Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время флот российских транспортных и добывающих компаний состоит из судов, возраст значительной части которых превышает 24 года - нормативный срок эксплуатации. По оценкам специалистов их число составляет более 80%. Естественным следствием этого является значительный износ корпусных конструкций.
В большинстве случаев проведение капитального ремонта невыгодно с экономической точки зрения, в особенности, если срок дальнейшей эксплуатации судна составляет не более пяти лет.
В подобной ситуации наиболее целесообразно использование при ремонте накладных листов. Это позволяет сократить время ремонта и снизить трудоемкость и финансовые затраты.
Другим направлением применения накладных листов является аварийный ремонт. Незначительные повреждения внутренних конструкций, а также наружной обшивки, в том числе и в подводной части, в ряде случаев могут быть устранены наваркой с внешней или внутренней стороны обшивки накладного листа, что позволяет эксплуатировать судно до очередного планового ремонта.
Кроме того, судовладельцы прибегают к модернизации и переоборудованию судов с целью их удлинения или расширения района плавания. При этом общая продольная прочность судов в построечном варианте может оказаться недостаточной. Для увеличения момента сопротивления поперечного сечения корпуса используют продольные полосы значительной толщины, которые приваривают поверх основных листов на палубу или в районе ширстрека. Такая практика существует долгое время, и безаварийная эксплуатация судов, переоборудованных с соблюдением всех требований Правил Регистра судоходства, свидетельствует о работоспособности связей с приваренными накладными полосами в составе прочного корпуса.
Реализация планов по обновлению Российского флота, в конце концов, практически исключит из употребления ремонт изношенных конструкций с помощью накладных листов. В то же время процесс обновления флота продлится не менее 10-20 лет, поэтому применение при ремонте изношенных конструкций накладных листов еще долгое время будет оставаться актуальным. Что касается аварийного ремонта и увеличения общей продольной прочности корпусов судов при их модернизации с помощью накладных листов, то эти мероприятия будут оставаться актуальными всегда.
Установка накладных листов приводит к появлению ряда проблем, связанных с прочностью, устойчивостью и вибрацией подкрепленных пластин.
Различные аспекты прочности и устойчивости судовых пластин, подкрепленных накладными листами, исчерпывающе освещены в работе А.И. Мамонтова
С точки зрения вибрации, которая при циклическом изгибе приводит к появлению усталостных трещин, установка накладного листа в зависимости от его параметров может снижать или увеличивать частоту собственных колебаний подкрепляемой пластины, так как, с одной стороны, увеличивает
изгибную жесткость пластины, с другой - увеличивает ее массу.
Обоснованная оценка влияния параметров накладного листа на частоту собственных колебаний системы «судовая пластина - накладной лист» позволит исключить появление резонансных колебаний подкрепленных при ремонте пластин, т.е. избежать возникновения усталостных трещин.
Именно решению этой проблемы посвящена представляемая работа.
Цель работы - разработка основ методики выбора параметров накладных листов, используемых при судоремонте, для повышения прочности изношенных пластин судового корпуса с учетом требований по допустимым уровням вибрации, позволяющей снизить стоимость и трудоемкость судоремонта.
Достижение цели основано на теоретическом и экспериментальном исследовании параметров вибрации подкрепленной накладным листом пластины и выборе его параметров, приводящих к требуемому результату.
Для этого в работе решались следующие задачи:
1. Теоретически и экспериментально исследовалась вибрация пластин
судового корпуса, подкрепленных накладными листами.
2. Исследовалась концентрация напряжений в пластинах судового
корпуса по контуру накладного листа при изгибе.
3. Разрабатывались теоретические основы методики выбора параметров
накладного листа, исключающих резонансную вибрацию подкрепляемых
пластин - одного из основных источников усталостных повреждений.
Объект исследования: изношенная пластина судового корпуса с накладным листом — двухслойная пластина. Предмет исследования:
- зависимость частоты собственных колебаний пластины судового
корпуса от относительных размеров подкрепляющего накладного листа;
- зависимость концентрации напряжений в подкрепленной пластине по контуру накладного листа в зависимости от его относительных размеров и радиуса скруглення углов.
Методы исследования: аналитические методы строительной механики корабля, численные методы расчета конструкций (метод конечных элементов), методы математической статистики и лабораторный модельный эксперимент.
Научная новизна и практическая ценность работы:
- разработаны и обоснованы теоретические основы инженерной методики
выбора параметров накладного листа, исключающих резонансную вибрацию
системы «пластина - накладной лист», для восстановления прочности
изношенных пластин; обоснованы возможности применения простого и
экономичного метода ремонта поврежденных судовых пластин с помощью
накладных листов;
- разработаны рекомендации по выбору радиуса скруглення углов
накладного листа, обеспечивающего уровень изгибных напряжений в
подкрепленной пластине с учетом их концентрации, который исключает
появление усталостных трещин.
На защиту выносятся следующие основные результаты работы:
-
Рекомендации по выбору параметров накладного листа, исключающих резонансную вибрацию подкрепленной накладным листом пластины.
-
Рекомендации по выбору радиуса скруглення углов накладного листа, обеспечивающего уровень изгибных напряжений в подкрепленной пластине с учетом их концентрации, который исключает появление усталостных трещин.
Достоверность научных положений и рекомендаций обоснована применением общепринятых апробированных исходных теоретических положений, метода конечных элементов и лабораторного эксперимента; сопоставлением результатов, полученных различными методами.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследования доложены и обсуждены на научно-технических конференциях в 2010 — 2012 гг.: Региональная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и научно-технический прогресс» (г. Владивосток, ДВГТУ), 2010 г.; Международная конференция с элементами научной школы для молодежи стран АТР по судостроению (г. Владивосток, ДВГТУ), 2010 г.; Ill Всероссийская научно-практическая конференция «Ремонт. Восстановление. Реновация» (г. Уфа), 2012 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 научных статей, из них 2 в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и восьми приложений. Общий объем работы составляет 186 листов, в том числе 67 рисунков, 44 таблицы и список литературы из 83 наименований.
