έρευνα αυτή ανέδειξε πολύ μικρό αριθμό δημοσιεύσεων που ασχολούνται με την εφαρμογή των ενισχύσεων αυτών σε ναυπηγικές κατασκευές, ενώ, αντίθετα, βρέθηκε ικανοποιητικός αριθμός άρθρων με σχετικές εφαρμογές στην αεροπορική βιομηχανία. Τα αποτελέσματα της βιβλιογραφικής αυτής ανασκόπησης συνοψίζονται στο Παραδοτέο ΠΕ.1-1 «Βιβλιογραφική Ανασκόπηση».

Το πληρες άρθρο είναι διαθέσιμο μόνο για τα μέλη ΕΛ.Ι.Ν.Τ.
Αν είστε μέλος παρακαλούμε συνδεθείτε με τον κωδικό σας.
Για να γίνετε μέλος ΕΛ.Ι.Ν.Τ. ακολουθήστε τις οδηγίες στις Εγγραφές Μελών
Τετάρτη, 24 Απριλίου 2013

TRAINING WORKSHOP, ΠΟΥ ΟΡΓΑΝΩΘΗΚΕ ΑΠΟ «ΕΛΙΝΤ» / «MAR.TEC.M.A.» / «Ε.Ε.Δ.Ε.» ΣΤΙΣ 19 & 20 ΑΠΡΙΛΙΟΥ 2013, ΣΤΑ ΠΛΑΙΣΙΑ ΤΩΝ ΕΚΔΗΛΩΣΕΩΝ:
«ΗΦΑΙΣΤΟΣ 2013» / ΑΘΗΝΑ & «HE.M.E.EXPO. 2013» / ΣΑΓΚΑΗ

Σε συνέχεια της προηγούμενης – ενημερωτικής εσπερίδας που οργανώθηκε

Περισσότερα...
Παρασκευή, 25 Νοεμβρίου 2016

Το καθιερωμένο βραβείο ΕΛ.Ι.Ν.Τ απονεμήθηκε φέτος κατά τη διάρκεια του Επίσημου Δείπνου στο Ναυτικό Όμιλος Ελλάδος στον κ. Αθανάσιο Μαρτίνο για τη μεγάλη του προσφορά στο ναυτιλιακό χώρο αλλά και για το σημαντικό κοινωνικό έργο.

Περισσότερα...
Παρασκευή, 02 Μαΐου 2014

ΗΜΕΡΙΔΑ ΕΠΑΓΓΕΛΜΑΤΙΚΟΥ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ TOY 9ου ΕΠΑΓΓΕΛΜΑΤΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΠΕΙΡΑΙΑ – ΝΑΥΤΙΚΗΣ & ΝΑΥΤΙΛΙΑΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

Γίνεται γνωστό ότι την Τρίτη 08/04/2014 με πρωτοβουλία του «Ελληνικού Ινστιτούτου Ναυτικής Τεχνολογίας» πραγματοποιήθηκε

Περισσότερα...
Δευτέρα, 08 Απριλίου 2013

ΕΣΠΕΡΙΔΑ – “HEPHAESTUS 2013” ΤΗΝ ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ 29/03/2013

Πραγματοποιήθηκε με πολύ μεγάλη επιτυχία η πρώτη προγραμματισμένη ενημερωτική εκδήλωση του forum «Ήφαιστος 2013» την Παρασκευή 29/03/2013 στις εγκαταστάσεις της «Environmental Protection Engineering» – E.P.E. S.A. Περισσότερα...