Transcript
Page 1: ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПОДКРЕПЛЕНИЙ КОРПУСОВ СУДОВ НА ОСНОВЕ ПРИВЕДЕННОГО ЗНАЧЕНИЯ ОБЩИХ ПРОДОЛЬНЫХ

Ñóäîñòðîåíèå, ñóäîðåìîíò è ýêñïëóàòàöèÿ ôëîòà

7

ÑÓÄÎÑÒÐÎÅÍÈÅ, ÑÓÄÎÐÅÌÎÍÒ È ÝÊÑÏËÓÀÒÀÖÈß ÔËÎÒÀ

УДК 629.12.011.82.+629.12.011.004.67

П. А. Бимбереков

ÎÏÐÅÄÅËÅÍÈÅ ÏÀÐÀÌÅÒÐΠÏÎÄÊÐÅÏËÅÍÈÉ ÊÎÐÏÓÑΠÑÓÄΠÍÀ ÎÑÍÎÂÅ ÏÐÈÂÅÄÅÍÍÎÃÎ ÇÍÀ×ÅÍÈß

ÎÁÙÈÕ ÏÐÎÄÎËÜÍÛÕ ÎÑÒÀÒÎ×ÍÛÕ ÄÅÔÎÐÌÀÖÈÉ

P. A. Bimberekov

PARAMETERS DETERMINATION OF HULLS STRENGTHENING ON THE BASE OF THE ADJUSTED VALUE

OF COMMON RESIDUAL LONGITUDINAL STRAINS

Рассматривается проблема подкрепления корпусов судов, имеющих как местные, так и общие остаточные деформации, а также износы корпусных конструкций. Определяется действительное зна-чение общих продольных остаточных деформаций с учетом значения упругих температурных дефор-маций и упругих деформаций от наличия общих остаточных деформаций. Определение параметров подкреплений сводится к схеме нивелирования влияния приведенных общих остаточных деформаций (которые, в частности, могут реально отсутствовать).

Ключевые слова: общие продольные остаточные деформации, прочность корпусов судов, подкрепление корпусов судов.

The problem of strengthening of ships hulls having both local and common residual strains and wears of hull constructions is considered in the paper. The real value of common residual longitudinal strains is de-termined taking into account the value of elastic temperature deformations and elastic deformations, caused by common residual deformations. The determination of strengthening parameters came to the grading scheme of the influence of mentioned common residual deformations (which really could miss).

Key words: total residual longitudinal deformation, hulls strength, hulls strengthening.

В [1–3] нами описан вариант уточненного определения и нормирования значений общих

остаточных деформаций, учитывающий как собственно наличие таких деформаций, так и деформаций от температурных градиентов (например, разницы значений температуры между палубой и днищем корпуса судна).

Задача подкрепления корпусов разбивается на следующие этапы: − определение характеристик общей прочности корпусов: моментов инерции и сопро-

тивления поперечного сечения, остаточных стрелок общей продольной деформации в выбран-ных сечениях корпуса судна, а также местных остаточных деформаций и износов связей;

− определение предельно допустимого значения общей продольной деформации корпуса как в настоящем моменте хода эксплуатации, так и в прогнозируемых времени и условиях эксплуата-ции, с определенными и (или) прогнозируемыми характеристиками общей продольной прочности;

− определение параметров подкреплений на основе разницы между допускаемым для данно-го корпуса значением общих продольных остаточных деформаций и действительным их значением.

Определение характеристик общей прочности корпуса на определенный срок службы производится на основе его фактической дефектации и (или) на основе статистических данных по ряду судов с планированием на перспективу. Возможно определение характеристик общей прочности корпуса на основе измерения его гибкой линии при известных вариантах загрузки. Так, текущее значение момента сопротивления сечения корпуса судна, W , в его выбранных се-чениях может определяться известным образом из эксперимента по его гибкой линии и относи-тельным деформациям палубы и днища при типовых загрузках корпуса. Иначе значение W рассчитывается по значениям остаточных толщин связей, определяемых, в свою очередь, или по результатам дефектации корпуса, или расчетом по статистическим значениям скорости изнаши-

Page 2: ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПОДКРЕПЛЕНИЙ КОРПУСОВ СУДОВ НА ОСНОВЕ ПРИВЕДЕННОГО ЗНАЧЕНИЯ ОБЩИХ ПРОДОЛЬНЫХ

ISSN 2073-1574. Âåñòíèê ÀÃÒÓ. Ñåð.: Ìîðñêàÿ òåõíèêà è òåõíîëîãèÿ. 2011. № 2

8

вания связей корпуса. Величина остаточной стрелки общей продольной деформации определя-ется экспериментально-расчетным путем [1, 2], измерением гибкой линии корпуса и удалением из ее значений упругой составляющей. По значению W и нормируемому значению допускае-мых напряжений от общего изгиба Оσ определяется значение предельно допускаемого изги-

бающего момента от общего изгиба по выражению О О[ ] σM W= . Определение величины предельно допустимого изгибающего момента от наличия общих

остаточных деформаций ост[ ]Mυ , действующего на корпус, возможно, в частности, и реально

отсутствующего, при знании величины О[ ]M и значения суммарного изгибающего момента

от различных нагрузок M∑ без учета в нем значения нагрузки от наличия общих остаточных

деформаций, производится по очевидной зависимости

ост О[ ] [ ]M M M= −∑υ , (1)

где О[ ]M – значение предельно допускаемого момента для данного корпуса от общего изгиба;

M∑ – суммарный момент от прочих действующих нагрузок, например Т.В В ТM M М M= − −∑

или П-РM M=∑ ; Т.ВM – значение изгибающего момента на тихой воде, определяемого, в част-

ности, и с учетом процесса загрузки судна; ВМ – значение ожидаемого волнового изгибающего момента, определяемого, например, по данным характеристик волнения факсимильных карт в зоне эксплуатации судна; ТM – значение изгибающего момента от разного восприятия и зна-чений температур связями корпуса, в частности от разницы значений температуры палубы и днища; П-РM – изгибающий момент во время погрузочно-разгрузочных работ.

Как известно, для судов полагают, что значение изгибающего момента от общей остаточ-ной деформации равно по значению и противоположно по знаку значению изгибающего момен-та от постановки на волну высотой, равной высоте стрелки прогиба остаточной деформации на миделе корпуса судна. Это дает возможность на основании известных выражений изгибаю-щего момента при статической постановке на волну определить значение допускаемой стрелки общей продольной деформации ост[ ]υ . В частности, при прямой постановке на волну на миделе

судна, получаем для ост[ ]υ выражение

( )2ост ост 1[ ] [ ] γM k BL= υυ , (2)

где 1k – коэффициент, зависящий от геометрии корпуса судна; B и L – ширина и длина корпу-са судна соответственно; γ – удельный вес воды.

Определение параметров подкреплений производится при невхождении у корпуса вели-чины общей остаточной деформации в предельно допускаемое значение. По величине несоот-

ветствия фактического значения остаточной продольной деформации фостυ и предельно допус-

каемого значения ост[ ]υ (с учетом их знака) определяются потребные характеристики модерни-зации корпуса. Так определяются величина и место потребного введения площадей, возможно, в частности, и их удаления, преимущественно, использующих расположение дополнительных площадей в места эквивалентного бруса с малым редуцированием, в частности, с отсутствием редуцирования. Потребное изменение значения изгибающего момента от остаточной продоль-ной деформации остM∆ υ по сравнению с его допускаемым значением ост[ ]Mυ . Для случая корпуса судна имеем

( )ф 2ост ост ост 1[ ] γM BL k∆ = − =υ υ υ . (3)

Компенсировать имеющееся фактическое несоответствие изгибающих моментов возможно за счет приращения момента допускаемого ( О[ ]M∆ ), ост О[ ]M M∆ ≤ ∆υ , при этом зависимость для

остM∆ υ можно применять и в случае, если будет формально получено ост[ ] 0<υ , и в случае, если фост 0=υ (т. е. когда остM∆ υ будет от мнимой общей деформации, к которой сводятся недостатки корпуса судна вследствие наличия деформаций, износов, несоответствия района плавания и т. д.).

Page 3: ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПОДКРЕПЛЕНИЙ КОРПУСОВ СУДОВ НА ОСНОВЕ ПРИВЕДЕННОГО ЗНАЧЕНИЯ ОБЩИХ ПРОДОЛЬНЫХ

Ñóäîñòðîåíèå, ñóäîðåìîíò è ýêñïëóàòàöèÿ ôëîòà

9

Для получения требуемых характеристик сечения корпуса судна нужно ввести суммарную площадь подкрепляющих элементов П.Эf∑ , например полос Н.Пf∑ , в площадь пояска эквива-

лентного бруса, учитывая при этом редукционный коэффициент вводимых элементов П.Эφ и их

положение П.Эh относительно исходной оси (как правило, связываемой с основной плоскостью).

На базе значения момента сопротивления исходного корпуса П(Д)W имеем следующую

величину значения момента сопротивления сечения корпуса РП(Д)W с учетом ремонта:

( )

( ) ( )

И+Д И+Д П.ЭП(Д) П(Д)М П.Э П.Э П.Э

П.Э П.Э П.ЭРП(Д)

П(Д)М

П.ЭП.Э П.Э П.Э

П(Д) П.ЭП(Д) П(Д)М

П(Д)М П(Д)М

1

1,

1 1

hH HF F f H

H H HW

K

hH f

K HW W

K K

+ ∆ + ϕ

= =−

ϕ−= + ∆ +

− −

где И+ДП(Д)F – площадь пояска эквивалентного бруса (ЭБ) корпуса судна до модернизации (с уче-

том возможных износов и деформаций); H и П.ЭH – высота ЭБ корпуса судна до и после мо-

дернизации подкреплением; И+ДП(Д)МF∆ – приращение площади пояска ЭБ корпуса судна вследст-

вие изменения использования уже имеющихся площадей конструкции, вызванное модернизаци-ей; П(Д)K и П(Д)МK – коэффициент долевого влияния площадей поперечного сечения всех свя-

зей корпуса, кроме перекрытий палубы (днища) у ЭБ корпуса до и после модернизации, при этом значения П(Д)K , П(Д)МK определяются по статистическим данным для аналогичных типов

проектов, как исходных, так и по способу модернизации, или непосредственным расчетом по результатам дефектации модернизируемого корпуса. В частности, возможно в первом при-ближении принимать П(Д) П(Д)МK K≈ ; П.Эh – положение центра тяжести подкрепляющего эле-

мента (группы элементов) от исходной оси (как правило, основная плоскость судна);

( )И+ДП(Д)М П(Д)М П(Д)1W F H K∆ = ∆ − – приращение момента сопротивления ЭБ модернизированного

корпуса только вследствие изменения использования уже имеющихся площадей конструкции, вызванное модернизацией.

Приращение момента сопротивления сечения ЭБ корпуса судна вследствие модерниза-

ции, РП(Д)W∆ , получим очевидным образом:

( )

П.ЭП.Э П.Э П.Э

П(Д) П(Д)Р Р П.ЭП(Д) П(Д) П(Д) П(Д) П(Д)М

П(Д)М П(Д)М П(Д)М

1 11 .

1 1 1

hH f

K K HW W W W W

K K K

ϕ − −

∆ = − = − + ∆ + − − −

∑ (5)

Имея очевидное условие РП(Д) О ОМ[ ] σ ,W M∆ ≥ ∆ получим, выражая составляющую

потребного введения подкрепляющих элементов

( ) ( )( ) ( )

РП(Д) П(Д)М П(Д)П.Э

П.Э П.Э П(Д)М П(Д)П.Э П.Э П.Э

И+ДП(Д)МП(Д)М П(Д) П(Д)МО

П(Д) П(Д)М П(Д)П.Э ОМ П.Э П.Э П.Э

1

1[ ](1 ) ,

W K Whf K K

H H H

K F HW WMK K K

H H H H

∆ −ϕ ≥ − − −

− ∆∆ ∆− − = − − −

σ

где О[ ]M∆ – потребная величина изменения предельно допускаемого момента от общего изги-ба, которая определяется в зависимости от фактического и (или) прогнозируемого значений

(4)

(6)

Page 4: ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПОДКРЕПЛЕНИЙ КОРПУСОВ СУДОВ НА ОСНОВЕ ПРИВЕДЕННОГО ЗНАЧЕНИЯ ОБЩИХ ПРОДОЛЬНЫХ

ISSN 2073-1574. Âåñòíèê ÀÃÒÓ. Ñåð.: Ìîðñêàÿ òåõíèêà è òåõíîëîãèÿ. 2011. № 2

10

прочностных характеристик корпуса, условий эксплуатации, в частности гидрометеорологиче-ских условий, значений температуры у связей корпуса; ОМσ – нормируемое значение допус-каемых напряжений от общего изгиба корпуса судна после модернизации.

В случае модернизации корпуса судна с плоскими палубой и днищем, и только подкреп-лением накладными полосами на присоединенные пояски продольного набора поясков ЭБ кор-пуса судна, выражение упростится:

( )ф 2ост остП(Д) П(Д)Н.П О

Н.ПО О 1

[ ]1 1[ ] K Kh M BLf

H H H k

υ − υ− −∆ γ ≥ ≥ σ σ ∑ . (7)

При наличии потребного значения ( )Н.П Н.Пf h H∑ , при наиболее выгодном вложении

площадей – в продольные связи поясков ЭБ, например в присоединенные пояски, полки, и зна-нии числа продольных связей остается подобрать размер сечения накладных полос. Для этого выбирается один из размеров сечения – размер ширины или толщины, а затем рассчитывается второй размер накладных полос.

Для величины И+ДП(Д)МF∆ имеем равенство

И+Д И+Д И+ДП(Д)М П(Д)М П(Д)F F F∆ = − , (8)

где И+ДП(Д)F и И+Д

П(Д)МF – площадь пояска ЭБ корпуса судна до и после модернизации (с учетом

возможных износов и деформаций). Применительно к корпусам судов с плоскими или близкими к плоским палубой и днищем,

без местных деформаций и постоянной на конкретных участках толщиной обшивки, обозначая

в этом случае И+ДП(Д)F и И+Д

П(Д)МF соответственно через П(Д)F и П(Д)МF , имеем зависимости

СРП(Д) Н СР 1

1 СР

1 ( )(1 )m

i ii i i

i

n tF k Bt c c

Bt=

= − − − ϕ

∑ , (9)

М СРП(Д)М НМ СР М 1М М

1 СР

1 ( )(1 )m

i ii i i

i

n tF k Bt c c

Bt=

= − − − ϕ

∑ , (10)

где Нk – коэффициент площади набора корпуса судна у соответствующего пояска ЭБ корпуса

судна; НМk – коэффициент площади набора соответствующего пояска ЭБ у модернизированно-го корпуса судна (может быть близок коэффициенту набора до модернизации, и в первом при-ближении можно принять НМ Нk k≈ ); B – ширина корпуса судна у соответствующего пояска

ЭБ корпуса судна; in и Мin – число шпаций на i-м участке поперечного сечения пояска ЭБ

корпуса судна до и после модернизации; ic и Мic – шпация на i-м участке поперечного сечения пояска ЭБ корпуса судна до и после модернизации (при сохранении после модернизации попе-речной системы набора – М Мi ic b= , при продольной системе набора М Мi ic a= ) ( Мib , Мia – дли-

на и ширина пластины у судна после модернизации); 1ic и 1Мic – ширина присоединенного поя-ска обшивки на i-м участке поперечного сечения пояска ЭБ корпуса судна до и после модерни-зации;

СРt и СРit – средняя толщина обшивки всего пояска и на на i-м участке поперечного се-

чения пояска ЭБ корпуса судна; m – число участков по поперечному сечению пояска ЭБ корпу-са судна; 1iϕ ≤ и М 1iϕ ≤ – редукционный коэффициент гибких связей на i-м участке попереч-

ного сечения пояска ЭБ корпуса судна до и после модернизации, при этом значения Нk , НМk определяются по статистическим данным для аналогичных типов проектов, как исходных, так и по способу модернизации, или непосредственным расчетом по результатам дефектации модернизируемого корпуса; возможно в первом приближении принимать Н НМk k≈ .

Page 5: ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПОДКРЕПЛЕНИЙ КОРПУСОВ СУДОВ НА ОСНОВЕ ПРИВЕДЕННОГО ЗНАЧЕНИЯ ОБЩИХ ПРОДОЛЬНЫХ

Ñóäîñòðîåíèå, ñóäîðåìîíò è ýêñïëóàòàöèÿ ôëîòà

11

Очевидно, получим для П(Д)МF∆ при отсутствии вмятин

СР М СРНП(Д)М НМ СР 1 М 1М М

1 СР НМ СР

( )(1 ) ( )(1 )m

i i i ii i i i i i

i

n t n tkF k Bt c c c c

Bt k Bt=

∆ = − − ϕ − − − ϕ

∑ . (11)

Для упрощенного, но часто встречающегося на практике, варианта корпуса судна, когда поперечная шпация постоянна, имеем для ширины корпуса судна следующие зависимости:

– B na= – при продольной системе набора; – B nb= – при поперечной системе набора. Тогда для П(Д)МF∆ , при одинаковом размере шпации по ширине сечения поясков ЭБ,

получаем следующее выражение:

[ ]П(Д)М НМ СР 1 Н НМ 1М М М(1 )(1 ) ( )(1 )(1 )F k Bt c c k k c c∆ = − − ϕ − − − ϕ . (12)

Конкретизируя для разных систем набора, имеем: – для продольной системы набора:

[ ]П(Д)М НМ СР 1 Н НМ 1М М М(1 )(1 ) ( )(1 )(1 )F k Bt c a k k c a∆ = − − ϕ − − − ϕ , (13)

– для поперечной системы набора:

[ ]П(Д)М НМ СР 1 Н НМ 1М М М(1 )(1 ) ( )(1 )(1 )F k Bt c b k k c b∆ = − − ϕ − − − ϕ . (14)

Для наиболее часто встречающегося частного случая при продольной системе набора получим для П(Д)МF∆ :

22

СР СРНП(Д)М НМ СР

T НМ T М

100 10078,5 78,50,5 1 1

t tkF k Bt

a k a

∆ = − − − σ σ

. (15)

Для Нk ( НМk аналогично) дадим следующую формулу:

Н ХН РН1k k k= + + ,

где ХНk – коэффициент влияния продольного холостого набора; РНk – коэффициент влияния продольного рамного набора.

Для поперечной системы набора при ширине присоединенного пояска 1c в половину

шпации получим для П(Д)МF∆ следующую зависимость:

[ ]П(Д)М НМ СР Н НМ М М М(1 0,5 )(1 ) ( )(1 0,5 )(1 )F k Bt a b k k a b∆ = − − ϕ − − − ϕ . (16)

Для момента инерции ЭБ корпуса модернизированного судна МI имеем очевидные зави-симости:

РМ П М НО.М( )I W H z= − , Р

М Д НО.МI W z= ,

где РПW и Р

ДW – моменты сопротивления палубы и днища соответственно; МH – высота ЭБ

модернизированного судна; НО.Мz – расстояние от основной плоскости до нейтральной оси ЭБ модернизированного судна.

Мы надеемся, что данный подход найдет понимание у специалистов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бимбереков П. А. Исследование повреждаемости, методики освидетельствования и дефектации корпусных конструкций судов внутреннего и смешанного плавания. – Новосибирск: НГАВТ, 2007. – 420 с.

Page 6: ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПОДКРЕПЛЕНИЙ КОРПУСОВ СУДОВ НА ОСНОВЕ ПРИВЕДЕННОГО ЗНАЧЕНИЯ ОБЩИХ ПРОДОЛЬНЫХ

ISSN 2073-1574. Âåñòíèê ÀÃÒÓ. Ñåð.: Ìîðñêàÿ òåõíèêà è òåõíîëîãèÿ. 2011. № 2

12

2. Способ определения общих остаточных деформаций корпусов транспортных и/или стояночных средств: пат. РФ на изобретение № 2298162 / П. А. Бимбереков. – 2007. – Бюл. № 12.

3. Способ контроля общих остаточных деформаций корпусов транспортных и/или стояночных средств: Пат. РФ на изобретение № 2293957 / Бимбереков П. А. – 2007. – Бюл. № 5.

Статья поступила в редакцию 9.03.2011

ÈÍÔÎÐÌÀÖÈß ÎÁ ÀÂÒÎÐÅ

Áèìáåðåêîâ Ïàâåë Àëåêñàíäðîâè÷ – Íîâîñèáèðñêàÿ ãîñóäàðñòâåííàÿ àêàäåìèÿ âîäíîãî òðàíñïîð-òà; êàíä. òåõí. íàóê, äîöåíò; äîöåíò êàôåäðû «Òåîðèÿ è óñòðîéñòâî êîðàáëÿ»; òåë.: 8 (383) 221-47-51, 222-75-41.

Bimberekov Pavel Aleksandrovich – Novosibirsk State Academy of Water Transport; Candidate of Technical Science, Assistant Professor; Assistant Professor of the Department "Theory and Arrangement of a Ship"; tel. 8 (383) 221-47-51, 222-75-41.


Recommended