автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.04, диссертация на тему:Технология ремонта корпусов судов внутреннего плавания подкреплением накладными полюсами

ВВЕДЕНИЕ,.

1. ОБЗОР СУЩЕСТБЩИХ МЕТОДОВ РЕМОНТА КОРПУСОВ СУДОВ

ВНУТРЕННЕГО И СМЕШАННОГО ПЛАВАНИЯ. Ю

1.1. Анализ основных методов восстановления общей прочности корпусов судов, оказывающих влияние на выбор технологии ремонта. ^

1*2* Влияние местной и общей прочности на выбор технологии ремонта корпусов судов.«••••

1.3. Постановка задачи исследования.

2. ИЗНАШИВАНИЕ И ПОВРЕЖДЕНИЕ КОРПУСОВ СУДОВ.

2.1. Динамика снижения прочностных характеристик эксплуатирующихся судов.

2.2. Изучение скоростей коррозионного изнашивания листов-дублеров.

2*3» Оценка вероятности повреждения полос подкрепления.

2*4* Оценка эффективности применяемой технологии подкрепления при выборе размеров и мест расположения накладных полос

3. ВЛИЯНИЕ НАКЛАДНЫХ ПОЛОС НА ОБЩУЮ ПРОЧНОСТЬ КОРПУСА

СУДНА И ТЕХНОЛОГИЮ ЕГО РЕМОНТА ПОДКРЕПЛЕНИЕМ.

3.1. Основные положения и допущения метода конечных элементов при исследовании устойчивости подкрепленных пластин.

3.2. Оптимизация размеров поперечного сечения накладных полос, оказывающих влияние на технологию подкрепления

3.3. Влияние касательных усилий от приварки накладных полос к пластинам на технологию ремонта

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА РАЗРАБОТАННЫХ

РЕКОМЕНДАЦИЙ. III

4,1« Программа проведения эксперимента, обоснование и выбор материалов.III

4*2, Экспериментальная проверка на тензометрических моделях. ИЗ

4.3. Экспериментальная проверка на полунатурной модели.

5. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПОДКРЕПЛЕНИЯ КОРПУСОВ СУДОВ НАКЛАДНЫМИ

ПОЛОСАМИ.

5,1* Исходные предложения по разработке технологического процесса подкрепления корпусов судов внутреннего и смешанного плавания накладными полосами.

5*2« Экономическое обоснование предлагаемого метода ремонта.

В решениях ХХУ1 съезда КПСС, постановлении ЦК КПСС и Совета Министров СССР " 0 мерах по развитию речного транспорта в 19811965 годах" определены задачи и перспективы развития водного транспорта страны. В XI пятилетке предполагается увеличение грузооборота на судах внутреннего и смешанного "река-море" плавания на 19-20 %; при этом значительные объемы грузов будут переклю -чены с железнодорожного транспорта на речной. Партия и правительство проявляют неустанную заботу о развитии единой транспортной сети страны* Значительно пополняется современными судами флот внутреннего плавания, строятся новые порты, шлюзы, судоремонтные и судостроительные заводы* Рост объема перевозок вызвал интенсивную эксплуатацию флота, что потребовало укрепления системы технического обслуживания и ремонта судов«

Бурное развитие речного флота в 50-60-х годах привело к значительному возрастанию количества грузовых и пассажирских судов новых типов, опыта эксплуатации которых еще не было* После работы этих судов в течение ряда лет выявились различные факторы, которые не могли быть предусмотрены на стадии проектирования, В частности, применение новой марки стали 09Г2, перевозка агрессивных грузов, изменение условий плавания, выход в прибрежные морские районы и другие причины привели к более быстрому« чем предполагалось, снижению технического состояния судов.

Практика эксплуатации большой группы грузовых судов показала, что одной из главных причин преждевременного выхода из строя судов является быстрое коррозионное разрушение стали марки 09Г2. Так, в течение первых 10-12 лет эксплуатации судна заметно уменьшается толщина основных групп связей, что вызывает значительное снижение технического состояния судна и приводит корпус в негодное состояние ранее установленного срока амортизации, который изменяется в пределах 32-36 лет.

Динамика износов корпусов судов показывает, что они со временем приводят к резкому возрастанию объемов ремонта« Замена изношенных конструкций требует значительных трудовых затрат, в том числе большой доли ручного труда во вредных для человека условиях* Это приводит к возрастанию времени простоев флота в ремонте, что отрицательно отражается на транспортной продукции. С целью снижения затрат на ремонт и продления срока службы действующего флота внутреннего плавания в последние годы принимаются меры по восстановлению основных прочностных характеристик корпусов судов. Существуют различные способы подкрепления корпусов судов дополнительными конструкциями в виде балок вдоль палубы на танкерах, полос, приваренных к палубе, конструкций, усиливающих набор внутри корпуса и другие.

Учитывая положительный эффект от применения технологии ремонта корпусов судов подкреплением, в приказе Министра речного флота РСФСР № 142 от 2 ноября 1963 г. указано на необходимость выполнить подкрепление 69-ти судов типа "Волгонефть" на период до 1990 года с целью обеспечения запланированного объема перевозок в пароходстве "Волготанкер". Разработка и совершенствование технологии ремонта корпусов судов подкреплением позволяет уменьшить время простоев судов в ремонте и улучшить условия труда рабочих. Исследованию этого направления посвящена настоящая работа.

Разработке различных методов подкрепления судовых конструкций , теоретическим и экспериментальным исследованиям их работы в составе корпусов судов были посвящены работы А.Г.Архангород-ского, Л.М.Беленького, А.С.Брикера, Я.И.Короткина, А.И.Максимад-жи, В.А.Постнова, О.И.Свечникова, В.Б.Чистова и других авторов.

Исследования в этой области применительно к морским судам проводились в Центральном научно-исследовательском институте морского флота, Калининградском техническом институте рыбной промышленности и хозяйства, а применительно к судам внутреннего и смешанного "река-море" плавания - в Ленинградском институте водного транспорта на кафедре технологии судоремонта и судостроения,

В обзорной главе работы дан сравнительный анализ основных методов восстановления общей прочности известных в отечественной практике и за рубежом с целью оценки целесообразности их применения для ремонта судов внутреннего и смешанного плавания* Показано, что подкрепление корпусов судов накладными полосами имеет ряд важных преимуществ перед другими способами ремонта, а в случае необходимости восстановления момента сопротивления днища у судов с двойным дном этот вид подкрепления является наиболее приемлемым« Здесь же дано сопоставление запасов общей и местной прочности для нескольких основных типов судов внутреннего и смешанного плавания* По результатам обзорной главы сформулированы основные задачи и направления исследований при разработке технологии ремонта корпусов судов подкреплением накладными полосами» Далее показана динамика снижения характеристик общей прочности (моментов сопротивления основных групп связей) корпусов судов внутреннего и смешанного плавания на протяжении всего срока амортизации» В качестве примеров приведены характеристики прочности корпусов судов трех проектов: 791 "Волго-Балт", 507 "Волго-Дон" и 1577 "Волгонефть", которые являются типичными для больших групп судов. Показано, что у этих судов чаще всего лимитирующей группой связей, момент сопротивления которой требуется восстановить, является днище» Это подтверждает важность разработки технологии ремонта корпусов судов подкреплением накладными полосами»

В ряде работ, посвященных исследуемому вопросу, говорится о возможности значительных коррозионных повреждений в полости между накладным листом и обшивкой корпуса, если лист установлен в подводной части» Автор произвел сбор и обработку статистических данных по скоростям коррозионного изнашивания накладных листов, приваренных по периметру к обшивке, и обшивки под листом» Результаты показали, что применительно к судам внутреннего плавания скорости коррозионного изнашивания дублеров и обшивки под ними ниже, чем скорость коррозионного изнашивания обшивки в свободной от дублеров части» Это позволяет в значительной степени упростить технологию установки накладных полос на корпус и отказаться от работ по заполнению полости между полосой и обшивкой наполнителем, предохраняющим от коррозии*

В этой же главе приведены результаты статистического анализа распределения повреждений по наружной обшивке» Снижение характеристик общей прочности при увеличении срока службы показало,что в большинстве случаев для обеспечения эксплуатации судна до конца запланированного срока амортизации требуется подкреплять днище»

Приведенный статистический материал показывает,что наименьшую вероятность повреждения имеет днищевая обшивка в средней части корпуса, то есть в том месте, где важно свести до мишщума деформации подкреплений. Результаты, полученные автором по судам типа "Волго-Балт" и "Волго-Дон", хорошо согласуются с аналогичными результатами, приведенными в книге О.И.Свечникова /71/ применительно к другим типам судов.

Важным фактором, в значительной степени сдерживавшем широкое внедрение подкреплений корцусов судов накладными полосами, являлось отсутствие рекомендаций и методики выбора размеров накладных полос» Автором были проведены исследования изменения несущей способности судовых пластин при подкреплении накладной полосой на базе метода конечных элементов, большой вклад в развитие которого внесли В.А.Постнов, И.Я.Хархурим, Ю.К«Вилипыльд, В»Д.Жесткая, Б.И.Антонов и др.

Автором была составлена схема идеализации конструкции и оценены погрешности принятых допущений* Результаты расчетов подкрепленных пластин на ЭВМ ЕС 1022 по методу конечных элементов показали, что расположение средней части накладной полосы над продольной связью при определенном соотношении ее ширины и ширины пластины позволяет не только обеспечить работу полосы как жесткой связи без редуцирования, но и повысить критическое напряжение пластин, на которые приварена полоса» При этом нет необходимости в выполнении предлагавшихся ранее шлицевых пунктирных сварных швов посередине полосы. Это позволяет значительно упростить технологию установки полос.

Решения, полученные в результате оптимизации размеров накладных полос, определены при некоторых допущениях. Поэтому представлялось целесообразным проверить их результаты экспериментальным путем. Были изготовлены и испытаны 12 тензометрических моделей судовых перекрытий, подкрепленных накладной полосой. Также была испытана полунатурная секция судового перекрытия, подкрепленная полосой. При нагружении до разрушения сравнивался рост напряжений в жестких связях, накладной полосе, подкрепленной и неподкрепленной пластинах. Результаты экспериментов показали близкую сходимость с рекомендациями по расчету перекрытий, подкрепленных накладными полосами.

В заключительной главе работы дана методика выбора размеров полос в зависимости от конструкции конкретного судна и общие рекомендации по составлению технологического процесса при подкреплении конкретного типа судов.

В качестве примера приведен типовой технологический процесс подкрепления накладными полосами днища корпусов судов пр«791 типа "Волго-Балт". Дано экономическое обоснование предлагаемого метода ремонта корпусов судов»

I. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ РЕМОНТА КОРПУСОВ СУДОВ ВНУТРЕННЕГО И СМЕШАННОГО ПЛАВАНИЯ

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

Выполненное исследование позволяет сделать следующие основные выводы:

1. Установлено, что при существующих скоростях изнашивания корпусов судов внутреннего и смешанного река-море плавания, применяемых материалах и строительных толщинах основных элементов корпуса судна за время эксплуатации в установленный срок амортизации необходимо восстанавливать общую прочность корпуса, компенсируя коррозионные потери металла, что связано с большим объемом ремонтных работ и выводом судов из эксплуатации.

2. В результате сопоставления путей сокращения ремонтных работ проведен анализ известных способов подкрепления корпусов судов с целью продления межремонтного периода и сделан вывод, что для ряда типов судов является эффективным применение технологии подкрепления накладными полосами, что нашло подтверждение •в соответствующих исследованиях, выполненных во второй главе.

3. Важным выводом, сделанным на основании результатов обработки методом математической статистики большого числа замеров износа дублеров обшивки корпусов судов, является то, что коррозионного изнашивания между обшивкой корпуса и дублером практически нет, что открывает широкое применение подкрепления накладными полосами в подводной части корпуса.

4. Предложен метод оценки эффективности применяемой технологии подкрепления при выборе размеров и мест расположения накладных полос с целью обеспечения эксплуатации судна до конца установленного срока амортизации, исследована устойчивость подкрепленных пластин методом конечных элементов с использованием ЭВМ ЕС 1022.

5. Результаты теоретического исследования подкреплены экспериментальной проверкой по разработанной программе на жестяных тензометрических моделях различных схем перекрытий, причем показана близкая сходимость с расчетными данными, что нашло дальнейшее подтверждение на полунатурной модели.

6. Предложены исходные положения по разработке технологического процесса подкрепления корпусов судов внутреннего и смешанного плавания накладными полосами, которые не теряют устойчивости при рекомендуемых соотношениях размеров. Разработан типовой технологический процесс, принятый Инспекцией Речного Регистра РСФСР к реализации на судоремонтных заводах.

7. Технико-экономическая оценка предложенных рекомендаций по подкреплению корпусов судов накладными полосами свидетельствует о значительной эффективности.

2. Андропов Ю.В, Речь на ноябрьском 1982 года Пленуме ЦККПСС. - Коммунист, I9B2, № 17, сЛ4г^22. 3« Андропов Ю»В. Речь на декабрьском 1963 года Пленуме ЦК КПСС. - Партийная жизнь, 1964, № I, с.З-Ю,

3. Постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР "О мерахпо ускорению научно-технического прогресса в народном хозяйстве". - Коммунист, 1963, № 13, с.19-23. . 5. Багров Л. Повышать эффективность перевозок. Водный транспорт, 1983, 22 декабря.

4. Антонов Б.И. Решение задач изгиба и устойчивости ребристыхпластин методом конечных элементов. - Труды ОИИМФ, вып.10, 1978, с.'

5. Архангородский А.Г., Беленький Л.М. Моделирование прочности судовых конструкций. - Л.:Судостроение, 1969, - 221 с.

6. Бавыкин Г.В. Несущая способность пластин при локальныхсиловых воздействиях. - Труды ЛИВТа, сб.статей мол.научн.работников, Ч.Ш. 1968, с.85-97,

7. Барышников О. Ремонт корпусов речных судов подкреплением накладными полосами. - Сб.научных трудов, ЛИВТ,1982, с.178181.

8. Барышников G*0« Подкрепление корцусов судов внутреннегоплавания накладными полосами. - В кн.:Тез.докл.на Республиканской научно-технической конференции молодежи "Повышение эффективности водного транспорта". Горький:ГИИВТ, 1963, с.52, 53. 9. Барышников О. Подкрепление корпуса судна полосами.- Труды МВТ, 1983, вып.180, с.115-119.

10. Бекасов В.Е», Розендент Б.Я. Конструктивно подобные модели в судоремонте и технология их изготовления. - Сб.Судоремонт флота рыбной промышленности, вып.24, 1974, с.

11. Бекасов В.Е. Оценка точности прочностного экспериментана жестяных моделях. Автореф» Дисс, .. канд. техн. наук. - Калининград, 1975. - 31 с.

12. Беленький Л.М. Деформирование бортового набора при образовании вмятин. - Труды НТО Судпром, вып.ЮЗ, 1968, с.35-41.

13. Беленький Л.М., Семенов Л.Н. Определение минимальнойтолщины изношенной обшивки промысловых судов малых и средних размерений. « Судостроение, 1969, № 5, с.10-12. 14. Белкин В.П, Работа элементов палубных перекрытий послепотери устойчивости. - Л.:Судпромгиз, 1956. - 287 с.

15. Богорад И.Я. и др. Коррозия и защита морских судов.- Л.:Судостроение, 1973. - 392 с.

16. Броуде Б.М, Предельные состояния стальных балок. - М«;Гос.изд.лит. по строительству и архитектуре, 1953. - 216 с.

17. Быстрицкий В.В. Анализ фактических данных о смене обшивки корпусов судов внутреннего плавания. - Труды НТО Судпром, 1969, ВЫП.135, с.14г-24.

18. Вайнберг Д.В. Справочник по прочности, устойчивости иколебаниям пластин. - Киев:Будивельник, 1973. - 488 с.

19. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. - М.:Наука, 1969.- 576 с.

20. Вольмир А.Св Гибкие пластинки и оболочки. - М.:Гос.издательство технико-теоретической литературы, 1956, - 420 с,

21. Ершов Н.Ф., Свечников О^И. Повреждения и эксплуатационная прочность конструкций судов внутреннего плавания. - Л.:Судостроение, 1977. - 312 с.

22. Жесткая В.Д, Разработка методики и алгоритма исследования напряженного состояния и устойчивости плоских подкрепленных пластин методом конечных элементов. Автореф. Дис. .. канд.техн. наук. - Л., 1962. - 20 с.

23. Ишков А.А. К вопросу об оценке напряженного состояниязаменяемых при ремонте листов обшивки. « Судоремонт флота рыбной промышленности, Калининград, 1970, № 15, с,

24. Ишков А.А., Розендент Б.Я., Кикот А.В*, Шамохин Ю.Н.Рекомендации по выбору напряженного состояния корпуса для обеспечения технической эффективности ремонта. - Труды НТО им,акад. Крылова А.Н., 1972, вып.189, с.108-118.

25. Коротеев Г.И. Исследование несущей способности пластинпеременной толщины. Автореф. Дис. .. канд.техн.наук. - Новосибирск, 1960. - 17 с.

26. Короткий Я.И., Локшин А.З., Сивере Н.Л. Изгиб и устойчивость пластин и круговых цилиндрических оболочек. - Л.:Судпромгиз, 1955. - 308 с,

27. Кулик Ю.Г,, Гринбаум А.Ф. Опыт подкрепления речных судов. - М.:Речиздат, 1956. - 28 с.

28. Кулик Ю.Г. Об учете технологических напряжений приоценке качества ремонта судового корпуса. - Труды ГИИВТ, вып.17, 1959, C.II6-I40.

29. Липкин В.М. Экспериментально-теоретическое исследованиепрочности, устойтшвости и колебаний пластин со ступенчато меняющейся жесткостью. Автореф. Дис. .. канд.техн.наук. - Томск, 1.7I. - 21 с.

30. Логачев И, Морские танкеры. - Л.,Судостроение, 1970,- 360 с,

31. Лопырев Н.К., Немков П.П,, Сумеркин Ю.В. Технология судоремонта. - М.:Транспорт, 196I. - 286 с.

32. Максимадяи А.И. и др. Низколегированные стали в судостроении, - Л.:Судостроение, 1964, - ЗОо с,

33. Максимаджи А.И. Прочность морских транспортных судов»- Л,:Судостроение, 1976. - 311 с.

34. Масягин А.В. Подкрепления и ремонт речных судов, - Л.:Речной транспорт, 1956. - 160 с,

35. Методика дефектации корпусов морских транспортных судов.- М.:Морфлот, 1978. - 62 с,

36. Михайлов В.И., Федосов К.М. Планирование экспериментовв судостроении. - Л.:Судостроение, 1978, - 159 с,

37. Осмоловский А. Новый тип подкреплений речных наливныхбарж для плавания на водохранилищах. « Речной транспорт, 1955, № I, с.19-23. 38. Отчет ЛИВТ (промежуточный) по теме "Изучение износовкорпусов судов". - Л.:ЛИВТ, 1969. - 90 с,

39. Отчет ЛИВТ по теме "Изу^вение износов корпусов судов".Л,:ЛИВТ, 1969. - 157 с.

40. Отчет ЛИВТ по теме "Исследование, разработка и внедрениеметодов ремонта танкеров проектов 1577 и 558", - Л.:ЛИВТ, 1978, - 107 с.

41. Отчет ЛИВТ по теме "Исследовать износы корпусов судовсмешанного плавания, разработать меры, предупреждающие повышение износа и определить периодичность ремонта корпусов". - Л,:ЛИВТ, 1980. - 197 с.

42. Розендент Б. и др» Ремонт металлических корпусных конструкций нанесением стеклопластиковых покрытий. - Судоремонт флота рыбной промышленности, 1975, № 27, с.

43. Свечников О.И. Эффективность повышения надежности корпусов речных судов. - М,:Транспорт, I96I. - 151 с.

44. Соловьев Н, и др. К вопросу обоснования оптимальнойвыборки при планировании эксперимента. - Труды НКЙ, вып.75, 1973, C.88-9I.

45. Справочник по строительной механике корабля, т.2 (подред.Шиманского Ю.А.) - Л,:Судпромгиз, 1958. - 528 с.

46. Справочник по строительной механике корабля. т.З (подред.Шиманского Ю.А.) - Л.:Судпромгиз, I960. - 799 с.

47. Справочник по строительной механике корабля, т.2 (подред.Палий О.М,), - Л.:Судостроение, 1982. - 464 с.

48. Теоретическая и прикладная механика (ред.Кройтер В.Т.)- М.:Мир, 1979. - 763 с.

49. Устройство надпалубного оборудования для упрочениякорпуса судна, патент 47-42994 (Япония)/ Юджин Панагопулос. - Заявл. 22.05.69 № 44-39866, опубл. "Изобретения за рубежом", № 5, 1973.

50. Хартманн К. и др. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов. - М.:Мир, 1977. - 552 с.

51. Чапкис Д.Т. Некоторые вопросы учета язвенной коррозиипри оценке прочности изношенных корпусов судов. - Л.:Материалы по обмену опытом. вып.ЮЗ, Судостроение, 1968, с.51-55.

52. Шурпицкий А.В. Анализ коррозионного износа корпусовсудов смешанного плавания типа "Балтийский". - Труды ЛИВТ, вып.161, 1978, с.82-96.

53. Box &.E.P., Witbon К.Ь. On :^ke SxCL-ttalament o^ Optl'maC Condttlons.-J. Roy. $iai. Зое. Ser b, 15, MM, mi, p. Ь 4 5 .

55. H^tEeg S. R. biliLctutat sLnalEtlade lot Imp actphenomena. J)avrid Тош^г (dodet Basin Report iQ7i, Ш8,Лр^.