СПОСОБ СТЫКОВОГО СОЕДИНЕНИЯ ПОЛЫХ ПАНЕЛЕЙ
METHOD OF BUTTING HOLLOW PANELS

Изобретение относится к судостроению и касается вопроса соединения металлических панелей между собой при изготовлении корпусных конструкций и надстроек быстроходных судов
При проектировании быстроходных судов одной из главных задач, определяющей тактико-техническую и технико-экономическую эффективность таких судов, является снижение массы конструкции. Вес корпуса быстроходного судна составляет 40÷55% от порожней массы. Поэтому дальнейшие успехи в развитии скоростного судостроения существенным образом зависят от облегчения конструкции корпуса и судовых надстроек. В настоящее время при строительстве быстроходных судов применяются монолитные прессованные панели с ребрами жесткости.
Применение трехслойных панелей для изготовления корпусных конструкций быстроходных судов взамен панелей с ребрами жесткости является одним из наиболее перспективных путей снижения массы корпуса. Трехслойные панели состоят из двух тонкостенных внешних слоев из высокопрочных материалов, соединенных между собой третьим средним слоем-заполнителем. Расположение внешних слоев на достаточно большом расстоянии друг от друга при соответствующем выборе параметров заполнителя позволяет создавать панельные конструкции с массой на 10÷15% меньше, чем масса эквивалентных им по жесткости и прочности конструкций из панелей с ребрами жесткости.
Известен способ стыкового соединения панелей с ребрами жесткости, принятый за прототип («Правила классификации и постройки высокоскоростных судов» НД №2-020101-038, Санкт-Петербург, 2004, Российский морской регистр судоходства, стр.38, рис.2.6.4-1, 2.6.4-2) с использованием сварки. Сущность способа заключается в том, что производится поочередная сварка ребер жесткости, полки и полотна.
Недостатками этого способа являются:
- недостаточная прочность сварного стыкового соединения. Из-за плохой доступности к местам сварки панелей, обусловленной небольшим расстоянием между соседними ребрами, малой высотой и сложной формой поперечного сечения ребер, сварка стыкового соединения сопровождается образованием в сварных швах непроваров и других технологических дефектов, снижающих статическую и усталостную прочность конструкций;
- высокая трудоемкость изготовления стыковых соединений, поскольку для обеспечения качественной приварки полотна в ребрах делаются технологические вырезы, обеспечивающие доступность к свариваемым элементам, и завариваемые после сварки ребер. Прочность стыкового сварного соединения составляет около 0,5 от прочности металла панели. Для компенсации потерянной несущей способности применяют дополнительные конструктивные элементы, которые увеличивают массу конструкции и трудоемкость ее изготовления («Правила классификации и постройки высокоскоростных судов» стр.38, рис.2.6.4). Однако и при этом прочность стыкового сварного соединения не превышает 0,69 от прочности металла панели.
Задачей предлагаемого изобретения является создание способа стыкового соединения полых металлических панелей обеспечивающего повышение прочности соединения и снижение трудоемкости выполнения стыкового соединения полых панелей.
Технический результат достигается тем, что стыковое соединение полых металлических панелей, состоящих из наружных несущих слоев и внутреннего заполнителя, образованного внутренними дискретными ребрами, согласно предлагаемому изобретению стыковое соединение металлических панелей осуществляется с помощью полых металлических вставок, повторяющих конфигурацию внутренних полостей панелей и соединенных с ними клеевой композицией на основе кремнийорганических соединений, клеевую композицию наносят на поверхность вставок на расстоянии от стыка, равном не менее 10 мм и не более величины, равной одной высоте вставки. Причем длина вставок на каждой стороне от стыка составляет не менее трех высот вставок. При этом количество вставок принимают не менее половины количества полостей, а толщину стенки вставок не меньше толщины ребра заполнителя.
Полые вставки, повторяющие конфигурацию внутренних полостей панелей, при соответствующем зазоре между поверхностями вставок и внутренними полостями панели и нанесенной клеевой композицией, обеспечивают прочность дискретных металлических ребер в стыке на уровне прочности металла ребер и необходимую жесткость панельной конструкции в месте стыка.
Применение полых вставок позволяет исключить трудоемкую с не гарантированным качеством операцию сварки дискретных металлических ребер и оставить ее только для стыкового соединения наружных несущих слоев.
Клеевые композиции на основе кремнийорганических соединений при соответствующей обработке поверхности металла обладают достаточно высокими адгезионными свойствами, при этом температура термического разложения композиции превышает 300°C, что позволяет надежно фиксировать требуемое положение вставок относительно соединяемых панелей и предотвращает термическое разрушение клеевого соединения в процессе сварки. Отнесение клеевой прослойки от стыка на расстояние от 10 мм до равного одной высоте вставки обеспечивает при стыковой сварке наружных несущих слоев температуру в клеевой прослойке не выше критической, допустимой для данной клеевой композиции.
Предлагаемая относительная длина вставок, располагающихся симметрично относительно плоскости стыка, в каждой части соединяемой панели равная не менее трех высот вставок, обеспечивает совместную деформацию вставки с панелью при действии на нее изгибающих нагрузок. При меньшей длине у концов вставок возникают высокие местные напряжения, приводящие к снижению несущей способности конструкции
Количество вставок, равное половине количества полостей панели, обеспечивает передачу нагрузок через вставки в месте стыка на все ребра панели, При меньшем количестве вставок часть ребер оказываются ненагруженными, что приводит к снижению прочности стыкового соединения.
Толщина стенки вставки должна быть не менее толщины ребра заполнителя и при меньшей толщине стенки вставки усилия не будут передаваться от вставок к ребрам, а разрушение панельной конструкции будет происходить при напряжениях меньше расчетных.
Предлагаемый способ стыкового соединения полых панелей поясняется с помощью фигуры 1, где показан начальный этап изготовления стыкового соединения, а на фигуре 2 - конечный этап - собранная панель
Металлическая панель состоит из наружных несущих слоев 1 и размещенного между ними заполнителя 2 (фигуры 1, 2). В полостях 3, образованных наружными слоями 1 и заполнителем 2, симметрично относительно плоскости стыка размещены полые вставки 4, повторяющие конфигурацию полостей 3. Соединение вставок 4 и ребер заполнителя 2 осуществляют с использованием клеевой композиции на основании кремнийорганических соединений 5, которую наносят на поверхности вставок 4 на расстоянии l=10 мм от стыка панелей и вставляют в полости 3. При этом клеевой слой 5 наносят на поверхности вставок на расстоянии l от стыка панелей до величины h, равной одной высоте вставки 4. Вставки на каждой стороне от стыка панелей вставляют на величину не менее трех высот вставок 4. При этом количество вставок 4 принимают равным не менее половины количества полостей 3. Наружные слои 1 панелей соединяют сваркой «встык» 6 (фигура 2).
Проведенные испытания полых металлических панельных образцов показали, что прочность стыкового соединения, изготовленного согласно изобретению, составляет не менее 0,9 прочности металла панели, а прочность полых панельных образцов-прототипов не превышает 0,6 прочности металла панели.
Технико-экономический эффект от использования изобретения по сравнению с прототипом заключается: в повышении механических свойств стыковых соединений и панелей в целом, уменьшении объема сварки с не гарантируемым качеством сварки, снижении трудоемкости изготовления стыковых соединений в результате замены стыковой сварки ребер заполнителя с негарантированным качеством соединения ребер заполнителя металлическими вставками, связанными с поверхностью наполнителя клеевой композицией, работоспособности, долговечности и снижении массогабаритных показателей сварных панелей.