Введение к работе
Актуальность темы исследования.
Известно, что при эксплуатации корпус судна испытывает статические, динамические и циклические нагрузки. Длительное действие на корпус судна постоянных и переменных напряжений вызывает постепенное накопление повреждений, образование трещин, приводящих к усталостному разрушению, особенно в сварных соединениях конструкций с наличием дефектов. Дефекты, являясь концентраторами напряжений, снижают прочностные свойства материала корпусной конструкции, но их влияние различно.
Анализ многочисленных исследований, проведенных в Российской Федерации и за рубежом показывает, что разнообразные дефекты швов совершенно по-разному влияют на прочностные и эксплуатационные свойства сварных соединений и самой корпусной конструкций в особенности при различных видах ее нагружения, причем получение сравнительно точных количественных характеристик этого влияния невозможно без учета таких факторов, как: вид и форма каждого дефекта; расположение и размеры всех дефектов; взаимодействие нескольких видов дефектов друг с другом; относительные размеры и расположение сварного соединения в образце и в конструкции; характер нагрузки, действующей на соединение; распределение напряжений в сварном соединении от этой нагрузки. Бесспорным лишь оказывается утверждение о резком снижении прочности корпусов судов, ослабленных трещиноподобными дефектами. Очевидно, что единое уравнение, учитывающее все сочетания названных факторов, получить достаточно сложно. Однако, накопление статистических данных позволит установить связь между видом, размерами и формой дефектов и эксплуатационными и механическими свойствами сварных соединений.
При постройке стальных корпусов судов неизбежно возникают сварочные дефекты. Если дефекты, их размеры и количество превышают установленные нормы, то сварочные швы ремонтируют. Дополнительные работы по ремонту дефектных сварных швов повышают сроки и трудоемкость постройки и ремонта судов.
Анализ установленных требований к размерам и форме дефектов в нашей стране и за рубежом неодинаков, причем эти требования в Правилах классификационных обществ в России выше.
Назначение высоких норм к размерам и форме дефектов сварных корпусов судов объясняется стремлением уменьшить концентрацию напряжений от их размеров и формы, а также отсутствием в технической литературе единого мнения о влиянии нетрещиноподобных дефектов сварки на свойства материала корпусной стали. Поэтому вопросы изучения влияния дефектов сварки на свойства материала корпусов судов являются актуальными.
Объект исследования – наружная обшивка стальных корпусов судов.
Предмет исследования – внутренние дефекты сварки.
Целью работы является совершенствование технологии постройки и ремонта стальных корпусов судов путем научного обоснования допустимой площади внутренних дефектов сварки.
Для достижения поставленной цели необходимо изучить влияние сварочных дефектов на свойства наружной обшивки стальных корпусов судов. Так как судно при эксплуатации испытывает сложное напряженное состояние, представляется необходимым изучить это влияние при статическом, динамическом и циклическом нагружениях. С учетом этого определены следующие задачи:
-
Провести анализ влияния дефектов сварки на свойства стальных корпусов судов;
-
Разработать методику исследования по изучению влияния дефектов сварки на свойства наружной обшивки стальных корпусов судов;
-
Выполнить экспериментальные исследования влияния сварочных дефектов на свойства стальных корпусов судов;
-
Провести оценку допустимости эксплуатации стальных корпусов судов с дефектами сварки.
Степень разработанности темы.
Вопросам изучения влияния сварочных дефектов на прочностные и другие свойства корпусных конструкций посвящены работы Горбача В.Д., Андреева С.Б., Бельчука Г.А., Головченко В.С., Коваленко В.В., Коновалова Н.Н., Мацкевича В.Д., Михайлов В.С., Шахматова М.В., Майстренко И.Ю., Radaj D., Gurney T.R. и др.
Актуальность темы исследования определяется необходимостью испытаний сварных соединений корпусных конструкций с дефектами и определением их влияния на механические свойства корпусной стали.
Разделы диссертационного исследования соответствуют основным положениям Государственной программы Российской Федераций «Развитие судостроения на 2013-2030 годы», утвержденной Правительством РФ от 24.12.2012г. № 2514-р.
Методы исследования.
Использованные в работе методы базируются на основных понятиях сопротивления материалов и материаловедения, общепринятой теории проведения и статистической обработки результатов механических испытаний. В работе использованы методики, регламентированные ГОСТ 1497-84, ГОСТ 9454-78, ГОСТ 14019-2003, ГОСТ 22536.9-88, ГОСТ 22536.7-88, ГОСТ 22536.4-88, ГОСТ 22536.5-87. Моделирование напряженного состояния V- образных образцов для циклических испытаний произведено с использованием программных продуктов «FEMAP» и «NASTRAN». Ста-
тистическая обработка результатов испытаний выполнена с использованием программного продукта «Excel 2007».
Эксперименты и испытания проводились в лабораториях Астраханского государственного технического университета, в лаборатории по изучению износов и испытаниям материалов Каспийского института морского и речного транспорта – филиала ФГБОУ ВО «Волжский государственный университет водного транспорта» и в центральной заводской лаборатории ООО «Астраханское судостроительное производственное объединение».
Научная новизна.
Научная новизна работы заключается в установлении закономерностей влияния дефектов сварки на свойства наружной обшивки стальных корпусов судов, изготовленных из стали категории РСD 40; в количественной оценке влияния площади дефектов на временное сопротивление разрыву, предел текучести, относительное удлинение, ударную вязкость и долговечность материала стальных корпусных конструкций.
Достоверность результатов исследования вытекает из обоснования необходимого количества образцов, которое для каждого вида испытаний составила более 20 (уровень доверительной вероятности – 0,95) и статистической обработкой результатов этих испытаний; проведения испытаний в лабораториях, признанных Российским морским регистром судоходства, на поверенном оборудовании, что подтверждено соответствующими сертификатами.
Практическая значимость.
Решенные в работе задачи позволят совершенствовать процессы постройки и ремонта судов за счет пересмотра требований к допустимым нормам дефектов сварных швов стальных корпусов судов, а также назначать допускаемые без исправления размеры и форму дефектов сварки при изготовлении секций, блоков и судна в целом.
Результаты работы приняты к сведению ООО «Каспийская Энергия Проекты» (исх. № 18/99 – ОГС от 29.02.2016 г.), расположенного на производственной площадке ООО «Астраханское судостроительное производственное объединение», а также Астраханским филиалом ФАУ «Российский морской регистр судоходства».
Данные исследований используются в учебном процессе АГТУ при подготовке бакалавров и магистров по направлению «Кораблестроение, океанотехника и системотехника объектов морской инфраструктуры».
Личный вклад автора.
В диссертации изложены результаты исследований, полученные автором самостоятельно, а также совместно с научным руководителем, доцентом Рубаном А. Р. При этом автору принадлежат: постановка научно-исследовательских задач и их решение, научные положения, основные выводы и рекомендации.
Апробация работы.
Основные результаты научно-исследовательской работы докладывались и обсуждались на международных научных конференциях профес-сорско-преподавательского состава Астраханского государственного технического университета (2013…2015г.г.); на IX международной конференции «European Applied Sciences: modern approaches in scientific researches» (Штутгарт, Германия, 2014г.); на III Международной научно-практической конференции-конкурсе по всем наукам «Интеграционные процессы современной научной мысли» (Казань, 2015г.); на XXXVIII-XXXIX Международной научно-практической конференции «Научная дискуссия: Вопросы технических наук» (Москва, 2015г.).
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 4 в рецензируемых журналах и 1 патент Российской Федерации на полезную модель.
В работах, опубликованных в соавторстве, соискателю принадлежат: [5] – 40%; [6], [7] – 60%; [1], [2], [3], [10], [11] – 75%; [4], [8] – 100%.
Структура и объем диссертационной работы
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, списка использованных источников из 106 наименований и трех приложений. Работа изложена на 128 страницах, содержит 15 таблиц и 52 рисунка.
Содержание диссертации соответствует пункту 1.15 паспорта научной специальности 05.08.04.