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Vorrichtung zur Zerstörungsprüfung von Kollisionsschutzbauteilen von
Schiffen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zerstörungsprüfung von Kollisionsschutzbauteilen
von Schiffen, bei dem das durch einen im wesentlichen quer zur Fläche erfolgenden
Stoß zu untersuchende Modell des zu prüfenden Schiffsteiles relativ zu einer Stoßeinrichtung
von großer Standfestigkeit undloder großer Trägheit bewegt wird.
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Mit Zerstörungsprüfungen von Modellen der Kollisionsschutzbauteile
bezweckt man, die Wirksamkeit verschiedener Anordnungen im Fall einer Schiffskollision
zu prüfen. Solche Kollisionsschutzeinriclltungen sind von ganz besonderer Bedeutung
bei Reaktorschiffen. Es ist üblich, ein Seitenwandmodell, das höchstens über eine
halbe Schiffsbreite der Wirklichkeit maßstabsgerecht nachgebaut ist, in seiner Längsrichtung
zu verspannen und in seiner Querrichtung gegen einen Stützbock oder einen beschwerten
Wagen unmittelbar oder mittels einer einfachen Zwischenplatte oder auch mittels
Bleiunterfütterung abzustützen. Bei der Prüfung erfolgt in Querrichtung ein Stoß
mit einem Bugmodell mit einer bestimmten erforderlichen Energie. Die zu beaufschlagenden
Seitenwandmodelle werden üblicherweise in Längsrichtung verspannt. Dies geschieht
mit Verschraubungen oder anderen festen Verbindungen, vor allem der Außenhaut mit
steifen Querscheiben und/oder mit Spannrahmen. Manchmal werden die Verschraubungen
mit elastischen Zwischengliedem, z. B. Gummiunterlegscheiben oder Tellerfedern,
kombiniert, um die Nachgiebigkeit und Steifigkeit der anschließenden Schiffsbauteile,
insbesondere der Außenhaut, zu berücksichtigen.
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Die Erfahrung zeigt, daß mit den herkömmlichen Vorrichtungen die
in der Praxis vorhandenen Eigenschaften des zu untersuchenden Schiffes nur schlecht
oder gar nicht nachgebildet werden können. Es ist aber sehr wichtig, daß die Außenhaut
und die anderen Längs verbände des Modells an der Stoßstelle das gleiche mechanische
Verhalten zeigen wie in der Wirklichkeit. Ob der Augenblick eines Bruches der Außenhaut
früher oder später erfolgt, ist entscheidend für die Größe der von ihr aufnehmbaren
Verformungsarbeit, d. h. ihres Anteils an der Stoßenergie. Die bisher üblichen Verbindungen
der Außenhaut und anderer Bauteile des Seitenwandmodells sind vor allem deshalb
ungeeignet, weil sie Zug einleiten, während in Wirklichkeit infolge der Durehbiegung
des gerammten Schiffes auf der gestoßenen Schiffsseite Druck eingeleitet wird. Rein
örtlich kann an der Stoßstelle zwar Zug herrschen, doch nicht in der größeren Entfernung
an den Rändem des Modells. Äußerst unzweckmäßig ist bei her-
kömmlichen Versuchseinrichtungen
auch, daß die Krümmung des Modells nicht wie in der Wirklichkeit infolge der Schiffsbiegung
erzeugt wird, sondern vielmehr durch die überwiegend unmittelbare Weiterleitung
der Stoßkraft an der Rückseite des Seitenwandmodells durch eine satte Abstützung
gerade vermieden wird.
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Um die vorerwähnten Nachteile zu beseitigen und eine Zerstörungsprüfung
von Kollisionsschutzbauteilen zu ermöglichen, die den praktischen Bedingungen am
Schiff besser entspricht, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, das Modell in einen
Biegeträger einzusetzen. Die Beaufschlagung des das Modell enthaltenden Biegeträgers
ist auf verschiedene Weise möglich. So kann gemäß einer ersten Ausführungsform der
Biegeträger im wesentlichen stationär angeordnet und an seinen Enden auf Widerlagern
abgestützt sein. Ferner ist es möglich, den Biegeträger in seiner Mitte auf einem
abgebremsten Wagen abzustützen und an seinen Enden mit trägen Massen zu versehen.
Wenn man gemäß einer dritten Ausführungsform den Biegeträger auf einem gegen über
einer im wesentlichen stationären Stoßvorrichtung zu beschleunigenden Wagen in seiner
Mitte unterstützt, können an den Enden des Biegeträgers angeordnete träge Massen
auch hier die gewünschte Biegebeanspruchung hervorrufen.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist darauf gerichtet, daß die
neutrale Biegefaser vom Biegeträger und eingesetzten Modell unter Berücksichtigung
des Modellmaßstabs in dem der Wirklichkeit entsprechenden Abstand zur Außenhaut
des Schiffes angeordnet wird. Diese Maßverhältnisse lassen sich relativ leicht einstellen,
wenn man den Biegeträger auf der anderen Seite der neutralen Faser als das Modell
mit einem Gurt großen Querschnitts versieht. Ferner werden zweckmäßig an den Enden
des
Modells starre plattenartige Rahmen angebracht, an die die Längsverbände
des Modells fest angeschlossen werden, damit eine möglichst feste Verbindung wie
in der Wirklichkeit entsteht.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert.
In diesen zeigen F i g. 1 bis 6 schematische Darstellungen von Zerstörungsprüfeinrichtungen
jeweils in Seitenansicht und in Draufsicht, Fig. 7 eine Draufsicht auf den das Modell
enthaltenden Biegeträger der F i g. 6 in größerem Maßstab und F i g. 8 einen Schnitt
gemäß der Schnittlinie VIII-VIII der Fig. 7.
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Das in einen Biegeträger fest eingesetzte Seitenwandmodell soll das
infolge eines Kollisionsstoßes durchbiegende Schiff maßstabsähnlich simulieren.
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Zu diesem Zweck ist der Biegeträger an seinen Enden gegen einen Stützbock
oder einen beschwerten Wagen abgestützt, oder es befinden sich im letzteren Fall
dort an den Enden des Biegeträgers große träge Massen. Auf alle Fälle ist es gemäß
der hier vorliegenden Erfindung erforderlich, ein Biegemoment zu erzeugen, das den
Biegeträger und mit ihm das Seitenwandmodell krümmt, und zwar das letztere unter
Berücksichtigung der Modellgesetze soviel wie in Wirklichkeit.
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Zur Durchführung dieses Verfahrens bieten sich verschiedene Möglichkeiten
an, von denen in den F i g. 1 bis 6 drei angegeben sind.
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Gemäß Fig. 1 und 2 befindet sich der das Modell M enthaltende Biegeträger
B auf einem Wagen 10, der den Biegeträger etwa in seiner Mitte unterstützt. Der
Wagen 10 ist in Richtung der Stoßkraft auf einem Gleis 11 längsverschieblich und
zusätzlich mit Bremsfiächen 12 versehen, die im Wasserbecken 13 eintauchen, um die
Bewegung des Wagens 10 nach dem Stoß abzubremsen.
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Der Stoß wird ausgeführt mit einem ebenfalls auf dem Gleis 11 geführten
Stoßwagen 14, der an seiner Stirnseite mit einem Bugmodell 15 versehen ist.
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Wenn der Wagen 14 das mit Gefälle ausgebildete Gleis 11 herunterfährt,
trifft das Bugmodell 15 auf das in den Biegeträger B eingesetzte Modell M. Da der
Biegeträger B an seinen Enden große träge Massen 16 enthält, ergibt sich die gewünschte
Biegung am Biegeträger B und damit auch am Modell M. Die Einstellung der Stoßenergie
erfolgt durch Verändern der Ablaufhöhe und durch geeignete Auswahl der Masse des
Wagens 14.
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Um die beim Stoß erzeugte Krümmung oder Durchbiegung weitmöglichst
an die der Wirklichkeit anzupassen, wird der Biegeträger so dimensioniert, daß für
die Stoßstelle M EI (wobei M = Biegemoment, E = Elastizitätsmodul des Werkstoffes,
I = Trägheitsmoment des Trägerquerschnitts) maßstabsähnlich wird. Ferner ist es
zweckmäßig, den Biegeträger so auszubilden, daß seine neutrale Biegefaser unter
Berücksichtigung des Modellmaßstabs in dem der Wirklichkeit entsprechenden Abstand
zur Außenhaut des Schiffes zu liegen kommt. Bei einem noch unbeschädigten Schiff
ist verständlicherweise davon auszugehen, daß die neutrale Biegeebene mit der vertikalen
Längsmittelebene des Schiffes zusammenfällt. In einigen Fällen
mag es auch genügen,
die Normalspannung a in der Außenhaut, als dem beim Kollisionsstoß wichtigsten Längsverband
auf den Wert M # = I . e (wobei e der Abstand der Außenhaut von der neutralen Faser,
d. h. im allgemeinen der Schiffsmittelebene ist) einzustellen.
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Die F i g. 3 und 4 zeigen in Seitenansicht und in Draufsicht eine
andere Prüfeinrichtung im Augenblick des Stoßes. Hier ist der das Modell M enthaltende
Biegeträger B in seiner Mitte auf dem Wagen 24 abgestützt, der mit dem Biegeträger
das mit Gefälle ausgebildete Gleis 21 herablaufen kann.
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Auch hier ist der Biegeträger an seinen Enden mit trägen Massen 26
versehen. Im Augenblick des Stoßes trifft der Biegeträger B auf das Modell 25, das
hier an einem festen und praktisch unbeweglichen Widerlager befestigt ist. Ein Vergleich
mit der Einrichtung gemäß Fig. 1 und 2 läßt die Analogie erkennen und macht verständlich,
daß auch hier im Biegeträger und damit im Modell M die gleichen Biegewirkungen auftreten.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 und 6, die im übrigen der Ausführungsform
gemäß Fig. 1 und 2 sehr ähnlich ist, läuft der mit einem Bugmodell 35 versehene
Wagen 34 eine Gefällestrecke 31 herunter und trifft dann im Augenblick des Stoßes
auf das in den Biegeträger B eingesetzte Modell M. Der Biegeträger B ist auf zwei
festen Widerlagern 32 und 33 abgestützt, so daß sich auch hier der gleiche Kraftangriff
ergibt, der durch die eingezeichneten Kraftpfeile P und P angedeutet ist.
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Es ist verständlich, daß durch andere Orientierung von Biegeträger
B und Stoßeinrichtung auch schräge Stöße durchgeführt werden können, um andere Kollisionsfälle
zu simulieren.
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Die F i g. 7 und 8 zeigen in Draufsicht und Schnitt eine vergrößerte
Darstellung des Biegeträgers B der Fig. 5 und 6. Das eigentliche Schiffsmodell ist
in den Fig.7 und 8 zur besseren Erkennbarkeit von einer gestrichelten Begrenzungslinie
umgeben. Zur Befestigung des Modells M am Biegeträger B dienen steife Querscheiben
oder Spannrahmen 41, an denen sich die Längsverbände des Modells M durch Verschweißen
oder Verschrauben fest anschließen lassen. An der Rückseite des Biegeträgers B ist
ein durchgehender Gurt 42 angeordnet, der auf den beiden Auflagern 32 und 33 aufruht.
An diesen Gurt 42 sind die Spannrahmen 41 und gegebenenfalls noch weitere das Modell
M stützende Streben 43 und 44 angeschlossen. Für einen Beispielsfall ist in den
F i g. 7 und 8 auch die bezüglich der Außenhaut 45 entsprechend zu orientierende
neutrale Faser 46 als strichpunktierte Linie angedeutet.