ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΜΕΛΕΤΗΣ ΑΝΤΟΧΗΣ ΚΑΙ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΤΑΧΥΠΛΟΟΥ ΣΚΑΦΟΥΣ

Transcript

1 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΑΘΗΝΑΣ ΤΜΗΜΑ ΝΑΥΠΗΓΩΝ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΜΕΛΕΤΗΣ ΑΝΤΟΧΗΣ ΚΑΙ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΤΑΧΥΠΛΟΟΥ ΣΚΑΦΟΥΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ : ΣΤΥΛΙΑΝΟΣ ΠΕΡΙΣΣΑΚΗΣ ΧΡΥΣΟΒΑΛΑΝΤΗΣ ΓΚΟΥΓΚΟΥΔΗΣ ΑΘΗΝΑ ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ 2005

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α Σελίδα Εισαγωγή 4 1. G.R.P Πίεση Επιτάχυνση 8 3. Ελληνικός Νηογνώμονας Γερμανικός Νηογνώμονας Βασικά στοιχεία σκάφους Υπολογισμοί διαγράμματα - συμπεράσματα 18 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Β ( Υπολογιστικά φυλά EXCEL) 7. Περιγραφή φύλου Εxcel Υπολογισμοί βάρους σε πίνακες EXCEL για τον H.R.S Υπολογισμοί βάρους σε πίνακες EXCEL για τον G.L. 72 1

3 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ -Σχεδίαση πολυεστερικού σκάφους αναψυχής (Αλέξανδρος Πολυχρονίδης, Αλέξανδρος Τσουκαλάς ΤΕΙ Αθήνας 2005). -Πειραματικός προσδιορισμός και αναλυτικός υπολογισμός κατατακόρυφων επιταχύνσεων και πιέσεων (Δήμητρα Δαμάλα ΕΜΠ 2000). 1998). -Ανάλυση και σχεδίαση σκαφών από σύνθετα υλικά (Νικόλαος Γ. Τσούβαλης ΕΜΠ -Μελέτη αντοχής ταχύπλοου σκάφους (Ελισάβετ Κλωνοπούλου, Αλεξάνδρα Μαβιόγλου ΤΕΙ Αθήνας 2005). -Ελληνικός νηογνώμονας (SMALL CRAFT RULLES H.R.S. 2004). -Γερμανικός νηογνώμονας (RULLES FOR YACHTS AND SMALL WATERCRAFT G.L. 2003). 2

4 ΕΥΧΑΡΙΣΤΗΡΙΟ Ένα μεγάλο ευχαριστώ οφείλω, στον καθηγητή μου, κύριο Στέλιο Περισσάκη για το μεγάλο ενδιαφέρον και υπομονή που έδειξε για να γίνει η παρούσα εργασία, η οποία χωρίς τις συμβουλές, τις γνώσεις και τη σημαντική βοήθεια του προαναφερθέντα δεν θα είχε τη μορφή αυτή. 3

5 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το θέμα της πτυχιακής αυτής έχει να κάνει με την διερεύνηση μελέτης αντοχής και βελτιστοποίηση ενός πολυεστερικού ταχύπλοου σκάρους αναψυχής, ολικού μήκους 8,5m με ταχύτητα 25kn. Οι γραμμές του υπό μελέτη σκάφους όπως και τα βασικά στοιχεία του υπάρχουν ήδη από προηγούμενη πτυχιακή. Ξεκινώντας τη μελέτη αντοχής ενός σκάφους συμφωνά με κάποιον νηογνώμονα, ο σχεδιαστής παίρνει κάποιες κρίσιμες, καθοριστικές αποφάσεις για τη δομή του σκάφους. Για παράδειγμα η θέση των ενισχυτικών είναι μια από αυτές τις αποφάσεις. Συνήθως αποφασίζεται το πλήθος των ενισχυτικών η αλλιώς η ισαπόσταση τους και υστέρα συμφωνά με τους κανονισμούς ορίζονται οι διαστάσεις των ενισχυτικών και της γάστρας. Η απόφαση της ισαπόστασης επηρεάζει σημαντικά το βάρος του σκάφους και την πολυπλοκότητα στην κατασκευή του. Μεταβάλλοντας τις ισαποστάσεις των ενισχυτικών, θα αναζητηθεί η βέλτιστη σχεδίαση ως προς το βάρος και το κόστος της όλης κατασκευές. Η μελέτη αντοχής και του βάρους του σκάφους θα γίνει για τέσσερις διαφορετικές ισαποστάσεις εγκαρσίων ενισχυτικών, ώστε να καταλήξουμε στη βέλτιστη. Οι νηογνώμονες που θα μας απασχολήσουν θα είναι ο Ελληνικός και ο Γερμανικός. Η πτυχιακή χωρίζεται σε δυο μέρη (παραρτήματα). Στο μέρος Α είναι όλο το θεωρητικό μέρος, ενώ, στο δεύτερο μέρος απεικονίζονται αναλυτικά οι υπολογισμοί που κάναμε (υπολογιστικά φύλλα Excel). Πιο αναλυτικά, το μέρος Α ξεκινάει με το υλικό κατασκευής του σκάφους το οποίο είναι το ενισχυμένο με ίνες γυαλιού πλαστικό, GRP. Ακολουθεί το δεύτερο κεφαλαίο στο οποίο αναφέρονται η πίεση και η επιτάχυνση γενικά και τι ρόλο παίζουν στο σχεδιασμό ενός ταχύπλοου σκάφους αναψυχής. Στη συνεχεία γίνεται αναφορά στους κανονισμούς του Ελληνικού νηογνώμονα (κεφαλαίο 3) και ακολουθούν οι κανονισμοί του Γερμανικού νηογνώμονα (κεφάλαιο 4). Στο πέμπτο κεφαλαίο αναφέρονται τα βασικά στοιχεία του υπό μελέτη σκάφους, τα οποία είναι από την πτυχιακή των Πολυχρωνίδη, Τσουκαλά. Έτσι καταλήγουμε στο τελευταίο κεφάλαιο, στο έκτο, στο οποίο αναφέρονται οι υπολογισμοί που έγιναν, τα αποτελέσματα, συμπεράσματα και γενικά η δουλεία που κάναμε αναλυτικά. Το μέρος Β ξεκινάει με το κεφαλαίο επτά το οποίο εξηγεί αναλυτικά το φύλο Excel που δημιουργήσαμε. Ακολουθεί πρώτα η διαδικασία υπολογισμού με τον Ελληνικό νηογνώμονα και στη συνεχεία με τον Γερμανικό. Στο σημείο αυτό πρέπει να αναφέρουμε ότι το φύλο Excel το έχουμε διαμορφώσει κατάλληλα, έτσι ώστε να είναι εύχρηστο και κατανοητό προς τον αναγνώστη, ενώ σε όλους τους πίνακες είναι περασμένοι οι τύποι έτσι ώστε π.χ. αλλάζοντας κάποιος μόνο την ισαπόσταση να γίνεται αυτόματα όλη η διαδικασία υπολογισμού του βάρους και να βγαίνει το τελικό βάρος. 4

6 1.G.R.P. Tα υλικά με τα οποία κατασκευάζονται τα σύγχρονα σκάφη ονομάζονται σύνθετα. Τα σύνθετα υλικά δημιουργούνται με σκοπό την επίτευξη καλύτερων ιδιοτήτων από εκείνες των συνιστούντων μερών τους. Έτσι, επιτυγχάνονται αυξημένη αντοχή, δυσκαμψία, όριο κόπωσης, δυσθραυστώτητα, αντίσταση στο περιβάλλον και μειωμένο βάρος και κόστος κατασκευής. Τα σύνθετα υλικά υποδιαιρούνται σε τρεις γενικές κατηγόριες, ανάλογα με τη μορφή τους, στα ινώδη σύνθετα υλικά (fibrous composite materials, fiber reinforced plastics, FRP), στα σύνθετα υλικά σωματιδίων (particulate composite materials) και στα πολύστρωτα σύνθετα υλικά (laminated composite materials). H πιο συνηθισμένη από τις τρεις κατηγόριες, λόγω των εξαιρετικών ιδιοτήτων των υλικών της, είναι η πρώτη, τα ινώδη σύνθετα υλικά (FRP) και συγκεκριμένα με ίνες γυαλιού σύνθετα υλικά (GRP). Σύμφωνα με την εργασία του κύριου Νικολάου Γ. Τσούβαλη (ΕΜΠ 1998) τα ενισχυμένα με ίνες γυαλιού σύνθετα (πλαστικά) υλικά (GRP) χρησιμοποιούνται σήμερα για την κατασκευή μεγάλου εύρους τύπων ταχύπλοων σκαφών, όπως βάρκες, κανό, μικρά ταχύπλοα, σκάφη αναψυχής για προστατευμένα νερά αλλά και ωκεανοπόρα, πιλοτίνες, λάντζες και σωσίβιες λέμβοι. Η επιτυχία τους στον τομέα αυτόν, όπου το παραδοσιακό κατασκευαστικό υλικό ήταν το ξύλο, έγκειται στα εξής : I. Ανταγωνιστικό κόστος κτήσης, ιδιαίτερα όταν κατασκευάζονται πολλά όμοια σκάφη, γεγονός που ενισχύεται από το αυξανόμενο κόστος του ξύλου και τη σπανιότητα των εξειδικευμένων καραβομαραγκών. II. Λειτουργία χωρίς προβλήματα και χαμηλό κόστος συντήρησης και επισκευών. III. Ευκολία διαμόρφωσης πολύπλοκων μορφών που μπορεί να απαιτούνται για υδροδυναμικούς, κατασκευαστικούς ή αισθητικούς λόγους. Όταν αναφερόμαστε στην έννοια «ενισχυμένο πλαστικό» στην ναυπηγική, συνήθως εννοούμε ενισχυμένες πολυεστερικές ρητίνες με ίνες γυαλιού. Σε συνήθεις κατασκευές σκάφους χρησιμοποιούνται φύλλα πολυεστέρα ενισχυμένα με γυαλί, τα οποία είναι αρκετά οικονομικά, έχουν επαρκή αντοχή και είναι ανθεκτικά στις θαλάσσιες συνθήκες περιβάλλοντος. Από στοιχεία που προέρχονται από την πτυχιακή των κυριών Κλωνοπούλου, Μαβιόγλου (ΤΕΙ Αθηνών 2005) προκύπτουν τα ακόλουθα. Όλα τα πλαστικά έχουν μια σημαντική κοινή ιδιότητα : αποτελούνται από μακρές αλυσίδες μορίων, οι οποίες αποτελούνται από πολλές και επαναλαμβανόμενες μονάδες (μόρια). Αυτές οι ενώσεις ονομάζονται πολυμερή και πολλές από αυτές βρίσκονται ελεύθερες στη φύση. Τα συνθετικά πολυμερή ονομάζονται συνθετικές ρητίνες. GRP σημαίνει πλαστικά ενισχυμένα με γυαλί. Το GRP λοιπόν είναι μια σύνθεση από ανθεκτική και ελαστική ρητίνη και από ένα εκπληκτικά ανθεκτικό ινώδες γυαλί. Οι ίνες αυτού του γυαλιού ενισχύουν τη ρητίνη, όπως ακριβώς ενισχύουν οι σιδερένιες ράβδοι το τσιμέντο για να γίνει το μπετόν. Η ρητίνη λοιπόν είναι ενα απο τα κύρια 5

7 συστατικά του GRP και είναι πολυεστερική. Το δεύτερο κύριο συστατικό είναι οι ινώδεις ενισχύσεις που προστίθενται. Οι πολυεστερικές ρητίνες είναι οργανικές ουσίες υπό φυσιολογικές συνθήκες βρίσκονται σε παχύρρευστη κατάσταση. Αποτελούνται από μια ακόρεστη πολυεστερική βάση και από μονομερές στυρένιο. Για να σκληράνει η πολυεστερική βάση και να σταθεροποιηθεί (gelling) πρέπει να αντιδράσει ο πολυεστέρας με το στυρένιο. Η αντίδραση αυτή γίνεται χωρίς άλλη βοήθεια στους ºC. Για να γίνει η αντίδραση αυτή σε θερμοκρασίες περιβάλλοντος είναι αναγκαία η παρουσία ορισμένων επιταχυντών και καταλύτη. Οι επιταχυντές που χρησιμοποιούνται είναι συνήθως οργανικά άλατα του κολβατίου (cobalt octoate) και διμεθυλοανίνη (dimethil aniline), σαν καταλύτης χρησιμοποιείται συνήθως υπεροξείδιο της μεθύλιο αιθύλιο κετόνης (methyl ethyl - ketone - peroxide). Η αναλογία του στυρένιο στην ρητίνη καθώς και η θερμοκρασία επηρεάζουν τη ρευστότητα της ρητίνης. Τέλος η αναλογία των οργανικών αλάτων του κολβατίου, της διμεθυλοανιλίνης και του υπεροξειδίου της μεθυλοακετόνης καθώς και η θερμοκρασία επηρεάζουν το χρόνο στερεοποίησης (gel time). Αφού είδαμε τι είναι οι ρητίνες και ποια είναι τα κύρια συστατικά τους, θα εξετάσουμε το δεύτερο κύριο συστατικό του τελικού προϊόντος που ονομάζεται GRP. Αυτό το συστατικό είναι οι ινώδεις ενισχύσεις που προστίθενται και που χάρη σε αυτές επιτυγχάνουμε τις επιθυμητές ιδιότητες του προϊόντος. Οι ινώδεις αυτές ενισχύσεις είναι γυαλί, φτωχό σε αλκαλικά οξείδια και πλούσιο σε οξείδια αλουμινίου και ασβεστίου. Το γυαλί αυτό και ενώ βρίσκεται ακόμη σε υγρή κατάσταση, οδηγείται σε πολύ λεπτά ακροφύσια και αφού τραβιέται από αδράχτια, στερεοποιείται. Με τον τρόπο αυτό δημιουργούνται ίνες απεριόριστου μήκους και πάχους λίγων μικρών. Διακόσιες τέσσερις τέτοιες ίνες φτιάχνουν ένα νήμα. Το πάχος του νήματος είναι συναρτήσει του βάρους του και μετριέται σε ΤΕΧ. Σαν ένα ΤΕΧ ορίζεται η μονάδα πάχους που αντιστοιχεί σε νήμα του οποίου τα 1000 m ζυγίζουν 1 gr. Δηλαδή αν ένα νήμα έχει βάρος 50 gr / 1000 m τότε λέμε ότι έχει πάχος 50 ΤΕΧ. Η βασική διάφορα του νήματος αυτού από το ανάλογο του υαλοβάμβακα που χρησιμοποιείται για μονώσεις, είναι στον τρόπο κατασκευής της βασικής ίνας. Ενώ αυτή του ναυπηγικού υαλονήματος τραβιέται από τα ακροφύσια και έχει απεριόριστο μήκος, αυτή του μονωτικού υαλοβάμβακα εκπέμπεται από τα ακροφύσια, είναι κοντή, πιο λεπτή και πιο κατσαρή. Η πιο γνωστή μορφή υαλουφάσματος είναι αυτή όπου τα νήματα είναι κομμένα σε μήκη 25 ή 26 mm, συγκρατούνται δε μεταξύ τους ακατάστατα τοποθετημένα με τη βοήθεια μιας ειδικής κόλλας. Η ονομασία αυτού του υαλουφάσματος είναι chopped strand mat ή για συντομία CSM και χαρακτηρίζεται από έναν αριθμό ο οποίος δηλώνει το βάρος του σε gr/m 2. Μια άλλη μορφή υαλουφάσματος είναι το πλεκτό (woven roving). Οι πλέξεις του γνέθονται από 30 έως 60 νήματα, παράλληλα τοποθετημένα. Λόγω της μεγάλης αντοχής που παρουσιάζεται χρησιμοποιείται σε σημεία μέγιστης καταπόνησης. Ττ βάρος του ξεκινάει από 400 gr/m 2 και η πλέξη του είναι συμμετρική. Μια τρίτη μορφή υαλουφάσματος είναι το λεγόμενο unidirectional το οποίο κατασκευάζεται κατά παρόμοιο τρόπο με το woven roving με τη διάφορα ότι είναι 6

8 ενισχυμένο κατά τη μια διεύθυνση των νημάτων που το απαρτίζουν και για το λόγο αυτό χρησιμοποιείται σε περιπτώσεις που απαιτείται αυξημένη αντοχή κατά τη διεύθυνση κάποιου συγκεκριμένου άξονα. Τέλος υπάρχουν υαλουφάσματα που αποτελούνται από διάφορους συνδυασμούς των προαναφερθέντων και ονομάζονται σύνθετα. Τα πλεονεκτήματα των πολυεστερικών ρητινών στην κατασκευή σκαφών είναι τα εξής : Πολύ ικανοποιητικές μηχανικές ιδιότητες. Ευκολία χειρισμού και κατεργασίας. Αυξημένη αντίσταση στη διάβρωση από το θαλασσινό νερό και από χημικές ουσίες. Τέλεια στεγανότητα. Ελάχιστη συντήρηση. Τα μειονεκτήματα της χρησιμοποίησης πολυεστερικών ρητινών στην κατασκευή σκαφών είναι τα εξής : Η ανάγκη για πολύ προσεκτική αποθήκευση των υλικών, λόγω του ο,τι είναι πολύ ευπαθή σε θερμοκρασίες πάνω από 45 ºC και στην ηλιακή ακτινοβολία. Μικρή διάρκεια ζωής των ρητινών πριν από την κατεργασία τους (6 8 μήνες). Πιθανότητα ελαττωματικών προϊόντων εξαιτίας λανθασμένων επιλογών κατεργασίας. 7

9 2.ΠΙΕΣΗ - ΕΠΙΤΑΧΥΝΣΗ Το κύριο μέρος του κεφαλαίου αυτού προέρχεται από την διατριβή της κυρίας Δήμητρας Δαμάλα (ΕΜΠ 2000) στην οποία έχει γίνει μια πολύ ενδιαφέρουσα μελέτη σχετικά με την πίεση και την επιτάχυνση των ταχύπλοων σκαφών αναψυχής. Θεωρήσαμε λοιπόν ότι είναι πολύ χρήσιμο να αναφερθούμε στα δυο αυτά βασικά μεγέθη για να δείξουμε πόσο σημαντικό ρόλο παίζουν στον σχεδιασμό ενός ταχύπλοου σκάφους. Τα τελευταία χρόνια η σχεδίαση και κατασκευή ταχύπλοων σκαφών κυρίως αναψυχής, παρουσιάζει σημαντική άνοδο. Το κύριο υλικό κατασκευής των σκαφών αυτών είναι το ενισχυμένο πλαστικό, η πολυπλοκότητα και οι εξαιρετικές ιδιότητες των σκαφών αυτών δυσχεραίνουν τον προσδιορισμό κριτηρίων σχεδίασης. Η θέσπιση κριτηρίων από τους νηογνώμονες είναι σημαντικό κεφαλαίο στην αξιοπιστία πλεύσης και λειτουργίας των σκαφών αυτών. Ένα βασικό τμήμα του σχεδιασμού ενός σκάφους είναι ο προσδιορισμός των φορτίων και ο υπολογισμός της αντοχής της κατασκευής. Παρά τη τη σημασία τους, περιορισμένες αναφορές στην ανοικτή βιβλιογραφία αναφέρονται σε αποτελέσματα μετρήσεων πιέσεων στον πυθμένα ταχύπλοων σκαφών ή πρότυπων υπό κλίμακα. Οι βασικοί παράγοντες που επηρεάζουν την αξιοπλοϊα των ολισθακάτων σε κυματισμένη θάλασσα και προσδιορίζουν τις απαιτήσεις αντοχής τους είναι: Η κατανομή των κατακόρυφων επιταχύνσεων κατά μήκος του σκάφους και Τα φορτία που αναπτύσσονται στον πυθμένα τους. Οι κατακόρυφες επιταχύνσεις είναι κρουστικής μορφής και μετρώνται ή υπολογίζονται συνήθως σε τρία σημεία κατά μήκος του σκάφους, στην πλώρη, στη διαμήκη θέση του κέντρου βάρους (LCG) και στην πρύμνη. Η κατακόρυφη επιτάχυνση στο κέντρο βάρους της γάστρας παίζει σημαντικό ρόλο στον υπολογισμό της τελικής πίεσης σχεδιασμού και για το λόγο αυτό, λαμβάνεται υπόψη από τις περισσότερες μεθόδους. Στις χαμηλές ταχύτητες το ταχύπλοο σκάφος, όπως και τα σκάφη εκτοπίσματος, τείνει να ακολουθήσει το προφίλ του κύματος, ενώ στις μεγάλες ταχύτητες πλέει από κορυφή σε κορυφή και μερικές φορές είναι δυνατό να βγει τελείως έξω από το νερό. Τα η στιγμή της υδροδυναμικής κρούσης, η προς τα πάνω ώθηση που δέχεται ο πυθμένας είναι μεγάλη και έχουμε ταυτόχρονα σχεδόν (λόγο αδρανείας) εμφάνιση της μέγιστης κρουστικής πίεσης και κατακόρυφης επιταχύνσεις. Οι επιταχύνσεις που αναπτύσσονται στους τυχαίους κυματισμούς δεν εξαρτώνται γραμμικά από το ύψος κύματος. Εξαρτώνται όμως από τη γωνία διαγωγής σε ήρεμο νερό, ενώ αυξάνονται με το τετράγωνο της ταχύτητας. Η εκτίμηση των επιταχύνσεων είναι σημαντική όχι μόνο για τον υπολογισμό της πίεσης που ασκείται στον πυθμένα, αλλά αποτελεί αυτή καθεαυτή σημαντικό παράγοντα σχεδίασης. Ο διεθνής οργανισμός πρότυπων (ISO) για πρώτη φορά το 1985 τυποποίησε τις μέτρησης για τον καθορισμό της ανθρώπινης συμπεριφοράς σε μηχανικές ταλαντώσεις και κρουστικά φορτία (Evaluation of Human Expose to Mechanical Vibration and 8

10 Shock). Από τότε έχει γίνει μια αναθεωρήσει του παραπάνω Διεθνούς Πρότυπου ISO στην δεύτερη έκδοση του 1997 (Evaluation of Human Exposure to whole - body Vibration). Στο διεθνές πρότυπο ISO εξετάζονται οι επιδράσεις που έχουν οι ταλαντώσεις στην υγειά (health), στην άνεση (comfort), στη ναυτία (motion sickness) και στην ικανότητα αντιλήψεις των ταλαντώσεων (perception). Για την εκτιμήσει του μεγέθους των ταλαντώσεων το πρότυπο καθορίζει ότι πρέπει να γίνουν μέτρησης των επιταχύνσεων και όχι της ταχύτητας ή της μετατόπισης. Οι τελικοί υπολογισμοί της μέσης τετραγωνικής ρίζας ή αλλιώς της rms τιμής γίνονται μέσο της σχέσης: a w = [1/T* 0 T a w 2 (t)dt] 1/2 όπου: a w (t) = η rms τιμή της επιτάχυνσης σαν συναρτήσει του χρόνου.(m/sec 2 ) T = η διάρκεια της μέτρησης (sec). Η τιμή των rms επιταχύνσεων χρησιμοποιείται συνήθως για την αξιολογήσει του μεγέθους των ταλαντώσεων. Για την ταξινομήσει των ταλαντώσεων σε ήπιες και κρουστικές ορίζεται ο συντελεστής κορυφής (crest factor). Ο συντελεστής κορυφής είναι ο λόγος της μέγιστης επιτάχυνσης κατά τη διάρκεια της καταγραφής προς την rms τιμή των επιταχύνσεων όλης της καταγραφής. Υποθέτοντας ότι οι αποκρίσεις σχετίζονται με την ενέργεια δυο διαφορετικές ταλαντώσεις είναι ίσες όταν : a w1 *T 1 1/2 = a w2 *T 2 1/2 όπου a w1 και a w2 οι rms τιμές των επιταχύνσεων και Τ1, Τ2 οι αντίστοιχες χρονικές διάρκειες. Η τιμή rms των επιταχύνσεων μπορεί να χρησιμοποιηθεί και ως δείκτης για την μεταφορική άνεση. Τα κριτήρια που προτείνονται για τη μεταφορική άνεση είναι : o <0,315 m/sec 2 o 0,315 m/sec 2 0,63 m/sec 2 o 0,5 m/sec 2 1 m/sec 2 o 0,8 m/sec 2 1,6 m/sec 2 o 1,25 m/sec 2 2,5 m/sec 2 o >2 m/sec 2 άνεση λίγη άνεση πολύ λίγη άνεση έλλειψη άνεσης αρκετή έλλειψη άνεσης παντελής έλλειψη άνεσης Στο σημείο αυτό πρέπει να τονίσουμε ότι η τιμή της επιτάχυνσης είναι μια από τις παραμέτρους που εμείς επιλέγουμε. Ανάλογα, όπως είδαμε και παραπάνω με την άνεση που θέλουμε να έχουν οι επιβάτες και με το πόση ταχύτητα θα θέλουμε να ταξιδεύει το πλοίο στους κυματισμούς. Μια μεγάλη τιμή επιτάχυνσης δεν έχει νόημα γιατί, κινδυνεύει η ζωή των επιβατών από τα πολλά G (G=9.81 m/sec 2,επιτάχυνση της βαρύτητας), ούτε όμως και μια μικρή τιμή της επιτάχυνσης έχει νόημα γιατί τότε το σκάφος θα αναγκάζεται να ταξιδεύει με πολύ μικρή ταχύτητα στους κυματισμούς. Η επιτάχυνση 9

11 σχεδιασμού, που προτείνεται για ταχύπλοα σκάφη αναψυχής είναι μεταξύ της τιμής 1 1,2 G. Για τον υπολογισμό της κατακόρυφης επιτάχυνσης η πιο καλή μέθοδος υπολογισμού θεωρείται η εμπειρική σχέση υπολογισμού των Savitsky και Brown. Οι Savitsky και Brown (1972) βασιζόμενοι στα πειραματικά αποτελέσματα του Fridsma προτείνουν την παρακάτω σχέση για τη μέση επιτάχυνση στο κέντρο βάρος της ολισθακάτου n CG σε τυχαίους (πλήρως αναπτυγμένους) κυματισμούς που ακολουθούν το μονοπαραμετρικό φάσμα των Pierson και Moskowitz, με σημαντικό ύψος κύματος Η 1/3 (ft) : n CG = 0,0104*(Η 1/3 /Β + 0,084)*r/4 (5/4 β/30)*(v k /L1/2) 2 *(L/B)/C Δ όπου : r = γωνία δυναμικής διαγωγής (deg) β = η γωνία ανύψωσης του πυθμένα (deg) V k = η ταχύτητα του σκάφους (kn) L = το μήκος της στατικής ισάλου πλεύσης (ft) B = το πλάτος στην ακμή (ft) C Δ = ο συντελεστής φόρτισης, που ορίζεται ως Δ/(WB) 3 Δ = το βάρος του σκάφους (lbs) και W = το ειδικό βάρος του νερού (lbs/ft 3 ) Από τη μελέτη της εξίσωσης των Savtsky και Brown προκύπτουν τα παρακάτω συμπεράσματα : Η κρουστική επιτάχυνση είναι αντίστροφα ανάλογη με τη γωνία ανύψωσης πυθμένα β. Αυξάνοντας τη γωνία αυτή από 10 σε 30 μοίρες έχουμε σαν αποτέλεσμα πτώση των επιταχύνσεων στο κέντρο βάρους και στην πλώρη. Η κρουστική επιτάχυνση είναι γραμμικά ανάλογη της γωνίας δυναμικής διαγωγής. Αύξηση του εκτοπίσματος οδηγεί σε μείωση των κρουστικών επιταχύνσεων. Η κρουστική επιτάχυνση μεταβάλλεται αντίστροφα με τον στατικό συντελεστή φόρτισης πλάτους, C Δ, ή αντίστροφα με τον κύβο του μέγιστου πλάτους στην ακμή. Αν και στη σχέση φαίνεται ότι η κρουστική επιτάχυνση είναι ανάλογη του λόγου L/B, η τελική επίδραση του λόγου αυτού είναι αντίστροφα ανάλογη με την τιμή του. Τέλος η επιτάχυνση είναι προφανές ότι είναι ανάλογη του τετράγωνου της ταχύτητας και του σημαντικού ύψους κύματος. Η επιτάχυνση μας χρειάζεται όπως θα δούμε παρακάτω, για να υπολογίσουμε την πίεση που ασκείται στον πυθμένα (design load). Ίδια φιλοσοφία με διαφορετικό βέβαια τύπο υπολογισμού της επιτάχυνσης ακολουθεί και ο Ελληνικός νηογνώμονας, ενώ ο Γερμανικός προφανώς έχει υποθέσει μια επιτάχυνση, για αυτό και όπως θα δούμε παρακάτω, στο κεφαλαίο 4, υπάρχουν διορθωτικοί συντελεστές στην ταχύτητα του 10

12 σκάφους οι οποίοι περιορίζουν την επιτάχυνση. Για το λόγο αυτό όπως θα δούμε υπολογίζει κατευθείαν την ασκούμενη πίεση, με έναν τύπο στον οποίο χρειάζεται να ξέρουμε μόνο το μήκος. Οι πιέσεις που ασκούνται στον πυθμένα ολισθακάτων σε ήρεμο νερό και σε κυματισμούς αποτελούν τα φορτία σχεδιάσεως για τον υπολογισμό των στοιχείων αντοχής των σκαφών αυτών. Το χαρακτηριστικό των πιέσεων αυτών είναι ότι παρουσιάζουν πολύ υψηλές τιμές σε μικρή επιφάνεια του πυθμένα και για πολύ περιορισμένο χρονικό διάστημα. Από τις πιο αξιόπιστες μεθόδους μέτρησης της μέγιστης πίεσης είναι η σχέση υπολογισμού που προτείνουν οι Heller και Japser. Από τα πειραματικά αποτελέσματα προέκυψε ότι η μέγιστη πίεση μπορεί να εμφανιστεί παντού, μέσα στην περιοχή από το μέσο ως το πρώτο τέταρτο του μήκους του σκάφους. Ύστερα από ανάλυση των πειραματικών δεδομένων και μαθηματικούς υπολογισμούς προέκυψε ότι η μέγιστη πίεση κατά μήκος του σκάφους, εμφανίζεται στο 40% του μήκους πίσω από την πλώρη. 11

13 3.ΕΛΛΗΝΙΚΟΣ ΝΗΟΓΝΩΜΟΝΑΣ Η μελέτη του συγκεκριμένου σκάφους επιλέχθηκε να γίνει με δυο νηογνώμονες τον Ελληνικό και τον Γερμανικό. Ο Ελληνικός νηογνώμονας αποτελείται από 8 μέρη (parts), τα οποία είναι τα εξής : Part 1 CLASSIFICATION AND SURVEYS Part 2 MATERIALS Part 3 HULL CONSTRACTION AND EQUIPMENT Part 4 SPESIAL VESSELS Part 5 MACHINERY Part 6 ELLECTRICAL INSTALLATIONS Part 7 FIRE PROTECTION DIRECTION AND EXTINCTION Part 8 CONTROL ENGINEERING SYSTEMS Εμάς στην παρούσα μελέτη θα μας απασχολήσει το part 3 chapter 2 και part 3 chapter 4. Στο part 3 chapter 2 υπολογίζουμε το design load του σκάφους. Στο κεφαλαίο αυτό ανάλογα με τον τύπο του σκάφους, υπάρχει ο κατάλληλος τύπος για τον υπολογισμό της πίεσης : α) που ασκείται στον πυθμένα, β) που ασκείται στα πλευρά, γ) που ασκείται στο κατάστρωμα. Η πιο σημαντική από όλες τις πιέσεις είναι η πίεση που ασκείται στον πυθμένα, ο τύπος της οποίας είναι : P b = P h * F * K b * a v1/100 cg * T όπου : P b = πίεση που ασκείται στον πυθμένα (kn/m 2 ) P h = υδροστατική πίεση (kn/m 2 ) F = διορθωτικός συντελεστής διαμήκεις πίεσης K b = σταθερά T = βύθισμα (m) a v1/100 cg = κατακόρυφη επιτάχυνση Όπως βλέπουμε η πίεση εξαρτάται από την επιτάχυνση, ο τύπος της οποίας παρουσιάζεται στα κεφαλαία 2,1,2 και είναι ο παρακάτω : a v1/100 cg = 1,5 * r * (L wl *B c 3 )/(H 1/3 /B w ) * (5-0.1β) * V 2 /L wl * 10 3 Τα σύμβολα τα έχουμε εξηγήσει παραπάνω, όπως παρατηρούμε ο τύπος αυτός μοιάζει πολύ με αυτόν που αναφέραμε στο θεωρητικό κομμάτι, των Savitsky και Brown. Το πιο σημαντικό ίσως κομμάτι, στο κεφαλαίο αυτό είναι είναι ότι σύμφωνα με τον τύπο της επιτάχυνσης, η επιτάχυνση εξαρτάται από το ύψος κύματος. 12

14 Ανάλογα λοιπόν, σε ποιες συνθήκες θέλουμε να πλέει το σκάφος επιλέγουμε και την κατάλληλη επιτάχυνση. Η συνήθη τιμή για την κατηγόρια αυτών των σκαφών είναι : 1 με 1,2. Στο part 3 chapter 4 έχουμε τους τύπους που υπολογίζουν το πάχος των στρώσεων του πυθμένα και των ενισχυτικών και τη διαδικασία υπολογισμού τους. Συγκεκριμένα στο part 3 chapter 4 section ως 3,5,9 έχουμε τις απαιτούμενες ροπές τις οποίες θα πρέπει να ικανοποιούν τα ενισχυτικά, οι τύποι των οποίων είναι : S m = K 1 * (P*S*l 2 )/6 (cm 3 ) I = K 2 *(P*S*l 3 )/E*10 3 (cm 4 ) As= K 3 *(P*S*l)/r (cm 2 ) Οι συντελεστές K 1, K 2, K 3 είναι σταθεροί και δίνονται σε πίνακα. P = πίεση σχεδιασμού (kn/m 2 ) l = ανυποστήρικτο κομμάτι ενισχυτικού (m) S = ισαπόσταση ενισχυτικών (m) r = μέγιστη διατμητική τάση για τα ενισχυτικά (N/mm2) ή (Mpa) E = μέτρο ελαστικότητας (N/mm2) ή (Mpa) σ = μέγιστη εφελκιστική τάση (N/mm2) ή (Mpa) Αφού υπολογίσουμε τις ροπές των ενισχυτικών βρίσκουμε και το πάχος τους όπως θα εξηγήσουμε παρακάτω. Το απαιτούμενο πάχος του πυθμένα και των πλευρών υπολογίζεται και αυτό με τύπους οι οποίοι βρίσκονται στο part 3 chapter 4 section και έχουν ως εξής : t 1 = *K c *[(P b 2 *K sb )/6] 1/2 t 2 = 100*K c *[(0.6K w *P*b 3 *(1-V) 2 K sb )/E] 1/3 Όπου K c, K sb, K w συντελεστές που δίνονται. Το πάχος του πυθμένα του σκάφους δεν θα πρέπει σε καμία περίπτωση να είναι μικρότερο από την τιμή των δυο αυτών τύπων. 13

15 4.ΓΕΡΜΑΝΙΚΟΣ ΝΗΟΓΝΩΜΟΝΑΣ Όπως είπαμε η μελέτη εκτός από τον Ελληνικό νηογνώμονα θα γίνει και με τον Γερμανικό, ο οποίος είναι πιο εύκολος και πιο λιτός στους κανονισμούς όσο αφορά τα μικρά σκάφη. Τα κεφαλαία που θα χρησιμοποιήσουμε είναι τα section B και Α. Στο section B.6.2 στον πίνακα 1,8 έχουμε όλους τους τύπους που δίνουν το απαιτούμενο βάρος (gr/m 2 ) του hull, στο shell bottom, shell side και στο keel. Oι τύποι έχουν και μια ελάχιστη τιμή από την οποία πρέπει πάντα να βρίσκουμε μεγαλύτερη τιμή. Οι τύποι αυτοί είναι οι εξής : Shell bottom G WB = 1.57*b*F b *F VB *(P dbm ) 1/2 G WB(min) = 1.10*(350+5L)*(P dbm ) 1/2 G WB(min) >= G WS Side shell G WS = 1.57*b*F b *F VS *(P dsm ) 1/2 G WS(min) = 1.10*(350+5L)*(P dsm ) 1/2 G WS(min) >= 1200 Keel G K = 2.35*(350+5L)*(P dbm ) 1/2 Όπου : G WB = g/m 2 του shell G WS = g/m 2 του side shell G K = g/m 2 του keel b = πλάτος P dbm = 2,7L (design load πυθμένα) P dsm = 1,88L (design load πλευρών) L = μήκος (m) L WL = μήκος μεταξύ κάθετων (m) F b = ( R) =< 1.0 διορθωτικός συντελεστής R = ανυποστήρικτο κομμάτι >= 1,0 F VB = 0,34[V/(L WL ) 1/2 ] 1/2 + 0,355 >= 1,0 (συντελεστής ταχύτητας) F VS = [0,024*V/(L WL ) 1/2 + 0,91] * (1,018 0,0024L) >= 1,0 (συντελεστής ταχύτητας) V = ταχύτητα (kn) Θα πρέπει επίσης πάντα να ισχύει : V max = 12 * [L] 1/4, (kn) Εφόσον λοιπόν βρούμε το απαιτούμενο βάρος για πυθμένα, πλευρά και τρόπιδα στη συνεχεία επιλέγουμε το είδος των στρώσεων (mat ή growing) και υπολογίζουμε το πάχος τους. 14

16 Στη συνεχεία πάμε στο section B.7.2 στον πίνακα 1,11 όπου υπολογίζουμε την απαιτούμενη ροπή για τα εγκάρσια ενισχυτικά η οποία δεν πρέπει να είναι μικρότερη από μια ελαχίστη τιμή : Ws = 2.18*e*l 2 * P dbm *10 3 Wsmin = 2.18*e*K 4 2 * P Dsm * F VSf *10 3 Ομοίως και για τα διαμήκη ενισχυτικά η απαιτούμενη ροπή δίνεται από τον τύπο (section B.7.3 πίνακας 1,12) : Ws = 2.14*e*l 2 * F Vl * P dbm *10-3 Wsmin = 2.14*e*K 5 2 * F Vl * P dsm * 10-3 Όπου e (mm) = απόσταση μεταξύ εγκάρσιων νομέων L (m) = ανυποστήρικτο κομμάτι F VSF = [0,1*V/(L WL ) 1/2 ]*( L) F Vl = 0.075*V/( L WL ) 1/ Με το πέρας του υπολογισμού των ροπών των ενισχυτικών, το επόμενο βήμα είναι να βρούμε τις διαστάσεις που πρέπει να έχουν ώστε να ικανοποιούν τις ροπές αυτές όπως θα δούμε αναλυτικά στο φύλλο Excel. 15

17 5.ΒΑΣΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΣΚΑΦΟΥΣ Όπως προαναφέρθηκε τα βασικά στοιχεία του υπό μελέτη σκάφους προέρχονται από την πτυχιακή των Πολυχρωνίδη, Τσουκαλά. Το υπό μελέτη σκάφος είναι ένα ταχύπλοο σκάφος αναψυχής ολικού μήκους 8,5m με ταχύτητα V= 25 kn. Η σειρά των γραμμών της γάστρας που χρησιμοποιήθηκαν προέρχονται από το Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Χαρακτηριστικά των γραμμών αυτών είναι: Οι δυο ακμές(double chine) Η γωνία ανύψωσης πυθμένα είναι 20 στο μέσο του σκάφους. Πρύμνη καθρέφτη. Στη συνέχεια έγινε γραμμική παραμόρφωση των δοθέντων γραμμών, με σκοπό να επιτευχθεί το μήκος των προδιαγραφών(l=8,5m). Έτσι προέκυψαν οι βασικές διαστάσεις. L = 8,5 m B = 2.6 m Lwl = m Από έρευνα σε όμοια σκάφη βρέθηκε ότι το βύθισμα θα είναι περίπου: d = 0.52 m. Για εγκυρότερα αποτελέσματα στους υδροστατικούς υπολογισμούς χρησιμοποιήθηκαν 21 θεωρητικοί νομείς. Σύμφωνα με τα offsets των γραμμών, έγινε υδροστατική μελέτη με το πρόγραμμα HYDRO 2 του ΕΜΠ. Τα βασικά στοιχεία του σκάφους, λοιπόν, όπως προκύπτουν από την μελέτη της προηγούμενης πτυχιακής είναι τα εξής : o L=8.5m o B=2.6m o Lwl=7.947m o Δ=2700kg o D=0.40m o V=25kn Σύμφωνα με τις προδιαγραφές επιλέχθηκε ο τύπος του σκάφους να είναι ολισθάκατος, ο οποίος χαρακτηρίζεται από: 16

18 Οξείες ακμές και πρύμνη καθρέφτη για να προκληθεί αποκόλληση της ροής στην πρύμνη και κατά μήκος των πλευρών. Ευθείες διαμήκεις τομές και αποφυγή κυρτών νομέων ιδιαίτερα πρύμνηθεν της περιοχής της πρώρας για να εμποδιστεί η ανάπτυξη αρνητικών δυναμικών πιέσεων στον πυθμένα.. Ανύψωση πυθμένα που αυξάνεται γρήγορα στην περιοχή της πρώρας, για να μειωθούν τα κρουστικά φορτία σε κυματισμούς και να προσδώσουν επαρκή εγκάρσια επιφάνεια για τους ελιγμούς Λεπτές γραμμές στην είσοδο για τα μείωση της αντίστασης στις μικρές ταχύτητες. Πριν προχωρήσουμε στη μελέτη αντοχής και τον υπολογισμό του βάρους του συγκεκριμένου σκάφους πρέπει να αναφέρουμε και τον εξοπλισμό του, αν και δεν θα ληφθεί υπόψη στον υπολογισμό του βάρους. Ο εξοπλισμός λοιπόν του παραπάνω σκάφους περιλαμβάνει : δυο έσω-έξω λέμβιες, κλειστή καμπίνα, τουαλέτα(wc), δεξαμενή καυσίμου(300lt), δεξαμενή νερού(100lt). 17

19 6.ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ - ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Όπως αναφέρθηκε στην εισαγωγή, το θέμα της πτυχιακής αυτής έχει να κάνει με τη διερεύνηση μελέτης αντοχής και βελτιστοποίηση ενός ταχύπλοου σκάφους αναψυχής 8,5 m με τους κανονισμούς του Ελληνικού και του Γερμανικού νηογνώμονα. Επιλέξαμε τέσσερις διαφορετικές ισαποστάσεις ενισχυτικών στις οποίες, κάναμε έλεγχο αντοχής και υπολογίσαμε κάθε φορά (σε κάθε ισαπόσταση) το βάρος ώστε να καταλήξουμε στη βέλτιστη ισαπόσταση όχι μόνο από άποψη βάρους, αλλά και κόστους. Η μελέτη ακολουθεί τα εξής βήματα. Πρώτον, τον καθορισμό των ισσαποστάσεων, στη συνέχεια τη μελέτη της αντοχής και του πάχους των στρώσεων του σκάφους και των ενισχυτικών (ανά ισαπόσταση), έπειτα τον υπολογισμό του βάρους σκάφους και ενισχυτικών σε κάθε διαφορετική ισαπόσταση, το οποίο για να επιτευχθεί χρειάστηκε ο υπολογισμός της επιφάνειας του σκάφους με τον κανόνα του Simpson και τέλος τα διαγράμματα και τα συμπεράσματα που βγήκαν από την όλη μελέτη. Η όλη μελέτη έγινε και με τους δυο νηογνώμονες. Έτσι λοιπόν, χωρίσαμε το σκάφος σε τέσσερις διαφορετικές εγκάρσιες ισαποστάσεις : 0,5m, 0.7m,.9m, 1.2m. Οι διαμήκεις ισαποστάσεις δε θεωρήθηκε σκόπιμο να αλλάξουν. Επιλέξαμε μια σταθερή στρώση για τα ενισχυτικά. Όποτε δεν αλλάζει ο αριθμός των στρώσεων τους ανάλογα με την ισαπόσταση τους, αλλά οι διαστάσεις τους. Οι διαστάσεις των ενισχυτικών (διαμηκών εγκάρσιων) πρέπει να ικανοποιούν τις τιμές των ροπών των κανονισμών. Όσο αυξάνεται η ισαπόσταση, αυξάνονται και οι απαιτούμενες ροπές, όποτε και οι διαστάσεις, όπως θα δούμε στα φύλλα Excel. Οι κατασκευαστικές οδηγίες των ενισχυτικών είναι οι εξής : 1. Οι στρώσεις επικάλυψης του αφρού θα πρέπει να είναι παράλληλες με τη διεύθυνση του ενισχυτικού. 2. Ο αφρός θα πρέπει να έχει τουλάχιστον τις παρακάτω μηχανικές ιδιότητες Πυκνότητα 96 kg/m 3 Εφελκυστική τάση 0,85 N/mm 2 Θλιπτική τάση 0,60 N/mm 2 Διατμητική τάση 0,50 N/mm 2 Τα ενισχυτικά ανάλογα με το τμήμα τους σκάφους στο οποίο θα τοποθετηθούν θα πρέπει να έχουν την απαιτούμενη ροπή αντίστασης, εμβαδόν διατομής και ροπή αδράνειας. Στη συνέχεια ακολουθούν αναλυτικοί υπολογισμοί της γεωμετρίας και των στρώσεων των ενισχυτικών, καθώς επίσης και υπολογισμοί για τις στρώσεις σε κάθε τμήμα του σκάφους. 18

20 Εφόσον δόθηκαν τα βασικά στοιχεία του σκάφους και περιγράφηκαν οι κατασκευαστικές οδηγίες του Hull και των ενισχυτικών, θα προχωρήσουμε στο κύριο μέρος της πτυχιακής αυτής, στη διερεύνηση μελέτης και αντοχής ενός ταχύπλοου σκάφους. Όπως θα δούμε παρακάτω στους αναλυτικούς πίνακες, ξεκινάμε με εγκάρσια ισαπόσταση ενισχυτικών 0,5m και διαμήκη ισαπόσταση ενισχυτικών 0,5m. Για τις δυο αυτές ισαποστάσεις θα βρούμε κάποιο βάρος ενισχυτικών (διαμηκώνεγκάρσιων) και κάποιο βάρος σκάφος(hull). Στη συνεχεία έχοντας πάντα σταθερή την ισαπόσταση των διαμηκών ενισχυτικών θα δοκιμάσουμε για άλλες τρεις διαφορετικές ισαποστάσεις των εγκάρσιων ενισχυτικών για s=0.7m, s=0.9m, s=1.2m Όπως προαναφέραμε, ο αριθμός όπως και το ειδικό βάρος των στρώσεων επικάλυψης των ενισχυτικών θα παραμείνει ο ίδιος. Αυτό που αλλάζει σε κάθε διαφορετική ισαπόσταση είναι η τομή ενισχυτικών (επιφάνεια) και το πάχος όπως και το ειδικό βάρος του Laminate του Hull.Θα δούμε ότι όσο αυξάνεται η ισαπόσταση των εγκάρσιων ενισχυτικών αυξάνεται και το πάχος του laminate του Hull.Σκοπός είναι να υπολογίσουμε το βάρος των ενισχυτικών και το βάρος του Hull σε κάθε διαφορετική ισαπόσταση. Ας δούμε όμως αναλυτικά τι συμβαίνει στο hull. Εδώ ανάλογα με την πίεση σχεδιασμού που επιλέξαμε υπάρχει τύπος στον Ελληνικό νηογνώμονα που υπολογίζει το απαιτούμενο πάχος των στρώσεων, οπότε εμείς κάθε φορά επιλέγουμε τον αριθμό των στρώσεων. Ενώ στον Γερμανικό νηογνώμονα υπάρχει τύπος ο οποίος δίνει το ειδικό βάρος των στρώσεων του υλικού, όποτε σύμφωνα με αυτό το ειδικό βάρος κάθε φορά επιλέγουμε τον αριθμό των στρώσεων και βγάζουμε και εδώ το τελικό πάχος. Για τον έλεγχο της αντοχής του σκάφους χρησιμοποιήθηκαν οι κανονισμοί του Ελληνικού νηογνώμονα(h.r.s.) SMALL CRAFTS RULES 2004 και του Γερμανικού νηογνώμονα (G.L.). Το υλικό κατασκευής με βάση τις προδιαγραφές είναι το ενισχυμένο πλαστικό ( FRP). Το FRP συνθέτεται από στρώσεις υαλοπιλήματος (ΜΑΤ), υαλουφάσματος (ROVING), πολυεστερικές ρητίνες και επίχρισμα (GEL COAT). Οι κανονισμοί, σύμφωνα με τη πίεση που ασκείται σε κάθε τμήμα του σκάφους προδιαγράφουν το ελάχιστο απαιτούμενο πάχος του τελικού πλαστικού υλικού (laminate),το οποίο αποτελείται από ένα σύνολο στρώσεων (ply) των προαναφερθέντων τύπων. Οι τύποι πλαστικού που προαναφέραμε (ΜΑΤ-ROVING), ποικίλουν ανάλογα με τη ποσότητα, το μήκος, τη διάμετρο και τη λεπτομερή διάταξη των ενισχυτικών ινών. Έτσι ποικίλει αντίστοιχα και η πυκνότητα και το ειδικό τους βάρος, τα οποία είναι βασικές παράμετροι που προσδιορίζουν ποσοτικά τις ιδιότητες του υλικού. Το πάχος της κάθε στρώσης πλαστικού καθώς και οι μηχανικές της ιδιότητες προκύπτουν από εμπειρικούς τύπους, στη προκειμένη περίπτωση οι τύποι προέρχονται από τον LLOYD S REGISTER. Σύμφωνα με αυτόν, βασική παράμετρος για τον προσδιορισμό των ανωτέρω είναι η περιεκτικότητα του laminate σε γυαλί (Glass content) 19

21 Ο τύπος που δίνει το Gc είναι ο εξής : Gc = 2, Τ W + 1,36 W = ειδικό βάρος των στρώσεων Τ = συνολικό πάχος των στρώσεων που προκύπτει από το άθροισμα των επιμέρους στρώσεων ( Σti ) t i = W i 3072 * [2.56 / g c 13.6] mm w i = πυκνότητα της κάθε στρώσης (gr/m 2 ) gc = περιεκτικότητα της κάθε στρώσης σε γυαλί matt g c = 0.33 rovin g c = 0.5 Έτσι υπολογίζουμε το G c το οποίο θέτουμε στους παρακάτω τύπους προκειμένου να υπολογίσουμε τις βασικές μηχανικές ιδιότητες του laminate: σ u = 1278* G c G c N/mm 2 Ε u = (37 G c 4,75) * 10 3 N/mm 2 Τ u = 80 G c + 38 N/mm 2 όπου : σ u = μέγιστη εφελκιστική τάση (ορθή τάση) Ε u = μέτρο ελαστικότητας Τ u = μέγιστη διατμιτική τάση Σύμφωνα με τους κανονισμούς του νηογνώμονα βασικό στοιχείο στον υπολογισμό του πάχους είναι η πίεση υπολογισμού που ασκείται σε κάθε τμήμα του σκάφους. Τα τμήματα στα οποία χωρίζεται το σκάφος για τους υπολογισμούς είναι: 1. Πυθμένας (bottom):εκτείνεται από τη τρόπιδα μέχρι την ανώτερη ακμή (chaine) 2. Πλευρά (side) εκτείνεται από την ανώτερη ακμή μέχρι το κατάστρωμα. 3. Κατάστρωμα (deck) 4. Φράκτες (bulkheads) 20

22 Ο πυθμένας και οι φρακτές θεωρούνται πακτωμένα μέρη και ο τύπος υπολογισμού του πάχους τους είναι ο 3,4,11 ενώ το κατάστρωμα και τα πλευρά δίνονται από το τύπο 3,4,9 που βρίσκονται στο part 3 chapter 4 του νηογνώμονα. Τέλος βασικό στοιχείο για τον υπολογισμό του πάχους είναι και η ισαπόσταση των ενισχυτικών.η ενίσχυση που επιλέχθηκε είναι κατά το διάμηκες και κατά το εγκάρσιο. Αποτελείται από κομμάτια αφρού τραπεζοειδούς διατομής επικαλυμμένα με στρώσεις πολυεστέρα: ΣΤΡΩΣΕΙΣ ΠΟΛΥΕΣΤΕΡΑ Εφόσον έγινε η μελέτη αντοχής για σκάφος και ενισχυτικά και υπολογίσαμε το πάχος σε κάθε διαφορετική ισαπόσταση και με τους δυο νηογνώμονες, σειρά έχει τώρα ο υπολογισμός του βάρους (σκάφους και ενισχυτικών). Για να υπολογίσουμε το βάρος των ενισχυτικών, θα πρέπει να γνωρίζουμε το μήκος, το πλάτος και το ειδικό βάρος των στρώσεων τους. Για τον υπολογισμό του μήκους των ενισχυτικών ξεκινάμε την αρίθμηση από την πρύμνη. Έτσι το πρώτο ενισχυτικό μετά τον καθρέφτη της πρύμνης θα είναι το Νο 1 κτλ. Όπως φαίνεται και στο παρακάτω σχήμα. Εδώ έχουμε εγκάρσια ισαπόσταση ενισχυτικών 0,5m και όπως φαίνεται από το σχήμα είναι 17 τον αριθμό. Με τη βοήθεια του autocad και της εντολής list συγκεκριμένα υπολογίζουμε το μήκος κάθε ενισχυτικού ξεχωριστά όπως φαίνεται παρακάτω. Η διαδικασία αυτή επαναλαμβάνεται για όλες τις διαφορετικές ισαποστάσεις. 21

23 σχ.1 SEATS STORE side 4 3 FUEL TANK Bottom σχ.2 Η ίδια διαδικασία εφαρμόζεται και για τον υπολογισμό των διαμηκών ενισχυτικών, οι θέσεις των οποίων φαίνονται στη μέση τομή του σκάφους (σχ.2). 22

24 Τελειώνοντας με το μήκος των ενισχυτικών, στη συνεχεία θα υπολογίσουμε την επιφάνεια τους, δηλαδή το πλάτος τους. Σε αυτό θα μας βοηθήσουν οι τομές των ενισχυτικών που έχουμε κάνει στο autocad, όπως επίσης και ένας επιπλέον πίνακας με τις διαστάσεις των ενισχυτικών, ο οποίος παρατίθεται παρακάτω. Η διαδικασία υπολογισμού της επιφάνειας των ενισχυτικών(πλάτος), είναι η ίδια και για τα διαμήκη και για τα εγκάρσια. Σαν πλάτος θεωρούμε το μήκος της flange, το μήκος του web, συν 40mm επιπλέον από το bottom για να είμαστε σύμφωνοι με τους κανονισμούς του Ελληνικού Νηογνώμονα. H διαδικασία φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. ΠΛΑΤΟΣ = 20 + FLANGE + WEB + 20= mm σχ. 3 Με το πέρας όλων των παραπάνω το μόνο που μένει να υπολογίσουμε για να βρούμε το βάρος των ενισχυτικών είναι το ειδικό βάρος των στρώσεων στο 100 % του υλικού.eδω πρέπει να σημειωθεί ότι από τους κανονισμούς απαιτείται μικρότερη ροπή αδρανείας στα πλευρά από ότι στον πυθμένα. Αυτό σημαίνει ότι στα πλευρά απαιτείται μικρότερη διατομή ενισχυτικών άρα και λιγότερο βάρος. Κάτι τέτοιο όμως είναι αδύνατο πρακτικά για τα εγκάρσια ενισχυτικά, γιατί θα είχαμε ένα ενισχυτικό το οποίο θα ξεκινούσε με μια ορισμένη διατομή, η οποία από ένα σημείο και μετά θα άλλαζε. Όπότε για τα εγκάρσια ενισχυτικά την επιφάνεια της διατομής τους την υπολογίζουμε βάση των διαστάσεων που έχουν στον πυθμένα. Η διαδικασία υπολογισμού του βάρους των ενισχυτικών παρατίθεται παρακάτω στα υπολογιστικά φύλα. Μετά τον υπολογισμό του βάρους των ενισχυτικών, σειρά έχει ο υπολογισμός του βάρους του σκάφους. Όπως είδαμε στα προηγούμενα υπολογιστικά φύλλα αλλάζοντας κάθε φορά η εγκάρσια ισαπόσταση των ενισχυτικών αλλάζει και το πάχος του laminate του σκάφους, όπως και το βάρος του σκάφους. Σκοπός μας είναι να βρίσκουμε κάθε φορά αυτό το βάρος και προσθέτοντας σε αυτό και το βάρος των ενισχυτικών, να βρίσκουμε το ολικό βάρος του σκάφους. Έτσι γνωρίζοντας τις αλλαγές του βάρους σε κάθε ισαπόσταση να καταλήξουμε στη βέλτιστη. 23

25 Ο τύπος του βάρους είναι ένας ο παρακάτω, ισχύει και για τα ενισχυτικά και για το σκάφος. W(βάρος) = ΕΜΒΑΔΟΝ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ * ΕΙΔΙΚΟ ΒΑΡΟΣ Για να βρούμε το βάρος του σκάφους σε κάθε διαφορετική εγκάρσια ισαπόσταση, πρέπει λοιπόν να γνωρίζουμε δυο πράγματα. Πρώτα από όλα το ειδικό βάρος των στρώσεων, το οποίο αλλάζει σε κάθε διαφορετική ισαπόσταση. Αυτό βρίσκεται εύκολα αν ανατρέξουμε στα προηγούμενα υπολογιστικά φύλλα και στις στήλες που υπάρχουν, υπολογίσουμε το ειδικό βάρος στο 100% των στρώσεων(matt ή grooving). Το δύσκολο στην παρούσα φάση είναι να υπολογίσουμε το εμβαδόν της επιφάνειας του σκάφους. Αυτό θα το πετύχουμε εφαρμόζοντας τον κανόνα του simson.θα μετρήσουμε το εμβαδόν του αριστερού αναπτύγματος του πλοίου και μετά θα το πολλαπλασιάσουμε επί δυο για να βρούμε το εμβαδόν όλης της επιφάνειας του σκάφους. Αυτό γίνεται ως εξής, χωρίζουμε την αριστερή επιφάνεια του πλοίου σε 17 νομείς με ισαπόσταση μεταξύ τους 0,5m και μετρώντας το ύψος του κάθε νομέα ανάλογα με την ισαπόσταση φτιάχνουμε το παρακάτω διάγραμμα. ΟΛΙΚΟ ΜΗΚΟΣ ΝΟΜΕΑ/ΘΕΣΗ ΝΟΜΕΑ ΟΛΙΚΟ ΜΗΚΟΣ ΝΟΜΕΑ (m) 2 1,5 1 0, ΘΕΣΗ ΝΟΜΕΑ (m) δγ.1 Στον κατακόρυφο άξονα του διαγράμματος έχουμε το ύψος των νομέων και στον οριζόντιο τις ισαποστάσεις. Με τη βοήθεια του autocad και συγκεκριμένα με την εντολή list έχουμε υπολογίσει το ύψος των νομέων οι μετρήσεις αυτές φαίνονται παρακάτω(σχ.4). Κάναμε δυο υπολογισμούς πρώτα υπολογίσαμε το εμβαδόν της επιφάνειας όλου του σκάφους και μετά το εμβαδόν της επιφάνειας των πλευρών(σχ.4), οπότε με την αφαίρεση προκύπτει και το εμβαδόν της επιφάνειας του πυθμένα. Ο τύπος του simson βάση του οποίου έγιναν οι υπολογισμοί είναι ο παρακάτω: S=d/3{ 0 + 4Ψ1+ 2Ψ ΨΝ-2 + 4ΨΝ-1 + 1ΨΝ } Όπου S = εμβαδόν 24

26 D = 5m(μήκος πλοίου) Ψ = μήκος νομέων Ν = υποδιαστήματα (0,5m) Με τον παραπάνω τύπο υπολογίζουμε το εμβαδόν του διαγράμματος Όπως φαίνεται και από το σχήμα 3 το ολικό εμβαδόν του σκάφους είναι 30,296m^2, το εμβαδόν των πλευρών είναι 11,216m^2 και του πυθμένα είναι 19,08m^2. ΝΟΜΕΙΣ ΜΗΚΟΣ ΜΗΚΟΣ ΟΛΙΚΟ ΠΛΕΥΡΩΝ 0 1,879 0,69 0,5 1,879 0,69 1 1,878 0,69 1,5 1,88 0,69 2 1,88 0,69 2,5 1,873 0,69 3 1,868 0,69 3,5 1,867 0,69 4 1,887 0,69 4,5 1,87 0,69 5 1,847 0,69 5,5 1,84 0,6 6 1,846 0,6 6,5 1,725 0,6 7 1,634 0,6 7,5 1,422 0,6 8 0,86 0,4 8,3 0,353 0,353 8,5 0 0 ΕΜΒΑΔΟΝ 30,296 11,216 σχ.4 Εφόσον εξηγήσαμε τη διαδικασία υπολογισμού του βάρους και των ενισχυτικών στις τέσσερις διαφορετικές ισαποστάσεις, στα φύλλα που ακολουθούν στο EXCEL (παράρτημα Β) φαίνονται αναλυτικά όλες οι πράξεις και οι υπολογισμοί που κάναμε για τον υπολογισμό του βάρους. Αφού υπολογίσουμε το βάρος του σκάφους στις διάφορες ισαποστάσεις ενισχυτικών με τον Ελληνικό Νηογνώμονα επαναλαμβάνουμε την ίδια διαδικασία και με 25

27 τον Γερμανικό νηογνώμονα όπου βέβαια ισχύουν άλλοι τύποι και κανονισμοί (section 1 A,B). H διαδικασία παρουσιάζεται στα παρακάτω υπολογιστικά φυλά (παράρτημα Β). Όπως παρατηρούμε στο δγ.2 το βάρος των εγκάρσιων ενισχυτικών και για τους δυο νηογνώμονες, είναι περίπου το ίδιο στην ισαπόσταση 0,5m, ενώ στη συνέχεια μειώνεται σταδιακά, με αυτό του Ελληνικού να σημειώνει τη μεγαλύτερη μείωση. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει το διάγραμμα που ακολουθεί δγ.3, στο οποίο διαιρέσαμε το συνολικό βάρος των εγκάρσιων ενισχυτικών με το συνολικό μήκος τους ανά ισαπόσταση, έτσι ώστε να πάρουμε το βάρος τους ανά μέτρο μήκους. Παρατηρούμε ότι στον Γερμανικό νηογνώμονα η καμπύλη αυξάνει με την ισαπόσταση, ενώ στον Ελληνικό φτάνουμε σε ένα σημείο όπου το βάρος ανά μέτρο μήκους της ισαπόστασης 0,9 m είναι, έστω και λίγο μεγαλύτερο από την ισαπόσταση 1,2m. Το συμπέρασμα που προκύπτει όπως θα δούμε και παρακάτω, είναι ότι ο Ελληνικός νηογνώμονας δίνει μεγαλύτερη σημασία στο να ενισχύσει το hull με παραπάνω στρώσεις και όχι στα ενισχυτικά, ακριβώς το αντίθετο συμβαίνει με τον Γερμανικό. Πράγματι αν πάμε στην ισαπόσταση 1,2m (στα φύλλα Excel) θα δούμε ότι η απαιτούμενη ροπή στα ενισχυτικά είναι μεγαλύτερη από την ισαπόσταση 0,9m, άρα θα έπρεπε να βγάζει μεγαλύτερο βάρος ανά μέτρο μήκους, κάτι τέτοιο όμως δεν συμβαίνει γιατί εδώ έχουμε ένα πολύ πιο ενισχυμένο hull και από τους τύπους του Ελληνικού νηογνώμονα βγαίνει ότι δεν χρειάζεται περισσότεροι ενίσχυση στα ενισχυτικά. Ας δούμε όμως τι συμβαίνει κα με τα διαμήκη ενισχυτικά. Εδώ τα πράγματα είναι πιο ξεκάθαρα, στο διάγραμμα 4 παρατηρούμε ότι, το βάρος των διαμηκών ενισχυτικών στον Γερμανικό νηογνώμονα είναι πάντα μεγαλύτερο από αυτό του Ελληνικού, πράγμα που ενισχύει την παραπάνω παρατηρήσει που κάναμε, ότι δηλαδή, ο Ελληνικός νηογνώμονας δίνει μεγαλύτερη σημασία στο να ενισχύσει το hull, ενώ ο Γερμανικός αντίθετα στα ενισχυτικά. Το γεγονός αυτό ενισχύεται ακόμη περισσότερο παρατηρώντας το διάγραμμα 5, στο οποίο είναι μόνο το βάρος του hull χωρίς τα ενισχυτικά, βλέπουμε ότι ο Ελληνικός νηογνώμονας δίνει σε κάθε ισαπόσταση αισθητά πιο βαρύ σκάφος. Ας δούμε όμως τώρα τι συμβαίνει για το συνολικό βάρος του σκάφους σε κάθε ισαπόσταση. Έτσι για την εγκάρσια ισαπόσταση ενισχυτικών l=0.5m το βάρος του σκάφους και στους δυο Νηογνώμονες είναι περίπου το ίδιο. Όσο όμως αυξάνεται η ισαπόσταση των εγκάρσιων ενισχυτικών ο Γερμανικός Νηογνώμονας δίνει ελαφρύτερο σκάφος. Παρατηρούμε δηλαδή, ότι αυξάνοντας την ισαπόσταση των εγκάρσιων ενισχυτικών ο Ελληνικός Νηογνώμονας δίνει αρκετά βαρύ σκάφος και αυτό είναι ένα μεγάλο μείον, ιδιαίτερα αν μιλάμε για ταχύπλοα σκάφη, τα οποία θέλουμε να είναι όσο το δυνατό ελαφρύτερα για να έχουν όσο το δυνατό μεγαλύτερη ταχύτητα. Από πλευράς λοιπόν ταχύτητας δεν συμφέρει να έχουμε ένα τόσο βαρύ σκάφος, μένει λοιπόν να εξετάσουμε στην επόμενη ενότητα αν συμφέρει από πλευράς κόστους. Στο σημείο αυτό πρέπει να αναφέρουμε ότι και στους δυο Νηογνώμονες βγάλαμε περίπου τα ίδια desing load για πυθμένα και πλευρά. Ωστόσο κατά τη μελέτη με τον Γερμανικό Νηογνώμονα βγήκαμε σε ένα άτοπο. O τύπος της V max που δίνεται από τον κανονισμό βγάζει ότι η V max είναι μικρότερη από την κανονική ταχύτητα του πλοίου. Για να διευκρινίσουμε τι ακριβώς συμβαίνει στείλαμε στον Γερμανικό Νηογνώμονα. Η απάντηση που πήραμε είναι ότι μάλλον οι κανονισμοί του δεν επαρκούν για την σχεδίαση ενός ταχύπλοου σκάφους αναψυχής. Το πόρισμα αυτό ενισχύει και η διατριβή 26

28 της κύριας Δήμητρας Δαμάλα (Ε.Μ.Π 2000), από την οποία βγαίνει πάλι το παραπάνω συμπέρασμα. ΕΓΚΑΡΣΙΑ ΕΝΙΣΧΥΤΙΚΑ 50,00 ΒΑΡΟΣ (kg) 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 0 0,5 1 1,5 ΙΣΣΑΠΟΣΤΑΣΗ (m) H.R.S. G.L. δγ.2 ΕΓΚΑΡΣΙΑ ΕΝΙΣΧΥΤΙΚΑ 1,000 ΒΑΡΟΣ (kg) 0,900 0,800 0,700 0,600 0,500 0,3 0,5 0,7 0,9 1,1 1,3 ΙΣΣΑΠΟΣΤΑΣΗ (m) H.R.S. G.L. δγ.3 27

29 ΔΙΑΜΗΚΗ ΕΝΙΣΧΥΤΙΚΑ ΒΑΡΟΣ (kg) 200,00 150,00 100,00 50,00 H.R.S. G.L. 0,00 0 0,5 1 1,5 ΙΣΣΑΠΟΣΤΑΣΗ (m) δγ.4 HULL ΒΑΡΟΣ (kg) 1400, , ,00 800,00 600,00 400,00 200,00 0,00 0 0,5 1 1,5 ΙΣΣΑΠΟΣΤΑΣΗ (m) H.R.S. G.L. δγ.5 28

30 ΒΑΡΟΣ / ΙΣΑΠΟΣΤΑΣΗ 1500,00 ΒΑΡΟΣ (kg) 1000,00 500,00 H.R.S. G.L. 0,00 0 0,5 1 1,5 ΙΣΑΠΟΣΤΑΣΗ (m) δγ.6 Στα δυο διαγράμματα που ακολουθούν, απεικονίζονται οι απαιτούμενες ροπές των ενισχυτικών ανάλογα με την ισαπόσταση, (δγ.7, 8) παρατηρούμε, αυτό που αναφέραμε παραπάνω ο Γερμανικός νηογνώμονας απαιτεί μεγαλύτερες ροπές στα ενισχυτικά, από ότι ο Ελληνικός. Σε συνδυασμό με τα διαγράμματα 2, 3, 4, 5, 6 καταλαβαίνουμε τώρα καλύτερα, πια είναι η αιτία που το βάρος των ενισχυτικών (κυρίως των διαμηκών) στον Γερμανικό νηογνώμονα είναι περισσότερο. Τα στοιχεία αυτά παρατίθενται όλα στο παράρτημα Β. Τέλος και από το διάγραμμα 9, το οποίο δείχνει το πάχος του hull σε κάθε ισαπόσταση, παρατηρούμε ότι ο Ελληνικός Νηογνώμονας θέλει πιο ενισχυμένο το hull. Από τα παραπάνω λοιπόν, συμπεραίνουμε ότι ο Γερμανικός νηογνώμονας δίνει μεγαλύτερη σημασία στα ενισχυτικά, ενώ ο Ελληνικός στο hull για αυτό και βγάζει πιο βαρύ σκάφος. ΔΙΑΜΗΚΗ ΕΝΙΣΧΥΤΙΚΑ ΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΗ ΡΟΠΗ Sm (cm^3) 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 0 0,5 1 1,5 H.R.S. G.L. ΙΣΑΠΟΣΤΑΣΗ (m) δγ.7 29

31 ΕΓΚΑΡΣΙΑ ΕΝΙΣΧΥΤΙΚΑ ΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΗ ΡΟΠΗ Sm (cm^3) 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 0 0,5 1 1,5 H.R.S. G.L. ΙΣΑΠΟΣΤΑΣΗ (m) δγ.8 ΓΑΣΤΡΑ(SIDE SHELL) / ΙΣΑΠΟΣΤΑΣΗ ΠΑΧΟΣ (mm) 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 0 0,5 1 1,5 H.R.S. G.L. ΙΣΑΠΟΣΤΑΣΗ (m) δγ.9 Τέλος πολύ σημαντική είναι η εκλογή της κατάλληλης επιτάχυνσης σχεδιασμού, όπως είπαμε και στο κεφαλαίο 2. Η συνήθη τιμή για ταχύπλοα σκάφη αναψυχής είναι 1,2 G (επιτάχυνση της βαρύτητας) και για την τιμή αυτή βγάλαμε περίπου την ίδια τιμή στην πίεση σχεδιασμού και στους δυο νηογνώμονες. Για να δείξουμε πόσο σημαντικός είναι ο σωστός υπολογισμός της επιτάχυνσης σχεδιασμού υπολογίσαμε το βάρος του σκάφους με επιτάχυνση 3,5, αντί για 1,2 που επιλέξαμε για τον Ελληνικό νηογνώμονα. Το αποτέλεσμα φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα (δγ.9). Η μαύρη γραμμή είναι το βάρος του σκάφους με επιτάχυνση 3,5 στον Ελληνικό νηογνώμονα, ενώ οι άλλες δυο είναι οι προηγούμενες καμπύλες (δγ.6). Είναι αισθητό το πόσο πιο βαρύ σκάφος βγαίνει αν αυξήσουμε την τιμή της επιτάχυνσης, για το λόγο αυτό πρέπει να γίνεται σωστή εκλογή της επιτάχυνσης. 30

32 ΟΛΙΚΟ ΒΑΡΟΣ ΒΑΡΟΣ (kg) 2000, , , ,000 H.R.S. 1 H.R.S. G.L. 0, ,5 1 1,5 ΙΣΣΑΠΟΣΤΑΣΗ (m) δγ.10 Κλείνοντας αυτό το κεφάλαιο, πρέπει, όπως υποσχεθήκαμε και στην εισαγωγή, να πούμε, πια από όλες τις ισαποστάσεις που επιλέξαμε είναι η βέλτιστη. Για να βγάλουμε το τελικό συμπέρασμα, σχετικά με το πια ισαπόσταση θεωρείται βέλτιστη θα πρέπει να γίνει και ο υπολογισμός κόστους. Ο υπολογισμός του κόστους δεν είναι εύκολη διαδικασία. Βασίζεται κυρίως στην εμπειρία αυτού που κάνει τον υπολογισμό και όχι σε κάποιον μαθηματικό τύπο. Για να γίνει σωστός υπολογισμός πρέπει να υπάρχει το σκάφος και όχι το μοντέλο του. Όπως καταλαβαίνουμε το να κάνουμε ανάλυση κόστους για το συγκεκριμένο σκάφος θα ήταν κάπως παρακινδυνευμένο. Αυτό που μπορούμε όμως να κάνουμε είναι να δούμε σε πια ισαπόσταση ενισχυτικών θα έχουμε το πιο φτηνό σκάφος. Θέλουμε δηλαδή να ξέρουμε πόσες εργατοώρες απαιτούνται για τις στρώσης του hull και πόσες για τα ενισχυτικά. Για μια στρώση hull απαιτούνται περίπου 25 εργατοώρες και η εργασία πέντε εργατών (υπολογίζεται και ο χρόνος που χρειάζεται για να στεγνώσει η στρώση). Από την τέταρτη στρώση όμως και μετά ο χρόνος αυτός περιορίζεται αισθητά γιατί μπορούμε να ρίχνουμε τη μια στρώση πάνω στην άλλη. Όσο αφορά τα ενισχυτικά, επειδή εδώ εμείς κρατήσαμε σταθερό αριθμό στρώσεων και αλλάζαμε το πάχος ανάλογα με την ισαπόσταση, όσο πιο πολύ αυξάνεται η ισαπόσταση μειώνονται οι εργατοώρες 10-15%. Το ποσοστό αυτό όμως είναι μικρό αν λάβουμε υπόψη ότι αλλάζοντας την ισαπόσταση θέλουμε και πιο ενισχυμένο hull, συνεπάγεται πιο βαρύ σκάφος και περισσότερες στρώσεις στο hull (εργατοώρες). Το συμπέρασμα λοιπόν στο οποίο καταλήγουμε λαμβάνοντας υπόψη και το διάγραμμα 5 είναι ότι ούτε από πλευράς ταχύτητας, ούτε από πλευράς κόστους, συμφέρει να έχουμε βαρύ σκάφος. Όποτε προτιμάμε την πυκνή ενίσχυση για τα δίνει τα καλύτερα αποτελέσματα. Άρα λοιπόν η ιδανική ισαπόσταση, η οποία δίνει το ίδιο βάρος και στον Ελληνικό και στον Γερμανικό Νηογνώμονα είναι l=0.5m. 31

33 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Β ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΑ ΦΥΛΑ EXCEL YΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΒΑΡΟΥΣ _ ΑΝΤΟΧΗΣ ΓΕΡΜΑΝΙΚΟΣ _ ΕΛΛΗΝΙΚΟΣ ΝΗΟΓΝΩΜΟΝΑΣ ΑΘΗΝΑ

34 7.ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΦΥΛΟΥ EXCEL Όπως προαναφέραμε η παρούσα εργασία επιλέχθηκε να γίνει με δυο νηογνώμονες τον Ελληνικό και τον Γερμανικό. Στο κεφαλαίο αυτό θα εξηγήσουμε τα φύλλα Εxcel που δημιουργήσαμε με σκοπό την καλύτερη κατανόηση από τον αναγνώστη, των μεθόδων μελέτης της αντοχής και τον υπολογισμό του βάρους. Όλες οι πράξεις έγιναν σε κατάλληλα διαμορφωμένους πίνακες και έχουμε δυο διαφορετικές μεθόδους, μια για τον Ελληνικό και μια για τον Γερμανικό. ΕΛΛΗΝΙΚΟΣ ΝΗΟΓΝΩΜΟΝΑΣ Στον πρώτο πίνακα έχουμε τις στρώσεις των ενισχυτικών. Επιλέξαμε σταθερό αριθμό στρώσεων για τα ενισχυτικά, οι οποίες δεν αλλάζουν ανάλογο με την ισαπόσταση, αυτό που αλλάζει κάθε φορά είναι οι διαστάσεις των ενισχυτικών. Έτσι λοιπόν, στον πρώτο πίνακα βλέπουμε αναλυτικά το είδος των στρώσεων (mat ή growving), το ειδικό βάρος (w) των στρώσεων και το πάχος τους (t). Στον τρίτο πίνακα έχουμε τις απαιτούμενες ροπές των ενισχυτικών. Για να υπολογίσουμε τις διαστάσεις των ενισχυτικών και για να ικανοποιήσουμε τις ροπές φτιάξαμε τον δεύτερο πίνακα, στις δυο πρώτες στήλες του οποίου είναι διαστάσεις των ενισχυτικών (t = πάχος, h = ύψος ή μήκος), ενώ στις επόμενες στήλες είναι οι τύποι που ακολουθούν ώστε να υπολογίσουμε τις ροπές που δίνουν οι συγκεκριμένες διαστάσεις. Αλλάζοντας τις ισαποστάσεις αλλάζουν και οι ροπές. Η διαδικασία αυτή σταματάει όταν βρούμε ροπές ίσες ή λίγο μεγαλύτερες από τις απαιτούμενες του πίνακα 3. Με αυτόν τον τρόπο υπολογίσαμε τα ενισχυτικά τώρα σειρά έχει ο υπολογισμός του απαιτούμενου πάχους πυθμένα και πλευρών. Η διαδικασία που ακολουθεί είναι η ίδια και για τα δυο, αυτό που αλλάζει είναι οι τύποι. Ξεκινάμε πάντα υπολογίζοντας την απαιτούμενη πίεση (ο τύπος έχει επεξηγηθεί στη θεωρία). Την απαιτούμενη πίεση τη χρειαζόμαστε για να υπολογίσουμε το απαιτούμενο πάχος του πυθμένα, όπως επίσης και τις απαιτούμενες ροπές των ενισχυτικών. Αφού λοιπόν βρούμε το απαιτούμενο πάχος, στη συνέχεια φτιάχνουμε τον πίνακα υπολογισμού των στρώσεων του πυθμένα. Βλέπουμε ότι οι στρώσεις του πυθμένα επιλέγονται ανάλογα με το απαιτούμενο πάχος και πρέπει κάθε φορά το πάχος των στρώσεων που βάζουμε να είναι μεγαλύτερο ή ίσο με το απαιτούμενο πάχος. Στην πρώτη στήλη του πίνακα έχουμε τον αριθμό των στρώσεων, στη δεύτερη το είδος της στρώσης (mat ή growing), στην τρίτη το ειδικό βάρος της κάθε στρώσης (g/m 2 ), στην Τετάρτη το πάχος των στρώσεων και στην πέμπτη το ολικό ειδικό βάρος των στρώσεων στο 100% του υλικού (kg/m 2 ). Η τελευταία στήλη είναι πολύ σημαντική γιατί το στοιχείο αυτό θα το χρησιμοποιήσουμε στη συνεχεία για τον υπολογισμό του βάρους. Εφόσον, λοιπόν, γίνει η παραπάνω διαδικασία για τις τέσσερις διαφορετικές ισαποστάσεις τελειώσαμε με τον υπολογισμό του πάχους και του ειδικού βάρους των στρώσεων. 33