автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.02, диссертация на тему:Методы оценки работоспособности узлов судового корпуса при сложном напряженном состоянии

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОРСКОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

парканский (Дмханс*"*

Игорь Харитонович / и X ^

На правах рукописи

МЕТОДЫ ОЦЕнки РАБОТОСПОСОБНОСТИ УЗЛОВ СУДОВОГО КОРПУСА ПРИ СЛОЖНОМ НАПРЯЖЕННОМ СОСТОЯНИИ

05.08.02 — Строительная механика корабля

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург — 1992

Работа выполнена в Одесском институте 'инженеров морского' флота

Научный ру.ко1В оидтт-ел ь: доктор техн. наук, профессор Максимаджи А. И.

Научный консультант: кандидат техн. наук, доцент Сиряченко В. Ф.

Официальные оппонент ы:

доктор техн. наук, профессор Петинов С. В.;

(кандидат техн. наук Бронский А. И.

Ведущее ш ел понятие — Центральное технйко-ксадструк-торокое бюро НПО «Судостроение» Министерства Речного Флота Российской Федерации.

^ /о

Защита состоится « # » 1992 г.

в час. >в а уд. &.3&/ на заседании, специализированно-

го совета К 053.23.03 по (присуждению ученой степени кандидата технических наук в Санкт-Петербургском государственном :можко:м техническом университете по адресу: • 190008, Санкт-Петербург, ул. Лоцманская, 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке С-ПбГМТУ.

Автореферат разослан «X » 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук,

доцент А. Д. КРАСНИЦКИИ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЕОТЫ

Актуальность темьг. Проблеме усталостной прочности судовых конструкций уделяется большое внимание с конца пятидесятых годов. Это вызвано широким применением стали повышенной прочности, созданием новых типов судов и плавучих сооружений. С развитием методов расчета внешних нагрузок и действующих напряжений при проектировании узлов корпуса все тире применяются расчеты на усталость и эксперименты по циклическому нагружению полунатурных конструкций.

Усталостные трещины часто встречаются на современных судах. Нормативные документы по технической эксплуатации корпуса требуют устранения в период ремонта всех обнаруженных трещин, однако это на практике зачастую не выполняется. Решение о целесообразности ремонта конструкции с трещиной принимается субъективно и может привести к неоправданным затратам на ремонт или к серьезному повреждению в результате распространения трещины. Значительная часть трещин не обнаруживается при де-фектации. С учетом этого при проектировании узлов необходимо обращать внимание на достаточную живучесть их при развитии трещины.

Многие элементы узлов работают при сложном напряженном состоянии (с.н.с.) - объемном или плоском. С.н.с. может быть вызвано как формой конструкции, так и одновременным действием нескольких нагрузок. Возникновение и особенно распространение трещин усталости при с.н.с. в сварных швах и других элементах узлов изучено недостаточно. Сложность усталостных испытаний при действии нескольких нагрузок определяет необходимость расчетной оценки работоспособности корпусных конструкций в этих условиях. Такал оценка должна обеспечивать достаточную надежность узлов независимо от вида напряженного состояния их элементов.

Следовательно, нуждается в изучении целый ряд проблем, связанных с расчетом на усталость и выбором конструктивного оформления узлов судового корпуса, в т.ч. работающих при с.н.с.

Цель и задачи исследования. Цель диссертационной работы -разработка сравнительно простой методики оценки работоспособности узлов корпуса,пригодной для случая одновременного действия

нескольких нагрузок и учета стадии распространения трещины. Для реализации этой цели потребовалось: уточнить параметры и вероятностные характеристики кривых усталости корпусных сталей и сварных соединений разных типов;

распространить методику суммирования напряжений при нерегулярном нагружении на случай с.н.с.;

учесть влияние стадии распространения трещины на соотношение нагрузок.,' соответствующих равной долговечности разных конструкций;

оценить работоспособность ответственных узлов корпуса, проектируемых по Правилам Регистра и распространить стандарт .их надежности на другие узлы, в т.ч. те, в которых возможно распространение трещины до определенных размеров.

Методы исследования. В работе применялись статистические методы изучения усталостной прочности материалов и •элементов конструкций, испытания лабораторных образцов на усталость каш на стадии появления, так и распространения трещины, а также аппарат линейной механики разрушения.

Научная новизна. Уточнены значения средних и минимальных пределов усталости корпусных сталей и сварных соединений при действии нормальных и касательных напряжений. Получены данные для пересчета теоретического коэффициента концентрации напряжений в эффективный при сдвиге и одновременном действии нормальных и касательных напряжений. Получена формула для. стандарта приведенных напряжений при с.н.с.

Определено отношение напряжений при сдвиге и растяжении-сжатии, соответствующих одинаковой скорости распространения трещины.

Разработана методика оценки работоспособности узлов корпуса, базирующаяся на требованиях -Правил Регистра к конструктивному оформлению углов люковых вырезов и концов надстроек.

Практическая ценность. Разработанная методика может использоваться для выбора конструктивного оформления узлов, нагрузки на которые определены расчетным путем. Методика позволяет учесть действие нескольких нагрузок и стадию распространения трещин в узлах.

Полученные значения параметров кривых усталости сварных швов и элементов конструкций позволяют определить ресурс узла с использованием деформационного метода при заданной ве-

роятности повреждения.

Результаты работы внедрены в исследованиях кафедры Конструкций и проектирования судов Одесского института инженеров морского флота и использованы в учебном процессе.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научно-технических конференциях аспирантов, соискателей и молодых сотрудников ЦНИШФа, апрель 1980 и 1989 гг.; на конференциях профессорско-преподавательского состава и научных сотрудников ОИИШа в июне 1987 и 1989 гг.; на научно-технической конференции ДВПИ в сентябре 1989г.; на всесоюзной научно-технической крнференции "Проблемы прочности и снижение металлоемкости корпусных конструкций перспективных транспортных судов и плавучих сооружений" памяти Ю.А.Шиманского в феврале 1990г.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в шести статьях и одном отчете по НИР, 0ИИМ5.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы. Работа содержит 100 с. машинописного текста, включающего 3 с. оглавления, список литературы (105 наименований), 32 листа с рисунками, графиками.

ООДЕНКАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована необходимость изучения проблемы усталостной прочности при с.н.с., в т.ч. на стадии распространения трещин. Отмечена необходимость дополнительного изучения усталостных характеристик корпусных сталей и сварных швов разных типов, в т.ч. при сдвиге и с.н.с. Указан метод оценки работоспособности узлов корпуса при сдвиге и с.н.с. путем сравнения ее с работоспособностью узлов, конструкция и размеры которых определяются Правилами Регистра СССР.

В первой главе отмечено, что в листовых элементах узлов реализуется преимущественно плоское напряженное состояние (п.н.с.) вира или Проанализированы отно-

шения пределов усталости стали ¿'-¿/б"-/ при действии нормальных и касательных напряжений; отмечено увеличение отношения с увеличением предела прочности. В результате анализа работ.Н.Н.Афанасьева, В.С.Ивановой, В.П.Кагаева, С.Мэнсона, И.А.Одинга, Г.С.Писаренко, С.В.Серенсена и др. сделан вывод о том, что в углеродистой стали усталостные трещины образуются в плоскостях максимальных касательных напряжений 'Стах под действием как касательных, так и нормальных напряжений. Получена формула для приведенных напряжений при п.н.с., которая для п.н.с. вида (в"; Ь ) имеет вид:

Ъпр + -¿)е(Гтах)] ,

где нормальные напряжения на площадках макси-

мальных касательных напряжений.

Показано, что в приближенных расчетах узлов при п.н.с. вида (64562) можно пренебречь напряжениями

Получены зависимости отношений пределов усталости от вероятности образования трещины. Для малоуглеродистой стали отношение средних значений пределов усталости составляет 0,57; минимальных - 0,50.

Согласно данным В.П.Когаева, С.В.Серенсена и др., влияние асимметрии цикла на предел усталости больше выражено для нормальных напряжений, чем для касательных. Получены формулы для учета средних напряжений в условиях п.н.с. ви-

да (в;^ ).

Рассмотрены также особенности суммирования напряжений при нерегулярном нагружении и п.н.с. Получена формула для стандарта приведенных напряжений при п.н.с. вида (Gj Ь ):

_tri___, (I)

I '

где -AxJd-r-61-3

SsjSz з Ist* - стандарты и коэффициент корреляции напряжений £f; Т*.

Величина/4 характеризует снижение S (6/уз ) по сравнению со случаем суммирования повреждений от напряжений одного вида.

Влияние различной асимметрии цикла и взаимной корреляции нагрузок исследовано на примере карлингсов верхней палубы судов для перевозки генеральных грузов и контейнеров. Сравнивались расчетные приведенные напряжения от общего изгиба и наката воды при качке с приведенными напряжениями от общего изгиба и давления груза. Показано, что кар-лингсы судов, перевозящих палубный груз, должны проектироваться по критерию предельной прочности."

Во второй главе рассмотрены вопросы расчета долговечности узлов корпуса на стадии инициирования трещин усталости. В соответствии с "силовым" методом, развитым в работах Г.В.Еойцова, З.В.Екимова, В.В.Козлякова, Я.И.Короткина, А.А.Нурдгамова, O.E.Антонова, А.И.Максимаджи, В.С.Чувиковс-кого, Е.М.Шевандина, Э.Абрамсена, Г.Веделера, Дж.Нибберин-га и др., мерой пригодности узла для восприятия переменных нагрузок является величина эффективного коэффициента концентрации напряжений ¿¿Э . Значение оСэ определяется ра-' счетом или экспериментом относительно предела усталости "материала с дефектом"

es].

Величина принимается разной 70 МПа для малоуг-

леродистой стали. Для определения сСэ необходимо иметь

данные по усталостным характеристикам элементов 'узлов (сварных швов, кромок вырезов и т.п.). Имеющаяся в литературе информация нуждается в систематизации и дополнении, особенно при сдвиге и с.н.с. В результате анализа данных Г.А.Бельчука, И.В.Кудрявцева, Н.Е.Наумченкова, Г.А.Николаева, В.И.Труфякова, В.Х.Мюнзе и др. установлены значения средних величин пределов усталости &-4ср сварных швов малоуглеродистой стали при изгибе, которые приведены в таблице. Значения при растяжении-сжатии несколько ниже, чем при изгибе, однако минимальные значения практически не зависят от вида нагружения. Величина 6^-4 принята распределенной по нормальному.закону. Стандарты пределов усталости 5 ( ) сварных швов разных типов определены сопоставлением параметров, влияющих на разброс I, смещение кромок листов, ориентация шва, его форма) со значени ями для стыковых швов, по которым в литературе имеется достаточная информация. Отношения £ ( )/б-4суэ приведены в таблице.

Усталостные характеристики сварных швов малоуглеродистой стали

Тип сварного шва Пределы усталости и характеристики их разброса

МПа о- !--£ср} МПа ср Б (6-у)

б-уср Г-1ср

Поперечный стыковой 96 76 0,80 0,135 0,08

Продольный стыковой НО 76 0,69 0,С6 0,08

Пересекающиеся стыковые 77 62 0,80 0,135 0,С8

Поперечный тавровый 66 53 0,80 0,135 0,08.

Продольный тавровый 96 53 0,55 0,06 0,08

Поперечные ребра 96 Ъ 0,80 0,06 0,08

Продольные ребра НС 76 0,69 0,06 0,08

Нахлесточный с обваркой

по контуру . 64 64 1,00 0,06 0,06

Нахлесточный лобовой • 56 за 0,67 0,06 0,08

Нахлесточный фланговый 38 56 1,50 0,08 0,06

Пределы усталости сварных швов при сдвиге определялись расчетным путем с учетом формы и ориентации швов. Отношение возрастает с увеличением концентрации напряжений. Связь эффективных коэффициентов концентрации напряжений при действии нормальных, (¡¿э ^ и касательных (оСэ ) напряжений выражается формулой, полученной Н.А.Клыковым:

Меньшее влияние концентрации напряжений при сдвиге приводит к уменьшению 5 )/£"-/ср по сравнению с

5 ( (э-1 и к увеличению отношения при

переходе от средних значений пределов усталости к минимальным. Значения ¿Ср и 5 ( приведены в таблице.

При действии нормальных и касательных напряжений приведенные напряжения определяются по формуле Гафа.

Получена формула для долговечности узла на стадии образования трещины:

где ь1о=2*Ю6;

- коэффициент концентрации напряжений с учетом-пластических деформаций, зависящий от теоретического коэффициента концентрации напряжений

сСг 11 (оном ;

/7?_/ - показатель степени, зависящий от (э-ус/э и Кб.

Величина Лб при известном значении оСт и размахе номинальных напряжений /\&цом определена с учетом обобщенных диаграмм циклического упруго-пластического деформирования -- рис.1.

В условиях нерегулярного нагружения узлов судового корпуса используется единая кривая усталости материала в области мало- и многоцикловой усталости. Расчетное выражение кривой усталости принято по критерия Коффина-Тазернелли-Пенд-жера: -Л

= +2<5-А/Е , (2)

где АЕ - размах циклической деформации з основании концентратора;

О 500 1000 ¿тдбнсм;

МПа

Рис Л. Зависимости отношения коэффициента концентрации напряжений с учетом пластических деформаций и теоретического коэффициента концентрации напряжений К^/оСт от размаха напряжений оСуА^ном £дя корпусных.сталей.

С - 0,636; - 0,654 - константы для малоуглеродистой

стали (по данным С.В.Петинова).

Для сварных швов величина оС принята как для основного металла. Значения определяются по таблице для средних или минимальных значений пределов усталости. Анализ результатов испытаний образцов со сварными швами в малоцикловой области, выполненных Н.А.Махутовым и проведенные автором испытания образцов с выточками позволили сделать еывод о том, что кривая усталости сварного соединения в координатах ^лЕ^-фД/ параллельна кривой усталости основного металла как при растяжении-сжатии, так и при сдвиге. При определении параметров кривых усталости сварных соединений база измерения деформаций должна иметь порядок толщины листа, что

соответствует размерам зон максимальной концентрации напряжений в судовых конструкциях. Первое слагаемое в формуле (2) не меняется при переходе от средних к минимальным значениям пределов усталости. Для сварных швов оно умножается на величину б-^ср/б-1] , где 6-у ~ 140 МПа - предел усталости малоуглеродистой стали после проката.

Применение гипотезы единой кривой циклического деформирования позволило распространить формулу (2) на случай действия касательных напряжений. Размах деформации сдвига определяется по формуле:

Пределы усталости сварных швов сталей повышенной прочности увеличиваются по сравнению с определенными для малоуглеродистой стали в соответствии с рекомендациям'.! Норм прочности 1985г.

В третьей главе рассмотрены вопросы, связанные с распространением трещин усталости в узлах корпуса. Распространение трещин в судостроительных материалах и конструкциях изучалось Г.В.Бойцовым, В.М.Волковым, П.П.Зиганченко, С.Д.Кно-рингом, Ю.Ф.Леппом, С.В.Еетиновым, Г.Егером, Дж.Нибберингоы и др. Критерий проектирования узлов, допускающий распространение трещин, получил название "безопасная эксплуатация".

В условиях п.н.с. трещины распространяются в металле по площадкам &тах • При наличии сварного шва трещина во многих случаях распространяется вдоль него. На развитие трещины в сварном шве оказывают влияние как нормальные, так и касательные напряжения.

Экспериментальным путем определены отношения напряжений при растяжении-сжатии ( <01г ) и сдвиге (¿7г ), соответствующие одинаковой скорости развития трещины. Испытывались на кручение трубчатые образцы с надрезами, расположенными под разными углами к оси образца. При'угле 90° (поперечный надрез) трещина распространяется за счет поперечного сдвига, при угле 45° - за счет растяжения-сжатия. При углах 60° и 75° трещина распространяется в условиях п.н.с. Одинаковая скорость распространения трещины соответствует отношению Ттг/6Чг = 0,8тС,9. В результате эксперимента установлено, что при п.н.с. на стадии распространения трещины приведен-

ные напряжения могут определяться по формуле, аналогичной гЬормуле ГаЪа: .-,

Распространение трещин в условиях п.н.с. вида

(6î j <ог )

изучалось Н.А.Махутовым. При (э! >(о 2>О напряжения S2 увеличивают скорость распространения трещины.

Показано, что учет стадии распространения трещины во многих случаях приводит к изменению величин и отношений номинальных напряжений от разных нагрузок, соответствующих одинаковой долговечности узла по сравнению со стадией возникновения трещины. В соответствии с методикой С.В.Петино-ва, учет распределения напряжений и формы фронта трещины по ее траектории производится с помощью поправок Мс {<2 ) и ff Ш). Получена формула для функции Мс(0.)*F-f(Ct)'-

МсШКа) =Mdaf)Ff(af)(^L.)k , (4)

где CL^CLf - текущая и расчетная длина трещины;

M с (О. f}] Ff (cif)- коэффициент концентрации напряжений и коэффициент, учитывающий форму фронта трещины в точке G=Q-f. Коэффициент к. определяется с учетом фактического поля напряжений по траектории трещины. В условиях, п.н.с. величина Мс (Clf)xFf (GW вычисляется по значению <опр , которое определяется формулой (3). С использованием (4) получека формула для hJz , пригодная в приближенных расчетах: ¿-0,5т.

N2 = Ш 4 "

где С~2,5 х КГ^; ГП ~ 2,88 для малоуглеродистой стали

без сварных иеов.

Из условия равенства суммарной долговечности проанализировано отношение допускаемых номинальных напряжений &нои и Ьнои в узле при различной функции напряжений по траектории трещины - рис.2. Отношение ¿иом/^оном с учетом стадии распространения трещины отличается от 'Снома стадии ее образования тем сильнее, чем больше различие градиентов напряжений 6" и Т' на границе

0,2 0,51,0 2,0 5,0 Щ0 kn

Рис.2. Зависимости отношений номинальных напряжений

1*hom/Qhom (---) отношений п^одолгательностей

стадий усталости при сдвиге кы (-), гоотпот-

ствумщих одинаковой общей долговечности, от отношений продолжительностей стадий усталости при растяжении кд? и градиента напряжении у концентратора

к<5 и M? ~ параметра, определяющие грлдиент напряжений

I; 4 -кг = с,з1

2; 5 = 0,1 V RG = 0,3

3; G -fa = 0,5 J

пластической зоны и чем вкп:е отношение

Сценка работоспособности узлов может производиться с использованием результатов усталостных испытаний. Условия испытании зачастую отличаются от эксплуатационных асимметрией цикла, маркой стали, отсутствием коррозионной среды. Получе-

ны зависимости, позволяющие учесть эти отличия.

Рассмотрено также влияние нерегулярности нагрузки на отношение кй-Иг!• Наказано, что величина км практически не зависит от обеспеченности нагрузки 0. и может считаться характеристикой живучести узла.

В четвертой главе разработана методика оценки работоспособности узлов корпуса, базирующаяся на требованиях Правил Регистра СССР (РС) к конструктивному оформлению углов люковых вырезов и концевых участков надстроек. Появление трещины в этих узлах может рассматриваться как отказ (критерий "эксплуатация без. повреждений"). Требования РС определяют стандарт надежности ответственных узлов, т.е. приемлемую вероятность образования в них трещин. Вероятность усталостного повреждения судовых конструкций Р оценивалась в работах Г.В.Бойцова, А.С.Врикера, М.Н.Гаврилова, М.Д.Емельянова, О.Е.Литонова, А.И.Максимаджи, В.Х.Мюнзе, В.С.Чувиковского, М.Н.Эпштейна, И.Акиты, К.Джордана, К.Ииды, Е.Льюиса, Дж.Нибберинга и др. Для рассматриваемых узлов величина Р составляет 1-г-З процента.

Значение Р зависит от величины внешней нагрузки и величиныс£э. Допустимая величина оСз определяется по формулам "Сборника которые для оценки степени ответственности узлов записаны в виде:

и> _ оСэЧэт*:_

где ¡^д - коэффициент ответственности узла;

(3 =- --;

г- Кен п 5

ОС7 - амплитуда напряжений при ьс = 10 ;

абсолютная величина наибольших-напряжений от

квазистатических нагрузок;

У = 0,7 и 0,5 - соответственно для растягивающих и

сжимающих средних напряжений;

_ всРт _ &сг . ^ст = - > ост-

нии

62 ; '

разност:

бег '

6^-- полуразность наименьших и наибольших напряже-

к Регистр СССР. Сборник нормативно-методических материалов. Кн. 6. Л.: Транспорт, 1589. 197 с.

Kl = -P(L) = 1Щ06 (L/ЮОУ'5 ] K3=«ReH)=d+oJReH/235_íy>5 .

Для надстроек и шоковых вырезов, проектируемых по PC, величина оСэ определена расчетом с использованием зависимостей 2 гл. Она составляет 1,25*1,30. Величина <3а <3сг определена по Правилам PC 1990г. На середину срока службы для связей верхней палубы 6а Ser = 155 МПа, цикл напряжений отнулезой. Величина Ко при этом равна 0,5. Обычно разброс усталостных характеристик и внешних нагрузок для различных узлов близок, поэтому требование 0,5 расп- '

ространено на другие узлы, проектируемые по критерию "эксплуатация без повреждений", в т.ч. обеспечивающие местную прочность и испытывающие действие нескольких нагрузок. Удовлетворение этому требовании обеспечивает вероятность отказа, не превышающую значений для люковых вырезов и надстроек. В "Сборнике ..." вместо Ко использован коэффициент 0,7, т.е. требования разработанной методики к ответственным узлам являются более жесткими.

ВеличинасСэ определяется экспериментально при нагрузках, соответствующих Q = Ю-0 или расчетом по рекомендациям гл. 2.

Если в точке с максимальной концентрацией напряжений действуют касательные напряжения, влияние средних напряжений уменьшается, и Ко определяется по формуле (5) при у = 0,35, а вместо S-iCp используется t'-Jcp •

При суммировании нормальных и касательных напряжений 'величины, входящие в формулу (5), определяются по формулам 2 гл.: _

Г Q-J ср ■ XL-icP'

L т

c¿rbnpz У ' KL-icpJ 4 ' ;

где 6"т-/Гг=/з - отношение пределов текучести при растяжении и сдвиге.

В качестве примера использования данной методики была проанализирована работоспособность опорных узлов вертикального киля и днищевых стрингеров танкеров L = 120 м без двойного дна. Номинальные напряжения определялись по Правя--лам PC I9S0r. и Временным Нормам прочности 1985г. с учетом состояния в грузу и в балласте. Расчетные точки показаны на рис.3. В точке I суммируются напряжения общего и местного изгиба Son ; S"« и 'См ,* коэффициенты концентрации напряжений: cLt0h= !>2; oLrM = 1.4ш,о(.гм = в 2 суммируются напряжения Son и î oifon = 1.0i = I»2. Вычисленные значения Ko при отсутствии сдвига фаз нагрузок и равенстве напряжений и Т^м допускаемым: в точке 2 Ко = 0,33; в точке I =0,50.

Таким образом, узлы соответствуют критерию "эксплуатация без повреждений". Появление трещин в точке 3 объясняется влиянием остаточных напряжений.

Если величина Ко превышает 0,5, разработанная методика предусматривает проектирование узлов по критерию "безопасная эксплуатация". При этом предъявляются требования к работоспособности узлов на стадии распространения трещин. Показано, что вероятность отказа таких узлов должна быть близка к значениям, характерным для узлов, проектируемых по критерию "эксплуатация без повреждений". Под отказом понимается достижение трещиной длины CXf . При усталостных испытаниях возможно определение величины оСэ по моменту достижения трещиной длины Q-p . Вычисляемая по этим значениям величина Ко должна быть не более 0,5. С учетом уменьшения разброса долговечности Ns. по сравнению с Ni допускаемая величина До увеличена до 0,55 при Ло>0,7 - рис.4. С помощью рис.4 проанализирована работоспособность узлов, испытанных Г.В.Бойцовым. При расчетном определении Ni и Nz сформулированы требования к минимальной величине /?// - рис.4. Доста-

Рис.3. Узел пересечения вертикального киля и днищевых стрингеров с поперечной переборкой и расчетные точки.

точная величина обеспечивает требуемую работоспособность узла при развитии трещины. В долговечность A/j засчитывается число циклов, соответствующее развитию треплны от момента ее образования до "обнаруживаемых" размеров ( OL о ~ Ю мм). В качестве примера использования разработанной методики при Ко > 0,5 было определено допускаемое значениеoLt для книч-ного узла при продольном нагружении. Проектная форма узла соответствует cLt = 2,74 ( Ко = 0,54 > 0,5).

Применение критерия "безопасная эксплуатация" в предложенном виде позволяет увеличить значение Ко до 0,75 - рис.4. При этом величина о£г составляет 5,5. Формулировка критериев проектирования с учетом усталости в предложенном виде позволяет с единых позиций выбирать конструктивное оформление различных по воспринимаемом нагрузкам и степени ответственности узлов корпуса.

В заключении приведены основные результаты работы:

1. Определены отношения пределов усталости корпусных сталей и сварных соединений при действии нормальных'и касательных напряжений, которые зависят от типа шва и изменяются при переходе от средних к минимальным значениям пределов усталости.

2. Получены формулы для учета асимметрии цикла и нерегу-

гад

о

0,5 Ц7

Ко

Рис.4. Зависимости коэффициента ответственности узла по

моменту достижения трещиной %тшС1?'КЬ С-)

и допускаемого отношения продолжительностей стадий

усталости кы (---) от коэффициента ответственности

узла по моменту образования трещины Ко : I - "эксплуатация без повреждений"; П - "безопасная эксплуатация"; Ш - недостаточная работоспособность.

—х— значения Мы для кничного узла при продольном нагружении; -ф- - расчетная величина для проектной формы узла по методике Г.В.Бойцова*.

к Бойцов Г.З. Анализ развития усталостных трещин в зонах концентрации напряжений / Судостроение, 1990, № б, с.13-15.

лярного нагружения при сдвиге и сложном напряженном состоянии, позволяющие сопоставить усталостную прочность узлов при действии разных нагрузок.- Проанализирована усталостная прочность карлингсов верхней палубы судов для перевозки генеральных грузов и контейнеров. Получены формулы для размеров карлингсов, учитывающие степень их участия в общем изгибе.

3. Получены зависимости для перехода от теоретического коэффициента концентрации напряжений узлов к эффективному при сдвиге и сложном напряженном состоянии, позволяющие рассчитать их среднюю и минимальную долговечность по известному полю напряжений, выбрать тип и расположение сварных соединений и ребер жесткости при конструировании.

4. Получены формулы для определения долговечности и приведенных напряжений при сложном напряженном состоянии на стадии распространения трещин усталости. Показано, что учет стадии распространения трещин усталости приводит к изменению соотношения допускаемых напряжений от различных нагрузок. Это изменение тем сильнее, чем больше отличаются градиенты напряжений в месте образования трещины и чем больше относи--тельная продолжительность распространения трещины. С использованием полученных зависимостей может обосновываться возможность эксплуатации узлов с трещинами, производиться корректировка формул для суммарных и приведенных напряжений в таких узлах. В качестве примера рассмотрено, изменение отношения допускаемых нормальных и касательных напряжений с учетом стадии распространения трещины при различных функциях напряжений по ее траектории.

5. Получены формулы для определения влияния асимметрии цикла, марки стали, коррозионной среды на усталостную долговечность узлов с учетом стадий появления и распространения трещин, позволяющие оценить долговечность натурных узлов по результатам усталостных испытаний их моделей.

6. Предложен критерий проектирования узлов с учетом усталости, обеспечивающий одинаковый запас долговечности независимо от вида напряженного состояния. Долговечность узлов определяется или по моменту образования трещины (критерий "эксплуатация без повреждений"), или по моменту достижения трещиной определенной длины (критерий "безопасная эксплуатация"). Разработана методика определения допускаемого эффек-

тивного коэффициента концентрации напряжений как по моменту образования, так и на стадии развития трещины, основанная на требованиях Правил Регистра к конструктивному оформлению ответственных узлов (углов люковых вырезов и концов надстроек).

7. С использованием разработанной методики проанализирована работоспособность ряда узлов корпуса по результатам усталостных испытаний при действии нагрузок общего и. местного изгиба. Показано, что многие узлы могут эффективно использоваться в составе корпуса судна несмотря на раннее образование в них трещин усталости, из-за чего существующие нормативные документы запрещают их применение. Методика может использоваться для выбора варианта узла, нагрузки на который определены по Правилам Регистра, для обоснования использования упрощенных узлов при невысоких нагрузках и других отступлений от Правил Регистра.

8. Получены формулы для расчетного определения допустимой концентрации напряжений и отношения продолжительнос-тей стадий образования и распространения трещин усталости при различных нагрузках и их сочетаниях. Применение этих формул позволяет значительно сократить объем усталостных испытаний, особенно при действии нескольких нагрузок.

9. С использованием полученных зависимостей произведена оценка работоспособности узлов пересечения вертикального киля и днищевых стрингеров танкеров с поперечной переборкой при действии нагрузок общего и местного изгиба. Установлено, что применение скругленной формы книц обеспечивает соответствие данных узлов критерию "эксплуатация без повреждений". Рассмотрены также узлы пересечения продольных балок днища с поперечной переборкой при общем изгибе. Применение критерия "безопасная эксплуатация" позволяет существенно упростить узел, увеличив теоретический коэффициент концентрации напряжений вдвое.

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

I. Разработка методики проектирования связей палубы и днища универсальных сухогрузных судов. (Заключительный отчет), О ИИ®, Сиряченко В.Ф., Л* гос. регистрации 01870009666.

Одесса, 1933, 146 с. - раздел I, приложения I, 2.

2. Парканскнй И.Х. К расчету усталостной прочности стали при сложном напряженном состоянии. В кн.: Прочность корпуса и защита судов от коррозии. Л.: Транспорт, 1988.

С. 117-124 (ЦНИИ®).

3. Парканский И.Х. Расчет характеристик усталости узлов судовых корпусных конструкций при сложном напряженном состоянии с учетом стадии распространения трещин. В кн.: Прочность корпуса и защита судов от коррозии. Л.: Транспорт, 1939. С. 133-142'(ЦНИИМЗ).

4. Корнилов В.Э., Парканский И.Х., Сиряченко В.Ф. Работа' продольного межлюкового пояса в составе палубного перекрытия; В кн.: Прочность корпуса и защита судов от коррозии. Д.: Транспорт, 1989. С. 87-91 (ЦНИИ!®).

5. Парканский И.Х. Характеристики сопротивления усталости сварных соединений при сложном напряженном состоянии. В кн.: Повреждения судовых конструкций при эксплуатации в ледовых условиях и пути их устранения. Владивосток, 1989. С. 66-79.

6. Парканский И.Х. Допустимые значения эффективных коэффициентов концентрации напряжений узлов судового корпуса и оценка их живучести по результатам усталостных испытаний. М.: '.Ьртехинформреклама. Депонированная рукопись № ПЭ0-М5, ВИНИТИ № 12(230), 1990.

7. Парканский И.Х., Сиряченко В.Ф. Проектирование и расчет на прочность карлингсов универсальных сухогрузных судов. М.: Мэртехинформреклама. Депонированная рукопись

> пз1-;.в, вишти № 12(230), 1990.