欧洲杯竞猜软件【科普知识】复合资料在船只中运用详解

2024-11-23 09:54:10 | 作者：

　　一起，复合资料还具有耐腐蚀、无磁性、可塑性好等长处，因而，自复合资料面世以来就一直在造船工业中发挥着重要的效果，在船只上的运用研讨始终是各首要造船国家的重视焦点。

　　文中对船用复合资料进行了简略介绍，并对船用复合资料的国内外展开进程及运用现状进行了论述，在此基础上对船用复合资料的展开趋势进行了剖析和展望。

　　复合资料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体资料。虽然复合资料各组分资料仍坚持其相对独立性，但复合资料的功用却并非组分资料功用的简略加和，而是表现出远优于两者的功用。

　　一般在复合资料中有一相为接连相，称为基体，用以粘结、固定、保持增强资料成必定形状；另一相为分散相，称为增强相或增强体，增强资料在复合资料中不构成接连相，它在基体支持下供给强度和刚度。分散相是以独立的形状散布在整个接连相中的，可所以增强纤维，也可所以颗粒状弥散的物料。不同增强资料的形状如图1 所示。复合资料的分类办法许多，最基本的依照基体资料类型可以分为：聚合物基复合资料，其基体为有机聚合物高分子；金属基复合资料，其基体为金属，如铝基复合资料、铁基复合资料等；无机非金属基复合资料，其基体为陶瓷资料（也包含玻璃和水泥等）。

　　现在，船用复合资料，尤其是运用于船体结构的复合资料，以聚合物基复合资料为主，按结构可分为层合板（纤维增强复合资料）和夹层结构复合资料两大类型，其间包含三个方面的重要复合物：增强资料、树脂（即基体）和芯层资料。

　　船用复合资料依照承载部位不同可分为：主承力结构、次承力结构、非承力结构等。依照功用可分为：结构、阻尼、声学（包含吸声、隔声、透声）、隐身（包含吸波、透波、反射、频选）、防护等五大系列资料，船用复合资料的分类及运用部位如图2 所示。船用复合资料功用的优越性首要表现在：轻质高强，能有用进步船体的储藏浮力；结构功用一体化，在满意结构承载的情况下功用可规划，一般具有声学、雷达、减振、防护、低磁等其他功用，一般的资料成型进程同样是结构成型进程；耐腐蚀，可满意高盐、高湿、紫外等严苛海洋环境要求；

　　耐老化，可满意船只的长命命要求。以上特性有别于其他船只结构资料，也是其优势图2 船用复合资料及结构首要类型与典型运用的表现。从小型快艇开端，复合资料在船只上的运用大约阅历3 个阶段。

　　第一阶段，首要在扫雷艇等小型船只上运用，功用要求低，可全体成型。第二阶段，在大、中型船只上得到部分运用，但运用理念仍局限于传统的船体规划，复合资料在船上仅仅起到减轻质量、进步部件耐腐蚀才能等辅佐效果。第三阶段，船只在规划之初充分考虑运用中所面对的多种杂乱情况，运用复合资料作为主船体资料，完成其他资料无法完成或难以完成的成效。现在，船用复合资料现已突破了第二阶段，向第三阶段展开。

　　前期复合资料都是运用在小型巡逻艇和登陆舰上。相对差的制作质量和船体刚度约束了船只的长度不能超越15 m，排水量不超越20 t。

　　近年来，跟着复合资料规划、制备本钱的下降，以及力学功用进步，复合资料开端在大型舰船，如猎雷艇和轻型护卫舰上得到运用。跟着技能的展开，船只的长度呈安稳的添加趋势，现在已有80~90 m 长的全复合资料水兵舰船。

　　美国是复合资料科学技能展开最先进，复合资料运用最广、用量最大的国家，在船只复合资料的运用方面，其规划和技能都走在国际前列。美国水兵于1946 年选用聚酯玻璃钢建成了交通艇，是国际上第一艘复合资料舰船，随后又制作了玻璃钢登陆艇、作业船等。

　　为加快玻璃钢船只的展开，美国水兵在20 世纪50 时代中期规矩16 m 以下船只必须用复合资料制作。1954 年前后，美国的手糊成型工艺日趋老练，1956 年制作了2 艘不同结构办法的小型扫雷艇，开端了玻璃钢在扫雷艇中的运用研讨。

　　20 世纪60 时代前期，美国水兵制作了第一艘全玻璃钢巡逻艇，20 世纪80 时代末90 时代初制作了复合资料猎/扫雷艇，艇体均选用高档间苯聚酯树脂，并以半自动浸胶作业制作，同期制作了选用凯夫拉增强的聚酯树脂单壳结构的巡逻艇。随后，美国水兵又将复合资料引入了深潜器的制作。

　　1966 年选用石墨纤维增强环氧树脂制作的深潜器，其下潜深度可达6096m。进入21 世纪后，美国进一步加强了复合资料在船只制作的运用，选用新式高强碳纤维/乙烯基树脂的夹心层结构，替代传统玻璃纤维等低强度纤维，建成的新式船只安稳性高、航速快，并具有隐身、反潜、反水雷才能。欧洲复合资料船只工业也十分兴旺。

　　20 世纪60时代中期，英国选用玻璃钢先后制作了450 t 的大型扫雷艇和625 t 的猎雷艇，1973 年选用复合资料制作了全玻璃钢反水雷艇，其成功运用推进了复合资料的迅速展开，20 世纪80 时代前期就制作了200 多艘全复合资料反水雷船只。

　　20 世纪90 时代，英国成功运用碳-玻稠浊纤维制作了摩托艇、巡逻艇等，跟着技能的展开，近年来还成功运用收回塑料瓶再加工资料制作舰船，不只下降了本钱，还契合资料生物降解以及循环运用的展开方向。

　　瑞典于1974 年建成了第一艘夹层结构的玻璃钢扫雷艇，20 世纪90 时代成功研制了国际上第一艘复合资料隐形实验艇，并逐渐展开构成了以高功用碳纤维和夹芯结构为特色的制作办法，开发制作了集先进复合资料技能和隐身技能于一体的系列轻型驱逐舰，已成功下水执役。

　　意大利于20 世纪80 时代中期开端相继建成多艘玻璃钢扫雷艇。日本自20 世纪50 时代起就开端制作玻璃钢船，在高功用船、赛艇和奢华游艇制作方面取得了不俗的成果。进入21 世纪，日本开端研讨制作高功用复合资料军用船只，现在已成功建成第一艘玻璃钢复合资料扫雷艇并投入运用。

　　各国水兵运用的复合资料制品还包含船只上层建筑、推进器、桅杆等。法国水兵于1992 年开端在船只上层建筑选用复合资料，可以有用下降船只质量。前苏联最早将复合资料螺旋桨用于实船。

　　瑞典于1989 年开端研制复合资料推进轴，对几千种不同资料及外表处理办法进行了实验和点评以取得轴的最佳功用，制得的推进轴质量轻、弹性好、适应性强、不导电、耐腐蚀。美国从1995 年开端选用复合资料研讨先进的全封闭桅杆，并成功配备于驱逐舰、航空母舰等。

　　此外因为复合资料可下降船只的雷达信号特征以及红外（热）信号特征，因而复合资料还广泛运用于烟囱、舱壁、甲板、舵等次承载结构，在隐身及结构减重方面所做的奉献十分明显。

　　我国复合资料在船只方面的研制运用起始于1958 年，第一艘玻璃钢作业艇诞生于上海。在20 世纪70 时代中期曾研制过一艘总长近39 m 的扫雷实验艇，尔后对GRP/CM 反水雷舰艇的研制作业就中断了十多年。

　　20 世纪90 时代以来，跟着技能展开与工艺引入，我国选用复合资料出产了很多游艇、帆船、救助艇，以及公安、武警、海监、海关等航速较高的巡逻艇、法律艇、缉私艇等准军事艇，但迄今为止还未规划制作一艘高科技含量的水兵反水雷舰艇。

　　在复合资料船只构件方面，我国在20 世纪60 时代末成功研制了复合资料声纳导流罩，并运用于潜艇，展开至今已构成较为老练的运用。20 世纪80 时代后期研制开发了复合资料雷达天线罩、水雷壳体并投入运用，20 世纪90 时代成功研制了运用于大型水面船只的复合资料桅杆以及上层建筑等。

　　与国外比较，现在我国船用复合资料运用规划和规划依然较小。在原资料方面，现在我国已能出产国际市场上大多数种类的玻璃钢用增强资料，但与国际工业兴旺国家比较，在产品技能水平、种类、标准、质量等方面仍有较大距离，碳纤维、芳纶纤维等高功用纤维仍依赖于进口，树脂产能也严峻落后。

　　在成型加工方面，RTM 工艺以其产品质量好、出产功率高级长处得到了广泛重视与快速展开，在工业兴旺国家已展开适当老练，并且不断趋于完善，而我国则从20 世纪80 时代才开端引入RTM 工艺和设备，投入出产少，设备运用率低，现在RTM 工艺仍处于展开阶段。与国外比较，现阶段我国在船只复合资料范畴的运用技能和研制方面仍较为落后，仍有很大的展开空间。

　　虽然复合资料在国外水兵强国已具有较长的运用前史，而我国的快艇、导流罩等方面虽也有所运用，但展开缓慢，其原因在于复合资料本身的特色与传统金属资料不同，复合资料具有极强的可规划性，其资料功用与制作工艺密切相关，而现在缺少相关规划标准、经历数据以及牢靠性点评技能和指标体系。现在，复合资料在船只运用方面存在的问题首要有以下几个方面。

　　多年以来，在大部分造船运用中，复合资料与传统资料（除了木材外）比较，在本钱上都不具有竞争力。迄今为止，大部分复合资料结构都选用树脂浸渍增强资料制作而成，此工艺周期长、劳作密布、费用贵重，且难以操控产品质量。出产高质量的复合资料需求船只制作商引入新的制作办法，而船只制作商正缺少模型和大型安稳的数据库信息来猜测复合资料结构的制作本钱。

　　当船只结构在受到冲击、轰动、磕碰和火灾时，极易产生失效，但是现在还没有可以确认其是否失效的剖析东西。此外，因为复合资料的各向异性，其缩放规矩特别杂乱，因而，在展开结构规划时比较金属要杂乱得多。

　　有限的数据堆集阻止了复合资料在船只上的运用。复合资料结构需求经过一系列严厉的规矩，内容触及物理力学功用、环境老化功用、抗气流冲击、抗水下振荡损坏、防火功用（可燃性、明火、烟尘、毒性、结构全体性）、碎片/弹道保护以及雷达/声纳功用。

　　点评复合资料结构和功用是否牢靠所需求的数据极端有限，而测验确认复合资料在冲击、振荡、弹道和明火条件下的功用，是一项时间长并且费用贵重的作业。点评复合资料的安全性和牢靠性，满意规划要求是复合资料上船只运用面对的一个首要问题。

　　复合资料在船只运用方面具有极大的优势，加快复合资料的规划和研制是处理阻止其在船只方面运用的首要问题。未来船用复合资料展开方向首先是规划工艺的改善。

　　复合资料展开趋势在于规划制作高功用、低本钱复合资料，推进复合资料由非承力结构向主/次承力结构展开，从部分运用向大规划运用拓宽，加大复合资料的研制和运用力度，使其具有低本钱、高功用、多功用、优化衔接、长命期、安全牢靠等特色。

　　由单一承载功用的结构型复合资料向兼具防弹、隔声、吸声、阻尼、雷达隐身等特性的多功用型复合资料展开，一起配套研制复合资料结构之间及其与钢结构之间便利、牢靠的衔接技能等。

　　船用复合资料的另一个展开方向是对复合资料的规划、工艺和制作进行全面的研讨，拟定一致标准的规划标准，一起展开复合资料功用点评技能研讨。

　　在现在复合资料小样功用研讨的基础上，要点以复合资料典型结构单元、部分模型为目标，展开老化功用、疲惫功用、阻燃功用、抗爆功用、耐冲击功用等功用参数的测验，构成掩盖复合资料小样、典型结构单元、部分模型的功用实验办法，推进复合资料在船只上的规划化运用。

　　一起，展开船用复合资料工艺鉴定技能，以船用复合资料结构的典型部位为目标，研讨工艺样件的质量一致性，构成船用复合资料工艺鉴定的办法。

　　针对船用复合资料不同的运用环境进行剖析、概括，以几种典型的复合资料为研讨目标，依托环境实验渠道，经过复合资料很多长时间海洋环境功用实验（如：海水全浸、潮差、大气暴晒等）和实验室模仿加快功用实验，获取海洋环境下复合资料的功用演化规则，并树立寿数猜测模型，构成船用复合资料耐海洋功用的点评程序、流程和办法，为复合资料的结构规划、长时间牢靠运用、保护、换装供给技能支撑。

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