轻量化的复合材料运输船

通过使用戴铂 Divinycell 三明治板替换 13 块甲板中的3 块甲板，造船商 Uljanik 将汽车运输船的甲板重量削减了 25%。

 

建于 1856 年的乌尔扬尼克集团（Uljanik）位于克罗地亚，是世界上最古老的造船厂之一，拥有 4000 名员工。然而，当该公司开始为 Siem Car Carrier 公司制造降低燃油消耗的货轮时，公司转向应用现代化的新材料。

 

Uljanik 自 2006 年成为欧盟资助的一个研究项目的合作伙伴以来，一直在探索复合材料在造船中的应用。DE-LIGHT运输项目的启动是为了展示用于商业船只的创新集成轻型模块。西塞罗号（Siem Cicero）将成为这项研究在现实世界中的第一个应用。西塞罗号（Siem Cicero）长达两个足球场，可以装载 7000 辆车，为英国 Siem 公司运送汽车和重型车辆。复合夹层材料用于这艘大型汽车运输船上（PCTC），通过结合新技术，减少对环境的影响，降低成本。

 

Uljanik 和戴铂 Diab 在几年前就开始了合作，现在研究设计出了一个独特的船型。西塞罗号很好地展示了复合材料部件在大型商船的使用。该船的最高 3 层甲板采用了夹层复合材料，使用了瑞典戴铂 Diab 研发的轻重量控制板，比传统的钢板甲板减少了 25% 的重量（减少了大约 200 吨），并且提高了稳定性、减少了压载水数量，燃料也节约了大约 4%，该船因此还能比传统船吃水更浅。这种复合材料今后还将研究应用在船舶上建和甲板，以及用于其它船型。

 

在这艘 13 层甲板的船上，前三层甲板是由复合夹层板制成的。Uljanik 的高级设计师维托 • 拉多洛维奇（Vito Radolovic）表示：“我们的想法是减轻船舶上部区域的重量，以改善稳定性，减少下部区域所需的平衡重量。”这些复合夹层板使用的是戴铂 Diab 的轻量化 Divinycell 夹芯材料。

 

像西塞罗号这样的汽车运输船通常需要一个压舱物（船底的一个隔间，通常装满海水）来抵消船的高重心，并满足稳定性要求。通过降低船体的结构重量，设计师能够降低垂直重心。其结果是压载要求最终减少了 575 吨。

 

Radolovic 解释说，在选择最终的面板设计之前，Cicero的设计团队分析了各种核心类型——包括聚氯乙烯（PVC）、聚对苯二甲酸乙酯（PET）、聚氨酯（PUR）和轻木——以及不同的玻璃纤维材料。最终，他们选择了一种 GFRP 夹层结构，以戴铂 Diab 的 Divinycell H PVC 为核心。PVC 的强度重量比和已知的防火性能使其成为该应用程序的最佳选择。

 

每个甲板使用 2500 平方米的 Divinycell H100 和 1000 平方米的 Divinycell H80。近 27000 平方英尺的低密度 H80 被用于整个面板内部，降低了每个面板的总重量和成本。每个结构都是真空注入环氧乙烯基酯树脂。对于第一次尝试组合甲板，Uljanik 认为最好保持所有面板相同，以满足最坏的负载。

 

通过更换 13 个甲板中的 3 个，实现了大量的重量和成本节省。由于该船有 10 个额外的甲板和 1 个由厚钢制成的上层建筑，因此，将有更多的机会在西塞罗船只上节省重量。

 

克罗地亚的Brzoglas公司制造了1043块轻质复合材料板，安装在船体 135625 平方英尺的地方。从钢面板到 GFRP 面板的转换使船的重量减少了 200 吨，即 25%——相当于整个传统钢甲板的重量。

 

虽然这种设计的好处很明显，但实现它们会带来一些挑战。这些问题中最主要的是确定如何将复合板连接到支撑钢结构。

 

国际海上生命安全公约（SOLAS）规定要求使用结构钢支撑以确保甲板结构完好。虽然面板的强度和刚度有助于最大限度地减少所需的支撑钢量，但设计团队仍然面临着如何将每个面板连接到钢框架的挑战。Radolovic 解释说，必须在连接点修改面板几何形状。该团队还必须开发一种连接布局，可以调整到最适合钢制造船的 +/- 5 mm 的严格公差。连接点最终设计为柔性螺栓连接。

 

由于防火性能也是船主关心的问题，项目团队在满足SOLAS 要求方面做得非常出色。Uljanik 应船东的要求，按照SOLAS 的标准进行了消防安全评估，以证明复合材料设计符合与传统钢结构设计相同的安全标准。

 

对于一艘能够运载 6,900 辆汽车的 656 英尺长的船，减少 4.5% 的油耗是一件大事。事实上，这意味着有效载荷可达800 吨。据该造船厂称，迄今为止，西塞罗号的燃油消耗量是同类车型和卡车运输车中最低的。