Förstudie och hållfasthetsanalys avenergiupptagande kölinfästningav komposit för segelbåtar

Autor: Ejdepalm, Erik, Lundqvist, Andreas
Jazyk: švédština
Rok vydání: 2011
Předmět:
Druh dokumentu: Text
Popis: Grundstötningar med segelbåtar ger ofta upphov till omfattande skador med dyra reparationer som följd. De senaste åren har kostnaderna i samband med grundstötningar ökat, vilket ytterligare aktualiserar frågan hur kölens infästning är konstruerad. Konventionella kölar monteras ofta med hjälp av ett antal kölbultar som skruvas genom skrovet. Denna lösning har otillräcklig hållfasthet då segelbåten går på grund, och utgör i många fall en säkerhetsrisk. Svea Teknik AB har utvecklat och patenterat en ny typ av kölinfästning som deformeras elastiskt vid en grundstötning, och som samtidigt säkerställer goda seglingsegenskaper med små deformationer under segling. Jämfört med en konventionell infästning ökar denna lösning båtens uppbromsningssträcka vid en grundstötning och bidrar till att rörelseenergin absorberas på ett bättre sätt, vilket reducerar eller helt eliminerar skadorna på kölinfästning och båt. En viktig aspekt är att flera försäkringsbolag är beredda att erbjuda båtägaren en lägre försäkringspremie då båten är utrustad med denna typ av lösning. Konstruktionen är tillverkad i stål och implementerad i tre exemplar av segelbåten Aspect 40. Svea Teknik AB önskar nu modifiera konstruktionen på sådant sätt att en övergång till kompositmaterial blir möjlig. Detta examensarbete behandlar en förstudie av den aktuella kölinfästningen i syfte att utreda möjligheten till implementering av kompositmaterial. Fokus riktas mot kölinfästningens platta (även kallat membran) vilket är det element i konstruktionen som är avsett att deformeras elastiskt vid grundstötning. Under förstudien analyseras huvudsakligen membranets hållfasthet och deformationer för olika typer av geometrier, kompositmaterial och uppläggningsriktningar. Vid analysen används SolidWorks Simulation med tillhörande kompositmodul. De aktuella lasterna (främst grundstötningslast och sidlast) beräknas med hjälp av ISO 12215-9, som är en kommande ISO-standard som omfattar fritidsbåtar. Lasterna baseras på båten Najad 355 som ger ca 50 % större laster än Aspect 40.Simuleringsresultaten visar att det för olika kompositmaterial är svårt att uppnå tillräcklig hållfasthet (inga bestående skador) och önskade deformationer med en geometri liknande den ursprungliga stålkonstruktionen. Detta beror främst på att membranets så kallade midja är fast inspänd mot båtens skrov och därmed begränsar deformationerna och ökar påkänningarna. Det utarbetades därför flera nya förslag på lösningar där detta problem helt eller delvis elimineras. Den bästa uppläggningen med givna laster är ±45˚ och materialet bör ha en hög brotthållfasthet ortogonalt fiberriktningen.
When a sailing yacht runs aground, it often sustains severe structural damage to the keel and the ship hull, and, as a consequence, expensive repairs. During the last few years the resulting costs of these incidents have increased; consequently it brings the keel attachment design to the fore. Conventional keels are mounted to the ship with the use of long keel bolts stretching from the keel bulb up through the hull laminate. These conventional solutions are in no way designed to withstand the forces acting on the keel attachment during severe grounding. Svea Teknik AB has developed and patented a new type of keel attachment that gives rise to elastic deformation in case of grounding, as well as good sailing performance. Compared to conventional keel attachments, this solution allows the boat to retard for a longer distance, thus effectively reducing the retardation. It also absorbs the kinetic energy in a better way, which reduces the damage to the boat and keel attachment. One of the key aspects associated to this product is that several insurance companies are prepared to offer the boat owner a reduced price for their boat insurance if the boat is equipped with a keel protective device. The construction is manufactured in steel and has been implemented in three copies of the sailing yacht Aspect 40. Svea Teknik now wishes to modify the design to be suitable for composite materials. This master thesis includes a pilot study of this particular keel attachment with the objective to replace the steel with a suitable fiber reinforced polymer. The focus is directed to the plate (also called membrane) to which the keel attaches, and is where the elastic deformation takes place. In this pilot study, the analysis is mainly focused on the strength and deformations that the membrane is subjected to, for different types of geometries, composite materials and composite fiber directions. SolidWorks Simulation integrated composite module is used in the analysis. The loads (primarly grounding-force and side-force) are calculated using the upcoming ISO 12215-9-standard, applied for small boats. The calculations are based on the data coupled to the sailing yacht Najad 355, which corresponds to loads approximately 50 % higher than for the Aspect 40. The simulation results show that it is difficult to achieve sufficient strength (with no permanent damage) and appropriate deformations, using geometries similar to the existing one. This is mainly due to the fact that the center part of the membrane is fixed to the boat hull and therefore limits the deformations and also increases the stresses within the membrane. Subsequent work resulted in a number of new concepts where this problem is reduced or eliminated. The most appropriate fiber direction with given loads is ±45˚ and the composite material should have high fracture strength in the orthogonal fiber direction.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
Externí odkaz: