Введение к работе
Актуальность проблей ы.
В процессе эксплуатации судов возникают дефекты, которые могут иметь опасные последствия и создавать потенциальную угрозу разрушения. Для предотвращения этого разработана и действует целая система, которая включает: проведение периодических осмотров корпусов, обмеры дефектов и оценку их опасности путем сопоставления с допускаемыми размерами, ремонт конструкций.
Основными причинами ремонта являются износ и остаточные деформации корпусов судов. Затраты на ремонт корпуса вследствие коррозии и деформаций составляют 20-30% от всей стоимости ремонта.
В последние 10-20 лет нормативные документы по оценке технического состояния (ОТС) корпуса постоянно совершенствуются. Техническое состояние (ТС) конструкций в настоящее время оценивается более дифференцированно, учитываются многие индивидуальные осооенности судна и конструкции. Это позволяет установить объем ремонтных работ и, в основном, обеспечить надежность судна на период эксплуатации мевду освидетельствованиями.
Однако в части разработки автоматизированных (компьютерных) систем ОТС корпусов судов наблюдав тс"я~значительное отставание. Этому способствует низкая приспособленность нормативных документов к алгоритмизации. Компьютерные программы с допусками Регистра для решения рассматриваемой проблемы буквально единичны и недостаточно приспособлены к производственным условиям.
Основным методом ремонта остается металлоемкая замена конструкций с восстановлением до построечных размеров. Альтернативные методы ремонта практически не используются из-за отсутствия методик проектирования подкреплений. Недостаточно используются и возможности отсрочек ремонта. Немаловажным остается и то, что анализ надежности изношенно-деформированных конструкций требует расчетов в упругопластической области, которые пока не имеют достаточного методологического и программного обеспечения.
Решению основных вопросов указанной проблемы на основе широкого использования новых возможностей компьютерной техники и посвящена данная работа.
Целью работы является разработка алгоритмов и программ для автоматизированной ОТС и методик проектирования подкреплений изношенно-деформированных конструкций корпуса на базе персональных компьютеров.
Основные задачи.
-
Анализ сложившейся практики ОТО конструкций, методов ремонта и существующих методик их расчета за пределом упругости.
-
Разработка алгоритмов принятия решений по ремонту и обоснование необходимого уровня повышения прочности при подкреплении судовых конструкций.
-
Получение зависимостей для оценки остаточных ресурсов листов при гофрировке, линейном и канавочном износе.
-
Разработка методик проектирования подкреплений изношенно-деформированных листов обшивки и балок набора в районе вмятин.
-
Проведение экспериментальных исследований на пластинах с дефектами для оценки запасов деформационной способности с учетом влияния неравномерности износа на прогибы при разрыве.
-
Испытания моделей перекрытий на равномерное давление для проверки теоретических решений.
-
Исследование влияния на прочность перекрытий в районе вмятин различных способов подкреплений.
-
Разработка алгоритмов и программ ОТО судовых конструкций и проектирования подкреплений.
-
Разработка компьютерной программы для исследования работоспособности изношенно-деформированных пластин и ее тестирование.
Методы исследования. В работе используются аналитические, численные и экспериментальные методы строительной механики корабля, теория предельного равновесия, методы математической статистики и моделирования.
Научная новизна.
Разработаны методики определения размеров подкреплений изношенно-деформированных листов и балок набора в районе вмятин.
Предложены методики выбора подкреплений при проектировании поврежденных судовых конструкций: в эксплуатации.
Получены формулы для оценки остаточных ресурсов при гофрировке, линейном и канавочном износе листов.
Получен патент JM 615032 на изобретение "Узел подкрепления деформированного участка судового перекрытия".
Исследовано влияние на прочность перекрытий в районе вмятин способов подкреплений струнами-оттяжками и стрингерами.
Экспериментально показаны значительное влияние канавочной коррозии на прогибы при разрыве пластин и безопасность предложенной границы для области подкреплений.
Практическая ценность. Программно-методическое обеспечение ОТО и решения вопросов ремонта изношенно-деформированных пластин обшивки в виде методики и программы "SHELL" согласовано с Регистром (письмо Ж310-7.2.2-7118).
Методика расчета судовых конструкций за пределом упругости согласована с Регистром (письмо J010-7.2.2-13365p). Разработанная на ее основе программа "FRAME" для ОТО и решения вопросов ремонта конструкций с вмятинами одобрена Регистром (допуск Д2-3-94).
Программа "PLATE" для расчета упругопластического поведения и разрушения пластин с учетом эксплуатационных дефектов одобрена Регистром (допуск JS2-1-94).
Программы "SHELL" и "FRAME" переданы для использования шести судоходным компаниям и двум судоремонтным заводам.
Результаты исследований были внедрены на 16 судах и дали экономию прямых затрат около 300 тыс. долларов США.
Программы используются в учебном процессе ДВГТУ по дисциплинам "Техническая эксплуатация флота" и "Основы судоремонта", в курсовом и дипломном проектировании.
Апробация работы. Основные положения и результаты проведенных исследований отражены в 13 публикациях, доложены и обсуждены на научно-технических конференциях в 1988-1994 гг. : XXX-XXXIV НТК ДВГТУ (г. Владивосток) в 1988-1994 гг.; НТК "Совершенствование технической эксплуатации корпусов судов" (г. Калининград) в октябре 1989 г.; НТК "Проблемы продления навигации на внутренних водных путях" (г. Нижний Новгород) в мае 1989 г.; XI Дальневосточная НТК "Повреждения и эксплуатационная надежность судовых конструкций" (г. Владивосток) в сентябре 1990 г.; XI Дальневосточная НТК "Опыт проектирования и модернизации судов для Дальневосточного бассейна" (г. Владивосток) в сентябре 1992 г.
Результаты исследований использованы при выполнении МНТП "Океанотехника" и "Дальний Восток России".
Структура и объеы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и трех приложений. Объем диссертации 120 страниц машинописного текста, 57 иллюстраций, 9 таблиц, библиография из 119 наименований.