Нестандартные и перспективные конструкционные материалы для подводного судостроения

au>> Выгоднее будет сделать акрил или металл потолще, чем выдумывать новые материалы и потом по-пионерски кувыркаться с ними много лет.
A.K.> На сегодняшний день, может быть и проще, но многое из того, что используется сегодня, когда-то казалось невообразимой причудой. Тот, кто по-пионерски кувыркается с чем-нибудь, методом проб и ошибок выискивая пути освоения материалов, разрабатывая и вводя потихоньку технологическую базу для них, проиграет сегодня, проиграет завтра но послезавтра будет впереди всех, кто робко утолщал акрил и металл в течении 25 лет...

Пустая лирика это. Материалы подбираются для решения задач, а не для охмурения публики. А ещё всегда есть цена вопроса и сроки исполнения.
А вообще, любой каприз за ваши деньги. Сделают вам и из SiC подводную лодку, если оплатите и подождёте пока её CVD вырастят.

A.K.> Ладно, тогда поверну вопрос другой стороной. Металлы так легко обрабатывать, потому что при термической обработке (сварка, литье) они составляют единое целое, что до ремонта, что после. Причиной тому металлическая решетка. Существуют ли неметаллические материалы, которые также способны "прорастать" связями на молекулярном уровне так, чтобы отремонтированный корпус был настолько же монолитен, как и исходный. Это само собой в сочетании с необходимыми физическими свойствами.

Металлы сравнительно легко обрабатывать потому что они 1) относительно мягкие, 2) с относительно низкими температурами плавления, и 3) сравнительно просто ведут себя в плане перекристаллизации. Для контраста, стоит упомянуть такие металлы как рений, вольфрам, и плутоний, попунктно.
А ещё большая часть таблицы — металлы.
Конструкционные неметаллы можно перечислить по одному пальцу руки: углерод. Из полуметаллов добавится бор и кремний. Всё остальное — соединения: органика, оксиды, карбиды, бориды, нитриды, силициды, и почти всё из перечисленного, за исключением органики, является конструкционной экзотикой. Практически всё это плавится при тысячах градусов, практически всё хрупкое, и всячески неудобное. Поплавьте-ка сапфир, сделайте из него секцию прочного корпуса лодки, и сварите с другими секциями. Потом наделайте в нём нужных дырок, приварите к нему то да сё. Или всё то же самое с углеродом, поплавьте его...

"Прорастать связями на молекулярном уровне" — это кристаллизация, или точнее солидификация, потому что кристаллы не всегда "прорастают". Монолитность зависит не от материала, а от процесса, как и физические свойства (и ещё от кучи всего).

A.K.> А если нет и быть не может, то пытаемся обойтись малым - выполнять из неметаллов все, что имеет ограниченные и сравнительно малые размеры с требованием высокой прочности (ЦГБ и набор корусов) или имеет большую площадь, но без больших нагрузок

Ещё раз посоветую немедленно начать читать самый толстый учебник с полки materials science.

sas1975kr> забыл. ЕМНИП композиты работают на разрыв.

А железобетон на что работает?

sas1975kr>> забыл. ЕМНИП композиты работают на разрыв.
au> А железобетон на что работает?

А вы посмотрите по компонетнам - арматура на разрыв. Бетон на сжатие.

А чему вы предлагаете работать на сжатие в соединение волокно / связующее, когда связующим выступают различные пластики и смолы?

au> А на окна глубоководных аппаратов тоже несерьёзное давление? Когда чёрных курильщиков смотрели, боялись (вслух) подойти близко, потому что окна акриловые. А в том отеле толщина акрила 100мм.

Материал / толщина / глубина?

1.5 атмосферы и 100 мм это отличный результат? На 667-х толщина стального прочного корпуса 40мм. При этом рабочая глубина - 250 метров. Это 25 атмосфер...

sas1975kr> А вы посмотрите по компонетнам - арматура на разрыв. Бетон на сжатие.
sas1975kr> А чему вы предлагаете работать на сжатие в соединение волокно / связующее, когда связующим выступают различные пластики и смолы?

Железобетон — это не компоненты, а композитный материал. И башню высотой сотню метров представить легко, а вот представьте то же самое в горизонтальном положении, когда один конец висит в воздухе.
Я не предлагаю пластики, они просто уже используются, и я привёл разные примеры.

au> Железобетон — это не компоненты, а композитный материал.

Где я этому противоречил? Просто в этом самом композитном материале разные составляющие рассчитаны на разную нагрузку. Один компонент на сжатие, второй - на растяжение.

au> И башню высотой сотню метров представить легко, а вот представьте то же самое в горизонтальном положении, когда один конец висит в воздухе.

А зачем?

au> Я не предлагаю пластики, они просто уже используются, и я привёл разные примеры.

Вы предложили композит как материал для прочного корпуса. Я ПМСМ считаю что прочный корпус работает в основном на сжатие. А композиты на основе углеволокон и т.п. рассчитаны на растяжение. Вас не затруднит привести пример композиционного материала, способного в подлодке для прочного корпуса заменить сталь?

sas1975kr> А зачем?
/Потому что стальную башню высотой в 100 м и положенную горизонтально можно видеть и в качестве прочного корпуса

au>> А на окна глубоководных аппаратов тоже несерьёзное давление? Когда чёрных курильщиков смотрели, боялись (вслух) подойти близко, потому что окна акриловые. А в том отеле толщина акрила 100мм.
sas1975kr> Материал / толщина / глубина?

акрил / 100мм / 305м

Похоже это просто некая стандартная толщина от производителя (для этих дел).

Это совсем не оно, но вот: Alicia (submarine) - Wikipedia, the free encyclopedia
А вообще выбирайте пример на свой вкус: Google

sas1975kr> 1.5 атмосферы и 100 мм это отличный результат? На 667-х толщина стального прочного корпуса 40мм. При этом рабочая глубина - 250 метров. Это 25 атмосфер...

Там перестраховка дикая, это же бизнес.

sas1975kr> Вы предложили композит как материал для прочного корпуса. Я ПМСМ считаю что прочный корпус работает в основном на сжатие. А композиты на основе углеволокон и т.п. рассчитаны на растяжение. Вас не затруднит привести пример композиционного материала, способного в подлодке для прочного корпуса заменить сталь?

Не припомню такого предложения от себя (это автору хочется странного), но чисто теоретически это может быть керамический композит (керамическая матрица и усиление), либо металлическая матрица и керамическое усиление в виде частиц или коротких волокон. А вообще я не вижу достаточной причины отказываться от однородных конструкционных материалов.

sas1975kr>> А зачем?
A.K.> /Потому что стальную башню высотой в 100 м и положенную горизонтально можно видеть и в качестве прочного корпуса

Корпус совсем не консольно закреплен - с одним "свободно висящим" концом

sas1975kr>> Материал / толщина / глубина?
au> акрил / 100мм / 305м

Только это для сферы диаметром 1.85 метра. Толщина стали, выдерживающей то же давление?

au> MSubs - AP6
au> Похоже это просто некая стандартная толщина от производителя (для этих дел).

Вряд ли. Не вижу проблем делать его произвольной толщины...

au> Не припомню такого предложения от себя (это автору хочется странного),

Ну тогда извините. В посте 31 вы про акрил на подлодках говорили. В контексте темы я воспринял это как предложение заменить сталь на акрил при изготовлении прочных корпусов.

au> но чисто теоретически это может быть керамический композит (керамическая матрица и усиление), либо металлическая матрица и керамическое усиление в виде частиц или коротких волокон. А вообще я не вижу достаточной причины отказываться от однородных конструкционных материалов.

ЕМНИП керамика слишком хрупкая и применяется в аэрокосмической технике как жаропрочное покрытие.
По механическим характеритикам лучший композит который помню - это бор или углеволокно и связующее в виде алюминия или титана.

ИМХО для прочных корпусов ПЛ с точки зрения соотношения вес/стоимость и технологических проблемах с композитами сталь пока не имет себе равных...

au>> акрил / 100мм / 305м
sas1975kr> Только это для сферы диаметром 1.85 метра. Толщина стали, выдерживающей то же давление?

Вот узнайте и напишите толщину стали, выдерживающей то же давление.

sas1975kr> Вряд ли. Не вижу проблем делать его произвольной толщины...

Ну, например, деньги.

au>> Не припомню такого предложения от себя (это автору хочется странного),
sas1975kr> Ну тогда извините. В посте 31 вы про акрил на подлодках говорили. В контексте темы я воспринял это как предложение заменить сталь на акрил при изготовлении прочных корпусов.

Он и есть в прочном корпусе на указанных подлодках, только не на таких больших и страшных, какие интересуют автора. Таких всё равно не строят в его краях.

sas1975kr> ЕМНИП керамика слишком хрупкая и применяется в аэрокосмической технике как жаропрочное покрытие.

А по ней всенепременно планируется бить молотком? Идти на таран?
Керамика применяется и структурно, а не только как покрытие.

sas1975kr> По механическим характеритикам лучший композит который помню - это бор или углеволокно и связующее в виде алюминия или титана.

"Лучших композитов" не бывает. И под ваше описание подходит куча разных материалов, потому что "алюминия" и "титана" тоже не бывает. Бывают сплавы, вариации их всяческой обработки; волокна бывают длинные, короткие, рубленные, вискеры, частицы, in situ, и всё это по-разному покрытое, разных типов с разными параметрами для формально одного материала, и ещё куча нюансов. Можно говорить только о конкретном материале, иначе это пустое.

sas1975kr> ИМХО для прочных корпусов ПЛ с точки зрения соотношения вес/стоимость и технологических проблемах с композитами сталь пока не имет себе равных...

Это ваше мнение.

au> Он и есть в прочном корпусе на указанных подлодках, только не на таких больших и страшных, какие интересуют автора. Таких всё равно не строят в его краях.

ЕМНИП на боевых его нет. И ПМСМ в ближайшее время пока не будет.

sas1975kr>> ЕМНИП керамика слишком хрупкая и применяется в аэрокосмической технике как жаропрочное покрытие.
au> А по ней всенепременно планируется бить молотком? Идти на таран?

Так мы ее нагружать собирались. Или для красоты? Хрупкая подразумевает в том числе неспособность работать на растяжение - а соответсвенно на изгиб и сдвиг.

au> Керамика применяется и структурно, а не только как покрытие.

Давайте тогда уж уточним какая керамика. А то вы как правильно ниже заметили, они разные бывают.

au> "Лучших композитов" не бывает. И под ваше описание подходит куча разных материалов, потому что "алюминия" и "титана" тоже не бывает. Бывают сплавы, вариации их всяческой обработки; волокна бывают длинные, короткие, рубленные, вискеры, частицы, in situ, и всё это по-разному покрытое, разных типов с разными параметрами для формально одного материала, и ещё куча нюансов. Можно говорить только о конкретном материале, иначе это пустое.

Сорри, но это все что осталось в памяти. ЕМНИП играет роль еще и способ укладки волокон, соотношение связующее/ волокна и т.д. - там масса нюансов, согласен.
10 лет назад дело было. Совокупность - предел пропорцианальности, прочности на растяжение - это на тот момент были бор волокна. А алюминий, магниевые сплавы, титаны - как раз для увеличения способности воспринимать в том числе нагрузку на сдвиг и сжатие. Плюс при использовании армирования короткими или рубленными волокнами есть возможность хоть какой-то механической обработки.

au> Это ваше мнение.

Мнение на мнение
На чем стоит и остановиться. Так как привести на данный момент расчет тонкостенной конструкции на устойчивость (коей является корпус лодки) - я уже не в состоянии. Поэтому, к сожалению, все наши рассуждения, на уровне ИМХО... И конкретных цифр нет.

au> Вот узнайте и напишите толщину стали, выдерживающей то же давление.

Вы родом не из Одессы случайно?
Увы, не смогу. У металлического корпуса будут еще и подкрепляющие элементы... Батискафы на такие глубины не рассчитываются.

sas1975kr>> Вряд ли. Не вижу проблем делать его произвольной толщины...
au> Ну, например, деньги.

Не пойму как тут деньги завязаны?
Могут быть технические проблемы при полимеризации. Но именно цифра 100 вряд ли связана с этим. ЕМНИП есть примеры и больших толщин.

Dem_anywhere> Собственно, большая часть полимеров соединяется путём полимеризации мономера в промежутке (мономер может быть получен денатурацией при термическом воздействии)
Dem_anywhere> Или, на бытовом уровне - греем края и сжимаем. Мало отличается от металла...
Это при условии применения в качестве матрицы термопластических полимеров. С дуропластом этого не получится, что мгновенно сокращает набор доступных нам композитов, а при условии, что как-раз дуропласты имеют за счет своей молекулярной структуры для нас самые интересные качества, то получается худо.
что касается полимеризации мономера или олигомера (смолы), то можно попробовать и без термической обработки = клей на основе того же материала, что и матрица. Звучит конечно дико (клеяная подлодка) и я сомневаюсь, что внедрить это просто, но на вертолетных лопастях, выдерживающих высоки нагрузки (опять же на разрыв, а не на сжатие) это дело же используют. Да и крепление швов даже крпече, чем при сварке, поскольку контактная площадь больше. Хотя и тогда неясно как быть с композитами, чьи волокна фактически обрываюся на стыке ремонтного участка.

По этой причине я отхожу от концепции применения этого дела в прочном корпусе к применению в легких конструкциях и прочных конструкциях ограниченного объема. Если , конечно, никто не в состоянии доказать обратного...

>>Не пойму как тут деньги завязаны?
Bredonosec> изготавливать труднее, не каждый возьмется, а кто возьмется - запросит кучубабла. (вспоминаем, как частник прогулочную ПЛ с 2 акриловыми сферами делал и его метания по поводу стоимости сфер.)

Акриловые детали изготаливают насколько понимаю двумя методами - экструзией и литьем. Экструзия до 30 мм. Т.е. литье. А технологически вроде большой разницы лить сферу с толщиной стенки 100 мм или 150 вроде нет. Оснастка идентичная. Только акрила больше пойдет.

П.С. Сам процесс литья акрила не знаю. У металла есть усадка, раковины и т.д. Интересно как при литье акрила со всем этим борются. Неужели поверхности потом так же механически обрабатываются?