专利名称：船体及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种具有双层壳体的船体，尤其适用于油轮、运送化学物品的船舶(chemical ship)、客船和渔船，及这种壳体的制造方法。
背景技术：
在不考虑用途的情况下，当今商船所用的船体毫无例外地是框体钢板、纵向加强肋和纵梁形成的单层或双层壳体。但是，为了增强安全性，国际规则更倾向于双层壳体。通常外壳体和内壳体之间的距离为3m。骨架安置在壳体之间。
虽然在受到低能量陆地(low energy ground impact)撞击时双层壳体可以明显增加安全性，但是这种解决方法远不是最佳的。这种构造非常昂贵，在内层壳体上缺少来自水体的反压力，这使张力问题更加突出，而且由于钢板面积明显增大，大约是单层壳体的2.5倍，这就使防腐问题更加突出，并且增加了维护费用。当机械压力作用在外壳体的外侧时，其局部会发生严重变形，导致钢板断裂。另外，通过壳体站的骨架可以将变形传递到内壳体，内壳体也可能断裂，产生泄漏。在图1中，示意性的描述了这样的壳体，其包括外壳体100，内壳体102，安置在其间的骨架104。当受到外物碰撞时，这里是指具有一个锥尖的物体106，则外壳体100发生一个严重的局部变形，其很快就导致裂痕或破裂108。
另外，与水体在船在外侧施加反压力时的单层壳体相反，当通过裂痕将油或者类似物中的低粘性物质挤出并且堵塞气孔时，由于内外壳体之间的气体变形有爆炸的危险。因此，在壳体之间要充满惰性气体，这就使成本增加，并且增加最泄漏的危险，当在壳体之间检查船舶时也会比较困难。
因此，就急需一种改进的船体，当受到陆地挤压或者与其碰撞时，能够减少或者消除货物泄漏的危险。
同时还急需一种船体，具有改进的浮力，使其在受到陆地挤压或者与其碰撞时不会沉下去。显而易见，其适用于油轮，而且也特别适用于客轮。
在EP-B1-473587中，描述了一种提供改进壳体的方法，其中由泡沫塑料形成的薄片或垫料粘在铝壳上，其上附有玻璃纤维层。该方法具有一系统好处及可能性。通过这种方式可以修复旧的生锈或腐蚀的壳体。除此之外(amongother things)可以绝热，由于消除了凝结问题，所以为游艇方面的生产带来巨大的好处。另外，在各方向都具有吸音性质。而且，泡沫塑料材料可以吸收能量，从而保护金属壳体并且增强局部强度。
WO02/43954A1总地来说公开了一种不同的层复合结构，其中提到，具有中间塑料的金属的内层和外层可以粘结在一起，从而形成船舶。但是，仍然没有解决船舶外部的变形导致外壳体局部变形及破裂进而泄漏的问题。
发明内容
所以，本发明的一个目的是提供一种船体，具有当受到陆地挤压或与其碰撞时改进的变形性，从而消除或者至少充分减少了的危险。
本发明的另一个目的是提供一种具有改进的浮力的船体。即使在危险的情况下，其也能够浮起来，这样就可以将油抽到另一艘船上，或者将乘客撤离失事的船体。
本发明还有一个目的是提供一种船体的制造方法，该船体当受到陆地挤压或与其碰撞时具有改进的变形性，并且可以消除或者至少充分减少泄漏的危险。
本发明还有一个目的是提供一种制造方或，或者可选择地再建船体，使具有该壳体的船舶不会沉没。
本发明还有一个目的是提供一种船体的制造方法，不考虑壳体的开关，提供在成本最低而且不需要精确调节的情况下在壳体不同层之间的最佳的固定，该精确调节例如是研磨、切削等。
令人惊讶的是，根据本发明的具有如权利要求1所述的基本特征的船体和根据本发明的具有如权利要求12所述的特征的方法可以实现这些目标及其它目标。
特别地，该发明涉及一种船体，尤其是油轮、运送化学品的船舶、客船及渔船，包括位于骨架、纵向加强肋和纵梁上的支撑结构上的由钢板或铝板形成的内壳体，及外壳体。在内壳体和外壳体之间，具有主要是闭合孔的泡沫，以提高浮力及能量吸收能力。外壳体由高强度钢制成，其中在受到外部应变时，外壳体和泡沫塑料材料最好连接在一起以形成一个能量吸收变形区。泡沫塑料的这种特性使得碰撞时外壳体的凹陷处产生的变形能够迅速分配到该压迫处周围的较大面积上。接下来，由于与外壳体的高强度钢板相结合，所以泡沫塑料上的能够产生凹陷的反作用力就分配到较大的面积上，从而可以避免外壳体上的严重的局部变形。
根据优选实施例，外壳体和泡沫塑料材料是相适应的，以便在受到外部应变时，所述变形区可以吸收足够的应力，从而使内壳体的破裂或断裂发生在外壳体破裂或断裂之间。
为了得到浮力，泡沫塑料材料的厚度应当最好与船的总重相适应。泡沫塑料材料的厚度最好在0.05-3.0m之间选择，高强度钢板的厚度最好在0.005-0.030m之间选择。
泡沫塑料材料也可以是泡沫聚丙烯、泡沫聚乙烯，泡沫PVC，泡沫聚苯乙烯、泡沫PET、聚合或非聚合材料，优选泡沫丙烯(EPP)的微粒泡沫，任何具有热硬化性塑料，进行粘结或只是热接在一起。另外，可以在泡沫塑料材料中添加硬化剂，或者相应地提高泡沫塑料材料的一个方向上的硬度。
泡沫塑料材料可以粘结在内壳体的外侧。外壳体还可以粘结有泡沫塑料材料。使用的粘结最好在硬化期间可以形成扩张连接。
此外，至少一个高弹性层做为隔膜位于内壳体和外壳体之间。高弹性层的材料可以是橡胶、弹性体或聚合物。高弹性层可以由粘结形成，以将壳体和泡沫塑料材料粘接在一起。
本发明还包括根据上述内容的船体的制造方法，包括位于骨架、纵向加强肋和纵梁支持结构上的钢板或铝制成的内壳体，和外壳体。主要是闭合孔的泡沫塑料层粘结到内壳体上，高强度钢板层做为外壳体，其中在受到外部应变时，外壳体和泡沫塑料材料适用于相结合地构成一个能量吸收变形区。
根据本方法，外壳体和泡沫塑料材料是相适应的，以便在受到外部应变时，所述变形区可以吸收足够的应力，从而使内壳体的破裂或断裂发生在外壳体破裂或断裂之间。
具有闭合孔的泡沫塑料块可以粘结在内壳体上，钢板可以粘结在泡沫塑料材料上，其中粘结到泡沫块上的钢板焊接在一起以形成外壳体。然后具有高强度钢板粘结层的泡沫塑料材料块粘结到内壳体。
根据本发明方法的一个优选实施例，该结构可以位于内壳体和外壳体之间，将壳体以需要的相互距离进行固定，但是比所述内壳体的支撑结构弱一点，以形成一个间隙。可选择地，当重建双层壳体时，内壳体和外壳体之间的现存结构可以是相互适应的，以使所述结构比内壳体的支撑结构弱。在这两种情况下，将泡沫塑料成形材料流入内外壳体之间的间隙中，优选地，泡沫塑料球体和粘结剂一起，其中所述泡沫塑料层与内外壳体连接。
根据本方法，泡沫塑料材料层最好设计其厚度为0.05-3.0m，外壳体最好设计其厚度为0.005-0.030m。
泡沫塑料层最好选择包括粘结剂密度为60-400kg/m3，大约至多为200kg/m3，最好是100-150kg/m3。
面向间隙的壳体的内表面可以与粘结剂预粘结，以形成扩张连接或弹性粘结连接，如双组分聚氨脂粘结剂、环氧树脂及湿固单组分粘结剂或其它类型的预固体。
可以选择泡沫聚丙烯、泡沫聚乙烯、泡沫聚苯乙烯、泡沫PET、泡沫PPO、泡沫PVC或其混合物做为泡沫塑料材料。可以使用热硬化塑料或其它任何硬化粘结剂做为粘结剂。
下面将结合附图更详细地描述本发明图1是当受到外部物体碰撞时现有的双层壳体结构的剖面示意图。
图2a是当受到外部物体碰撞时，变形期间根据本发明的双层壳体结构的剖面示意图。
图2b是在稍后的变形阶段，图1所示的壳体结构的剖面示意图。
图3a-c是根据本发明的不同实施例的壳体结构的剖面示意图。
图4是根据凹陷浓度描述的，在碰撞期间，锥体压入不同壳体所需力的变化的图表。
图5是在碰撞期间，锥体压入不同壳体所吸收的能量总量的图表。
具体实施例方式
如上所述，图1描述了是在碰撞或者陆地挤压时，外壳体100中的严重的局部变形，导致在相对较小的压迫力的情况下迅速产生破裂或凹陷108。
图2a和2b表示了根据本发明的壳体结构，包括外壳体200，内壳体202，位于两者之间的泡沫塑料层204。根据本发明的壳体采用多个步骤防止泄漏。与外壳体200相连接的，泡沫塑料材料204形成一个能量吸收变形区，能够显著增强壳体的局部强度。在层204中的泡沫塑料材料使硬度合理地局部增强，同时，可以将整体强度增强到某些范围。另外，根据下文，外壳体200由高强度钢板制成，明显增强了壳体的变形性。
图2a和b是受到外部物体206碰撞时的示意图，这里是用一个锥尖压入壳体结构中。实际上，其可以是受陆地挤压或与另一个船或物体碰撞。可以对不同的可能的材料和尺寸的所包括的组件进行模拟，以研究当具有圆头的锥体压入不同的壳体结构时的变形过程，在下面将进行详细的描述。
所以，图2a描述的是物体开始压入外壳体200时，其中形成一个凹陷，但是很快就被位于内侧的泡沫塑料材料产生的反压力抵消了，这里用多个相对的箭头描述。由于泡沫塑料的特性，所以变形很快就分配到凹陷周围的较大的面积上。因此，与外壳体200的高强度钢板材料结合的反压力会使该凹陷分配到较大的面积上，从而避免在外壳体上发生严重的局部变形。
图2b描述的是当物体206继续压入时，稍后一点的变形情况，由于外壳体和泡沫塑料材料的结合变形特性，这时外壳体200的凹陷分配到更大的面积上。在图2b中，泡沫塑料材料中的变形和压入已经向外传递到一个范围，以致内壳体202也发生变形。最后，如图所示，发生破裂或断裂，但是其发生在外壳体被外来物体穿破之前，就有可能在稍后不会发生严重的局部变形而只是面积更大了。
所以，对于新的壳体系统来说，泡沫塑料材料的特性与外壳体特性的结合是非常重要的。本发明归于外壳体和泡沫塑料材料一起形成能量吸收变形区，其能够吸收足够多的变形使内壳体在外壳体之前破裂或断裂。具有高屈服点和分级硬化模块的泡沫塑料与具有高抗张强度和高容许张力的外层结合，就能产生所需要的结果。瑞典的SSAB，Lule公司生产并出售名为Domex500的高强度钢，其具有外层所需的特性。
当机械压力很高而使内壳体变形时，内壳体内侧的结构当发生破裂。直到外壳体的变形超过高强度钢的张力屈服极限，才发生断裂，其中由于泡沫塑料材料的密封性所以仍然可以避免泄漏。
根据本发明的进一步改进，在内金属壳体和硬金属表面层之间具有一高弹性材料层，与其中的一个连接或者位于泡沫塑料材料中。该高弹性材料也可以由将塑料材料粘结到内和/或外壳体上的粘结剂形成。也可以均使用替换品，提供位于泡沫塑料材料中的弹性体和热固性弹性体形式的多个隔膜层。为了在凹陷后向外弹出并且堵塞任何可能出现的断裂或孔，通过提供与泡沫塑料材料共用的隔膜，由于凹陷后在损害区域中从泡沫塑料材料中释放出高弹性材料，所以在非常严重的变形的情况下也可以防止泄漏。通过根据压力的频率以合适的方式确定材料的大小，结构可以优化，以得到所需的特性。材料也可以承受来自船体内部货物的压力，因此可以防止由于断裂而产生的泄漏。对于油轮，在损害中，水体的压力将与货物的压力互相影响。同样的好处在船体内部的爆炸损害中也可以体现出来。预计大约2-10mm范围内的厚度可以充分达到满意的效果。该材料可以是橡胶，如乳胶、弹性体和聚合体，同时适于深度拉伸的软金属也可以达到这种效果，同时还有助于提高能量的吸收能力，和/或在注入粘结剂期间，利用材料之间的空隙将泡沫材料粘结到内外壳体的物质也可以形成隔膜层。
当将泡沫塑料材料粘结到钢板上时，该粘结剂最好是能够产生扩张连接的粘结剂，同时还应该是耐油的，如双组分聚氨脂粘结剂。另外可以使用的粘结剂例如可以是环氧树脂和湿固单组分聚氨脂粘结剂，其它类型的预固体(prepeg)。
泡沫塑料材料应当主要是包括闭合孔，可以由不同材料制成，也可以是其混合物，如泡沫聚丙烯、泡沫聚乙烯、泡沫PVC、泡沫聚苯乙烯、泡沫PET。根据需要，该材料可以是交联或非交联的。优选实施例是一种泡沫聚丙烯(EPP)的特殊泡沫，最好在粘结时是热固性塑胶，或者只是热焊接在一起。
另外，泡沫塑料材料中可以添加硬化剂，或者相应提高泡沫塑料材料在一个方向上的硬度。
而且，该泡沫塑料材料最好是耐火的，如果是那样的话可以将泡沫石墨微粒添加到该颗粒和/或粘结剂中，当火势蔓延时，其会形成一个阻燃层。也可以用一石墨层与泡沫塑料材料结合，然后其就包括了多个层。根据当前情况泡沫塑料材料的厚度和密度可以不一样，如可以分别在大约0.05-3m和60-400kg/m3的范围内，正常的大约是100-150kg/m3。
泡沫塑料材料的厚度和密度对于其做为变形区及所需要的能量吸收能力的功能是非常重要的，而且对于浮力也很重要。通过针对目前的前提调整厚度和密度，可以平衡船的总重，并且船不会沉没。
当粘结钢板时，也可以使用加热起反应的预固材料，可能通过蚀刻的箔、铝格或一些具有合适电阻的电导体形式的嵌入电阻材料进行这种硬化。
根据本发明的壳体结构自然会带来多种优点。船的货舱将变成隔热的并且对于附加的热源和冷藏的需要会大大减少。在当今的油轮中，从废热锅炉中得到的热量不足以将货物维持在最低温度，所以必需有附加热源。当然，还存在相反的情况。例如，渔船需要的是一个冷冻的货舱，使用根据本发明的壳体则就不再需要冷却。也可能用绝缘船将核工厂的冷却水加热运送到用户，以做为市政供热网系统的补充。
根据本发明的另一种改进，可以使用具有不同密度的多层泡沫塑料层，这样就可以同时具有良好的隔热效率与良好的能量吸收能力。例如，让最外层的泡沫塑料层具有高于邻近内层的密度，则能量吸收能力将大大提高。
图3a-c是根据本发明的壳体的不同实施例的示意图。图3a表示的是最基础的壳体，包括外壳体300、内壳体302和中间泡沫塑料层304。在图3b中，壳体包括内泡沫塑料层306、外泡沫塑料层308和两者之间的金属板310。在图3c中的壳体包括夹层结构的外壳体，具有两个金属板，及比保持泡沫塑料层314紧密度更大的中间泡沫塑料层312。但是，根据本发明的壳体并不限于所示的实施例，在本发明基本特征的范围内，其可以具有任何数量的金属板和泡沫塑料层，最佳尺寸及所选择的材料。
当船的大小已定时，根据国际分类规则也可以确定壳体钢板的厚度。使用高强度钢板时允许其厚度是下限，可以节省重量，同时还能得到高品质，如在受到陆地挤压、碰撞、爆炸等期间破裂时会有很高的抗张强度。
与具有中间骨架的传统双层壳体的当今所选择的方式相比，根据本发明的壳体还能带来多种优点，例如-良好的能量吸收能力，-提高了壳体的整体硬度，-大大提高了局部硬度，-良好的绝缘性，-大大降低了壳体内侧被腐蚀的危险，
-较高的负载能力和较大的浮力-大大降低了维护成本，-提高了抗纵向弯曲力和局部硬度，以及-有可能以相对简单的方式对现有单层壳体船进行转换。
本发明用出人意料的方法解决了一个重要问题。不管油轮断裂还是客轮断裂所带来的严重后果，船体的改进都未能远远超越双层壳体，很难在任何范围内改善这种情况。通过在船体上使用泡沫塑料材料而使浮力改善是显而易见的，另外，根据本发明的壳体在碰撞时船动作的完全改变才是最出人意料的。
本发明也涉及一种关于根据本发明的船体的制造方法，在附加权利要求12中表述了它的基本特征。在从属权利要求中做了进一步改进。
基本上，本发明的方法包括与内壳体和外壳体连接的泡沫材料。通过包括将泡沫塑料材料连接到内壳体和外壳体上这个公共特征可以有多种不同方法。优选地，有一隔膜位于泡沫塑料内部或者也其相连。
根据优选实施例，块状的泡沫塑料材料与内壳体粘结。所以，接下来外壳体与泡沫塑料材料粘结，或者外壳体先与泡沫塑料材料粘结然后才与内壳体粘结。
根据制造本发明的壳体系统的不同方法，在外侧粘结有高强度钢板的部分泡沫塑料材料的内侧具有一个围绕外围磨出的槽，其中压入一个泡沫塑料带。在将粘结剂泵入表面之间期间通过负压吸引将该块与壳体粘结在一起。
高弹性材料形式的隔膜可以形成邻近一层或两层壳体的层，和/或用于泡沫塑料材料层之间。
外壳体可以通过位于泡沫塑料材料的槽中的反射背景条(reflecting backingbar)焊接在一起，其中在焊接之后，通道将注满粘结剂。
可选择地，在外壳体钢板的连接地区下右侧具有凹槽。在该凹槽中，具有一条矿棉，以在焊接过程中保护底层材料。该条矿棉也可以在左后方。
开始的时候，内壳体通常建在框架、纵向加强肋和纵梁上，骨架开始时最好位于船的底部中心，然后沿着一侧来断上升。开始是对壳体进行喷砂和底漆处理。然后，用粘结剂连接泡沫塑料材料，其中将粘结剂涂在泡沫塑料材料上或者两个表面上，使泡沫塑料材料形成一块。在组装期间，通过胶膜将泡沫塑料材料固定，当使用负压时，该胶膜也可以做为覆层。在硬化粘结剂期间，所使用的负压大概是0.3-0.4kg/cm2，因此可以产生的压力是3-4/m2，足以产生良好的效果。
可选择地，用电磁在粘结期间将泡沫塑料块靠船固定，在上面喷射粘结剂。可以用超声波检查胶缝。
根据另外一种变化，可以如下进行在组装状态下将1-3mm的高强度钢板安放在从船上突出的泡沫塑料块中。这样就可以在钢板上冲出多个孔，即钻孔。一侧的支撑和另一侧的柱塞形成固定装置，在炉上将钢板加热到试验温度，然后与泡沫塑料材料形成夹层，由于钢板的温度泡沫塑料材料会融化在表面上。当固定装置填满时，柱塞就会填满外包装，通过穿孔泡沫塑料材料的融化表面会连接在一起进而焊接在一起。另外，在钢板上的各种粘结可以用热处理来代替。这种实施例还增强了变形阻力并且还能在泡沫塑料材料中形成防火墙。泡沫塑料材料较小的密度可以用来平衡钢板重量。
在根据本发明制造壳体的方法的另一种变化中，在内壳体和外壳体之间具有一种结构，以所需要的距离相互固定壳体，但是该距离小于所述内壳体的支撑结构，因此形成一个间隙。
可选择地，在对现有双层壳体船进行重建期间，对内外壳体之间的已存在的结构进行修改，使所述结构小于内壳体的支撑结构。在内外壳体之间的间隙中，注入泡沫塑料成形材料，最好是泡沫塑料球体和粘结剂一起，其中形成所述泡沫塑料层并且粘结到内外壳体上。
本质上，确定保持外壳体与内壳体之间为所需距离的结构的大小，使其在受力时的变形小于该力作用于内壳体时所产生的变形。因此，泡沫塑料就可以充分完成其做为能量吸收和能量分配区的功能。
在针对这种改变的方法中，具有多种优点。不考虑内外壳体的开关，可以得到内外壳体的最佳的填充和连接。而且，如果需要，可以通过将内外壳体之间的间隙调整为不同的大小来改变泡沫塑料层的厚度。
在对现有双层壳体船进行重建期间，已经存在将内外壳体互相固定的结构。然后以适当的方施使该结构弱化，最好是在受陆地挤压时通常碰到的位置。在这些位置，焊接的是较弱的钢板，以在发生危险时，不被内壳体压迫。然后注入的泡沫塑料可以按照希望的方式工作。在双层壳体船中，两钢板之间的距离大约为3m。因此，在碰撞和受到陆地挤压时，该泡沫塑料层均能产生分配作用力所需要的效果，同时低密度，如60-150kg/m3，同时还能增加浮力。
也有可能造船厂设计建造双层壳体船时继续这样做，但是会对中间壳体结构进行改动，以使得造船厂的转变成本最小化。
根据本发明的系统已经进行了大规模的检测和试验。粘结实验很清晰地揭示，当钢板移动时，泡沫塑料材料的表面层是不受影响的。在其它部分中，是由于在硬化后粘结剂并不变硬。由于泡沫塑料材料的厚度，其弹性比较大，以致致对于粘结连接的影响不会更严重，把以就不必要求粘结连接是弹性的或黏弹性的。
可选择地，通过将混和有泡沫石墨颗粒的塑料材料和/或粘结剂可以形成防火通道(flame guard)。该防火通道也可以由紧邻内壳体的泡沫石墨颗粒层形成，如在粘结剂中。
实施例在变形发生之前，密度为100kg/m3的泡沫PVC可承受280ton/m2的载荷。这种情况，在泡沫塑料材料的上表面不需要任何表面层。密度为200kg/m3的泡沫PVC可承受500ton/m2的载荷。
当发生变形时，外层最先开始变形，为以使泡沫塑料进一步变形，压力必须加倍。这个事实与将压力分配到更大面积上的泡沫塑料表面上的硬化表面层结合，可以是根据本发明的结构的能量吸收能力格外高。
当使用泡沫聚丙烯或泡沫聚乙烯时，可以带来更多的优点，在压缩后，泡沫塑料材料几乎能恢复到原始厚度，但是也与损害的性质有一些关系。
通过本发明所带来的另一个优点是关于在盐水环境中的增生和藤壶(seaacorn)问题的。在IMO关于所有船只和石油钻塔的约定中，已经决定禁止包括锡和铜的的对环境有害的底漆。但是，在目前的应用中还没有提供可用的替代品，建议使用可替换的机械清理。
从2003年1月起，就不能再使用包含这些材料的底漆了，从2008年1月起这些底漆必须被清除或由绝缘漆覆盖。对于装有温油的油轮来说，增生和藤壶的问题比其它船只更突出。双层壳体在内外壳体之间有相对较大的距离，意味着空气与温的惰性气体一起在该空间内循环(由于对流)。因此，外层钢板一直是温热的，所以促进了增生。由于根据本发明的泡沫塑料，外壳体将与船体周围的水温相同，这就节省了大笔维护和运行费用。
最后，应当注意，腐蚀是一种化学过程，它会随着温度的升高而速度加快。由于泡沫塑料材料层的绝缘特性，在根据本发明的壳体系统的情况下外侧钢板具有较低的温度，所以壳体的使用寿命会大大加长，也许是很多年。
对整体特性的估计由于并不是存在的所有尺寸的船都在本发明的基础上进行试验，所以用谨慎的计算来证明新的壳体系统相对于传统单层壳体的效果。
能量损耗如果材料反复承受超过材料的张力屈服极限的负载，则会发生能量损耗。已经进行的计算表明，在海上由于壳体钢梁的弯曲会使泡沫塑料变形，称为“下沉”或者“扭曲”，其量大概是泡沫塑料材料屈服点的1/80。来自水压的静态和动态(撞击)的张力大约是泡沫塑料材料抗张强度的1/4。
因此，已经证明根据本发明的壳体系统不会带来任何关于壳体整体特性的问题。
能量吸收壳体的能量吸收对于防止下沉时壳体的断裂和泄漏是至关重要的。下沉可以分为不同的类或情况，例如-陆地挤压-尖锐的岩石，-圆滑的岩石，-倾斜的陆地；-正面碰撞-其它船只，-桥柱，-码头或平台；-侧面碰撞-船只大小不同，-负载情况不同，-弯曲形状。
例如，在分别与尖锐和圆滑的岩石发生陆地挤压、及正面碰撞和侧面碰撞的情况下，当使用根据本发明的壳体系统时，陆地挤压的对象最先被该结构感知，当与较大的物体碰撞时，由于外层钢板朝泡沫塑料材料向内偏，当孔受到挤压时，泡沫塑料材料会产生不断增强的阻力，之后在内支撑结构收回期间内壳体开始偏转。因此，该结构只会发生弯曲和偏转，而在单层或双层壳体的已知结构中在所有的情况下都会发生断裂，虽然不太可能发生与倾斜陆地碰撞的情况。
如上所述，由于没有全比例船只，所以只是模拟碰撞损害进行计算。计算是模拟与直径为2M的金属球的碰撞而进行的，它从壳体外侧进入该结构中。为了使传统形式船只中的内层骨架断裂，要对该球施加400-600tons的压力。应当注意，对公知的双层壳体也是这样的。为了在根据本发明的壳体结构上得到同样的结果，该壳体使用90cm的泡沫塑料材料，外壳体是10mm的Domex500MC，相应的作用力大约是600tons，即，是造成内支撑结构断裂所需要的力的大概10倍。
防撞比较由于断裂的难度不同，所以根据本发明的壳体系统当然比传统的双层壳体系统安全。如上面所讨论的，新的壳体系统中的内壳体将在外层钢板断裂之前断裂。为了描述这种情况，进行了模拟的碰撞分析。
将岩石简化为一个具有圆端部的锥体(直径1m)，分析其与不同壳体系统的碰撞(半静态地与壳体正交的)。对不同壳体系统的想象的碰撞过程的不同分析的评定，如图4和5中示意性的描述。实线针对的是根据本发明的壳体，虚线针对的是公知的传统双层壳体。图4的图表表述的是根据凹陷深度，需要多大力才能使锥体穿过各壳体系统。
根据本发明的壳体系统如下面1-5特征所示，设计根据本发明的壳体以使得内壳体在外壳体之前断裂。
1、外壳体的负载的范围不断扩大并且变形。底层压缩泡沫塑料传播该负载并且其传递到内壳体。
2、内壳体上的所谓“纵向加强肋”的支撑结构断裂。
3、骨壳体断裂，而外壳体仍然在变形。
4、当锥体接触直接增加时，湿骨架开始支撑该结构。
5、在整个内壳体断裂时，持续吸收能量。但是，外壳体仍然是完整的。
以前公知的壳体系统如下面6-10特征所述，在相对较低的压力下，壳体就非常致命地断裂了。
6、外壳体的负载的范围不断扩大并且局部严重变形。
7、外壳侧内侧的纵向加强肋裂开并且断裂。
8、当锥体碰撞壳体钢板时，外壳体断裂。
9、锥体使外壳体钢板断裂，接触到中间骨架的湿骨架(wet frame)，其可以部分增加壳体的硬度。
10、锥体到达承受负载的内壳体，直到其最终断裂并且发生致命的断裂。
对碰撞强度很重要的一个方法是碰撞的总的能量吸收。图5是描述不同壳体系统在碰撞过程中锥体穿过壳体所需要的能量的图。为了精确，图中的曲线描述的是在锥体穿过各壳体时吸收多少能量。显而易见，当凹陷深度相同时，实线所述的本发明的壳体比传统壳体吸收更多的能量。而且，该新型壳体可以承受更深的凹陷而不断裂。
因此，所述的模拟测验表示，具有本发明基本特征的壳体在分别在受到陆地挤压和碰撞时的变形特性远优于传统的双层壳体。所以，泄漏的危险就消除了或者至少是充分减少了。
实际上，在外壳体受到外部应变时，泡沫塑料材料具有一种特性，在孔压缩时，能够迅速提供强大的不断增加的阻力。因此，外壳体将在较大范围内向内变形，而泡沫塑料的变形将分配并传播到内壳体。外壳体的的严重的局部变形就被泡沫塑料固有特性所产生的反作用力抵消了。最好对所包括的组件的材料及大小进行选择，以使得在外壳体破裂之前内壳体会破裂或断裂。所以当相当大的变形能量传递到内壳体的时候，外壳体就可以保持完整并且防止泄漏，就能完全避免泄漏，如液体货物泄漏到外面的水体中，和/或水进入船中。
如上所述，通过本发明在浮力、绝缘、腐蚀、维护、整体硬度、生产等的措施也可以得到很多“形成约定”的优点。
当然，在本发明的范围内可能得到上述实施例的进一步改进和组合。因此，本发明并不仅限于所述的实施例，而通常是由下面的权利要求限定的。
权利要求
1.一种船体，尤其是油轮、运送化学品的船舶、客船及渔船，包括位于骨架、纵向加强肋和纵梁上的支撑结构上的由钢板或铝板形成的内壳体，及外壳体，其特征在于，在内壳体和外壳体之间，具有主要是闭合孔的泡沫，以提高浮力及能量吸收能力，外壳体由高强度钢制成，以及在受到外部应变时，外壳体和泡沫塑料材料适用于相结合地构成一个能量吸收变形区。
2.如权利要求1所述的船体，其特征在于，外壳体和泡沫塑料材料进行适配，以当受到外部应变时，所述变形区吸收足够的应力，使内壳体在外壳体之前断裂或破裂。
3.如权利要求1或2所述的船体，其特征在于，泡沫塑料材料的厚度与船的总重相适应，以获得浮力。
4.如权利要求1-3任一项所述的船体，其特征在于，泡沫塑料材料的厚度是0.05-3.0m，高强度钢板的厚度是0.005-0.030m。
5.如权利要求1-4任一项所述的船体，其特征在于，泡沫塑料材料也可以是泡沫聚丙烯、泡沫聚乙烯，泡沫PVC，泡沫聚苯乙烯、泡沫PET、聚合或非聚合材料，优选泡沫丙烯(EPP)的微粒泡沫，任选地具有作为粘结剂的热硬化性塑料，或只是热接在一起，其中可以在泡沫塑料材料中添加硬化剂，或者相应地提高在泡沫塑料材料的一个方向上的硬度。
6.如权利要求1-5任一项所述的船体，其特征在于，泡沫塑料材料粘结在内壳体的外侧。
7.如权利要求1-6任一项所述的船体，其特征在于，外壳体粘结在泡沫塑料材料上。
8.如权利要求6或7所述的船体，其特征在于，外壳体粘结在泡沫塑料材料上。
9.如权利要求1-8任一项所述的船体，其特征在于，至少一个高弹性层做为隔膜进一步位于内壳体和外壳体之间。
10.如权利要求9所述的船体，其特征在于，高弹性层的材料是橡胶、弹性体或聚合物。
11.如权利要求9所述的船体，其特征在于，高弹性层由胶形成，以将壳体和泡沫塑料材料粘接在一起。
12.一种制造如权利要求1-11任一项所述船体的方法，包括位于骨架、纵向加强肋和纵梁支持结构上的钢板或铝制成的内壳体，和外壳体，其特征在于主要是闭合孔的泡沫塑料层依附到内壳体上，高强度钢板层做为外壳体，以及其中在受到外部应变时，外壳体和泡沫塑料材料适用于相结合地构成一个能量吸收变形区。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，外壳体和泡沫塑料材料进行适配，以便在受到外部应变时，所述变形区可以吸收足够的应力，从而使内壳体的破裂或断裂发生在外壳体破裂或断裂之间。
14.如权利要求12或13所述的方法，其特征在于，具有闭合孔的泡沫塑料块粘结在内壳体上，钢板粘结在泡沫塑料材料上，粘结到泡沫块上的钢板焊接在一起以形成外壳体。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，具有高强度钢板粘结层的泡沫塑料材料块粘结到内壳体。
16.如权利要求12-15任一项所述的方法，其特征在于，一个位于内壳体和外壳体之间的结构，将壳体以需要的相互距离进行固定，但是比所述内壳体的支撑结构弱一点，以形成一个间隙，或者，当重建双层壳体时，内壳体和外壳体之间的现存结构可以进行适配的，以使所述结构比内壳体的支撑结构弱，以及将泡沫塑料成形材料流入内外壳体之间的间隙中，优选地，泡沫塑料球体和粘结剂一起，其中所述泡沫塑料层与内外壳体连接。
17.如权利要求12-16任一项所述的方法，其特征在于，泡沫塑料材料层厚度为0.05-3.0m，高强度钢板的厚度是0.005-0.030m。
18.如权利要求12-17任一项所述的方法，其特征在于，泡沫塑料层选择包括粘结剂密度为60-400kg/m3，大约至多为200kg/m3，最好是100-150kg/m3。
19.如权利要求12-18任一项所述的方法，其特征在于，向内面向间隙的壳体的内表面可以与粘结剂预粘结，以形成扩张连接或弹性粘结连接，如双组分聚氨脂粘结剂、环氧树脂及湿固单组分聚氨酯粘结剂或其它类型的预固体。
20.如权利要求12-19任一项所述的方法，其特征在于，选择泡沫聚丙烯、泡沫聚乙烯、泡沫聚苯乙烯、泡沫PET、泡沫PPO、泡沫PVC或其混合物做为泡沫塑料球体。
21.如权利要求12-20任一项所述的方法，其特征在于，热硬化塑料或其它任何硬化粘结剂做为粘结剂。
全文摘要
一种船体，尤其是油轮、运送化学品的船舶、客船及渔船，包括位于骨架、纵向加强肋和纵梁上的支撑结构上的由钢板或铝板形成的内壳体，具有改进的浮力和能量吸收能力，及制造该船舶的方法。在外壳体(200)和内壳体(202)之间具有主要是闭合孔的泡沫塑料材料层(204)。外壳体由高强度钢板制成，其中在受到外部应变时，外壳体和泡沫塑料材料适用于相结合地构成能量吸收变形区。
文档编号B32B15/08GK1922070SQ200480037525
公开日2007年2月28日 申请日期2004年10月20日 优先权日2003年10月20日
发明者S·约恩松 申请人:法格达拉海运系统公司