автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.03, диссертация на тему:Методические основы, алгоритмы и программное обеспечение задач проектирования и контроля технического состояния конструкций корпуса судна

На правах рукописи

ЛАМ ВАН ХУНГ

МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ, АЛГОРИТМЫ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЗАДАЧ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ КОНСТРУКЦИЙ КОРПУСА СУДНА

Специальность 05 08 03 - Проектирование и конструкция судов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

О03177438

Санкт-Петербург - 2007

003177438

Работа выполнена на кафедре Конструкции судов Санкт-Петербургского государственного морского технического университета

Научный руководитель

Доктор технических наук, профессор Тряскин Владимир Николаевич

Официальные оппоненты

Доктор технических наук, Апполонов Евгений Михайлович Кандидат технических наук, Петров Николай Иванович

Ведущая организация ФГУ Российский морской Регистр судоходства

Защита диссертации состоится « 25 » декабря 2007 г в актовом зале на заседании диссертационного совета Д 212 228 01 при Санкт-Петербургском государственном морском техническом университете по адресу 190008, Санкт-Петербург, Лоцманская ул , д 3

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного морского технического университета

Автореферат разослан « 23 » ноября 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета д т н , профессор

^-

А И Гайкович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Этап эксплуатации корпуса судна - наиболее продолжительный период его жизненного цикла При проектировании конструкций корпуса и постройке судна принимаются такие решения, которые должны обеспечить надежность корпуса в расчетных эксплуатационных условиях Однако с течением времени элементы конструкций подвергаются коррозионному износу, что приводит к снижению уровня надежности конструкций и корпуса в целом

Современные Правила Классификации и постройки морских судов (Германский Ллойд, Бюро Веритас, Общие Правила МАКО, ) содержат также требования по надзору за конструкциями корпуса судна в процессе эксплуатации и нормативы допускаемых износов элементов конструкций Допускаемые значения параметров конструкции базируются на соответствующих величинах, требуемых Правилами для нового судна Требования для определения размеров элементов конструкций содержат в явном или неявном виде добавки на коррозионный износ Таким образом, еще на стадии проектирования конструкций можно принять проектные решения, обеспечивающие необходимое качество конструкций на протяжении всего жизненного цикла Это позволяет считать проблему оценки технического состояния (ОТС) конструкций неотемлемой частью проблемы проектирования конструкций корпуса нового судна

Для контроля состояния корпуса периодически проводят замеры толщин, в ходе которых фиксируются остаточные размеры конструктивных элементов Число замеров достигает нескольких тысяч Обработка результатов замеров по-прежнему производится в основном вручную Не решена задача автоматизированной передачи информации в существующие системы для анализа технического состояния судовых конструкций

В отечественной практике применяются несколько автоматизированных систем для формирования и обработки данных по техническому состоянию корпусов судов, составления прогнозных оценок Можно отметить системы «СОИКС», «DEFHULL» и «SYSCHECK» разработанные, соответственно, под руководством А С Брикера, В А Кулеша и В Н Тряскина, в которых задачи решаются на основе нормативных документов Российского морского Регистра судоходства (PC)

В создании нормативных документов по ОТС корпуса судна, их совершенствовании (в частности, «Инструкции по определению технического состояния, обновлению и ремонту корпусов морских судов, РМРС 2004», далее - Инструкции) принимали участие Е М Апполонов, Г В Бойцов, А С Брикер, А В Дидковский, Г В Егоров, В В Козляков, В А Кулеш, А И Максимаджи, Г В Маркозов, А Б Нестеров, А А Осняч, Р Л Рейнер, С В Тананыкин, В Н Тряскин и др В Инструкции содержатся требования к допускаемым остаточным размерам листов и балок основного и рамного набора, допускаемым значениям характеристик, определяющим прочность корпуса в целом Инструкция в явном виде не содержит методических указаний о порядке принятия решения о назначении допускаемых

остаточных размеров конструктивных элементов, которые должны удовлетворять одновременно требованиям различного иерархического уровня местной прочности и устойчивости листовых и балочных элементов конструкции, прочности конструкции как совокупности листов и балок основного и рамного набора, общей прочности корпуса Это обусловливает определенную свободу действий в трактовке требований Инструкции специалистами различных организаций при решении задач ОТС корпуса судна В связи с этим разработка методических принципов решения этой проблемы представляет научный и практический интерес

Структура требований Инструкции такова, что для определения допускаемых толщин листов, характеристик балок набора, поперечного сечения корпуса, следует знать значения соответствующих параметров, регламентируемых действующими Правилами Оперативное решение проблем ОТС корпуса не возможно без автоматизации используемых при этом расчетных процедур

Поэтому работа, посвященная рассмотрению вопросов, связанных с решением этой проблемы на современном уровне в рамках системы автоматизированного контроля технического состояния конструкций корпуса судна в процессе эксплуатации является актуальной

Объектом исследования в рассматриваемой диссертационной работе являются конструкции корпуса морских транспортных судов

Предмет исследования - задачи ОТС конструкций корпуса морских судов, базирующиеся на предлагаемых научно-методических принципах, алгоритмах автоматизированных процедур, реализуемые с использованием разработанных программных средств

Цель работы - совершенствование методических принципов ОТС конструкций корпуса судна и разработка на этой основе алгоритмов и программного обеспечения

Для достижения поставленной цели требуется рассмотреть совокупность проблем, которые могут быть сформулированы как задачи исследования

1 Анализ сложившейся практики ОТС конструкций корпуса судна,

2 Создание научно-методических принципов и алгоритмов программного комплекса ОТС конструкций корпуса судна,

3 Разработка методики прогнозирования износов конструкций на основе информации по предыдущим дефектациям,

4 Разработка структуры программного комплекса ОТС конструкций корпуса судна, обеспечивающего выявление элементов (участков) конструкций, износы которых превышают допустимые величины, элементов (участков) конструкций со значительными коррозионными износами, сомнительных элементов (участков) конструкций и прогнозирование технического состояния корпуса на заданный период,

5 Разработка методики и алгоритма оценки «эквивалентного возраста» корпуса судна,

6 Обоснование применения разработанных методик, алгоритмов и программного обеспечения для решения задач ОТС корпуса морских судов

Основная научная задача диссертации - реализация методологии системного подхода в задачах ОТС корпуса судна Методы решения математическое моделирование задач ОТС, применение аппарата теории вероятности и математической статистики, аналитических и численных методов строительной механики корабля, математического программирования, как аппарата принятия решения

Основные научные результаты и их новизна

1 Разработаны научно-методические принципы алгоритмов ОТС конструкций корпуса судна

2 Разработаны методики и алгоритмы определения допускаемых остаточных размеров элементов конструкций корпуса судна на основе требований нормативных документов классификационных организаций

3 Исследованы задачи ОТС корпуса судна, реализующие требования различного иерархического уровня, с использованием методов моделирования, оптимизационно-поисковых процедур

4 Разработаны оригинальная методика и алгоритм оценки «эквивалентного возраста» корпуса судна

Практическая ценность работы определяется эффективностью (сокращением сроков, повышением качества) ОТС корпуса, которая обеспечивается благодаря использованию специализированного программного комплекса, разработанного на основе исследований, выполненных в диссертации, созданием аппарата прогнозирования технического состояния корпуса судна в течение жизненного цикла, позволяющего принимать решения при проектировании конструкций нового судна

На защиту выносятся следующие основные результаты работы

1 Научно-методические принципы алгоритмов ОТС конструкций корпуса судна

2 Методики и алгоритмы определения допускаемых остаточных размеров элементов конструкций корпуса судна на основе требований нормативных документов классификационных организаций

3 Результаты исследований задач ОТС корпуса судна, реализующие требования различного иерархического уровня, с использованием методов моделирования, оптимизационно-поисковых процедур

4 Методика и алгоритм оценки «эквивалентного возраста» корпуса судна

Внедрение результатов работы. Результаты работы используются при решении практических задач ОТС и обновления корпуса судов различных типов, при подготовке современных специалистов - морских инженеров, бакалавров, магистров по морской технике и технологиям

Методические основы и алгоритмы оценки «эквивалентного возраста» корпуса судна, обоснованные в диссертации, приняты в качестве рекомендаций для использования в международном проекте CAS (создание автоматизированной системы ОТС корпуса судна на протяжении всего жизненного цикла)

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации обсуждались на VIII всероссийской научно-практической конференции Моринтех-Пракгик, июнь 2007, на секции «Конструкция и прочность судов» технического Совета Российского морского Регистра судоходства, ноябрь 2007, на научно-технической конференции, посвященной памяти академика П Ф Папковича, ноябрь 2007

Публикации. По теме диссертации опубликованы 4 научно-технические работы 3 статьи и 1 тезисы доклада Из них 2 статьи в соавторстве (доля автора по - 50%) В изданиях, рекомендуемых Перечнем ВАК РФ, опубликованы 2 статьи (обе в соавторстве)

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, содержит 190 страниц основного текста (включая 26 таблиц и 44 рисунка), 3 страницы оглавления, список литературы из 106 названий Приложения 1-4 имеют объем 80 страниц

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы диссертации, приводится постановка задачи, сформулированы результаты работы, которые выносятся на защиту, дана оценка новизны, практической ценности полученных результатов и краткая аннотация содержания работы по главам В первой главе диссертации обсуждаются научно-методические аспекты ОТС конструкций корпуса судна по требованиям нормативных документов классификационных организаций, показано развитие Российских требований по ОТС корпуса судна, приведен обстоятельный анализ принципов нормирования допускаемого в процессе длительной эксплуатации судна износа конструкций с позиций общей и местной прочности, заложенных в основу Российских нормативных документов Рассмотрены требования Методики дефектации корпусов морских транспортных судов 1988г (МД), требования Инструкции РМРС 2004г (Инструкции) и требования зарубежных классификационных организаций по ОТС корпуса судна Дана характеристика современного положения дел и тенденций в проблеме ОТС корпуса судна

Во второй главе диссертации излагаются научно-методические основы алгоритмов определения технического состояния корпуса судна по требованиям нормативных документов классификационных организаций Предложены алгоритмы и рекомендации для реализации требований различного иерархического уровня при ОТС корпуса судна, с использованием методов моделирования, оптимизационно-поисковых процедур

Сформулирована основная методологическая идея ОТС корпуса судна, которая базируется на принципе декомпозиции корпуса на конструкции (конструктивные элементы) различного иерархического уровня и соответствующей декомпозиции процесса ОТС Процесс ОТС декомпозируется на

- ОТС элементов (листовых, балочных) - конструктивных элементов

самого нижнего уровня (I уровня) декомпозиции корпуса,

- ОТС рамных балок - элементов конструкции более высокого уровня (II уровня) декомпозиции, в состав которых могут входить листовые и балочные элементы нижнего уровня декомпозиции,

- ОТС корпуса в целом (который описывается - моделируется несколькими поперечными сечениями) - верхний уровень (III уровень) декомпозиции процесса ОТС

Предлагаемый методологический принцип организации процесса ОТС целесообразно организовать по принципу «снизу - вверх» - от элементов конструкций нижнего иерархического уровня до корпуса в целом Он может рассматриваться как модель ОТС (рис 1) На каждом уровне процесса ОТС применяются свои модели конструкции (элементов конструкции) и свои требования к остаточным размерам конструктивных элементов Организация процесса по принципу «снизу - вверх» обусловливает последовательное усложнение моделей конструкции и, в связи с этим, последовательное увеличение необходимой исходной информации Одновременно осуществляется корректировка значений минимальных допускаемых размеров элементов конструкции, при чем - только в большую сторону Практически, такой методологический принцип ОТС сводится к определению допускаемых остаточных размеров элементов конструкции для каждого уровня декомпозиции и выборе на заключительном этапе большей величины

[Ji]-max{ii(i)55i(ii)>Ji(iii)} ■ С)

где Si(i),ii(H)5ii(in) - допускаемые остаточные толщины рассматриваемого

конструктивного элемента, соответственно для I, II, III уровней нормативных требований

В диссертации разработаны алгоритмы формирования требований различного иерархического уровня при ОТС конструкций корпуса судна

Нормативные требования I уровня регламентируют допускаемую остаточную толщину элементов листовых конструкций [sj, характеристики поперечного сечения (допускаемый момент сопротивления [Ж,], площадь сечения стенки [-FJ]) и параметры элементов поперечного сечения балки из условий местной прочности, местной устойчивости с учетом построечных толщин и требований к минимальным толщинам Допускаемая остаточная толщина [j,] листовой конструкции при общем износе принимается максимальной из нескольких величин [j,] = max{jll} В общем случае в состав множества значений {s,,} входят величины, зависящие от толщин, требуемых Правилами (расчетной толщины из условия местной прочности, минимальных конструктивных и построечных толщин) Нормативные требования к характеристикам балок приведены к допускаемым толщинам

стенки bi]c = max{K](>f'),[ii](F))[ii](i,,'c');tii](nun)5[ii](0)} На основе этих зависимостей построены алгоритмы формирования и реализации

7

требований I уровня

Нормативные требования II уровня назначаются из условий местной прочности конструкции в целом Вид требований к балкам рамного набора такой-же, как и для балок основного набора, но в ряде случаев эти требования приводят к необходимости увеличить (по отношению к требованиям I уровня) значения допускаемых остаточных толщин листовых конструкций, которые формируют присоединенные пояски балок рамного набора и стенки балок в опорных сечениях (например, конструкций двойного дна судов, перевозящих тяжёлые навалочные грузы)

Для определения допускаемых остаточных толщин рамных балок типа флоров, стрингеров и вертикального киля в конструкции с двойным дном предлагается специальный алгоритм

1 Определяется допускаемая остаточная толщина стенки балки в

заданном поперечном сечении из условия [■У1*)] = [^Г1И,]/АМ, , с учетом

ограничений [51м]>тах{[^ис/)],[51(тт)]}, где [л1(4ис/)],[^1(гат)] -

допускаемые характеристики стенки балки в рассматриваемом сечении, определяемые согласно нормативов Инструкции

2 Требуемые значения допускаемых толщин верхнего и нижнего присоединенных поясков находятся из решения оптимизационно-поисковой задачи минимизировать функцию

1=3

^(Х) = Ъш-рШе{х, +х2) + И„х3) (2) /=1

вектора независимо варьируемых параметров Х = {дг,,л:2,Хз}т при ограничениях

£,(Х) = 0 (3)

Я2(Х) = <°"от(Х)-[^]>0 (4)

= -[5],"|^Г-в0"0т] > 0 (5)

Я4(Х) = х2-[5^"оя]>0 (6)

£5(Х) = *з-[<]>() (7)

где ЬаП_рШе - ширина присоединенного пояска балки, - высота стенки

балки в рассматриваемом сечении, ^ц""-8"'"""] - допускаемая толщина

внутреннего дна по требованиям I - го уровня, [я^"""] - допускаемая

толщина днища по требованиям I - го уровня, хх,х2,хъ - соответственно требуемые значения толщины второго дна, днища и стенки балки

Если по каким-то условиям толщина некоторых листовых конструкций должна быть неизменной, задача может быть дополнена ограничениями -равенствами /г,(Х) = дг,-5, =0, 5, - заданная толщина г - го элемента сечения Эти ограничения приведут к изменению соотношение значения

8

допускаемых остаточных толщин элементов поперечного сечения

Зависимости для определения моментов сопротивления поперечного

сечения на уровне второго дна wJmer-Bonom(X) и днища fV}Bo"om(X) определяются по известным формулам как аналитические функции варьируемых параметров х1,х2,х3

Введение в состав задачи ограничений, регламентируемых требованиями I - го уровня, не позволит получить допускаемые толщины второго дна, днища меньше значений, регламентируемых требованиями I -го уровня

Нормативные требования III уровня регламентируют допускаемые остаточные толщины элементов листовых конструкций, формирующих пояски и (или) стенку эквивалентного бруса Эти требования определяют минимально допустимые значения момента сопротивления поперечного сечения корпуса и площадь сечения стенки эквивалентного бруса в любом сечении по длине судна Степень влияния этих требований на окончательные значения допускаемых остаточных толщин настила верхней расчетной палубы, днищевой обшивки или бортовой обшивки зависит от размеров судна, от величины допускаемой поперечной нагрузки на палубу, днище, второе дно и бортовую обшивку

Требуемое значение момента сопротивления на заданном уровне (палуба или днище) наиболее эффективно обеспечивается соответствующим выбором толщин листовых конструкций на этом уровне Тем не менее, к увеличению момента сопротивления на уровне палубы приведет увеличение толщины днищевой обшивки и наоборот С другой стороны добавка материала в поперечное сечение на уровне нейтральной оси (увеличение толщины борта, например) приведет к снижения момента сопротивления на уровне верхнего и нижнего поясков эквивалентного бруса Таким образом, требования III уровня могут быть обеспечены различными решениями

С учетом принципиальных положений, обоснованных в диссертации, предложена следующая форма компоновки задачи ОТС с учетом требований III уровня Минимизировать функцию

Ф (X) = abS(Wd(X)-[Wd)) (8)

вектора независимо варьируемых параметров Х = {*,}т,/ = 1, ,п при ограничениях

gl(X) = ^(X)-[^]>0 (9)

Si (X) = Wb (X) - [Wb ] > 0 (10)

= J = \, ,т, (11)

= "V)' 1 ='» (12)

£з+»+,(Х) = *1(гоах)-*,> » = !,,« (13)

Минимальные ограничения на значения варьируемых параметров

определяются условием *,(т1п) = [>((|)]-5(0), в котором 0,())] - толщин«,

допускаемая по требованиям I уровня, з(0) - толщина, замеренная ( процессе дефекгации Максимальные ограничения на значения

варьируемых параметров определяются по зависимости *,(тах) = (лг —,

в которой коэффициент к > 1,0 позволяет вводить фиксированный запас к замеренной толщине Ограничение - равенство (11) позволяет оставить среди группы однотипных конструктивных элементов (листов) элемент, имеющий большую степень износа Коэффициент к может быть принят равным 1,025 — 1,100 - по усмотрению разработчика проекта ОТС (1, .,т -номера варьируемых переменных, которые имеют повышенный износ, и будут контролироваться)

Фактические значения характеристик поперечного сечения корпуса судна

Шт(Х) определяются с использованием функции Папковича <р(с,г{0)), характеризующей влияние изменения момента сопротивления на уровне от нейтральной оси, при изменении толщины листового элемента на уровне с,

В третьей главе диссертации рассмотрены проблемы автоматизированной ОТС конструкций корпуса судна Приводится общее описание структуры и методических основ программного комплекса (ПК) «ЗУ5СНЕСК_СА8», разработанного с участием автора диссертации, и предназначенного для автоматизированной ОТС корпусных конструкций с выявлением (визуализацией) элементов (участков) конструкций, износы которых превышают допустимые величины, конструкций со значительными коррозионными износами, сомнительных элементов (участков) конструкций Предложены методика прогнозирования износов конструкций на основе информации по предыдущим дефектациям, методика и алгоритм оценки «эквивалентного возраста» корпуса судна на основе нормативных документов РС и других классификационных организаций

Для обоснования фактического закона «деградации» конструкции по причине износа на протяжении всего жизненного цикла судна необходимо располагать информацией по замерам остаточных толщин конструкций корпуса судна на различных этапах при 1, 2 и последующих очередных освидетельствованиях Сбор и обобщение такой информации - сложная и трудоемкая задача В диссертации предложен метод прогнозирования износа конструкции с использованием информации по замерам остаточных толщин только при одном освидетельствовании и одной из возможных гипотез о форме закона «деградации» Такой подход может эффективно применяться как при отладке методики, алгоритмов и программного обеспечения, так и на практике Предложены математические модели следующих законов изменения износа во времени (см рис 2)

1 Износ с постоянной скоростью среднегодового уменьшения толщины связи (зависимость 1),

2 Износ с постоянной скоростью среднегодового уменьшения толщины связи, начиная с некоторого заданного значения возраста судна (зависимость 2),

3 Износ, нелинейно изменяющийся во времени, когда по результатам обработки статистики могут быть подобраны параметры нелинейной функции (зависимости 3, 4)

В диссертации введено понятие «эквивалентный возраст» судна, информация о котором представляет значительный интерес для судовладельцев, страховых компаний «Эквивалентный возраст» судна -это обобщенная характеристика (условный измеритель) технического состояния его конструкций, соответствующая (соответствующий) принятым нормативам дефектации С этой точки зрения можно говорить о «возрасте» отдельной конструкции (элемента конструкции), группы однородных конструкций или любой их комбинации, корпуса в целом Для оценки «эквивалентного возраста» корпуса судна необходимо располагать зависимостями от срока службы судна характеристик технического состояния его конструкций Такими характеристиками логично считать минимально допускаемые значения параметров, определяющих размеры элементов конструкций

По требованиям нормативных документов Российского морского Регистра (требованиям Инструкции с учетом новых дополнений к ней, касающихся нормативов обновления) можно определить допускаемые характеристики конструкций корпуса для различных сроков службы судна г в промежутке от 0 до 25 лет (0, 5, 10, 15, 25) Поскольку значения допускаемых характеристик определяются на основе обобщения многолетнего опыта эксплуатации судов, то эти зависимости следует считать достаточно надежными критериями допускаемого состояния Аппроксимирующие зависимости [Х] = /х(г). построенные на основе этих требований, устанавливают границу между допустимыми и недопустимыми размерами элементов конструкций Фактическое значение толщины элемента конструкций, замеренное при дефектации и нанесенное на эту граничную линию, позволяет определить «возраст» рассматриваемого элемента

В диссертации для построения этих граничных линий предложена обобщенная интерполяционная зависимость, полученная на основе работы Г В Бойцова, унифицированная для конструкций всех иерархических уровней, включая корпус в целом

И=сЛ^ + (1-ся)М=|ся + 0-ся)Щ|дГ = 11ЛДГ (14)

в которой X - рассматриваемая характеристика конструкции, требуемая Правилами РС для нового судна, - допускаемое значение этой

характеристики конструкции для заданного уровня обновления Я = {155,255,355}, [Х] - минимально-допускаемое значение рассматриваемой характеристики при общем износе конструкции (элементов

конструкции), по состоянию на конец срока службы судна, 0,0 йск<, 1,0 -числовой коэффициент, зависящий от принятого уровня обновления при = ск =0,6, при тг = 25й' ся= 0,4, при Л = 355' ^ =0,2 В качестве примера в автореферате приводятся (для балкера длиной 134м) зависимости пк для допускаемых остаточных значений момента сопротивления поперечного сечения корпуса, толщин листов настила второго дна, момента сопротивления балок бортового набора (рис 3-5) Эти зависимости хорошо аппроксимируются квадратичными полиномами

Определение «эквивалентного возраста» конструкции (элемента конструкции) происходит в процессе решения уравнений типа

[Х] = /х{г) = Х_ы (15)

где Хтеа£игеа - замеренное значение или характеристика, полученная на основе дефекгации Результаты решения этой задачи в графической форме представлены на рис 6-7 В целях отладки методики и программного обеспечения результаты дефекгации моделировались с использованием датчика случайных чисел по формуле

= ЯАЫО{) (ктзхЗа!_Ьш1, — ^тщ^/м-ЬнЛ С б)

где ктт и ктт - коэффициенты, определяющие максимальное и минимальное значения остаточной толщины (диапазон изменения значений толщин изношенных конструкций), функция Л4М)0 моделирует закон равномерной плотности распределения

Учитывая, что допускаемые толщины листов и элементов балок набора в общем случае для всех элементов конструкций различаются, можно говорить о гистограмме или статистическом законе распределения «эквивалентного возраста» конструкций и корпуса судна в целом Математическое ожидание значений «эквивалентного возраста» конструкций тТ может быть осредненной оценкой её «возраста» Более жесткой оценкой «эквивалентного возраста» конструкций будет значение, смещенное относительно математического ожидания тт на 1-3 стандарта сгг в сторону больших значений

Для построения гистограммы диапазон «возраста» судна от 0 до 30 лет разбивается на разряды шириной по 2,5 года Для каждого анализируемого элемента определяется «возраст» в результате решения уравнения (15) и полученное значение автоматически заносится в соответствующий разряд

Необходимо отметить следующие возможные ситуации, которые могут возникать в процессе решения рассматриваемой задачи

1 Решение уравнения (15) может дать отрицательное значение «возраста» судна - т<0 В этом случае предлагается считать г = 0 и добавлять точку в первый разряд гистограммы Дт, =0-2,5 Такой подход приведет к гистограмме, ордината которой наибольшая в районе первого разряда (рис 8) Здесь наиболее подходящим будет экспоненциальное

распределение (рис 9,10)

2 Часть элементов конструкций могут иметь износ, превышающий нормативные допуски Эти элементы должны быть заменены Заменяемые листы включаются в статистическую информацию со вновь принятой толщиной Учитывая, что продолжительность последующей эксплуатации судна будет ограниченной, допускается не восстанавливать конструкции до построечного размера

3 Для части элементов конструкций может не бьггь замеров в Отчете по замерам Такие элементы конструкций не включаются в статистическую информацию

4 Оценки «эквивалентного возраста» судна могут быть сделаны для каждого элемента (группы элементов) корпуса, а также для корпуса в целом В каждом случае будут получены свои статистические законы распределения - гистограммы

5 В соответствии с алгоритмом, эти гистограммы аппроксимируются некоторым теоретическим законом Принятый теоретический закон позволяет получить оценки «эквивалентного возраста» конструкций судна с заданной обеспеченностью (вероятностью превышения)

Построение теоретических законов распределения «возраста» конструкций корпуса судна реализовано в разработанном программном обеспечении на основе решения известной задачи выравнивания (сглаживания) статистических рядов Вопрос о согласовании теоретического и статистического распределений предложено решать методами проверки правдоподобия гипотез с использованием двух критериев согласия

критерия хг (критерия Пирсона) и критерия Колмогорова Вероятность

превышения (обеспеченность) Р(Х >т + кс) определяется по известной

со

формуле р(т>тТ+кстТ)= |/(г)</г, к-1,2,3, где /(г) - принятая

т+кс

форма теоретического закона распределения

В качестве примера в автореферате проводятся результаты построения теоретических законов распределения «эквивалентного возраста» конструкций и судна в целом для балкера длиной 134 м (рис 11, 12) В данном случае наиболее подходящими являются нормальный закон, гамма-распределение и распределение Вейбулла, что одновременно подтверждается критериями согласия Пирсона и Колмогорова

В четвертой главе диссертации приведен анализ результатов расчета, полученных с использованием разработанных методик, алгоритмов и программного обеспечения

Выполнено сопоставление результатов ОТС корпуса судна на основе нормативов МД и Инструкции РС Требования МД основаны на огромном статистическом материале по различным видам повреждений судовых корпусных конструкций, которое длительное время собирали и обобщали специалисты ЦНИИ Морского флота Это позволяет принять рекомендации МД в качестве «эталонных» при выполнении сопоставительного анализа

Результаты сопоставительных расчетов ОТС конструкции судна по требованиям МД и Инструкции показали, что требования МД и Инструкции приводят к близким результатам В Инструкции несколько (в пределах 5%) ужесточены требования к общей прочности корпуса эксплуатирующегося судна Расхождение значений допускаемых остаточных толщин находится в пределах 10% - при общем износе, 15% - при местном износе

В диссертации по результатам сопоставительных расчетов допускаемых остаточных толщин на основе нормативов различных классификационных организаций, показано, что требования Германского Ллойда самые жесткие (дают самые большие допускаемые остаточные толщины), затем идут требования Американского бюро судоходства, требования Регистра Ллойда и требования Бюро Веритас Требования PC приводят к самым низким значениям допускаемых остаточных толщин, т е являются наиболее мягкими

В данной главе диссертации приведены примеры реализации требований различного иерархического уровня при ОТС корпуса судна

Методика реализации требований I уровня демонстрируется применительно к листам наружной обшивки и балкам бортового набора универсального сухогрузного судна

В качестве примера реализации требований II уровня приводятся постановка задачи и результаты ее решения при определении допускаемых толщин настила второго дна, днищевой обшивки и стенки флора в районе грузовых трюмов универсального навалочного судна для случая неравномерной загрузки судна тяжелым грузом Проблема формулируется в виде задачи математического программирования (2) - (7) Показано, что требования II уровня приводят к значительно большим значениям допускаемых остаточных толщин второго дна и стенки флоров в опорных сечениях (в незагруженных трюмах), чем требования I уровня

В качестве примера реализации требований III уровня приводятся постановка задачи и результаты ее решения при определении допускаемых толщин настила верхней палубы, продольного подпалубного набора, ширстрека, верхнего пояса подпалубной цистерны, формирующих верхний поясок эквивалентного бруса, а также толщин днищевой обшивки и горизонтального киля в районе средней части (районе грузовых трюмов) универсального навалочного судна

Математическая формулировка задачи определения технического состояния конструкции корпуса в форме оптимизационно-поисковой процедуры требований III уровня принята в виде совокупности зависимостей (8) - (13) с учетом особенностей конструкции корпуса рассматриваемого судна Предложенная структура задачи позволяет получать различные решения, которые будут удовлетворять условиям допустимости технического состояния корпуса судна Причем, введение в качестве ограничений требований I и II иерархических уровней не позволит получить решение, при котором допускаемые толщины будут меньше этих значений Результаты нескольких возможных решений указанной задачи представлены в диссертации Рассмотрена гипотетическая задача ОТС корпуса с

существенно неравномерным износом палубного стрингера (9%) и примыкающего к нему пояса палубного настила (40%) В результате решения допускаемая толщина палубного стрингера увеличилась до 20,6 мм вместо 19,9 мм в предположении приблизительно одинакового износа смежных листов

В четвертой главе диссертации также приведены примеры опытной эксплуатации ПК «БУБСНЕС К_С АБ», включая оценку результатов дефекгации и прогнозирование состояния конструкций на заданный период с расчетами массы и площади поверхности заменяемых конструкций, оценки «эквивалентного возраста» конструкций и корпуса судна в целом в соответствии с алгоритмом, разработанным в диссертации и кратко описанном выше

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В представленной диссертации решена задача, имеющая практическое значение для повышения эффективности и ускорения процесса ОТС корпуса и его контроля на протяжении всего жизненного цикла судна, а также для повышения качества проектных работ при решении задач проектирования конструкций корпуса судна В диссертации получены следующие научные и прикладные результаты

1 Выполнен анализ сложившейся практики ОТС конструкций корпуса судна Показано, что требования Российских нормативных документов для ОТС, основанные на огромном статистическом материале по различным видам повреждений судовых корпусных конструкций, может быть приняты в качестве «эталонных» при выполнении сопоставительного анализа

2 Обоснованы научно-методические принципы и разработаны алгоритмы программного комплекса ОТС конструкций корпуса судна

3 Разработана структура программного комплекса ОТС конструкций корпуса судна, обеспечивающего выявление элементов (участков) конструкций, износы которых превышают допустимые величины, элементов (участков) конструкций со значительными коррозионными износами, сомнительных элементов (участков) конструкций и прогнозирование технического состояния корпуса на заданный период

4 Предложена методика прогнозирования износов конструкций на основе информации по предыдущим дефеюгациям

5 Разработаны методика и алгоритм оценки «эквивалентного возраста» корпуса судна

6 Обосновано применение разработанных методик, алгоритмов и программного обеспечения для решения задач ОТС корпуса морских судов

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

Публикации в изданиях Перечня ВАК РФ:

1 Методика оценки «Эквивалентного возраста» корпуса судна на основе нормативных документов РМРС, (статья) // «Судостроение», №5, 2007, с 1923 (в соавторстве с В Н Тряскиным, автор - 50%)

2 Научно-методические основы алгоритмов определения технического состояния корпуса судна по требованиям нормативных документов классификационных организаций, (статья) // Научно-технический и информационно-аналитический журнал «Морской вестник», СПб 2007 №4, с 94-97 (в соавторстве с В Н Тряскиным, автор - 50%)

Прочие публикации:

3 Прогнозирование параметров эксплуатационных дефектов корпусов судов, (статья) // Техника и Технология 2007 №3 с 29-34 (автор - 100%)

4 Программный комплекс «SYSCHECK» для оценки технического состояния корпусов судов, (тезисы доклада) // Моринтех-Практик 2007 VIII Всероссийская научно-практическая конференция, с 111-112 (автор -100%)

Рисунки:

Рис 1 Структурно-логическая схема ОТС корпуса судна

Дэ, мм

4 -<

< г х-> е-х->

2 г / 4 г > « 3

/г'

«к. -

1 ...

>-о-с -

О 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48

х, год

Рис 2 Прогноз износа конструкции (1-2 - линейная, 3 - кубическая и 4 - квадратичная аппроксимации закона «деградации» конструкции)

Уровень обновления

Рис 3 Коэффициент, определяющий допускаемый остаточный момент сопротивления корпуса судна

Уровень обновления

Рис 4 Коэффициент, определяющий допускаемую остаточную толщину листов настила второго дна

1,00

0,90

0,80

0,70

0,60

пи

--< ч I

N I

Ч, I I

I I I

;

I I

!

I

3 я

а

Я а о\ 5 Е о

СЛ

VI

ся СЛ

Уровень обновления

3 5

* й

о> « в-

Рис 5 Коэффициент, определяющий допускаемый остаточный момент сопротивления балок бортового набора

WDx 106, см3

---- WD - пострс ■ ■ — ечное значен с----> ие

ЕКВ)(Х)

° О

■ . I Оценка "экви возраста' . I валентного судна ^ -■-

О 5 10 15 20 25

Т, лет

Рис 6 Оценка «эквивалентного возраста» судна по критерию общей прочности (на примере балкера длиной 134 м)

М, мм

г, лет •

Рис 7 Оценка эквивалентного возраста судна по допускаемым толщинам при общем износе листов настила второго дна (на примере балкера длиной 134 м)

р*(т*) 0,40

0,35 " 0,30 -0,25 0,20 -0,15 " 0,10 0,05

0,00

■Я*

Р

Щ

I

.1.......и.......I.......и.

.1.......1.......1.......1.

1,25 3,75 6,25 8,75 11,25 13,75 16,25 18,75 21,25 23,75 26,25 28,75 г*, лет

Рис. 8 Статистический закон распределения «эквивалентного возраста» наружной обшивки корпуса судна: р*(т*) - ординаты гистограммы;

Р*(1*) №

0,0 2,5 5,0 7,5 10,0 12,5 15,0 17,5 20,0 22,5 25,0 27,5 30,0

1,25 3,75 6,25 8,75 11,25 13,75 16,25 18,75 21,25 23,75 26,25 28,75 г*, лет

Рис. 9 Статистические и теоретические распределения «эквивалентного возраста» наружной обшивки корпуса судна: р*(т*) - ординаты гистограммы; /(г) - плотность вероятности

■ — Ординаты гистограммы -и— Нормальный закон

— Гамма-распределения -►—Экспоненциальное распределение *—Распределение Вейбулла

0,0

5,0

10,0 15,0

г, лет

20,0

25,0

Рис. 10 Функция распределения «эквивалентного возраста» наружной обшивки корпуса судна

0,08

0,04

0,00

Рис.

1,25 3,75 6,25 8,75 11,25 13,75 16,25 18,75 21,25 23,75 26,25 28,75

г *, лет

11 Статистические и теоретические распределения «эквивалентного

возраста» корпуса судна в целом: р*{т*) - ординаты гистограммы; /(г) - плотность вероятности

С—I Ординаты гистограммы -е- Нормальный закон

Гамма-распределения —Экспоненциальное распределение -*- Распределение Вейбулла

р*(т*) 0,0 2,5

0,12

0,08

0,04

Г(т)

0,0

10,0 15,0

г, лет

Ордината гистограммы Нормальный закон Гамма-распределения Экспоненциальное распределение Распределение Вейбулпа

25,0 30,0

Рис 12 Функция распределения «эквивалентного возраста» корпуса судна в целом

ИЦ СПбГМТУ, Лоцманская, 10 Подписано в печать 16 И 2007 Зак 3503 Тир 100 1,1 печ л

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НОРМАТИВНЫХ ДОКУМЕНТОВ ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ КОРПУСА СУДНА

1.1. Общие положения

1.1.1. Развитие Российских требований по оценке технического состояния корпуса судна

1.1.2. Принципы нормирования общей прочности корпуса в процессе длительной эксплуатации.

1.1.3. Принципы нормирования допускаемого износа

1.2. Требования Методики дефектации корпусов морских транспортных судов 1988г.

1.3. Требования Инструкции по оценке технического состояния корпуса судна Российского морского Регистра судоходства 2004 г.

1.4. Требования по оценке технического состояния корпуса судна зарубежных классификационных организаций.

1.4.1. Общие положения.

1.4.2. Требования Регистра Ллойда.

1.4.3. Требования Германского Ллойда.

1.4.4. Требования Бюро Веритас

1.4.5. Требования Американского бюро судоходства.

1.5. Современное положение дел в проблеме оценки технического состояния корпуса судна

ГЛАВА 2. НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АЛГОРИТМОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ КОРПУСА СУДНА ПО ТРЕБОВАНИЯМ НОРМАТИВНЫХ ДОКУМЕНТОВ

КЛАССИФИКАЦИОННЫХ ОРГАНИЗАЦИЙ

2.1. Общие положения

2.2. Алгоритмы формирования требований I уровня.

2.3. Алгоритмы формирования требований II уровня

2.4. Алгоритмы формирования требований III уровня.

ГЛАВА 3. СТРУКТУРА И МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ КОРПУСА СУДНА

3.1. Структура программного комплекса.

3.2. Методические основы программного обеспечения оценки технического состояния конструкций корпуса судна.

3.3. Методика прогнозирования износов конструкций на основе информации по предыдущим дефектациям

3.4. Методика и алгоритм оценки «эквивалентного возраста» корпуса судна.

3.4.1. Общие положения

3.4.2. Основные расчетные зависимости для построения методики оценки «эквивалентного возраста» корпуса судна на основе нормативных документов РМРС

3.4.3. Алгоритм оценки «эквивалентного возраста» корпуса судна.

3.4.4. Методика и алгоритм прогнозирования «эквивалентного возраста» корпуса судна на основе нормативных документов других классификационных организаций

ГЛАВА 4. ПРИМЕРЫ ПРАКТИЧЕСКИХ ПРИЛОЖЕНИЙ

РАЗРАБОТАННЫХ МЕТОДИК И ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

4.1. Сопоставление Российских требований по оценке технического состояния корпуса судна 1988 г. и 2004 г.

4.2. Сопоставление результатов оценке технического состояния корпуса судна на основе нормативов различных классификационных организаций.

4.3. Примеры реализации требований различного иерархического уровня при оценке технического состояния корпуса судна.

4.3.1. Реализация требований I уровня.

4.3.2. Реализация требований II уровня

4.3.3. Реализация требований III уровня

4.4. Примеры опытной эксплуатации программного комплекса для оценки технического состояния корпуса судна

4.5. Оценки эквивалентного возраста корпуса судна на основе нормативных требований Российского Регистра и некоторых зарубежных классификационных организаций.

Этап эксплуатации корпуса судна - наиболее продолжительный период его жизненного цикла. При проектировании конструкций корпуса и постройке судна принимаются такие решения, которые должны обеспечить надежность корпуса в расчетных эксплуатационных условиях. Однако с течением времени элементы конструкций подвергаются коррозионному износу, что приводит к снижению уровня надежности конструкций и корпуса в целом.

Современные Правила Классификации и постройки морских судов (Германский Ллойд, Бюро Веритас, Общие Правила МАКО, .) содержат также требования по надзору за конструкциями корпуса судна в процессе эксплуатации и нормативы допускаемых износов элементов конструкций. Допускаемые значения параметров конструкции базируются на соответствующих величинах, требуемых Правилами для нового судна. Требования для определения размеров элементов конструкций содержат в явном или неявном виде добавки на коррозионный износ. Таким образом, еще на стадии проектирования конструкций можно принять проектные решения, обеспечивающие необходимое качество конструкций на протяжении всего жизненного цикла. Это позволяет считать проблему оценки технического состояния конструкций неотъемлемой частью проблемы проектирования конструкций корпуса нового судна.

Для контроля состояния корпуса периодически проводят замеры толщин, в ходе которых фиксируются остаточные размеры конструктивных элементов. Число замеров достигает нескольких тысяч (около 20000 точек для крупнотоннажного нефтеналивного судна) [94]. Обработка результатов замеров по-прежнему производится в основном вручную. Не решена задача автоматизированной передачи информации в существующие системы для анализа технического состояния судовых конструкций.

В отечественной практике применяются несколько автоматизированных систем для формирования и обработки данных по техническому состоянию корпусов судов, составления прогнозных оценок. Можно отметить системы «СОИКС» [16, 17, 18], «ОЕРНиЬЬ» [68] и «8У8СНЕСК» [75] разработанные, соответственно, под руководством А.С.Брикера, В.А.Кулеша и В.Н.Тряскина, в которых задачи решаются на основе нормативных документов Российского морского Регистра судоходства (РС).

В создании нормативных документов по оценке технического состояния корпуса судна, их совершенствовании (в частности, «Инструкции по определению технического состояния, обновлению и ремонту корпусов морских судов, РМРС 2004», далее - Инструкции) принимали участие Е.М.Апполонов, Г.В.Бойцов, А.С.Брикер, А.В.Дидковский, Г.В.Егоров, В.В.Козляков, В.А.Кулеш, А.И.Максимаджи, Г.В.Маркозов, А.Б.Нестеров, А.А.Осняч, Р.Л.Рейнер, С.В.Тананыкин, В.Н.Тряскин и др. Требования инструкции основаны на многолетних систематических работах по сбору и обобщению информации об износе элементов конструкций, а также на результатах теоретических и экспериментальных исследований [2,3,4,6,13,14,15,19,20,29,30,31,35,36,37,40,43,44,46,47,48,49,50,51,52,53,54,55,59 60,61,62,64,65,78,84,86,87,88,89,90,92]. В Инструкции содержатся требования к допускаемым остаточным размерам листов и балок основного и рамного набора, допускаемым значениям характеристик, определяющим прочность корпуса в целом. Инструкция в явном виде не содержит методических указаний о порядке принятия решения о назначении допускаемых остаточных размеров конструктивных элементов, которые должны удовлетворять одновременно требованиям различного иерархического уровня: местной прочности и устойчивости листовых и балочных элементов конструкции, прочности конструкции как совокупности листов и балок основного и рамного набора, общей прочности корпуса. Это обусловливает определенную свободу действий в трактовке требований Инструкции специалистами различных организаций при решении задач оценки технического состояния корпуса судна. В связи с этим разработка методических принципов решения этой проблемы представляет научный и практический интерес.

При проверке технического состояния выполняются замеры остаточных толщин элементов листовых конструкций и балок набора. Замеренные величины сопоставляются с минимально допустимыми значениями, которые регламентируются специальными Инструкциями классификационных организаций [31, 93, 104, 105, 106]. Структура требований Инструкции РС [31] такова, что для определения допускаемых толщин листов, характеристик балок набора, поперечного сечения корпуса, следует знать значения соответствующих параметров, регламентируемых действующими Правилами. Оперативное решение проблем оценки технического состояния корпуса не возможно без автоматизации используемых при этом расчетных процедур.

Поэтому работа, посвященная рассмотрению вопросов, связанных с решением этой проблемы на современном уровне в рамках системы автоматизированного контроля технического состояния конструкций корпуса судна в процессе эксплуатации является актуальной.

Решению основных вопросов указанной проблемы на основе широкого использования новых возможностей информационной технологии и посвящена данная работа. Из этой сложной и комплексной проблемы рассмотрена часть вопросов, в решении которых принял участие автор.

Настоящее исследование является продолжением и развитием работ, выполненных ранее на кафедре Конструкции судов Санкт-Петербургского государственного морского технического университета (СПбГМТУ) под руководством профессора В.Н. Тряскина и направленных на обеспечение прочности и надежности корпуса в расчетных эксплуатационных условиях. Диссертация посвящена разработке методических основ, алгоритмов и программного обеспечения задач проектирования и контроля технического состояния конструкций корпуса судна.

Объектом исследования в рассматриваемой диссертационной работе являются конструкции корпуса морских транспортных судов.

Предмет исследования - задачи оценки технического состояния конструкций корпуса морских судов, базирующиеся на предлагаемых научно-методических принципах, алгоритмах автоматизированных процедур, реализуемые с использованием разработанных программных средств.

Для достижения поставленной цели требуется рассмотреть совокупность проблем, которые могут быть сформулированы как задачи исследования-,

1. Анализ сложившейся практики оценки технического состояния конструкций корпуса судна;

2. Создание научно-методических принципов и алгоритмов программного комплекса оценки технического состояния конструкций корпус? судна;

3. Разработка методики прогнозирования износов конструкций на основе информации по предыдущим дефектациям;

4. Разработка структуры программного комплекса оценки технического состояния конструкций корпуса судна, обеспечивающего выявление: элементов (участков) конструкций, износы которых превышают допустимые величины; элементов (участков) конструкций со значительными коррозионными износами; сомнительных элементов (участков) конструкций и прогнозирование технического состояния корпуса на заданный период;

5. Разработка методики и алгоритма оценки «эквивалентного возраста» корпуса судна;

6. Обоснование применения разработанных методик, алгоритмов и программного обеспечения для решения задач оценки технического состояния корпуса морских судов.

Основная научная задача диссертации - реализация методологии системного подхода в задачах оценки технического состояния корпуса судна. Методы решения: математическое моделирование задач оценки технического состояния, применение аппарата теории вероятности и математической статистики, аналитических и численных методов строительной механики корабля, математического программирования, как аппарата принятия решения.

Основные научные результаты и их новизна:

1. Разработаны научно-методические принципы алгоритмов оценки технического состояния конструкций корпуса судна.

2. Разработаны методики и алгоритмы определения допускаемых остаточных размеров элементов конструкций корпуса судна на основе требований нормативных документов классификационных организаций.

3. Исследованы задачи оценки технического состояния корпуса судна, реализующие требования различного иерархического уровня, с использованием методов моделирования, оптимизационно-поисковых процедур.

4. Разработаны оригинальная методика и алгоритм оценки «эквивалентного возраста» корпуса судна.

Практическая ценность работы определяется эффективностью (сокращением сроков, повышением качества) оценки технического состояния корпуса, которая обеспечивается благодаря использованию специализированного программного комплекса, разработанного на основе исследований, выполненных в диссертации, созданием аппарата прогнозирования технического состояния корпуса судна в течение жизненного цикла, позволяющего принимать решения при проектировании конструкций нового судна.

На защиту выносятся следующие основные результаты работы:

1. Научно-методические принципы алгоритмов оценки технического состояния конструкций корпуса судна.

2. Методики и алгоритмы определения допускаемых остаточных размеров элементов конструкций корпуса судна на основе требований нормативных документов классификационных организаций.

3. Результаты исследований задачи оценки технического состояния корпуса судна, реализующие требования различного иерархического уровня, с использованием методов моделирования и оптимизационно-поисковых процедур.

4. Методика и алгоритм оценки «эквивалентного возраста» корпуса судна.

Внедрение результатов работы. Результаты работы используются при решении практических задач оценки технического состояния и обновления корпуса судов различных типов, при подготовке современных специалистов -морских инженеров, бакалавров, магистров по морской технике и технологиям.

Методические основы и алгоритмы разработки оценки «эквивалентного возраста» корпуса судна, обоснованные в диссертации, приняты в качестве рекомендаций для использования в международном проекте CAS (создание автоматизированной системы оценки технического состояния корпуса судна на протяжении всего жизненного цикла).

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации обсуждались на VIII всероссийской научно-практической конференции Моринтех-Практик 2007, на секции «Конструкция и прочность судов» технического Совета Российского морского Регистра судоходства, ноябрь 2007, на научно-технической конференции, посвященной памяти академика П.Ф.Папковича, ноябрь 2007.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 4 научно-технические работы: 3 статьи и 1 тезисы доклада. Из них 2 статьи в соавторстве (доля автора по - 50%). В изданиях, рекомендуемых Перечнем ВАК РФ, опубликованы 2 статьи (обе в соавторстве).

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех главы, заключения, содержит 190 страница основного текста (включая 26 таблиц и 44 рисунков), 3 страницы оглавления, список литературы из 106 названий. Приложения 1 - 4 имеют объем 80 страниц.

Краткое содержание диссертации.

В первой главе диссертации обсуждаются научно-методические аспекты оценки технического состояния конструкций корпуса судна по требованиям нормативных документов классификационных организаций, показано развитие Российских требований по оценке технического состояния корпуса судна; приведен обстоятельный анализ принципов нормирования допускаемого в процессе длительной эксплуатации судна износа конструкций с позиций общей и местной прочности, заложенных в основу Российских нормативных документов. Рассмотрены требования Методики дефектации корпусов морских транспортных судов 1988г. (МД), требования Инструкции РМРС 2004г. (Инструкции) и требования зарубежных классификационных организаций по оценке технического состояния корпуса судна. Дана характеристика современного положения дел и тенденций в проблеме оценки технического состояния корпуса судна.

Во второй главе диссертации излагаются научно-методические основы алгоритмов определения технического состояния корпуса судна пс требованиям нормативных документов классификационных организаций. Сформулирована основная методологическая идея оценки технического состояния корпуса судна, которая базируется на принципе декомпозиции корпуса на конструкции (конструктивные элементы) различного иерархического уровня и соответствующей декомпозиции процесса оценки технического состояния, которая представлена в виде общей структурно-логической схемы (модель) процесса оценки технического состояния. Предложены алгоритмы рекомендации реализации требований различного иерархического уровня при оценке технического состояния корпуса судна, с использованием методов моделирования и оптимизационно-поисковых процедур. Представлена математическая формулировка задач определения технического состояния конструкции корпуса в форме оптимизационно-поисковых процедур, реализующих требования различного иерархического уровня. Показаны пути и методы их решения

В третьей главе диссертации рассмотрены проблемы автоматизированной оценки технического состояния конструкций корпуса судна. Приводится общее описание структуры и методических основ программного комплекса (ПК) «8У8СНЕСКСА8», разработанного с участием автора диссертации, и предназначенного для автоматизированной оценки технического состояния корпусных конструкций с выявлением (визуализацией) элементов (участков) конструкций, износы которых превышают допустимые величины, конструкций со значительными коррозионными износами, сомнительных элементов (участков) конструкций. Предложена методика прогнозирования износов конструкций на основе информации по предыдущим дефектациям. Введено понятие «эквивалентный возраст» судна информация о котором представляет значительный интерес для судовладельцев, страховых компаний, обоснована методика и алгоритм оценки «эквивалентного возраста» корпуса судна на основе нормативных документов РС и других классификационных организаций.

В четвертой главе диссертации приведен анализ результатов расчета, полученных с использованием разработанных методик, алгоритмов и программного обеспечения. Выполнены сопоставления результатов оценки технического состояния корпуса судна на основе нормативов МД и Инструкции; на основе нормативов различных классификационных организаций. Показано, что требования РС приводят к самым низким значениям допускаемых остаточных толщин, т.е. являются наиболее мягкими. Приведены примеры реализации требований различного иерархического уровня при оценке технического состояния корпуса судна. Представлены некоторые результаты опытной эксплуатации ПК «8У8СНЕСКСА5», включая результаты расчета допускаемых размеров конструктивных элементов, дефектации и прогнозирование состояния конструкций на заданный период с расчетами массы и площади поверхности заменяемых конструкций, оценки «эквивалентного возраста» конструкций и корпуса судна в целом.

В заключении указаны основные научные и прикладные результаты, полученные автором диссертации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В представленной диссертации решена задача, имеющая практическое значение для повышения эффективности и ускорения процесса оценки технического состояния корпуса и его контроля на протяжении всего жизненного цикла судна, а также для повышения качества проектных работ при решении задач проектирования конструкций корпуса судна. В диссертации получены следующие научные и прикладные результаты:

1. Выполнен анализ сложившейся практики оценки технического состояния конструкций корпуса судна. Показано, что требования Российских нормативных документов для оценки технического состояния, основанные на огромном статистическом материале по различным видам повреждений судовых корпусных конструкций, может быть приняты в качестве «эталонных» при выполнении сопоставительного анализа.

2. Обоснованы научно-методические принципы и разработаны алгоритмы программного комплекса оценки технического состояния конструкций корпуса судна.

3. Разработана структура программного комплекса оценки технического состояния конструкций корпуса судна, обеспечивающего выявление: элементов (участков) конструкций, износы которых превышают допустимые величины; элементов (участков) конструкций со значительными коррозионными износами; сомнительных элементов (участков) конструкций и прогнозирование технического состояния корпуса на заданный период.

4. Предложена методика прогнозирования износов конструкций на основе информации по предыдущим дефектациям.

5. Разработаны методика и алгоритм оценки «эквивалентного возраста» корпуса судна.

6. Обосновано применение разработанных методик, алгоритмов и программного обеспечения для решения задач оценки технического состояния корпуса морских судов.

1. Александров A.B., Бойцов Г.В., Евенко В.И., Кудрин М.А. Шапошников В.М. Новые принципы нормирования прочности корпусов судов и их реализация в программном пакете «Руслан» // Научно-технический сборник, РМРС. - СПб.: 1999. Выпуск 22, с. 58-74.

2. Беленький Л.М. Основные принципы дефектации корпусов промысловых судов // В сб.: Судоремонт флота рыбной промышленности. Л.: Транспорт, 1972, Выпуск 19, с. 37-41.

3. Беленький Л.М., Осняч A.A. Взаимоувязка требований к конструкциям корпуса судна при постройке и в эксплуатации // Сборник научных трудов БГА РФ «Прочность и техническая эксплуатация корпусов судов». Калининград 1996, Выпуск 9, с. 17-22.

4. Беленький Л.М., Семенов Л.Н. Определение минимальной толщины изношенной обшивки промысловых судов малых и средних размерений // Судостроение, 1969. №5, с. 10-13.

5. Белкин В.П. О критериях продольной прочности судового корпуса // Научно-технический сборник. Регистр СССР. Л.: Транспорт, 1975. Выпуск 3, с. 221-227.

6. Бойцов Г.В. О критерии нормирования местной прочности // Судостроение, 1979. № 1, с. 5-9.

7. Бойцов Г.В. О критериях общей прочности судов // Судостроение, 1977. №8, с. 8-12.

8. Бойцов Г.В., Кноринг С.Д. Прочность и работоспособность корпусных конструкций. Л.: Судостроение, 1972. 264 с.

9. Бойцов Г.В., Палий О.М. Комплексный подход к проблемам обеспечения прочности судов // Проблемы прочности судов. Л.: Судостроение, 1975. с. 71150.

10. Бойцов Г.В., Палий О.М. Прочность и конструкция корпуса судов новых типов. Л.: Судостроение 1979. 360 с.

11. Бойцов Г.В., Шапошников В.М., Копилец Н.Ф., Рейнер Р.Л. Программный комплекс «Руслан» для расчетов прочности корпусов судов // Научно-технический сборник. РМРС. СПб., 1998. Выпуск 21, с. 18-29.

12. Брикер A.C. Оценка технического состояния корпусов морских судов // Труды ЦНИИМФ. Л.: Транспорт, 1974. Выпуск 186, с. 88-100.

13. Брикер A.C. Условные измерители местной прочности изношенного корпуса // Труды ЦНИИМФ. Л.: Транспорт, 1979. Выпуск 246, с. 39-48.

14. Брикер A.C. Учет коррозионного износа в Правилах постройки судов // Труды ЦНИИМФ. Л.: Транспорт, 1976. Выпуск 210, с. 29-41.

15. Брикер A.C., Неклюдов С.Ю. Анализ и прогнозирование технического состояния корпусных конструкций с применением персональных ЭВМ // В кн.: Прочность корпуса и защита судов от коррозии. Сборник научных трудов ЦНИИМФ. -'Л.: Транспорт, 1989. с. 31-39.

16. Брикер A.C., Неклюдов С.Ю. Система анализа и прогнозирования технического состояния корпусов морских транспортных судов СОИКС-2. -СПб.: ЦНИИМФ, 1998.28с.

17. Брикер A.C., Неклюдов С.Ю. Система оценки и прогнозирования технического состояния корпуса судна // Судоремонт флота рыбной промышленности. 1989. № 69. с. 28-32.

18. Бураковский Е.Р. Совершенствование нормирования параметров эксплуатационных дефектов корпусов судов. Калининград: КГТУ, 2005. 339 с.

19. Бюллетень №2 к Правилам классификации и постройки морских судов РМРС 1995.-СПб.: РМРС 1997. 172 с.

20. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. -М.: Высшая школа 1999. 576 с.

21. Гарин Э.Н. Использование некоторых простых численных процедур для автоматизации проектирования корпусных конструкций // Труды ЛКИ, 1974. Выпуск 90. с. 45-51.

22. Гарин Э.Н. Некоторые аппроксимационные подходы в задачах оптимального проектирования конструкций корпуса // Сборник научных трудов. СПбГМТУ, 1995. с. 38-59.

23. Гарин Э.Н. Поисковые методы в проектировании судовых конструкций, устройств и систем. Учебное пособие, СПбГМТУ, 2006. 118 с.

24. Гарин Э.Н., Кутейников М.А., Тряскин В.Н. Расчеты рисков для оценки состояния корпусных конструкций // Научно-технический сборник. РМРС. 2006. Выпуск 29. с. 120-128.

25. Гарин Э.Н., Смирнов Ю.А., Тряскин В.Н. Методология параметрического проектирования в специализированных САПР судовых конструкций // Труды конференции «Бубновские чтения», СПб.: 1997. с. 116-118.

26. Гребенюк Я.П. О критериях продольной прочности транспортных судов // Научно-технический сборник, Регистр СССР. Л.: Транспорт, 1980. Выпуск 9, с. 4-18.

27. Екимов В.В. Вероятностные методы в строительной механике корабля. -Л.: Судостроение, 1966. 328 с.

28. Инициатива по проекту CAS. Оценка состояния стареющих судов для принятия решений по техническому обслуживанию конструкций в режиме реального времени. Материалы ГУ РМРС. СПб.: 2005.

29. Инструкция по определению технического состояния, обновлению и ремонту корпусов морских судов // Правила классификационных освидетельствований судов. Приложение 2. СПб.: РМРС 2004. с. 208-277.

30. Инструкция по определению технического состояния, обновлению и ремонту корпусов морских судов // Правила классификационныхосвидетельствований судов 1998. Приложение 2. СПб.: РМРС 2ООО. с. 28-98.

31. Киреев В.Н., Тряскин В.Н. Программное обеспечение автоматизированного параметрического проектирования конструкций корпуса транспортного судна // Сб. ЛОП НТОС им. акад. А.Н.Крылова. Материалы пообмену опытом, 1998. Выпуск 28, с. 93-99.

32. Короткин Я.И. О принципах нормирования общей прочности корпусов судов // Судостроение, 1977. № 8, с: 3-8.

33. Короткин Я.И., Ростовцев Д.М., Сивере Н.Л. Прочность корабля. Л.: Судостроение 1974. 432 с.

34. Крыжевич Г.В. О запасах местной прочности корпусов судов новых типов // Судостроение, 1992. № 8-9, с. 3-6.

35. Кулеш В.А. Оценка условий разрушения судовых конструкций при неравномерной коррозии // Труды научно-технической конференции «Бубновские чтения». СПб.: 2004. с. 36-37.

36. Кулеш В.А. Расчетное проектирование и экспертиза технического состояния судовых конструкций в районах экстремальных местных нагрузок. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Владивосток. ДВГТУ, 1998. 46 с.

37. Курдюмов A.A. Прочность корабля. Л.: Судпромгиз, 1956. 384 с.

38. Лам В.Х. Прогнозирование параметров эксплуатационных дефектов корпусов судов // Техника и Технология 2007. №3 с. 29-34.

39. Лам В.Х. Программный комплекс «SYSCHECK» для оценки технического состояния корпусов судов // Моринтех-Практик 2007. VIII

40. Всероссийская научно-практическая конференция, с. 111-112.

41. Максимаджи А.И. Критерии общей прочности корпусов транспортных судов//Судостроение, 1977. №8 с. 13-17.

42. Максимаджи А.И. Направление совершенствования норм допускаемого \ износа элементов корпуса судна // Судостроение 1989. № 5 с. 41 -46.

43. Максимаджи А.И. Продолжительность эксплуатации и нормирование прочности судового корпуса// Судостроение, 1985. № 4, с. 7-9.

44. Максимаджи А.И. Прочность морских транспортных судов. Л.: Судостроение, 1976. 312с.

45. Максимаджи А.И. Требования к остаточному моменту сопротивления корпуса // Тезисы докладов конференции по строительной механике корабля, посвященная памяти академика Ю.А. Шиманского, ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова. СПб.: 2001. с. 25-26.

46. Методика дефектации и замены отдельных конструкций корпусов морских транспортных судов. ЦНИИМФ. Л.: Морской транспорт, 1963. 40 с.

47. Методика дефектации корпусов морских транспортных судов. ЦНИИМФ. М.: ЦРИА Морфлот, 1978. 62 с.

48. Методика дефектации корпусов морских транспортных судов. ЦНИИМФ. -М.: ЦРИА Морфлот, 1992.

49. Нормативно-методические материалы по расчетам прочности морских судов // РМРС: сб. нормативно-методических материалов. Кн. 11. СПб.: 2002, 150 с.

50. Нормативно-методические указания по определению технического состояния корпусов морских судов в эксплуатации. Регистр СССР. Л.: 1983. 39 с.

51. Осняч А.А, Синицын И.А. Опыт оценки технического состояния корпусов судов ограниченного района плавания // Сборник научных трудов БГА РФ «Прочность и техническая эксплуатация корпусов судов».

52. Калининград 1996, Выпуск 9, с. 34-40.

53. Осняч A.A. Анализ запасов на износ судовых корпусных конструкций // Тезисы докладов конференции по строительной механике корабля, посвященная памяти академика Ю.А. Шиманского, ЦНИИ им. акад. А.Н.

54. Крылова.-СПб.: 1999. с. 16-18.

55. Осняч A.A. К вопросу нормирования язвенного износа // Труды научно-технической конференции «Бубновские чтения», ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова -СПб.: 1998. с. 99-100.

56. Оценка технического состояния корпусов морских судов. А.И. Максимаджи, JIM. Беленький, A.C. Брикер. Л.: Судостроение, 1982. 156 с.

57. Правила классификации и постройки морских судов. Том 1. СПб.: РМРС 2005.482 с.

58. Правила классификации и постройки морских судов. Том 1. СПб.: РМРС 1995. 464 с.

59. Правила классификации и постройки морских судов. Том 1. СПб.: РМРС 1990. 621 с.

60. Правила классификационных освидетельствований судов, СПб.: РМРС 2004,286 с.

61. Притыкин И.А., Прохнич В.Г1. Параметры коррозионного износа корпусов судов // Судоремонт флота рыбной промышленности. 1984. № 56. с. 44-46.

62. Проект новой редакции требований Правил классификационных освидетельствований судов к обновлению корпуса судна // Сборник нормативно-методических материалов. РМРС. Кн. 15. СПб.: 2005. с. 23-32.

63. Прохнич В.П., Семенов Л.Н. Износ наружной обшивки судов промыслового флота // Судоремонт флота рыбной промышленности. 1974. № 24.

64. Путов Н.Е. Проектирование конструкций корпуса морских судов, ч. 1. -Л.: Судостроение 1976. 376 с.

65. РД 15-120-92. Методика оценки технического состояния корпусов судов флота рыбной промышленности // МРХ СССР. Калининград, 1992. 97 с.

66. РД 31.28.30-88. Комплексная система технического обслуживания и ремонта судов // Методика дефектации корпусов морских транспортных судов. -М.: В/о Мортехинформреклама, 1988. 88 с.

67. Родионов А.А. Математические методы проектирования оптимальных конструкций судового корпуса. Л.: Судостроение, 1990. 248 с.

68. Родионов А.А. Математические модели автоматизированного проектирования корпуса // Материалы конференции МОРИНТЕХ'95. СПб.: 1995. с. 135-139.

69. РП 95-6-Ц «НТБ» 01. Унифицированная компьютерная система сбора, хранения, обработки и анализа данных дефектации корпусов судов ОЕРНШХ (руководство пользователя). Владивосток: ТОО Центр «Наука. Техника. Бизнес» (ДВГТУ), 1996.

70. Руководство по техническому наблюдению за судам в эксплуатации. -СПб.: РМРС 2004. 323 с.

71. Справочник по строительной механике корабля. Том 3. Под общей ред. акад. Ю.А. Шиманского. Л.: Судостроение, 1960, 800 с.

72. Суслов А.Н. Геометрическое моделирование в системах проектирования и эксплуатации судна. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. СПб.: СПбГМТУ, 1998.

73. Тряскин В.Н. Автоматизированное проектирование судовых конструкций в соответствии с требованиями общей прочности // Труды конференции «Бубновские чтения». ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова. СПб.: 1997. с. 119-120.

74. Тряскин В.Н. Методологические основы автоматизированного параметрического проектирования конструкций корпуса судна // Судостроение, 2006. №3, с. ,9-12.

75. Тряскин В.Н. Методология автоматизированного проектирования конструкций корпуса судна. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. СПб.: СПбГМТУ, 2007. 42 с.

76. Тряскин В.Н. Параметрическое проектирование балочных элементов конструкций корпуса судна // Труды конференции по строительной механике корабля, посвященной памяти академика Ю.А. Шиманского, ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова. СПб.: 2003. с. 38-40.

77. Тряскин В.Н. Параметрическое проектирование листовых элементов конструкций корпуса судна // Труды конференции по строительной механике корабля, посвященной памяти академика Ю.А. Шиманского, ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова. СПб.: 2003. с. 36-37.

78. Тряскин В.Н. Проектирование конструктивного мидель-шпангоута морских транспортных судов. Учебное пособие. JL: изд. ЛКИ, 1986. 104 с.

79. Тряскин В.Н., Лазарев В.Н., Смирнов Ю.А, Курдюмов В.А. Проектирование корпусных конструкций морских судов. Учебное пособие. -Л.: изд. ЛКИ, 1987. 84 с.

80. Тряскин В.Н., Лам В.Х. Методика оценки «Эквивалентного возраста» корпуса судна на основе нормативных документов РМРС // Судостроение 2007, №5 с. 19-23.

81. Хастингс Н., Пикок Дж. Справочник по статистическим распределениям. Пер. с англ., М.: Статистика 1980. 95 с.

82. Чапкис Д.Т. Некоторые вопросы учета язвенной коррозии при оценке прочности изношенных корпусов судов // В кн.: Износы и нормирование дефектов корпусов судов. Л.: Судостроение, 1968. Выпуск 103, с.51-65.

83. Чапкис Д.Т. О влиянии неравномерного износа на статическую прочность пластин судового корпуса//Судостроение, 1963. № 5, с. 14.

84. Чапкис Д.Т. О едином подходе к оценке технического состояния и предремонтной дефектации корпусов судов // В кн.: Износы и нормирование дефектов корпусов судов. Л.: Судостроение, 1968. Выпуск 103, с. 66-74.

85. Шемендюк Г.П., Бабцев В.А., Четырбодский А.Н. Статистическиеисследования износа обшивки корпусов судов ледового плавания // Судостроение, 1992. № 8-9, с. 28-31.

86. Шемендюк Г.П., Фогелевич А.Н., Борейко А.В. Программный комплекс по оценки технического состояния корпуса судна // Исследования по вопросам повышения эффективности судостроения и судоремонта. Владивосток. 1993 с. 18-20.

87. Яковский Ф.В. Нормативы коррозионного износа судокорпусных конструкций // Труды ЦНИИМФ. JL: Транспорт, 1974. Выпуск 186. с. 100113.

88. American Bureau of Shipping and Affiliated Companies, SafeHull, Technical information. 2006.

89. Biasotto P., Rouhan A. Survey and Inspection Management for FPSOS. OMAEJ2004/S&R-51433, 10 p.

90. Germanischer Lloyd AG Poseidon.96. 1ACS. Common Structural Rules // OECD WORKSHOP ON MARITIME TRANSPORT. Paris, 4 November 2004.

91. IMO Resolution MEPC. 94(46), 2001, Condition Assessment Scheme 5.7

92. Jarmillo D. Extracting NAPA Steel Data for Hull Condition Monitoring. Proceedings of NAPA User Meeting 2006, 12 p.

93. Jarmillo D., Cabos C., Renard P. Efficient Data Management for Hull Condition Assessement. International Journal of CAD/CAM vol. 6, No. 1, 2006, 14 p.

94. Lee Purlee and others. Economic Analysis of Tank Coating for Tankers in Clean Service. Material Protection, 1965, p. 50-58.

95. Masuda J. Longitudinal Strength of Ships. Sixth Shipping and Shipbuilding Conference, Bombay, 1966, 12 p.

96. Ship Structural Design Concepts. J. H. Evans., Editor. Project SR-200. U.S. Coast Guard Headquarters. Washington, D. C, 1974. p. 382-432.

97. Ship Structural Integrity Information System. Report SSC-380. SSC-1995. 176p.

98. Surveys General Requirements. Ch. I, Part 0, Sec. 3, Germanischer Lloyd. Rules & Guidelines, 2007. 28 p.

99. Thickness Measurement and Close-up Survey Guidance. Revision 4, July 2005. Lloyd's Register, 136 p.

100. Thickness Measurements: Extent, Determination of Location, Acceptance Criteria. Bureau Veritas. Rules for the Classification of Steel Ships. Part A, Chapter 2, Appendix 3, 45 p.