Разработка теоретических основ и методологии комплексного нормирования мореходности с учетом прочности морских судов (15.03.2010)

Автор: Кутейников Михаил Анатольевич

= 0,2g;

основной вклад в вертикальные ускорения на носовом перпендикуляре при движении судна вразрез волне вносит килевая качка (до 80%), а вклад вертикальной качки горазда меньше (до 20%);

на вертикальные ускорения при продольной качке судна существенно влияет скорость хода.

Имея в виду совершенствование нормативов по линейным ускорениям при качке судов, необходимо отметить, что могут быть предельными (из соображений обитаемости и т.д.) не только вертикальные ускорения на борту судна, но и горизонтальные на борту или в какой либо другой точке (капитанский мостик, жилые палубы и т.д.) при поперечной качке.

В четвертой главе выполнена разработка методики формирование эксплуатационных ограничений по условиям общей и местной прочности морских судов. Ведены частные показателями прочности корпуса на волнении, основанные на выполнении отдельных условий: общей продольной прочности корпуса судна на волнении; местной прочности корпуса при воздействии волн (слеминг); прочности фундаментов главных и вспомогательных механизмов. Производится выбор диапазона внешних факторов, которые включаются в состав регламентирующих. Рассматриваются методы силового анализа взаимодействия судна с волнением.

Показатели общей прочности корпуса судна

Движение судна при курсовых углах значительно отличающихся от 0( и 180( вызывает не только изгиб корпуса в вертикальной плоскости но и его кручение. Традиционно отечественные и зарубежные исследователи предпочитают анализировать напряженно-деформированное состояние корпуса в целом под действием волновых нагрузок с помощью одномерной модели – балки, которая подвергается изгибному деформированию в вертикальной и горизонтальной плоскостях, а так же деформациям скручивания. Такое положение можно объяснить широким применением балочных моделей в технике.

Публикации зарубежных классификационных обществ позволяет сделать вывод о последовательном отказе от балочной модели при анализе общей продольной прочности. Учет комплексности поведения корпуса судна на волнении возможно с помощью исследований в следующих направлениях:

Совместное решение задач анализа напряженно-деформированного состояния корпуса с помощью трехмерных моделей судового корпуса и задачи динамического поведения судна на волнении (задача динамики судна). Результат решения задачи динамики корабля целесообразно представлять в виде зависимости давлений по смоченной поверхности от времени и аналогичной зависимости шести компонент вектора ускорений от времени;

Применение для анализа напряженно – деформированного состояния трехмерных конечно – элементных моделей.

Конечным количественным результатом оценки общей продольной прочности на волнении заданной интенсивности является полярная диаграмма безопасных режимов движения в координатах ( - курсовой угол относительно направления бега волн, v - скорость движения судна. Режим движения считается допустимым, если выполняется условие прочности (max ? (доп .

Используемый критерий представляет собой статический критерий прочности по эквивалентным напряжениям Губера-Мизеса, получаемым при использовании трехмерной модели конечно-элементной корпуса с нагрузками, полученными в рамках работ, приведенных в главе 2 (гидродинамические волновые давления на корпус с учетом нелинейности).

Оценка достоверности применяемого подхода проводилась по результатам испытаний в ноябре 2004 года судна смешанного плавания СТК 1031. Судно СТК-1031 предоставленное для испытаний судовладельцем АО «ВОЛГА-НЕВА» является одним из серийно строившихся судов смешанного плавания.

Показатели местной прочности конструкций

Показатели местной прочности конструкций корпуса при слеминге

Повреждаемость конструкций при слеминге довольно высока. По оценкам Н.В. Барабанова, доли повреждений конструкций носовой оконечности по признаку причины их вызывающей, могут распределиться следующим образом:

слеминг – 40% от всего объема повреждений;

ледовое воздействие - 5% от всего объема повреждений;

совместное воздействие слеминга, ледяного покрова, посадки на грунт (т.е. причины не установлены) - 55% от всего объема повреждений.

По предложению представителей дальневосточной судостроительной школы можно использовать следующий показатель склонности судна к слемингу

, (24)

- число Фруда, v - скорость судна;

L - длина судна между перпендикулярами, g - ускорение свободного падения;

- продольный радиус инерции масс судна, I0 - собственный момент инерции масс судна относительно поперечной оси, M - масса судна;

Tн - осадка носом.

В рамках работы выполнены натурные измерения реакции корпусной конструкции носовой оконечности были проведены на пароме «Георг ОТС» в ноябре 2005 г на линии Санкт-Петербург – Калининград - Санкт-Петербург. Сопоставление результатов измерений с теоретическими расчетными моделями давления при слеминге проводилось по следующей схеме:

интегрирование показаний датчиков ускорения позволяло вычислять скорости соударения, включая вектор скорости, нормальный к наружной обшивке в районе установки тензодатчиков;

тарировочные коэффициенты тензодатчиков позволяли восстанавливать суммарную нагрузку на шпангоут;

по значениям суммарной нагрузки и геометрии носовой части судна вычислялось среднее давление при слеминге;

определялась по критерию невязки с результатами измерений наилучшая модель прогнозирования гидродинамических давлений.

Общая структура большинства моделей расчета давлений при слеминге следующая:

, (25)

где ( - плотность воды;

V – нормальная скорость соударения поверхности корпуса с волновой поверхностью и находящаяся в диапазоне 3 – 12 м/сек для водоизмещающих судов;

k – коэффициент, зависящий, в общем случае, от параметров формы корпуса, и размерений судна.

По результатам измерений наилучшее приближение дал коэффициент

относительное положение района по ширине судна;

( - угол наклона шпангоута;

k(() – функция, получаемая экспериментальным путем.

Полученная модель давлений при слеминге позволила построить круговую диаграмму безопасных скоростей при слеминге в зависимости от скорости движения судна и курсового угла относительно волнения по критерию местной прочности бортовых конструкций при условии (max,s?(доп ((max,s - максимальные напряжения от слеминга, (доп -допускаемые напряжения).


загрузка...