Preskriptiva lösningar för fiberarmerad polymerkompositer i handelsfartyg: En Litteraturstudie

University essay from Luleå/Department of Civil, Environmental and Natural Resources Engineering

Abstract: In todays possibilities in using alternative material designs in the construction of ships there is a need for prescriptive regulations. Therefore this thesis was initiated to develop a draft on a part of a prescriptive regulation for Fiber Reinforced Polymers (FRP) on SOLAS – ships and to design simple but general regulations to avoid extensive Regulation – 17 analyses when making novel constructions.
In “Safety of Life at Sea” (SOLAS) ships, all load bearing structures and A-class divisions must be constructed in steel or equivalent materials. With support of “Regulation – 17” an alternative material configuration can be approved if a risk assessment demonstrates that an equivalent safety is present. However a “Regulation 17 – analysis” tends to be quite extensive and is generally infeasible, therefore a smaller selective regulation is needed in each ships construction.

The development of these new regulations was initiated by a literature study. Knowledge gained from this study paired with conclusions and experiences from earlier research studies and Regulation – 17 analyses were used to develop a draft for new regulations.
In commercial ships, SOLAS class structural interchanges can be noted as follows:
“A ” class divisions can be replaced by Fire Resisting Divisions – 60 minutes, further addressed as FRD – 60, if consisting of Fiber Reinforced Polymer structures with thermal insulation comparable to the “A” – class.
“B” class divisions and lower requirements can be replaced by FRD – 30 minutes, further addressed as FRD – 30, if consisting of Fiber Reinforced Polymer structures with thermal insulation comparable to the “B” - class.
At points of Joint between FRP constructions and Steel constructions the thermal conductivity must be analyzed so that a loss of time in fire resistance does not occur, due to the thermal conductivity of steel. These standards shall be to the satisfaction of the Administrations.
Commercial passenger ships constructed mainly by Fiber Reinforced Polymers shall not have a traveling route more than 4 hours at 90 % of maximum speed from the coastline.

The previously tested divisions FRD30 – 60 have been tested and created through previous Regulation – 17 analyses which this thesis has exploited in the development of prescriptive Regulations in alternative materials such as Fiber Reinforced Polymers.

The division FRD – 240 is created in this thesis to enable the replacement of the most important parts of the ship for its survival at a point of imminent fire emergency, such as the superstructures, deckhouses and bulkheads.
Finally, these prescriptive regulations for alternative material will develop a ship with combinations of steel and alternative materials. These joints, “hotspots”, must be thoroughly analyzed at the creation of the ship to avoid propagation of fire due to steels high thermal conductivity.
When using FRD – 240 divisions these ships shall not exceed a distance from the coastline of more that 240 minutes. This distance shall be reached by definition of the vessel at 90 % of maximum speed. The proposal of a 4-hour distance from land should be reviewed and specified for different ship types.
At this point of developing new regulations, the machinery spaces regarding crowns, casings and floor plating are not addressed. However, in the future these constructions should be questioned and reviewed.
Reevaluation of the demands of non-combustible materials in the ships classifications must be performed.
Sammanfattning

I dagens fartygs konstruktioner med möjligheter att använda alternativa material finns ett stort behov av preskriptiva regler. Detta examensarbete initierades för att skapa ett utkast som en del av en normativ reglering för fiberarmerade polymerer på SOLAS – fartyg och att utforma enkla, men generella, regler för att undvika extensiva ”Regel – 17” analyser vid nya konstruktioner.
På ett "Safety of Life at Sea" (SOLAS) fartyg skall alla bärande konstruktioner och A-klass indelningar byggas i stål eller ekvivalent material. Med stöd av "Regel – 17" kan en alternativ materialkonfiguration godkännas om en riskbedömning visar att en likvärdig säkerhet föreligger. Men en "Regel – 17” analys tenderar att bli omfattande och extensiv och måste utföras selektivt för varje fartygs konstruktion.
Utvecklingen av reglerna inleddes med en litteraturstudie. Kunskap från denna studie parat med slutsatser och erfarenheter från tidigare studier och ”Regel – 17” analyser utgör grunden för förslaget till nya regler.

I kommersiella fartyg, kan SOLAS klass förändringarna noteras på följande sätt:
"A"- klassindelningar kan ersättas av ”Fire Resisting Divisions” - 60 minuter (brand begränsande indelningar – 60 minuter), behandlas vidare som FRD – 60, om de består av fiberarmerade polymer strukturer med värmeisolering jämförbar med den i "A" - klass.
"B"- klassindelningar och lägre krav kan ersättas av ”Fire Resisting Divisions” - 30 minuter (brand begränsande indelningar – 30 minuter), behandlas vidare som FRD – 30, om de består av fiber-armerade polymerstrukturer med värmeisolering jämförbar med den i "B" - klass.
Vid gemensamma punkter mellan FRP konstruktioner och Stålkonstruktioner måste värmeledningsförmågan och eventuell strålning analyseras så att en förlust av tid i brandmotstånd inte förekommer på grund av värmeledningsförmågan hos stål. Dessa standarder skall fastställas av lämplig statlig förvaltning, såsom sjöfartsverket.
Kommersiella fartyg byggda huvudsakligen av fiberarmerade polymerer skall inte ha en resrutt längre än 4 timmar, vid 90 % av maximal hastighet, från kusten.

Divisionerna FRD 30 – 60 har testats och skapas genom tidigare regel – 17 analyser som detta examensarbete har utnyttjat i skapandet av normativa förordningar för alternativa material. Men uppdelningen FRD – 240 minuter har skapats i detta examensarbete för att ersätta de viktigaste delarna av fartyget för att säkra dess överlevnad vid ett tillfälle av överhängande brand, såsom i överbyggnader, däckshus och skott.
Dessa normativa regler är skapade för att alternativa material skall komma att skapa fartyg med kombinationer av stål och alternativa material som innehar motsvarande säkerhet avseende brand. Detta skapar, "hotspots" d.v.s. nyckelpunkter där komposit och stål möts, vilket noggrant måste analyseras i konstruktionen av fartyg för att undvika spridning av brand på grund av stål med hög värmeledningsförmåga.
Vid användning av FRD – 240 divisioner får dessa fartyg inte överstiga ett avstånd från kusten av mer än 240 minuter. Detta avstånd skall uppnås genom definitionen av fartygets hastighet vid 90 % av maximal hastighet. Förslaget om ett 4-timmars avstånd från land bör ses över och specificeras för olika fartygstyper.
I detta examensarbete, vid skapandet av nya regler, tas maskinrummet inte upp med avseende på höljen och golv-plätering. I framtiden bör även dessa konstruktioner ifrågasättas och granskas. En omvärdering av kraven på ett icke-brännbart material i fartygens klassificeringar bör också utföras.

  CLICK HERE TO DOWNLOAD THE WHOLE ESSAY. (in PDF format)