ARCHIEF
SSL 133
KONINKLIJK INSTITÙUT VAN INGENIEURS
'Constructiedag' van de Sectie voor Scheepstechniek van het K. I. y. I.
op 8 maart 1968 te Deift
Overwegingen bij het gebruik van staal
met hoge rekgrens. in schepen
door
°ir. J. J. W. NIBBERING
p
Summary: Considerations about the use of higher strength steels in shipbuilding.
After a short introduction about the properties of these steels and connected welding aspects, the strength under compressive, tensile
and bending loads of H.S. steelstructures is discUssed.
In compression there is no danger of elastic bruckling of
plate-stiffener combinations as a whole, when H.S. steels are used, provided
that localinstábilities are avoided. These local instabilities can. be
edge-buckling-of slabs and shear buckling of webs of stiffeners.
Addi-tional stiffening or reductions in spans are often required when the thickness of webs is redUced on account of. the use of H.S. steel. A
better solution is taking advantage of the present rules of the Classifi-cation Societies, which permit appreciable reductions in the thickness
of deck- and bottomplating.
The tensile strength of H.S.-steetstructures is discussed in connection
to brittle fracture and fatigue. lt is argued that for most modern H.S.
steels brittle fracture can be neglectedas long as the. nôminal stresses, do not exceed yield point. This meansthat at least reductions in weight iii relation to the yield points of M.S. and H.S. steel are permissible. With respect to fatigi.ie.the situation is less favourable. Only when the average of the fluctuating stresses is highly tensible U.S. steel is
advan-tageous. This is for instance the case for the deck of a ship having.a
large still-water hogging bending moment:
In conclusion it is considered where and in which typesof ships H.S. steels should be used with preference.
I. Inlelding
'Staat met hoge rekgrens' is de wat langademige, maar voor
taal-kundigen aánvaardbare benaming voor staalsoorten die een
duidelijk hogere vloeigrens hebben dan Staal 42. Er wordt
onder begrepen alles wat in scheepsbouwkringen met- 'high-tensile-steel' of hoogvast staal wordt aangeduid en waarmee dikwijls Staal 52 bedoeld wordt.
Het bezwaar van de in de aanhef gegeven naam, de lengte, kè.n worden ondervangen door een zinvolle atkortmg als Staal
H(oge) R(ekgrens), maar aangezien de staalleverànciers meestal
van 'hoge sterkte staal' spreken, zal in dit artikel de afkorting
H.S.-staal worden gebruikt. Tot voor enkele jaren is er in
koopvaardijsóhepen maar weinig H.S.-staal verwerkt. Dit had
I)Voordracht gehouden op de 'Constructiedag' van de Sectie voor
Scheepstechniek op 8 maart 1968. Voor de beide andere voordrachten van deze reéks zie De Ingenieur 1968, nr. 24, blz. W 113 en W 123. (Voor de aankondiging zieDe Ingenieur1968, nr. 5, blz. A 65.)
WERKTUIG- EN ScHEEPSBOUW 12 I 28 JuNI 1968
SSL 133
V1J/
Werktuig- en Scheepsbouw
ii
Overwegingen bij het gebrüik van staal
629.11:669.14:539.4met hoge rekgreñs in schepen
I)
door .ir. J.J.W. Nibbering, Lector T.H. Deift
diverse oorzaken. De prijs was hoog: het materiaal was bij
reparaties moeilijk te krijgen of te verwerken; voor stukgoed-schepen was een grote ruiminhoud belangrijker dan een laag
scheepsgewicht; het lassen van H.S.-staal leverde technischè en
organisatorische problemen op. Pas toen zicheen nieüw las-probleem voordeed bij de bouw van bijzonder grote schepen, namelijk het verbinden van seer dikke platen, is het toepassen
van H.S.-staal in die schepen in zwang gekomen: - .
De toepassing van H.S.staal behoeft nièt-beperktte blijven tot
zeer grote schepen. In ënkele Oost-Europese landenzijn diverse
vracht- en vissersschepen gehéel of gedeelteijk van Staal 52
vervaardigd. In de Verenigde Staten zijn al meerdan 20 schepen
van 10 000 BRT. gebouWd, waarin grote hoeveelheden
laag-gèlegeerd staal met een rekgrens tot 700 N/mm2 (70 kgf/rnm2) zijn verwerkt.
In Nederlandhebben de grote werven al jarenlang ervaring
met H.S.-staal door het bouwen yanschepen voorde Koninklijke
Marine: De technologische problemen zijn dus zeker niet
on-overkomenlijk. Vandaar dat in dezevoordràch( over deze zaken
betrekkelijk weinig zal worden gezegd. Ook de economische aspecten zullen op de achtergrond blijven. De aandacht za!
vooral worden gericht op ccii vrantwoorde toepassing van
H.S.-staal uit een oogpünt van sterkte. Hierbij zal blijken dat H.S.-staal niet altijd terecht wordt toegepast. Dikwijls heeft het gebruik van H.S.-staal alleen zin als extra aandacht wordt besteed aan de vormgeving van de constructie en de kwaliteit
van het laswerk.
Van de aldus ontstane winst in sterkte kan dan het grootste dee! te danken zijn aan laatstgenoemde factoren en niet aan het betere staal. Niettemin heeft dit. alles. ertoe bijgedragen dat een aantal Europese werven evenzeer vertrouwd geraakt
is met de verwerking van H.S.-staal als vele Oost-Europese en Japanse werven.
Toch blijft het de moeite waard orn te proberen bepaalde geichtsbesparingen diede klassebureaus op grond van gebruik van H.S.-staal toestaan ook te verkrijgen voor Staal 42. Deze bureaus staan tegenwoordig veel meer dan vroeger open voor
gefundeerde argumenten uit de praktijk, zeker als die vergezeld
worden van sterkteberekeningen of proefresultaten. Een van de doeleinden van dit artikel is de lezers van dienst te zijn met enkele gezichtspunten die in een dergelijke situatie naar voten
kumnen worden gebracht.
2. H.S.-staalsoorten (Samenvatting, zie fig. 1)
Staal 52, dat voor de 2e wereldoorlog al in de scheepsbouw
gebruikt werd, is nog steeds vrijwel de enige van de H.S.-staalsoorten die in koopvaardijschepen verwerkt worden. Tevens mag alleen van dit staal verwacht worden dat het in de niet zo verre toekomst het StanI 42 in belangrijke mate za!
verdringeri.
De hogere sterkte van dit staal in vergelijking met St. 42 kan
op. verschillende manieren al of niet gecombineerd worden
verkregen. Legeren
De eenvoudigste methode, opvoering van het koolstofgehalte, is ongeschikt omdat boyen ongeveer 0,2% C de lasbaarheid
siecht wordt. Een goed en algemeen gebruikt legeringselement
is mangaan dat tot 1,5% weinig schadelijke bij-effecten ver-oorzaakt. De winst in sterkte is in hoofdzaak te danken aan de versteviging van de ferriet door het vast crin opge!oste Mn. De winst in taaiheid is terug te voeren op de fijnere
perliet-lamellen. Si heeft eenzelfde invloed opde sterkte. Het is boyen-dien een goed desoxydatiemiddel (kalmeringsmiddel). 0,5% Si
is echter maximaal bruikbaar.
MIDDELEN TER VERHOGING VAN DE STERKTE VAN STAAL
a. .aGnBsli: NIEJ DOOR C TE VERHOGEN (LASBAARNGD
WU. DOOR Mn MITE <tRy. EN SI
(<QS%);Si TEVENS GODO DESOXYDATIEME)OEI. b RELVEIIFLJNEN: BEPROEFD MIDDEL: AL (TEVENS
ZEER GOED DESOXVDbTIEP4OVEI).
KORRALOROEL N AUSTEIKEIOEBED GEREMD DOOR AL - NITRIONS WAARDOOR KLEINE FERRETI(RELS. MODERN EN ZEER GODO Nb EN V.
BU ENEL AFKOELEN ZEER FUNVERDEELDE NITRH DEN EN CARBIDEN IN FERRIET--. ENIGE KORREL-VERFUNING MAAR VOORAL HARDING WAAR000R MATIGE TAANEJD.
DIT IS TE VERBETEREN DOOR:
-(ALMENEN EN LAAG AFWALSDI.
b. NOLMAALGLDEIEN.VERHITTEN IN
AUSTENIETGE-BLED WAAR Nb KORRELGROEJ VERUDELT.
GIL AFKOELENNIEUWE KIEMEN-.ZEER FUNE
KORRELSOMS GEVOLGO DOOR ONTLATEN OR 600 b 700t VOOR LETS BETERE TAAIHOD.
-E AVEGIRIKEEN EN ONTLATEN: DUUR MAAR
EFFECTIEF-PiNE MARTENSIETISCHE 0E BALNIETISCHE STRUC-1UUR.GEVOELIG VOOR ENANDEN,LASSEN ETC.
Fig. 1. Middelen ter verhoging van de sterkte van staal.
Xorre!verfijnen
Naast de legeringselementen kunnen korre!verfijnende ele-meriten worden toegevoegd zoals aluminium, dat tegeijk ceri zeer effectief desoxydatiemiddel is. Als korrelverñjners zijn echter Nb (niobium) en V (vanadium) en enkele andere ele-menten vecI beter en nog niet zo lang in zwang. Tijdens het afkoelen scheiden deze elementen zieh bij de overgang van de austeniet- naar de ferriet-perliet-fase uit in de vorm van zeer fijn yerdeelde carbiden en nitriden in de ferriet. Dit heeft een versterkende invloed op het zwakke ferriet en werkt tevens
enigszins korrelverfijnend. -Een stijging van de rekgrens is het
gevoig. De kerftaaiheid van het materiaal. is in deze toestand minder goed, vooral bij dikke platen, die langzaam alkoelen
(weinig korrelverfijning). Door kalmeren en afwalsen 2)bij lage temperatuur is dit te verbeteren. Meestal wordt echter 'norinaal-gegloeid'. Het staal wordt even in het austenietgebied verhit en
vervolgens in rustige !ucht afgekoeld. Door de aanwezigheid van de genoemde Nb- of V-precipitaten kunnen de austeniet-2).De deformatie bu betrekkelijk lage temperatuur veroorzaakt
rekristallisatie, dus korrelverfijning.
korrels niet 'groeien' tijdens het opwarmen en in de
austeniet-fase, waama bij het afkoelen het ontstaan en uitgroeien van
meerdere kiemen per austenietkorrel de korrelverfijning geeft.
Het normaa!g!oeien wordt soms gevolgd door ontlaten op6 à 700 oc. Dit kost eilige sterkte, maar verbetert de taaiheid
door--dat eventueel ontstane martensiet (vooral ann de
buiten-opperviakte van de plaat) wordt omgezet.
Afschrikken en ontlalen
Dit is ceri duur fabricageproces mùr zeer etTectief;. het is te vergeijken met het harden van gereedschappen. Alleen is het
koolstofgehalte van de staalpiaten lager. Men verkrijgt een zeer
fine, enigszinsmarténsietische 3) of bainietische 3) structuur.
Begrijpeijk is dat een dergelijk materiaal zeer gevoelig is voor bewerkingen als warmvervormen, branden en lassen.
M.b.v. de methoden a. en b. zijn rekgren.zen van 350 tot 420 N/mm2 (35 tot 42 kgf/mm2) te verwezenlijken. In sommige geval!en wordt het laatste bedrag mede bepaald door ongeveer
0,5% Ni. Met de derde methode kan men nog iets verder komen. In de eerstkomende jaren zal men met de tot -nu toe besproken
staalsoorten gòed uit de weg kunnen. Het is niet te verwachten dat een rekgrens hoger dan 420 N/mm2 (42 kgf7mm2) behalve bij hoge uitzondering in de scheepsbouw vereist zal zijn. Dit
za! in de volgende hoofdstukken worden toegelicht.
-3. Het lassen van H.S.-staal (Samenvatting, zie fig. 2)
Voor de stalen die geen korrelverfijnende elementen -als Nb en V bevatten en niet normaalgegloeid zijn, zoa!g ceri AISi-gekalmeerd, laagafgewalst mangaanstaal, is de invloed van ht lassen- soortgeijk ann die bij St. 42. 11U de micro-gelegeerde, fijnkorrelige stalen is het belangrijkste probleem dat de
fija-verdeelde nitriden en carbiden boyen ongeveer 1050 °C in
oplossing gaan, waardoor onnndde!lijk grote korrelvergroving
optreedt. In [7] is aangetoond dat dit verschijnsel alleen bepaald
LASSEN VAN H.S.-STAAL. 1-4.5.-STALER ZONDER Nb 0F V.
NVLOED YAN HOT LASSEN AIS BU 91(2.
VOORVERWARMEN OÑ ÑARDING DI UNDER-BEAD CRACKS TE VERMUDEN MEESTAL. NIET NUDEL, MAAR
BU VOCHTIG EGEO WEER WEL AAN TE DEVELEN.
VOORAL BU NET OEBRÙIK VAN NIET-BASISCHE
ELEKTRODEN. GRONDLAAG. IN DIENE- PLATEN ALTUD
BASISCH.-S STALER MET Nb OF V.
DE FUNVER0EEULO NITRIDEN EN CARBIDEN
-GAAN BOVEN ± 1OEL IN LWLOSSING, HIERDOOR
STERILE KORRELGROEI.
SNEL LASSEN EN KLEINE NEAT-INPUT BEPERKEN DE BREEDTE VAN DO GROFRORRELIGE ZONE. DUS MEEN LADEN TEZHNIEK( VOORAL Bi ta.-EN UM-LASSEN) N000ZAKELILK; OEEFT VEREDELEND EFFECT. BEZWAAR GROTE SNELHEID:HAROINGKANS OP UNDERBEAD-CRACKS, VOORAL ALS LASMATER1AAL REEL H2 BEVAT;GEBRUIK DUE BASISCHE ELEMROEISN.
IN APPARATENBOUW BU Éfl LAAG LASSEN(E.-E.SJ
NORMAALGLOEIEN VEREIST; NIET MOGELOK IN SCHEEl'S-BOUW OFSCHOON MET INTENS LOCAAL VEDIITTEN
VIEL BEREIKT ZOU KUNNEN WORDEN. (900 b 950 C)
TWEE LAGEN-TECHNIEK TOT 30 h 35m,,, PLAATOIKTE AANZIENLtJK BETEN.
-FIg; 2. Lassen van H.S.-staal.
3)Martensiet = C in oververzadigde oplossingin ferriet.
-Bainiet = Fe3C bihnen de ferrietkorrels uitgescheiden. Perliet = pakketjes lamellen van ferriet + FC3Cnaos:
ferriet-korrels. - -
wordt door de temperatuur en niet door de opwarm- of afkoel-sneiheid. Snel lassen en kleine heat-input kan dus alleen maar
helpen de breedte van het grofkorrelige .gebied te beperken. De
snelle afkoeling hierbij maakt de zaak in ander opzicht weer
erger doordat een harde structuur in, maar ook enigszins buiten
het grofkorrelige gebied ontstaat. Hierdoor wordt de kans op 'under-bead cracks' groot, vooral als bet lasmateriaal relatief
veel H2 bevat; badische elektroden zijn dus wel bijzonder
gewenst.
De kans op vorming vn een brede grolkorrelige zone is bet
grootst bij lasprocessen waarbij de las in één laag gelegd wordt,
zoals gebeurt bij het elektroslak- en elektrogaslassen en even-tueel. bij het onder poederdek lassen. Bij 50 mm dikke platen
kunnen tot 10 mm brede grofkorrelige zones optreden, waarvan
de kerftaaibeid bij lage temperatuur zeer siecht is. In de appa-ratenbouw wordt daarom veelal normaalgloeien na bet lassen
vereist.
De genoemde, ook voor de scheepsbouw zeer aantrekkelijke
automatische lasprocessen, zijn in zekere zin te verbeteren door kleinere .vullingeñ en twee lagen technieken toe te passen, zoals
momenteel al hier en daar'gebeurt. Tot 30 à 35 mm plaatdikte lijken- deze methoden voldoende succes te hebben orn de ge-noemde lasprocessen te kunnen handhaven. Voor de
scheeps-bouw ugt deze (voorlopige) grens vanzelfsprekend niet
on-gunstig.
Overigens is het niet gezegd dat er in de toekomst niet
gloei-methoden komen die ookin de scheepsbouw op de helling. kunnen wOrden toegepast. In principe is een korte lokale,
intense verhitting van, de grolkorrelige zone, die een
tempera-tuur van ongeveer 900 à 950 oc geeft in staat orn een aanzienlijke
verbetering van de oververhitte zone te geven. In Japan heeft men jets dergelijks al cens geprobeerd. Misschien dat, in de elektrotechniek geschikte warmtebronnen te ontwikkelen zijn. De loonkosten zullen door dergelijke methoden maar weinig
stijgen.
-Tenslotte nog iets over voorwarmen, een techniek die in de scheepsbouw met weinig moeite kan worden verwezenlijkt en
het gevaar van under-bead cracks drastisch bestrijdt. Het is
nodig bij lassen met hoge sneiheid en lageheat-input, en vooral
bij vochtig en, koud weer. Door voorwarmen wordt vocht
ver-wijderd en de afkoelsnelheid verlaagd. Het eerste vermindert de
waterstof in de lasboog; bet tweede voorkomt een te harde
martensietische zone, waardoor eventueel aanwezige waterstof niet tot under-bead. cracks aanleiding kan geven. Als voor-warmen niet wòrdt toegepast is het noodzakelijk tenminste de
grondnaad in dikke platen met een basische elektrode teleggen.
4. De sterkte van H.S.-stalen constructies onder drukbelastingen
a. Een bezwaar dat dikwijls tegen het gebruik van H.S.-staaj
wordt gehanteerd, is dat het uit een oogpunt van knik geen
voordelen biedt boyen vloeistaal, omdat voor beide staalsoorten
de elasticiteitsmodulus gelijk is. lnderdaad speelt bij zuivere Eulerse knik de hoogte van de rekgrens geen rol zoals blijkt
c,t2El
uit de. formule ak
12F
De vraag is of deze vorm van knikken in de scheepsbouw voorkomt en zo ja of er ernstig rkening mee moet worden
gehouden. Plaatselijk knikken, bijvoorbeeld van ongesteunde plaatvelden tussen verstijvingen behoeft niet noodzakeijk een teken vañ zwakte te zijn.
WERK.TUIG EN .SCHEEPSBOUW 12 f 28 JUNI 1968
OETREKKEL'JK
NUT-ELOOS GEDEELTE
I 55400 cm4 (I effectief 3500D cm4 ) o
W 1490 cm3 (WejfectjefOd 1000 cm3 )
U knik van 'strip (120
()
24) .-'1000 kg! 1cm2. 000. ' . ,
¡ 49200 cm4
.W= 1760cm3
cTk5k van strip (120c 24) .'.10000 kgf/cm2
V)
Fig. 3. Randknik van plaatverstijvingen.
Door deinvoering van het langsspantensysteem in de scheep-bouw is de druksterkte van het.langsverbaúd met een sprong gestegen. Bij bet dwarsspantensysteern was de knikgrens van
de beplating tussen twee dekbalken meestal lagerdan de
vloei-grens van bet gebruikte staal:Gelukkig bleef, in geval van ex-treem hoge belastingen, uitbuilen beperkt doordat de stringer-' plàat-berghoutsgangcornbinatie en de langsdragers vqldoende sterkte en stijflieid bezaten.
In een langsspanténconstructie geldt bet laatste fiagenoeg voor de gehele dek- en huidconstructie. De berekende Euler knikspanning van een langsbalk met bijbehorende dekstrip 'is
een veelvoud van de rekgrens. Voor een 80 000-tons-tanker met
een dek van St.52 bedraagt die spanning na reductie. voor 10% corrosie ongeveer 300 kN/cm2 (30000 kgf/cm2). De
marge t.o.v: de vloeigreois is zo gròot dat elastisch. uitknikken
geen probleem is. De constructie kan dus intact blijven totdat de nominale spanning de vloeigrens bereikt. Hierbij moetwel
aan enkele nader te behandelen nevenvoorwaarden worden' voldaan. Er zijn nameijk andere vormen van elastisch
uit-knikken waarop men speciaal bu het gebruik van H.S.-staal bedacht moet zijn De belangrijkste zijn het uitbuigen van de randen (fig. 3) en bet plooien van ongestèunde vlakken van
plaatverstijvingen. Het eerste kan de effectieve hoogte van een
plaatverstijver aanrnerkelijk reduceren, vooral in' geval van buiging. Het is vanzelfsprekend te vernujden door de
onge-steunde lengte te verkleinen of een dikker en lager plat te nemen, maar beide oplossingen betekenen meer gewicht. Verreweg de besté methode is de verstijver iets te verlagen en het gewonnen
materiaal te gebruiken voor bet verstijven van de rand Hçt
weerstandsmoment wordt daardoor niet kleiner en bet traag-heidsmoment maar weinig zoals blijkt uitfig. 3. Dedrukspan-fling waarbij de rand nog niet uitknikt, is zònder en mèt rand-verstijving in de orde van resp. 10 en 100 kN/cm2 (1000 en 10000 kgf/cm2). De randverstijving betekent dus een enorme versterking. Uit de figuur blijkt overigens dat als de reductie
in effectieve plathoogte als gevolg van het knikken van de rand
equivalent gedacht wordt.met een stuk plat ter hoogte van 120 mm, liet resterende traagheidsmoment toch nog 35000 cm4 is
(zonder corrosie-reductie). Dit betekent dat de Euler
knik-sterkte van de gehele ligger nog altijd ruun voldoende is. De
reductie in het weerstandsmoment is wêl van belang, ofschoon deze pas merkbaar wordt bij spaiTningen hoger dan lO kN/cm2 (1000 kgf/cm2)
Al met al is het zaak orn bij toepassing van H.S.-staal de dikte van eventuele slabs niet te verminderen. Dit betekent dat de gewichtswinst uitsluitend door verlichting van de dek- en huidbeplating moet worden verkregen;. elders zal blij ken dat
dit tevens verreweg de meest economische methode is. Hêt plooien van ongesteuiide plaatvlakken is een prábleem dat zich vooral de laatste tijd heeft. voorgedaan bij schepen waarin
zich zeer diepe spanten en raamstijien bevinden. Het plooien ontstaat in eerste instantie doordat de schuifspanningen, ver-oorzaakt door de dwarskracht in een ligger een grenswaarde overschrijden. Die grenswaarde is bij benadering omgekeerd evenredig met het kwadraat van de hoogte van het hf zoals
toegelicht is in figuur 4. Voor liggers met zware flenzen en een
dUn lijf is de schuifspanning min of meer constant over de
hoogte; de ermee gepaard gaande normaalspanningen op
vlakken die een hoek van 45° met de verticaal maken zijn dus ook ongeveer constant. In een M.Z.H. van 15 mm dik dat aan afschuiving, buiging en druk wordt blootgesteld, kan bet
ge-vaar voor plooien in eerste benadering worden bçoordeeld
rn.b.v. een van de knikformules van Euler. Bij een
veronder-stelde (lage!) schuifspanning van 5 kN/cm2 (500 kgf/cm2) geldt voor een strip van 1 cm breedte uitgaan4e van waarden in kgf:
42 Ex.1,53
500=
(i.v2)xl,52x12
In werkelijkheid kan de ongesteunde hoogte van zo'n zaathout
wel twee mani zo groot zijn. Dergelijke liggers zijn dus weinig plooivast. De beste bescherming tegen piooien vormen de in de.
scheepsbouw overigens niet zo populaire
diagonaalverstij-vingeñ. Ook hier za! dus bij toepassen van H.S.-staal
gewicbts-winst niet moeten worden gezocht in het lichter maken vande
liggers, omdat dit onvermijdelijk tot extrawerk aanieidinggeeft.
Een laatste vorm van instabiliteit, het kantelen of kiepen van
telhoge liggers, heéft niet met knik maar met buiging en wringing
te maken. De neigingishet grootst bij slabs en asymmetrische liggers. Het verschijnsel heeft weer meer met de elasticiteits-modulus dan de rekgrens te maken en is dus bij H.S.-stalen liggers het best te voorkomen door de lijfdikte niet dunner te maken dan is toegestaan voor de equivalente St.42-liggers. Anders rnoetën extra kiepknietjes worden ingezet of dient de
ongesteunde lengte te worden verkleind. Ook hier is een goede
en economisch aantrekkelijke oplossing het gebruik van T-verstijvingen. Overigens komt de hier beschouwde vorm vân
kiepen ais opzichzelfstaand verschijnsel in de huidige scheeps-cónstructies niet voor, orndat de ongesteunde lengten meer dan voldoende. kléin zijn.
De voorlopige conclusie van het voorgaande is dat de
rek-grens als maat voor de druksterkte van H.S.-stalen constructies
mag worden gehanteerd,. mits lokale. instabiliteiten
in de
verstijvingen kunnen worden vermeden. Over mogeiijke insta-biliteit van de .dek- en huid beplating (uitbuilen) en de gevolgen
ervan voor de draagkracht van de constructies zal in het
na-volgende worden gesproken.
-200
1=200cm; h= =140cm
P100 lE N T*S -j ' T..',..,'.. *t WL5 KIEPEN -VOOR T - 5OO kg! /cm2 4 .n.21- 5 IS 5OD ø1-200cm (1-v2)1,512x12 h toetaatbaa, =140 cmFig. 4. Plooien en -kiepen van verstijviñgen.
b. Combinaties van belastingen in de richzing van en loodrecht
opplaathalkconstructies - .
De meesteverbanddelen van een schip worden tegelijk aan axiale
en buigbelastingen blootgesteld Een Iigger, die uitsluitend op
buiging wordt belast, mag bij gebruik van H-.S.-staal niet even-redig met de verhouding van de rekgrenzen van St.42 en H.S.-staal lichter worden gemaakt t.o.v. een-ligger van St.42. Immers,
niet het produkt vanopperviak van de doorsnede en rekgrens,
maar het produkt vanweerstandsmomenten rekgrens moet voor beide -ligger gelijk zijn. De voorschriften van de klassebureaus - voor de -langsspanten, -balken en -dragers zijn hiermee in
over-eenstemining. Dit lijkt overigens niet geheel terecht omdat die verbanddelen niet alléén aan buiging, maar ook aun trek- en
drukbelastingen onderworpen worden. in het dek van grote
schepen zijn deze laatste zeifs het belangrijkste. Toch za! iets
verder blijken- dat door de genoemde voòrschriften aan het
H.S.-staai niet tekort wordt gedaan.
De kiassebureaus staan toe dat het weerstandsmoment van een schip tegen langsscheepse buiging een lineaire functie is van de verhouding van de rekgrenzen van St.42 en H.S.staal -(of iets dergelijks) mits de doorbuigingen niet te groôt worden.
Op grond hiervan zouden de doorsneden van-de dek- en bodem-constructies gereduceerd mogen worden volgens de verhouding van die rekgrenzen. Zojuist is echter gezegd dat in de eisen voor
lokalebuigsterkte niet het oppervlak van de doorsnede maar het
weerstandsmoment maatgevend is. Het lijkt erop dat wat met
de ene hand wordt gegeven, met de andere wordt teruggenomeñ.
In de praktijk vaIl dit erg mee. Eerder is al opgemerkt dat ver-lichtingen op grond van gebruik van H.S.-staal bij voorkeur
niet in de verstijvingen moeten worden ondergebracht. De
enige overblijvende mogelijkheid is het dunner maken van\ de dek- en huidbeplating. De klassebureaus komen hieraan ver-gaand tegemoet door de minimum dikten van die. beplating
t4 I F1totaat. 257 Cm2 J,42000 cr W1- 1520. cn ]I F totaat 177 cn-69% J -33600 cn-60%J W1400cnv'92%W, VergelíJklng: fl tosI -Gawichtabesparing 31%
Langsschoepse bülgspanning 35Oj
jocale buigspannlng G1 j08Q (zou £0%groter
- magen aun)
Locale doorbuiging 0/.mm [pv 035mm
ALs de meowerkende pleat breedte van de 10mm
pleat haLf zo groot is ala van de 20mm pLaat: ..J?65%7i..Locale doorbuiging Q5 mm
W30SWr..7u,. 117Cj
1b0U
Fig. 5. De invloed van de dikte van de beplating op het traagheids-moment en weerstandstraagheids-moment van een verstijver-plaat combinatie.
bijna geheel evenredig te stellen met de verhouding van de
rekgrenzen van St.42 en H.S.-staal. Of dit terecht is, zal elders
worden bezien.
-Elke scheepsbouwer weet wat er gebeurt als van een
ver-stijver-plaat còmbinatie de plaat lichter wodt gemaakt. Het
weerstandsmoment verandert nauweijks, het
traagheidsmo-ment enigermate maar minder danevenredig met deprocentuele
hoeveelheid bespaard materiaal. Dit komt doordat het
zwaarte-punt van de doorsnede gunstiger, dw.z. minder dicht bij de.
huid- of dekplaat komt te liggen. In fig. 5 wordt hiervan een
praktisch, en veeLzeggend voorbeeld gegeven; zelfs als de mee-werkende ,plaatbreedte van de 10 mm plaát half zo groot wordt genomen als voor de 20 rnmplaat, aun de buigspanningen voor
St.52 nog alleszins toelaatbaar.
Met het dunner maken van de bodem- en dekbeplating kan men
niet tever gaan omdat de klassebureaus minimum dikten voor-schrijven. De dikte van 10 ihm in fig. Sis al aanzienlijk dunner
dan is toegestaan (14,5 mm). Dit suggereert dat voor staalsoorten
hoger dan St.52 de toepassingsmogelijkheden beperkt aun. In
hoeverre dit juist is, komt hieronder tersprake.
-c. Minimum dikien vdn 'huid- en dekbeplating
Oorspronkeijk werd de minimum dikté van huid- en dekbe-plating bepaald aan de hand van de formule
-. /o-(St.42)
1U.S.= St.42
V
a(H.S.)Voor het zojuist gegeven voorbeeld zou dit betekenen dat
als 19mm het minimum voor- St.42 is, voor St.52 een minimum
dekdikte van 16,5 mm geldt. Voor de zu- en schotbeplating
geldt deze formule flog, -wat bègrijpelijk is omdat -in die con-structies de lOkale buigspanningen overheersen. Voor de dek-WERKT-UIG- EN SCHEEPSBOUW 12 / 28 JUNI-1968
en bodembeplating heeft meniiiëuwe formules opgesteld die er
nagenoeg op neerkomen dat de dikte van die beplating even -redig met de verhouding van de rekgrenzen mag worden
ver-minderd. Het argument is dat de betrokken beplating net alleen
loodrecht op zijn vlak maar eyenzeer in zijn vlak (bijv. door
langsscheepse buigiiig) wordt belast. Voor het eerdèr gegeven
-voorbeeld betekent dit, dat een minimale dikte van 14,5 mm bij St.52 mogelijk is. Hieraan wordt wel de voorwaarde
ver-bonden dat de minimum afstand van de langsbalken niet groter _is dan een zekere waarde. Bij Lloyds is dit 65 t,JK, waarin
-o GB(St.42)
-K=
cV+B(H.S.) - ; - -
-In [3] wordt opgemerkt dat dit wordt geeist op grond van
knikoverwegingen, dus niet op grond van buigsterkte tegeih waterdruk of ladingdruk. Het is de moeite waard dit wat nader te analyseren. Voor St.42 met K = 1 betekent dit dat een I cm brede strip van de dekbeplating tussen twee langsbalken kan
ir2L:1
uitkñikken als de spanningcr de waarde bereikt;
- - - -
- (lv2)12F
--dat is 4,3kN/cm2 (430'kgf/cm2) voor i = 65 t. Dit lijkt g laag,: maar hierbij moeten twee dingen worden bedacht :
-de dwarsscheepse drukspanningen in -de -dek- en: bo-dem- bodem-beplating worden veroorzaàkt door buiging van de raahn-balken. Doordat het zwaartepunt van mn raambalk-dek-combinatie dicht- bij het dek ugt, zijn de buigspanningen
t.p.v. het dek klein; - - -
-licht uitknikken van een dek- ofbodempaneelheeft nagenoeg
-; geen invloed op de sterktevan de raambatk.Een gedeelte van het dek doct a.h.w. niet mee in de ,Sterktè, wat een gunstige invloed heeft op-de ligging van het-zwaartepunt van-de raam- -
-balk, zoals al eerder (fig. 5) is besproken. -
-Dat- licht uitknikken voor de dekbeplating niet bezwaarlijk 'is,
wordt geïllustreerd iÌi fig. 6. De middenstrip yande plaat knikt
-uit zodra-de drukspanning een waárde van 8,7 kN/cm2 (870 - kgf/cm2) overschrijdt; de bijbehorende verkorting van de-plaat is 0,41 min. Wanneer aan de voet van het raamspant de-druk-spanning toeneemttot 12 kN/cm2 (1200 kgf/cm2), ial de
mid-denstrip uitknikken. -T.p.vhet raamspant is de plaat 0,56 mm
-korter geworden. Aangezien in het midden de strip maar 0,41
mm kortér kan worden, moet'hetverschilvan 0,560,41 = 0,15
-mm worden geleverd' door uitknikken; de ontstane uitbuiging - aal ongeveer 7 mm zijn. De bujgspanning in de plaat bedraagt
-dan 12,5 kN/cm2 -(1250 kgf/cm2). De drukspanning aan het
-plaatoppervlak is dus 8,7 + -12,5 kN/cm2 (2120-kgf/cm2)-. -Als dunnere platen worden gebruikt zijn de uitbuigipgeii groter, maar de totale drukspanning neemt niet toe, eerder af.
-Bij -14,5 mm is de kriikspañning 5,3 kN/cm2 (530kgf/cm2). De, -
-uitbuiging van de - plaat belraagt 11 -mm, de bijbehorende
buigspanning is ongeveer 13,3 kN/cm2 (l33OE kgf/cm2) en de totale drukspanning 18,6 kN/cm2 (1860 kgf/cm2). De spanning aande voet van de raambalk is nu misschien 10% hoger dan bij de 19mm plaat, waar geen enkel bezwaar tegen is. De nogal lage eis van Lloyds i.v.m. de kniksterkte van de beplating is d'us.
-- zeker verantwoord. - -
-- De --vraag is of-- dit òok geldt bij aanwezigheid van belastingen
-loodrecht op het vlak van de beplating. De grootste buigspanning --- in een bodemplaat van 21,5mm st. 52 vaneen 80000-tons-tanker,
bedraagt- ongeveer-l7kN/cm2(l 700kgf/cm2)t:p.v.-hetlangsspant; - de dòorbuiging is gelijk-aan2,70 mm. Dèzewaarden gèlden voor
de gelijklastige toegeladen toestand in een lege tank. Wanneer
de betrokken doorsnede -in een golitop ligt en hét schip slingert,
'f 1200 870 t.p.v: j f TUSSEN \RAAMSPANTJ ( SPANIEN
RAAM-/
1200 530-ø
tp.v. j / TUSSEN \RAAMSPANTJ RAAM-\SPAÑTEN' %óik 870 f1000-0,41 mm t-1000-0,4lmrn o-bui, 1250 7mm UknikS7O I'10D0-056mm -o-druk» 2120' o-knIJ( 530 iruk + o-bliig 1860 19mmstampt en dompt, -kunnen de spanningen en doorbuigingen wel
50% groter zijn; resp. 25,5 kN/cm2 (2550 kgf/cm2) en 4 min. De dwarsscheepse membraanspanning bedraagt dan ongeveer
2,5 kN/cm2 (250 kgf/cm2); zie fig. 7. De resterende drukspànnmg
in de plaat is 4,5 kN/cm2 (450 kgf/cm2-); deze dòet de door: bulging van 4 min toenemen tot 4,5 mm en veroorzaakt een
extra buigspanning van 4 kN/cm2 (400 kgf/cm2) De totale
drukspanning wordt (25,5 + 4,5 + 4,0 kN/cm2 (3400 kgf/cm2).
De bodemplaat wordt dus tot aan zijn vloeigrens -belast! De
platen kunnen derhalve rnoeilijk dunner worden. De enige weg
die open staat orn meer profit te trekken van staalsoorten van
hogere sterkte dan St.52 is het verkleinen van de afstand vande
langsspantén. Ditheeft uit constructief oogpunt bezien vele
voordelen. In deeerste plaats kan de minimum plaatdikte
even-- -
Mc112
redigmetdespantaftandwordenverkleind (
-
-
; voorw
c2i2gelijke c mag t procentueel evenveel afnemen als i). Minsteñs
870 r 1000 870 GESTIPPELD OELDT 1200 VÔR UITÓEBOOEN PLAAT. 870
'e
UITKNIKKEN N0DG 0M VERSCHIL VAN 0,56mm- 0,1 mm 0,15mm TE OVERBRUGGEN.DE HIERVOOR BENODIGDE
DOOR-BUIGING IS ONGEVEER 7mm EN DE B'JBEHORENDE BUIOSPAN-NIÑO i50kgr /cm2
FIg. 6. Spanningen en
vervormin-gen van op druk helaste, uitge-knikte platen van verschillende
dikten.
even belangrijk is dat de dooíbuigingen bij constante I/i afnemen
als ¡ afneemt: Dit komt doòrdat dé doorbuigingen evenrédig zijn met de vierde macht van I en omgekeerd evenredig met slechts de derde macht van1.
Andere voordelen zijn dat doordat het aantal verstijvingen toeneemt de hoogte ervan kan afnemen. Hierdoor wordt het gevaar -van knikken van de vrije rand en plooien van het lijf
verminderd en kan derhalve de dikte van de verstijvingen
ver-kleind worden. Dit heeft bet voordeeldat de gewichtsbesparingen
niet meer uitsluitend Uit de dek- of bodemplaten behoevente
komen. Loor deze extra bron van gewichtswhist wordt de
grens van economische toepasbaarheid van H.S.-stalen naar hogere rekgrenzen verschoven..
Rest- nu de yraag of uitbuigingen in.het dwarsscheepse viak door
uitknikken en/of waterdrukbelasting, de bijdrage. van
de;dek-of bodembeplating in de langsscheepse sterkte niet nadelig
beïnvloeden. Hetantwoordt luidt neen (fig. 8).
1968-2S0 kgf /cm2.-. TREK
s'
¡ 2000 kgf/cm2 t t7002 t t 1 t kgf/crn aaas1TYT iç
GI!!
KSOkgf /cm :smmi _:4__42LJ 450 kgt/cm2
_p_obt?M
700gf/cm2 jMEMBRAANSPAN-J.-
L.
-4.-..'loo-250. k-.. 250 -.1..- 450 i.-. kgf/cm2 kgf/cm2 TREK -.4.. DRUKr
.1 -f----LANDS SPANT RAAMS PAN TFig 7. Dwarsscheepse spanningen in de bodemconstructie veroor-zaakt door waterdrukbeiasting
OEM. 1300 kgt/cm2
LANGSt
II
ifI* ill iIiì1i il
--J
RAAMSPANT MAX. 1400: kgl/cm2 MIN 1050 kgf/cm2Fig. 8. Vermindering van de langsscheepse sterkte i.v.m uitbuigingen
van bodemplaten doorwaterdruk.
Voor een bodemplaat van 21,5 mm dik-te reduceert een grote
uitbuigiìig bijv. gehjk aan de halve plaatdikte, de langsscheepse buigspanning -midden tüssen twee langsspanten met een bedrag
van ca. 2,5 kN/cm2 (250 kgf/cm2). De gemiddelde spann ng
WERKTUIG EN -SCHEEPSBOiJW 12 / 28 JUNI 1968
-in de- gehele bodemconstructie za! hierdoor hoogsteñs met I kN/cm (100 kgf/cm2) toenemen, d.w:z. de langsscheepse buigspanning neemt bijv toe van 13 tot 14 kN/cm2 (1300 tot
1400 kgf/cm2). De gevolgen zijn dus niet verontrustend
5. De-sterkte van H.S.-staal uit een oogpunt vanbrosbreken -. In het voorgaande-hoofdstuk-is de sterktevan het langsverband
onder statische drukbelastingen behandeld. Nu is de .sterkte onder trekbelastingen aan de beurt. Hierbij moet onderscheid worden -gemaakt tussen 'breek'sterkte, 'scheur'sterkte en 'ver
vormings'sterkte. r
Onder breeksterkte wordt verstaan de weerstand van .de
scheepsconstructie tegen doormidden breken. Dit doormidden
breken is altijd een vorm van bros breken. Taaie breuken konien
in schepen niet voor; dearbeid benodigd voorhetveroorzaken van een taaie schuifbreuk is een veelvoud van wat in de meest extreme condities op een schip kan werken. Dit houdt in dat.
lang vóórdat het Iangsscheeps buigend moment -waarden bereikt die bijv. in het dek van eën schip een taaie schuifbreuk zoûden
kuñnen veroorzaken, de bodemconstructie zal zijn bezweken als gevolg van overschrijden van de druksterkte.
Breken van een schip als gevolg van vermoeiing is al even
onwaarschijnlijk aIS het ontstaan van schuifbreuken.
Vermoei-ingsscheuren groeien zo .langzaam dat altijd tijdig reparaties
-kunnen worden verricht. De kosten van deze reparaties en van eventuele waterschade maken dat het wèlgewenst is de scheeps-constructie zo te ontwerpen dat kleinere scheuren zelden
voor-komen. M.a.w. de constructie moet voldoende scheursterkte
-hebben. . .
-De vervormingssterkte van schepen houdt verband met de
eis dat blijveride vervormingen, ook al gaan deze niet gepaard - met scheuren, binnen bepaalde grenzen - moeten blij ven. Eeñ van de overwegingen hierbij is dat het sluiten van dekopeningen geen moei!ijkheden mag geven. Dit onderwerp zal verder..niet -worden behandeld. Vermoeiing za! we! aan de orde komen in
hoofdstuk 6.
-Wat brosse breuken precies zijn, en hoe zij kannen 9ntstaan,
zaihier niet worden besproken. Alleen datgene wat in het kader van dit artikel nodig is, wordt vermèld. (Fig. 9.)
-Brosse breuken zijn - te onderscheiden - in Iaagspannings- en
hoogspanningsbreuken. De eerste ontstaan bij nominale spn
-fingen die belangrijk beneden de vloeigrens liggen. Ter plaatse
van de oorsprong van de breuk is er eén zeer lokàleplastische
vervorming van enkele tienden van procenten. De meeste
-lang-spanningsbreuken ontstaan door de gezamenlijke invloed van de spanningen t.g.v. de uitwendige belasting en de
residuele-lasspanningen. -
-Bij hoogspanningsbreuken is het lokale vervormingsver-
-mogen van het materiaa! zo groot dat de vervormingen tg.v.
de lasspanningen te verwaarlozen zijn. De lokale vervormingen tot breuk liggen nu in dé orde van enkelë procenten. In de meeste --constructies worden deze pas bereikt als de nominale spanning
de vloeigrensoverschrijdt.
-2
-Het hier gegeven ônderscheid tussen !äag- en
hoogspannings-bréuken is onvolledig. Er kunnen bijv. ook laagspannings-
-breuken ontstaan zonder dat lasspanningen aanwezig zijn en er -zijn hoogspanningsbreuken mogelijk - waäraan zeer geringe
plastische vervoñningen zijn voorafgegaan. Het is daarom-beter losse breuken te onderscheiden in 'plane strain' en 'plane
Stress' fractures, verband houdend met de spanningstoestand
-t.p.v. de kerf op het moment van breken.
W--137
ALK L AN G S BAL K
LOCALE REK W138 6% InvLoed ts -spannlngen groat 2 0,1% -50° -40° DUCT LIlY TRANSITION'
Deze afatand Is bu H.&-staten meestat
I I
BROS UITERLUK TOENEMEÑDE KANS OPSCHUIFBREUKEN
(KRISTALL'JN, CHEVRONS ) (VEZELIG UITERL'JK)
veet kLeiner
Hoe dan ook: karakteristiek voor een laagspanningsbreuk
is de zeer geringe plastisehe vervormbaarheid van het materiaal t.p.v.. de oorsprong van de breuk. Dit gedrag manifesteert zich
alleen beneden een bepaalde temperatuurzone, overgangszone of -ternperatuur.genaamd. Omdat dit gebied de overgang van hoge naar lage rek aangeeft, spreekt men wel van 'ductility transition'.
De ductility transition van een materiaal is niet een absoluut gegeven. Het rnaakt bijv. een groot yerschil of de
overgangs-temperatuur met statische kerfbuigproeven of kerfslagproeven
wordt bepaald. Het rnâakt een minstens even groot versehil of
deproevèn gedaan wordei met materiaal in de leveringstoestand of in gelaste of gebrande toestand.
Alle voor de scheepsbouw goedgekeurde staalsoorten zijn
momenteel. van dusdanige kwaliteit dat zelfs bij aanwezigheid
van zeer scherpe kerven brosse breuken niet als gevolg van statische of semi-statische belàstingen kunnen ontstaan in .het
materiaal in de leverings:oestand. Zodra echter door lassen, branden of vervormen het oorspronkelijk goede .materiaal
plaatselijk getransformeerd wordt, kan de 'ductility'
overgangs-ternperatuur waarden bereiken die boyen de laagste bedrijfs-temperatuur liggen. In dat geval kan vanuit een scheurtje of lasfout een brosse breuk ontstaan. Er zijn dan twee mogelijk-heden: de breuk stopt op enige afstand van de oorsprong of de breuk slaat door. Dit is in hoofdzaak afhankelijk van her feit. of het .materiaal bij de betrokken temperatuur in. staat is orn
een breuk te lateii stoppen. Voor elke staalsoort bestaat er
namelijk een temperatuur waarbeneden een brosse breuk bij
een bepaalde spanning doorloopt. Deze stoptemperatuur
behoeft alleen gekend te worden voor het materiaal in de niet
door lassen enz. beschadigde toestand. Ongelukkigerwijs is zu aan de hoge kant, in vele. gevallen hoger dan O °C. Als dat niet
zo was, zou het brosse breukprobleem allang ,opgélost zijn,
althans voor wat betreft de Iangsscheepse sterkte van schepen. Inuners elke eventueel ontstane breuk zou onmiddellijk.stoppen.
Fig;9. Verbañdtussen rek totbreuk en temperatuurvoorgelaste constructie-elernenten uit st. 42 [18].
+200
STOP-TEMP. 30°
De resulterende kleine scheuren zouden alleen lekkage en
reparatiekosten veroorzaken. .
De praktijk heeftuitgewezen dat brosse breuken, die ontstaan
zijn t.p.v. een las, nooit de las of de invloèdszone volgen, maar afbuigen. De oorzaak ligt in het aanwezige spanningsvéld dat zelden zijn hoófdrichting loodrecht op de las heeft als geyolg van deaanwezigheid van inwendige spanningen. Ondanks deze praktijkervarrng lijkt het toch verstandig orn als staalsoorten met een voldoende lage stoptemperatuur worden gëbruikt, de stuiken inde huid en het dek te laten verscherven. Eenscheur kan zich dan nooit verder dan één plaatbreedte langs of in een las voortplanten. Dit is speciaal van belang wanneer H.S.-staal
wordt toegepast. De door de klassebureaus aan deze staalsoorten gestelde eisen zijn.namelijk zwaarder dan voor overeenkomstige
kwaliteiten van St.42. Hierdoor zullen
platen van
D.H.-kwaliteit veelal een stoptemperatuur bezitten die lager ligt dan 0°C. Dit betekent, dat als in een tanker dergelijk D.H.-staal in
dek en bodem wordt toegepast, het schip nagenoeg onbreekbaar is. De enige mogelijkhêid zou zijn, dat een breuk zich langs een
lasnaad ontwikkelt. Verscherven van de stuiken voorkomt dan complete breuk.
De onekerheid die momenteel nog steeds t.a.v. brosse breuk
bestaat, is niet een gevblg van het feit dat niet bekend is hoe een schip te vrijwaren voor brosse breuk. De oorzaak isdat de
voor-geschreven keuringsmethoden tekort schieten in betrouw-baarheid. Twee staalsoorten die beide bu O °C 55 Nm (40 ftlbf
energie kunnen opnemen in een Charpy-test kunnen
respec-tievelijk stoptemperatureñ hebben van + 15 °C en 20 °C!
Het vreemdè is nu dat een schip.gebouwd uit het staal van + 15 °C precies even zwaar geconstrueerd mag worden als een schip
gébouwd uit het 20 °C staal. Wanneer er nu geen goede methoden bestonden pm de stòptemperatuur nauwkeurig te
bepalen, zou men met deze situatie wel genoegen moeten nemen.
De 20 jaar oude Robertsonproef en de Japanse 'Double tension
test' zijn in de isotherme uitvoering echter volledig betrouwbaar. DE INGENIEUR / JRG. 80 / NR: 26 / 28 JUNI 1968
BROSSE BREUK BROSSE BREUK
LOOPT DOOR STO PT.
PLANE STRAIN PLANE STRESS
rats nominate spanning groter lis dan 800 kf/crn2 .I!00 taagspannings breuken Unom< Uy. hoogspannings breuken nom Uy -30° ' , -20° -10° Q0 +10! FRACTURE
APPEAR-TEMPERATUUR (°) ANCE TRANSITION'
.v ND.T.(PeI(InI Drop Weight Test)
De paar duizend gulden kosten spelen t.o.v. de prijzen van de huidige grote schepen geen enkele rol. Trouwens bijna even betrouwbaar en minder materiaai vergend is de in het labora-torium voor Scheepsconstructies gebruikte vaigewicht
buig-proef. Een jets grotere spreiding vertoont de bekende Drop
Weight-test van Pettini, die echter niet geschikt is voor dikke platen.
In hoeverre de kiassebureaus bij het vaststelien van de
ver-banddelen van een schip het gevaar van brosse breuk laten
mee-teilen is niet bekend. Legt het veet gewicht in de schaal dan zou men betangrijke reducties bij gebruik van scheurstoppend stani mogen verwachten. Dit getdt niet alteen voor H.S.-staal,
maar ook voor St.42! Men kan zich bijv. voorstellen dat de dikterducties die nu voor een H.S.-staal waarvan menniet
zéker weet of scheuren erin zullen stoppen, worden toegestaan,
niet evenzeer kunnen worden toegekend aan een St.42 dat wèi
met zekerheid scheurstoppend is. Uiteraard geldt dit alleen voor
verbanddeten waarin de trekbelastingen de drukbeiastingen
overheersen, zoals voor de bodem van een vrachtschip met eèn uitgesproken sagging (vlakwater buigend moment).
Wanneer H.S.-staal gebruikt wordt, waarvan de
stoptempe-ratuur niet voldoende laag is, is de kans op
laagspannings-breuken in principe even groot ais bij St.42, ook al is de
kerf-taaiheid van het H.S.-staat beter. Het is nameijk zeer goed
mogelijk dat het H.S.-staal meer bedorven wordt door lassen en branden dan het St.42. Als beide máterialen in de gelaste toestand even slecht zijn, zal een taagspahningsbreuk in beide gevatlen bij dezetfde spanning kunnen. ontstaan ondanks dat de rekgrens van het H.S-staal hoger is. Dit komt doordat ook de lasspanningen hoger zijn. Gelukkig is het zo dat laagspan-ningsbreuken tegenwoordig nog maar zeer zeiden voorkomen. De kwatiteit van constructie, laswerk en materiaal is in de loop
der jaren btijkbaar tot een voldoende niveau gek9men.
Hoogspanningsbreuken komen al even zelden voor, maar dit
is in hQofdzaak te danken aan het feit dat de langsscheepse
buigspanningen de vtoeigrens niet halen. Ais echter een
hoog-spanningsbreuk ontstaat bij een temperatuur die beneden de stoptemperatuur ugt, is een complete breuk onvermijdelijk.
Dit is in tegensteiling tot de situatie bij een laagspanningsbreuk
waar stoppen van de breuk nogal eens.is voorgekomen als
gevotg van het feit dat op enige afstand van de oorsprong de nominale spanningen tè laag waren orn de breuk in stand te
houden. T.a.v het gevaar van hoogspanningsbreuken zijn
H.S.-stalen in het voordeel t.o.v. St.42, omdat een hoogspannings-breuk pas kan òntstaan als in een betrekkelijk groot gebied de vloeigrens wordt overschreden.
6. Vermoeiingsaspecten
Vermoeiing is een verschijnsel dat meer in schepen voorkomt
dan menigeen denkt. De meeste vermoeiingsscheurtjes worden
alleen nooit ontdekt. Meestal wordt een scheur pas gonsta
teerd als lekkage optreedt of als onderdelen min of meer gaan
rammelen: Uit een oogpunt van sterkte behoeft dit niet
be-zwaarlijk te zijn. Een schip is een zo coherent geheel, dat als ergens een onderdeel het begeeft, de rest van de constructie zijn taak we! overneemt. Een belangrijke voorwaarde is echter
dat het materiaat van dusdanige kwaiiteit moet zijn dat de
vermoeiingsscheur niet kan overgaan in een brosse breuk. In dit verband is van belang dat in gelaste constructies eenkleine
vermoeiingsscheur meestal gevaarlijker is dan een grote. Dit lijkt geheel in tegenspraak met wat de breukmechanica
hier-BILGE KEEL BILGE PLATING BRITTLE FRAC-TURE IRANS VERSE BUTI- WELD
Fig. 10. Brosse breuk ontstaan vanuit een vermoeiingsscheurtje.
over zegt, nametijk dat de breukspanning omgekeerd
even-redig is met de wortel uit de scheurlengte. De verklaring is dat
vermoeiingsscheuren aitijd ontstaan op plaatsen waar gelast of
gebrand is. Aangezien de kwaliteit van het materiaal daar
siechter is dan elders zal, zolang de scheurtjes klein zijn, er een verhoogde kans op brosse breuk bestaan. Hier draagt belangrijk
toe bij dat eenkleinscheurtje zich geheel in het residuete
trek-spanningsveld van een las kan bevinden. Zodra de scheurtop buiten die zone komt, is het gevaar van breukinitiatié, - zeker
bij statische belastingen -, veel kleiner. (Een voorbeeld van een metersiange brosse breuk, ontstaan aan dè voet van een miniem vermoeiingsscheurtje, wordt getoond in fig. to.)
Met dit alles is niet gezegd dat vermoeiingsscheuren onbeperkt mogen groeien. Op een bepaald ogenblik zullen ze een nieuwe
lasnaad bereiken. Dit. is bijzonder gevaarlijk omdat dan èn het
grootte-effect èn de lasinvtoeden. samenspelen. Het meest ge-vaarlijk zijn vermoeiingsscheuren die zich langs de rand van een stuikias, in de inkarteling ontwikkelen (fig. Il). Het ene
ogenblik lijkt de plaat nog geheel intact, terwijl enkele uren later een Scheur over de gehele breedte ontstaat. Dit type scheur is in
het eerste stadium zeer moeilijk te ontdekken.
De spanningen in schepen van St.42 zijn momenteet nog niet
zo hoog dat dergelijke scheuren' voorkomen. In andere vaar-tuigen hebben zij zich wèt voorgedaan en orn het zacht uit te
drukken veel ongerief veroorzaakt. De vermoeiingsscheuren die
tot nog toe in schepen zijn gevonden, ijn altijd ontstaan op
-Fig. 1. Verinoeiingsscheur uitgaande ván inkarteling.
/
E Q
/
FIg. 12. Macro-òyclische vervorming bij 'high-cycle fatigue' (elastisch)
en 'low-cycle fatigue' (plastisch) t.p.v. de oorsprong van eenscheur
voordat deze gevormd is.
-an St52 t.52 / i
/
/
/
STRESS CYCLINGi
/
--7
I-/
F , F/
PLASTISCH STRAIN CYCLING NFIg. 13. Vermoeiingskronunen voor prismatische staven van St. 42
en St. 52. .
-plaatsen waar zowel ccii constructieve discontinuïteit aanwezig was als laswerk of brandwerk was verricht. Fig. IO was hiervan een goedvoorbeeld Men moet bet al heel bont hebben gemaakt,
als er scheuren ontstaan op plaatsen waar maar één van deze
twee factoien zijn invloed kan uitoefenen.
De vermoeiingssterkte van constructiedetails waarin beide
factoren vertegenwoordigd zijn, is vrijwel onafhankelijk van de sterkte -van hèt staal. Dit geldt zowel in het gebied van de w 140
'high-cycle fatigue', d.wz. voor vermoeiing bij meer dan 100 000 belastingswisselingen als in het gebied van de 'low-cycle fatigue!
dus bij grote wisselingen- van de belasting. Het verachil tussen beide soorten vermoeiing is eigenlijk dat bij high-cycle fatigue het materiaal t.p.v. de oorsprong van de scheur alleen e1atisch vervormt tijdens een belastingswisseling terwijl bij low-cycle fatigue het materiaal - duidelijk afwisselend plastisch rekt en krimpt (zie fig. I 2). Bij een òngekerfde staafdie even beneden
vloeigrens wiáselendWordt belast, is Ea = o ongeveerO, i 2% x 2
0,24%. Bij belasten even boyen boyen de vloeigrens kan de cyclische rek bijv. uit 0,24% elastische plus0,5 à I % plastische vervorming bestaan. Het is duideijk dat ondanks dat. de uit-wendige belastingen voor beide gevallen bijna gelijk zijn, het aantal wisselingen tot breuk in het tweede geval een fractie zal ziin van het aantal voor bet eerste geval. De Wöhlerkröìnine
g= f(-N)loopt in de omgeving van de vloeigrens dan ook bijna
horizontaal (fig. 13).
De resultaten van vermoeiingsproeven bij verschillende
be-lastingen kunnen nu worden uitgezet op basis van devervorming in de proefstaaf of op basis van de spanning. Als voor de
ver-vorming Ec wordt geschreven, zijn in het high-cyçle gebied beide
Wöhlerkromnien gelijk. In het low-cycle gebied, d.w.z. bíj
wisselende -spanningen gelijk aan of groter dan de vloeigrens buigt zoals gezegd.de kromine voor de spanning in horizontale richting af. De Ee-kromme blijft echter stijgen. Een onderzoek dat de g-N-kromme oplevert, wordt stress-cycling genoemd en een e-N-krommè strain-cycling. Het is niet juist onderscheid té maken - tussen resultaten verkregen met de ene en de andere methodeis de oorzàak van de misvatting dat de low-cycle
ver-moeiingssterkte van H.S.-staal beter is dan van St.42. Men hanteert dan proefresultaten verkregen- m.b.v niet- tf
licht-gekerfde, ongelasté staven. De i-N-krommen vòor H.S.-staal blijken dan mderdaad hoger teliggen dan voor St.42. Maar wat niet wordt opgemerkt isdat de e-N-krommen vrijwel
samen-vallen. (Fig. 13.)
-Alleen voorconstructies die géén discontinuiteiten in dé vorm
van scherpe overgangen, gaten c.d. bevatten, rn.a.w. min of,
meer vergelijkbaar zijn met ongekerfde staven, mag met de hoge
vermoeiingssterkte voor H.S.-staal worden gerekend die door de a-N-krommen wordt aangegeven. Voor meer normale
ge-laste constructies zijñ die a-N-kronuiien principieelonbruikbaar.
De a-N-krommen zouden wèl min - of meer geschikt zijn, als
maarbekend was welke vervormingen t.p.v. de discòntinuïteiten -tijdens het wisselen van de beIasting optreden. - Voor een
een-voudig geval als een plant met een gat crin, is wel -met goede benadering het ontstaan van een vermoeiingsscheurtje te
voorspellen op grond van resultaten verkregèn met ongekerfde
-staven (fig. 14). -Zolang de toestand elastisch is, is de cyclische
vervorming aan de rand van het gat drie maal zo groot alsaan
de rand van de -plíiat. Bu hogere wisselbelastingen zal het
materiaalin de onmiddeffijke omgeving van de plaat fwisselend
plastisch rekken en krimpen. De totale vervorming, d.w.z. de
som van deplastische deformatie en de elastische deformatie za!, als -het plastisch vervormde gebiedje klein is t.o.v. de afmeting
van het gat, weer niet veci groter kunnen zijn dan drie maal de nominale rek Ea2. Dit komt doordat het beetje materiaal aan de voet van het gat door het omringende elastisch vervornsde materiaal a.h.w. een bepaalde vervorming opgedrongen kiijgt. Bij vlóeistaal bestaat die vervormingbij een bepaalde belasting bijv. uit 0,2% elastische rek en 0,15% plastische rek, terwijl bij St.52 deze bedragen respectievelijk 0,25% en 0,1% kunnen zijn. In beide gevallen iá de totale rek 0,35%. Het aantal
belas-tingswisselingen tot het ontstaan van een scheurtje zal dus voor
beide materialen gelijk zijn omdat de Wöhlerkrommen voor
3 Et2 t7 St.52 vSt.42 3cl1 3 tC St.42 I PLASTISCH VERVORMD ,t.52 j GEBIEDJE
Fig. 14. Vereenvoudigd beéld van de spanningen en vervormingen in een plaat voorzien van een rond gat.
strain-cycling identiek zijn. (In deze redenering is de invloed van versteviging hardening) en het omgekeerde
(strain-softening) buiten beschouwing gelaten, evenals de vorm van de
trekkrommen, de rek tot breuk en de rek t.p.v. de breuk als
bepaald met een standaard trekstaaf, In het algemeen is het zo
dat voor het beschouwde geval van een plaat met een gat erin de vermoeiingssterkte bij gebruik van H.S.-staal toch we! jets hoger is dan van St.42. Het voordeel verdwijnt echter geheel wanneer het niet een geboord maar een gebrand gat betreft of wanneer t.p.v. het.gat laswerk is verricht.)
De voorgaande redenering geldt in principe voor hetontstaan
van scheurtjes en dan speciaal bij belastingen die een
wisse!-karakter hebben, dus waarvan de trekcomponent ongeveer gelijk is aan de drukcomponent. Bij belastingen met een
sproñg-karakter zijn er drie mogelijkheden:
De belastingscyclus speelt zich overwegend in het drukgebied
af. In dat geval is vermoeiing in schpen vrijwel uitgesloten.
De nominale trekspanningscomponent is kleiner,maar wel
van de orde van grootte van de vloeigrens van St.42, (bijv.
0,8 o).
De situatie is vergelijkbàar met die bij een wisselbelasting. De nominale trekspanning is gelijk of bijna gelijk aan de vloeigrens van St.42. In dit geval zal het St.42 t.p.v. de
oor-sprong van de scheur te!kens iets meer rekken dan krimpen (zie fig. 15). Voor een H.S.-staal is dezelfde belasting niet hoog genoeg orn dezelfde kruip te veroorzaken. Het St.42
verkeert dus in een ongunstiger situatie en zal eerder scheuren.
Zodra een scheurtje is ontstaan, wordt de zaak nogerger. Het
kruipeffect heeft namelijk als tweede nadelige gevoig dat de scheur zich tijdens het drukgedeelte van de belasting nietmeer
sluit. Bij H.S.-staal zal dit bij dezelfde belastingscyclus wèl in
zekere mate het geval zijn. Zolang dan de scheur gesloten is, is
de vervorming van het materiaal per belastingseenheid in de voet van de scheur maar een fractie van de vervorming tijdens het openstaan. Als de scheur bij H.S.-staal bijv. tijdens van WERKTUIG- EN SCHEEPSBOUW 12 / 28 JUNI 1968
Fig. 15. Geleidelijk toenemende blijvende rekin gevalvan belastingen met een sprongkarakter(ag,m>0).
de belastingscyclus dicht is, is de totale cyclische vervorming
in de voet van de scheur in eèrste benadering maar 3/4 van die bij St.42. Dit betekent vanzelfsprekend êen groot voordeel voor
H.S.-staal. Deze overweging telt extra zwaar omdat in gelaste
constructies meestal het aantal wiselingen nodig om een schetir
te doenontstáán vçel geringer is dan het aantal nodig orn een
scheur bijv. één plaatdikte ver voort te planten.
We kunnen dus stellen dat voor schepen met een groot
vlak-water buigend moment het gebruik van H.S.-staal uit een 00g-punt van vermoeiing voordeel kan bieden.. Dat hef toch maar
een betrekkelijk klein voordeel is, komt in de eerste plaats door
het random-karakter van de golfbuigbelastingen. Dit wordt
duidelijk m.b.v. fig. 16. Stel dat na een extreme belasting zowel
een scheur in H.S.-staal als in St.42 blijvend openstaat onder
invloed van de aanwezige vlakwaterspanning. De scheuropening
is uiteraard het grootst bij St.42. Vervolgens wordt
veronder-steld dat deze bij de lage belasting Am1n in St.42 nog niet dicht gedrukt wordt maar in geval van St.52 wèl. Het voordeel hiervan
voor H.S.-staal is dan toch maar heel betrekkelijk want
belas-oaFBL3snMwJ.
H
SEUREN STEW VERGRO JScI-EUR \_DICHT 6 BU HS-STAQ_i2
V.0 b GEMODELDE CVCLISO-E VERVORr.,tt3 VAN SELJBU HS.-Sto.Aj en St.42
1lg 16. De invloed van het 'random'-karakter van de schecpsbelasting op de vervormingen t.p.v. scheuren
tingswisselingen van de aangegeven grootte komen maar hoogst
zelden voor. Het gros van de belastingswisselingen is veel
kleiñer dan AmAmjn. Bij de meeste wisselingen blijvendus
beide scheuren openstaan; deze groeien derhalve in beide
materialen even snel.
De laatste redenering is één van dò vele die bij verder door-denken in deze materie te houden zijn. De ene keer zal een
argument gunstig, de anderç keer ongunstig voor H.S.-staal zijn.
Voorlopig zal men zich daarom op bet experiment moeten verlaten orn een betrouwbare mdruk van de werkelijkheid te kunnén krijgen. Helaas is experimenteel onderzoek met
ge-programmeerde en random-belastingen ann gelaste
constructie-elementen jets dat voor staalconstructies nog nergens syste-matisch is aangépakt. Voor constante wisselende belastingen
is enig onderzoekmateriaal beschikbaar. Hieruit valt geen
significant voordeel voor H.S.-staal te destilleren tenzij voor
belastingen met cen extreem sprongkarakter.
7. Divérsen Reparaties
Een ondeskundige behandeling van een. schip uit hoogwaardig stanI, bijv. in het geval van reparaties4 béhoeft niet tot eriistige nadelige gevolgen aanleiding te geven.
Een schip is een'redundant structure' waarin een plaatseijke vrzwakking bijv. als gevoig van te hoog verbitten van
eenQ-en T-staal, of bet nieuw inbreenQ-engeenQ-en van eeenQ-en plaat van lage rek-grens op de sterkte van het geheel geen merkbare invloed heeft.
Met omgekeerde, bet door aanlassen en dergeijke creëren van 'hard spots' kan eventueel tot scheuren aanleidmg geven. Deze scheureñ zullen zich, door de goede kerftaaiheid van -bet
orn-ringende, niet-beschadigdemateriaal, nietverkunnen uitstrekken.
(Betrekkehjk snelle uitbreiding. van die scheuren door ver-moeiing moet echter waarschijnlijk worden geacht.)
Doòrbuigingen
De problematiek t.a.v. de doorbuigingen van schepen, gebouwd van H.S.-staal heett meer met vrijboordbepalingen, persoonlijke
opvattingen van zeevarenden en het flexibel maken van pijp
-leidingen te maken dan met de scheepssterkte. Daarnaast levert
de geleiding van schroefassen in de grote schepen, door de
achterlijke ligging van de M.K., weinig moeilijkheden. De
beperkingen die aan de doorbuigingen door de klassebureaus
worden gesteld zijn daardoor moeilijk op hun juistheid te
beoordelen.
-Trillingen
-Trillingsmoeilijkheden zijn zo nauw verweven met de mógelijk
beden en beperkingen van de schroef- en machinefabrikanten,
dateen onvermijdelijk eenzijdigebesprekingervan onvruchtbaar zou zijn. Men hoeft alleen-maar te denken aan onderwerpen als
vergroten van de tip-clearance, dubbelschroevers i.p.v. enkel-schroevers, het opvoeren van het aantal scbroefbladen en bet
toepassen van meer schroeven op één as orn gespreksstof voor een complete lezing op te werpen.
De trillingen die ontstaan bij varen in korte golven door
re-sonantie van de tweeknoopsfrequentje en de golffre4uentie zijn door een kleine koers- of snelheidswijziging goed te vermijden
en hoeven derhalve de toepassing van H.S.-staal niet in de weg
te staan.
-8. Slot
Tot nu toe is gezien dat de vloeigrens zowel bij druk, buiging
als brosse breuk een goe maat is voor de sterkte van
de-scheepsconstructie; tenminste als het gevaar voor
laagspan-ningsbreuken wordt genegeerd omdat deze bij de huidige
kwaliteit van stanI en lasmateriaal.-en het huidige niveau van de las- en controletechniek in schepen voorzien van H.S.-staal eigenlijk niet meer kunnen voorkomen.
Wat de vermoeiingssterkte betreft, is aangetoond dat er
alleen enige sprake is van een relatie met de vloeigrens voor
constructies die gedurende het grootste deal van de vaartijd
gemiddeld ann een hoge trekbelasting onderworpen aun. In het algemeen is- dit w als er een groot vlakwater buigend moment op het schip werkt. Bij conventionele vrachtschepen met de
M.K. midscheeps is dit in de geladen toestand een hogging
moment (opbuigend).
-Min of meer homogeen beladen tankers en bulk-carriers
(graan) ondervinden een licht sagging vlakwater moment
(neer-buigend). De belasting loodrecht op de bodem is niet groot, doordat lading- en waterdruk elkaar tegenwerken. De
belang-rijkste belasting van het langsverband is dus- de
goltbuig-belasting. In fig. 1 7 is dit in de onderste figuur in tekening
gebracht; de bovenste figuur geldt -voor een schip dat wèl een
vlakwater buigend momeñt ondervindt.
-Als verondersteld wordt dat dit laatste schip uit een oogpunt van vermoeiing niet lichter geconstrueerd zou mogen worden,
dan mag een ander, yergelijkbaar schip zònder vlakwater
bwgend moment wèl lichter worden gebouwd.
-- Wanneer ((1mai + amj,Jals-maat voor de vermoeiingsbelasting
wordt gebruikt, mag dus ('maaz + t7mn ).groter zijn dan (a,,,, + '7mm,) vanwege de afwezigheid-van eengemiddelde trekspanning
'7m Het verschil tussen de genoemde sommen van c,,,,. en
'7mn is echter niet zo groot, dat '7mai gelijk wordt aan '7ma, Het risico van breken òf bezwij ken onder eenmalige trek- en drukbelasting is dus bij schip 2 kleiner dan bij schip I, m.a.w. bij schip I is vermoeiing het criterium waarop de constructie dient te worden gebaseerd. Het gebruik -van H.S.staal heeft
dus geen zin, omdat er geen behoefte bestaat ann nòg meer
zekerheid tegen bezwijken of breken dan er al is; het zou de - -kans op het ontstaan van vermoeiingsscheuren alleen maar
verhogen. - -
-Wi! men dergelijke schepen toch lichter consteueren dan kan
men, in de plants van H.S.-staal te gebruiken, beter de vorm-geving en het laswerk van de constructiedetails-verbeteren. In feite is dit precies datgene wat in dergelijke gevallen gebeurt.
De klassebureaus steilen bij gebruik van H.S.-staal hogere éisen
aan constructie en laswerk dan bij St.42 en bereiken alleen
daarmee al de hogere sterkte op grond waarvan de verlichtingen
van de constructie gerechtvaardigd zijn. Dat dit minder aan bet H.S.-staal dan ann de kwaliteit vañ de constructie te danken is,
moet maar op de koop toe worden genornen.
-ßij bet hoofdstuk vermoeiing is betoogd dat het geheel van
belastingen op een schip alleen dàn in staat is
vermoeiings-scheuren te veroorzaken als laswerk èn constrúctieve vorm-gevingvanmatig niveau zijn. Zijn beide uitstekend, dan kan bet
niveau van de golfbuigspanningen wel met 50 tot- 100%. stijgen
voor er weer gevaar voor vermoeiing optreedt. In dat geval
zullen de extremen van de gollbuigspanningen waarden
be-reiken die mómenteel alleen in schepen met een groot vlakwater
max1*Umnmax2UÇmjn.
Fig. 17. Langsscheepse golfbuigspanningen in schepen nièt en zorider vlakwater buigspanningen.
moment mogelijk zijn. Het risico van bezwijken of breken is dan weer aanwezig, waarmee de kansen voor- H.S.-staal zijn teruggekomen. Het is echter onwaarschijnlijk dat in schepen
met een klein vlakwater buigend moment staalsoorten hoger dan
St.60 ooit nodig zullen zijn.
De tot nu toe besproken gevallen zijn betrekkeijk eenvoudig., Moeilijker wordt het wanneer het orn schepen gaat waarvan een anntalruimen of tanks permanent leeg zijn of waarvan de-ene helft gedurende de heenreis en de andere helft gedurende de terugreis gevuld is. Het vlakwater buigend moment is dan
meestal groot, en kan de ene reis hogging en de andere sagging
zijn. De belastingen loodrecht op de odem zijn dienovereen-komstig en kunnen bij de huidige grote tanks en ruimen- de
langsscheepse buigspanningen zelfs overheersen. Deze schepen lijken dus bij uitstek geschikt voor de toepassing van -H.S.-staal. Tóch zijn er een aantal overwegingen die maken dat voor elk individueel geval een zorgvuldige studie vereist is, .voordat een verantwoorde beslissmg kan .worden genomen, zeker als we in
de toekomst kijken en aan St.60 en hoger denken. In de eerste
plaats spelen de dwarskrachten in die schepen een zo grote rol,
dat de eis van voorkomen. van plooien door te grote schuif spanningen een vermindering van de zw arte van het verticaal verband bemoeilijkt. De eerder besproken voorzieningen in de
vorm van het gebruik van T-liggersi.p.v. slabs en het aanbrengen
van diagonaalverstijvingen zullen dikwijls nodig zijn. Verder kunnen de onverstijfde gedeelten van de bodembeplating der-mate zwaar worden belast dat verkleinen van de ongesteundé lengten veelal hoodzakelijk is.
Bij de grote tankers geldt bovendien dat ruimte meer eon
probleem is dan gewicht, zodat hot voordeel van gewichtswinst
door H.S.-staal lettórlijk geen gewicht in de schaal legt. Door
de afwezigheid van grote openingen in het dek telt ook het
probleem van te .grote plaatdikten niet, te zwaar. Hieruit voIgt al dat het dek van bulkcarriers meer in aanmerking komt voor uitvoering in H.S.-staal. De dubbele bodem van deze schepen
WERKT-UIG- EN SCHEEPSBOUW 12 / 28 JUNI 1968
is meestal iv.m. stortladiilg zo zwaar.geconstrueerd dat het-gebruik van H.S.-staal daar overbodig is. Soms wordt het
dwarsverband bewust ten koste van het langsverband versterkt orn de neutrale lijn van het schip wat hoger te krijgen ten einde
de spanningen in het dek te verlagen. Dit sorteert het meeste
effect alsde dekconstructie licht geconstrueerd -is, dus als H.S.-staal is gebruikt.
Met nadruk moet erop worden gewezen dat de optimale
oplossing'van dit soort problemen nauwelijks meer zonder hulp
van een computer op een bevredigende wijze is te doen. Het is
verheugend dat enkele kiassebureaus in dit opzicht de ontwerpers
en constructeurs vergaand tegemoet komen.
Uit- alles wat in dit artikel is besproken voigt dat de door
sommige klassebureaus als reductiefactor voor H.S.-staÁl
ge-hanteerde verhouding van de som van de treksterkte en de vioeigrens van St.42 en H.S.-staal te conservatief is voor
schepen met een' groot vlakwater buigend moment. De
ver-houding van de rekgrenzen zou meer terecht zijn.
In het algemeen is
-(SL42)
(a +
ø8)(SL 42)- a (1-LS.) (u +
Voor schepen die een klein of vaak wsselend vlakwaterbuigénd
moment hebben geeft die reductiefactor tot te grote gewichts-
-besparingen aanleiding.
Beraadslaging
Dr. J. -H. van der Veen (Hoogovens).- Golden de verschillende overwegingen die ta.v. de toepassing van H.S.-staal zijn gegeven in hoofdzaak voor St; 52 of ook voor hogere.staalsoorten, zoals de Quençhed and Tempered steels? Dekwaliteit van die stalen is w good dat er geen vrees voor brosse breuk behoeft te bestaan. Uit de voordracht is gebleken dat vermoeiingwèl de toepassings-mogelijkheden voor die stalen kan beperken.
-Aniwoord: Vrijwel alles wat in de lezing behandeld is, geldt zowel voor St.. 52 als voor hogere staalsoorten. Wanneer de kwaliteit van de constructie en van hot laswerk uitstekend is, zal
vermoei-ing pas bij staalsoorten met rekgrenzen hoger dàn 450- à 500
N/mm2 (45 à 50 kgf/mm2) tot eon teveel aan reparaties aanleiding
kannen geven. - . -
-Professor- G. S. J. Aerlssen (R/ksuniversiteig le Gent): Bij .een
groot ertsschip werden in beaufort 8 op kop in het hoofddek
midscheeps de volgendo spanningen gemeten:
-in ballast low cycle 95 N/mm2 (9,5 kgf/m-in2) -
-slamspanning 6 kgf/mm2
-- -
-in geladen low cycle 135 N/mm2 (l-3,5 kgf/mm2)
slamspanning 2 kgf/mm2 . -
-Totaal is 155 N/aim2 (15,5 kgf/mm2) voor beide.
-Welk staal wordt aanbevólen?
Antwoord: Van doorslaggevend belang is of al of niet eon groot vlakwater buigend moment aanwezig is. Naarmate dit moment groter is in.vergelij king met de golfbuigende momenten heeft het meer zin H.S.-staal toe-te passen. - -
-Ir. J. M. Hermes (Staatsm ynen) : Kant-u iets zeggen over het
ver-schil tusseñ de Robertson-stop-temperatuur en resultaten van
wide-plate tests?
