Với yêu cầu đặt ra là thiết kế thuyền với tổng khối lƣợng là 30 kg, sau khi tìm hiểu tế cũng nhƣ tính toán khối lƣợng các bộ phận cánh, hệ động lực thì khối lƣợng thân thuyền còn lại là 11,5 kg. Với đƣờng hình thiết kế và kết cấu chọn ở phần 2.6.1 thì thể tích cần bơm foam là 0,25 m3, khối lƣợng riêng foam là 20 kg/m3
nên khối lƣợng foam phải bơm là 5 kg. Phần khối lƣợng vỏ composite phải thiết kế sao cho đảm bảo khối lƣợng không quá 6,5 kg.
Sơ bộ chọn vỏ thuyền gồm lớp Gelcoat dày 0,20 mm và các lớp composite cốt CSM (Chopep Strand Mat) 300 và WR 300 xen kẻ, khi đó chiều dày t của một lớp composite là: t = f n f f f d 1 W W 1 d 1 (2.13) trong đó : f - trọng lƣợng trên một cm2 sợi (g/cm2
)
Wf - hàm lƣợng sợi của vật liệu (% trọng lƣợng).
df - trọng lƣợng riêng của sợi, với sợi thủy tinh df = 2,55 (g/cm3) dn - trọng lƣợng riêng của nhựa, với nhựa polyeste dn = 1,38 (g/cm3)
Trong trƣờng hợp gia công bằng tay, tính đƣợc chiều dày của các lớp nhƣ sau : - Lớp CSM 300: Wf = 45%, f = 0,03 g/cm2 tCSM 300 = 0,03 1 1 0, 45 1 2,55 0, 45 1,38 = 0,038 (cm) = 0,38 (mm) - Lớp WR 300: Wf = 50%, f = 0,03 g/cm2 tWR 300 = 0,03 1 1 0,50 1 2,55 0,50 1,38 = 0,034 (cm) = 0,34 (mm) Khối lƣợng vỏ thuyền mtt tính theo công thức:
mvt = mG + mCSM300 + mWR300
mvt = S(tG.dG + nCSM300.tCSM300.dCSM300 + nWR300.t WR300.dWR300) trong đó : S - diện tích vỏ thân thuyền, S = 3,20 m2
(tính từ AutoShip) t - chiều dày các lớp cấu thành vỏ thuyền.
- Chiều dày lớp Gelcoat : tG = 0,20 (mm) - Chiều dày một lớp CSM 300: tCSM300 = 0,38 (mm) - Chiều dày một lớp WR 300 : tWR300 = 0,34 (mm) n - số lớp composite.
d - trọng lƣợng riêng của các lớp cấu thành vỏ thuyền. - Trọng lƣợng riêng lớp Gelcoat: dG = 1,13 (g/cm3)
- Trọng lƣợng riêng lớp CSM 300: dCSM300 = 2,55*0,45+1,38*0,55 = 1,91 (g/cm3) - Trọng lƣợng riêng lớp WR 300: dWR300 = 2,55*0,50+1,38*0,50 = 1,97 (g/cm3) Do cần phải đảm bảo khối lƣợng của vỏ thuyền thực tế sau chế tạo là 6,50 kg, nên thay vào công thức trên ta có :
6,50.103 = 3,20.104(0,02.1,13 + nCSM300 .0,038.1,91 + nWR800.0,034.1,97) 0,073nCSM300 + 0,067nWR300 = 0,181
Do khi chế tạo phần thân của thuyền cánh ngầm bằng vật liệu composite thì cần phải sử dụng xen kẽ các lớp vật liệu cốt là CSM và WR. Với phƣơng án các lớp composite cốt CSM 300 và WR 300 thì để đảm bảo khối lƣợng của thân thuyền theo thiết kế ban đầu là không vƣợt 6,5 kg thì từ phƣơng trình trên có thể tính chọn số lớp CSM và WR nhƣ sau:
nCSM300 = 1 nWR300 = 1
Từ đó tính đƣợc chiều dày lớp vỏ composite vt của thân thuyền sẽ là : vt = tG + tCSM 300 nCSM 300 + tWR 300 nWR 300
= 0,20 + 1.0,38 + 1.0,34 = 0,92 (mm) Và khối lƣợng vỏ thuyền khi đó là:
mvt = S(tG.dG + tCSM300.dCSM300 + t WR300.dWR300)
= 3,2.104 (0,02.1,13 + 0,038.1,91 + 0,034.1,97) = 5189,12 g = 5,19 (kg) Với phƣơng án này ta thấy khối khối lƣợng chƣa đạt 6,5 kg và vỏ còn quá mỏng ảnh hƣởng đến độ bền. Để tăng chiều dày thì khối lƣợng sẽ tăng thêm và dễ dàng nhận thấy nếu tăng thêm 1 lớp composite với cốt CSM300 thì vỏ thuyền sẽ thừa khối lƣợng, còn nếu tăng thêm một lớp với cốt CSM 300 nữa thì vƣợt khối lƣợng thiết kế ban đầu. Do đó chọn lại phƣơng án là sử dụng 2 lớp composite cốt CSM 225 hàm lƣợng 45% thay cho một lớp CSM 300. Khi đó chiều dày của một lớp composite CSM 225 sẽ là :
Lớp CSM 225 có: Wf = 45%, f = 0,0225 (g/cm2) tCSM 225 = 0,0225 1 1 0, 45 1
2,55 0, 45 1,38 = 0,029 (cm) = 0,29 (mm) Vậy chiều dày của vỏ thuyền khi sử dụng lớp WR300 xen giữa 2 lớp CSM 225 là: vt = tG + 2.tCSM225 + tWR 300
= 0,20 + 2.0,29 + 0,34 = 1,12 mm
Và trọng lƣợng riêng lớp CSM 225: dCSM225 = 2,55*0,45+1,38*0,55 = 1,91 (g/cm3) Vậy khối lƣợng vỏ thuyền khi đó là:
mvt = S(tG.dG + 2.tCSM225.dCSM225 + t WR300.dWR300)
= 3,2.104(0,02.1,13 + 2.0,029.1,91 + 0,034.1,97) = 6411,52 g = 6,41(kg) Với khối lƣợng này phù hợp với thiết kế ban đầu đƣa ra nên chọn vỏ thuyền sẽ gồm lớp Gelcoat dày 0,20 mm, 2 lớp CSM 225 và 1 lớp WR 300.
Nhƣ vậy, quá trình chế tạo vỏ thân thuyền đƣợc thực hiện theo trình tự : - Trát lớp Gelcoat có chiều dày tG = 0,20 (mm)
- Trát lớp CSM 225 có chiều dày tCSM225 = 0,29 (mm) - Trát lớp WR 300 có chiều dày tWR 300 = 0,34 (mm) - Trát lớp CSM 225 có chiều dày tCSM225 = 0,29 (mm)