автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.03, диссертация на тему:Напряженно-деформированное состояние изношенных и поврежденных конструкций доков

Калининградский государственный технический

университет комитета Российской Федерации ло рыболовству

Кикот Алла Владимировна

НШЯЗШЮ-ДЕФОРШРОЗАШЖ СОСТОЯНИЕ. ИЗНОШЕННЫХ И ПОВРЕЖДЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ДОКОВ

05.08.03. Проектирование и конструкция судов

Автореферат ' диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Г Г я ол

■' -;'

На правах, рукописи УДК 629.012

Калининград - 1994

Работа выполнена на кафедре сопротивления материалов и строительной.механини корабля Калининградского государственного технического университета.

Научный руководитель:

доктЬр технических' наук, профессор ¡Розенденг Б.Я.); кандидат технических наук, доцент Симанович А.И. Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Кулагин В.Д.; кандидат технических наук, доцент Красюк B.C.

Ведущее предприятие: Акционерное, общество МариНЮ.

Защита состоится 1994 г. в ^'ч&с. на

заседании специализированного Совета К 117.05.02; Калининградского государственного технического университета по адресу: 236 ООО, г.Калининград, Советский проспект, I.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке университета.

Ваши отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенные печатью) просим направлять по адресу —236 ООО, г.Калининград, Советский проспект, 1,КГТУ, специализированный Совет К 1Г7.05.02.

Автореферат разослан 1994 г, •

Ученый секретарь специализированного

Совета к. т.н., доцент /МЯШаЛ^г-- Пухов В.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Доки относятся» к числз наиболее дорогостоящих сооружений в составе судоремонтных зш дов. Вывод дока из эксплуатации, по причине его технического с служивания и ремонта является дая предприятия событием через} чайным и крайне не желательным.

Б Отраслевой лаборатории эксплуатационной прочности про1 ловых судов КГТ7 (ранее КТИРПХ)ведутся работы по уточнению к] териев оценки технического состояния корпусных, конструкций пз вучих доков на основе анализа технического состояния эксплуа' руюпдахся изношенных доков и выявления запасов механической щ ности экспериментальным путем. Наличие избыточных запасов щх ности подтверждается опытом эксплуатации плавучих доков с из] сами, превышающими нормативные значения.

Анализ изменения напряженно-деформированного состояния ] ношенных корпусных конструкций доков современными расчетными; тодеми является перспективным и наряду с экспериментальным п< аоляет выявить не только действительные резервы, прочности, а ообствовать снижению объемов ремонта корпуса, но и совершена вовать требования по выбору геометрических характеристик эле! ытов конструкций при проектировании по такому обобщенному по] зателв механической прочности как напряжения.

О 65 ъ. е к т о м исследования! являются изно1 ные плавучие доки малой и средней подъемной силы с разрезным: понтонами..

Цель р а б) а. т ы. Целью работы является разработка ; хомендадий по проектированию оптимальных конструкций, обеспе1 вающих поперечную прочность металлических плавучих доков.

I

В диссертации автором работы решаются следующие основные, задачи:

аиализ имоющюсся в настоящее время расчетных моделей и методов, позволяющих учитывать различные, виды износов и повреждений путем расчета при оценке изменения напряженно-деформированного. состояния корпусных, конструкций металлических, доков в процессе их эксплуатации;.

исследование и количественная оценка процесса перераспределения внутренних усилий между поперечными связями понтона в результате износа и повреждений его конструктивных элементов;

исследование влияния на устойчивость пластинчатых и стержневых элементов понтона равномерного и неравномерного эксплуатационного износа и получение пригодной для практического использования информации;

исследование возможности использования уточненных расчетных моделей конструкций при проектировании главных поперечных связей разрезных понтонов.

Методы исследования. При проведении исследований использован аппарат строительной механики корабля, численные методы расчета, в основном метод конечных элементов, позволяющий учитывать различные, эксплуатационные дефекты доковых конструкций при анализе изменения ншряженно-дед&ормировЕнного состояния.

Научная новизна. Новизна научной работы заключается в том, что при ее выполнении впервые.:

показано, что наиболее точно с позиции напряженно-деформированного состояния отражает особенности работы докового понтона его пластинчато-стержневая модель;.

2

предлагается при. проектировании поперечных связей понтона металлического плавучего дока учитывать влияние конструкции всего понтона на их напряженное состояние;

получена математическая зависимость, которая позволяет учесть общий равномерный износ связей понтона при выборе их геометрических характеристик по такому обобщенному параметру прочности как напряжения в явном виде на стадии проектирования;.

получены математические зависимости, позволяющие учесть ыи яние повышенного износа пластин поперечных переборок понтона, как группы однородных связей, на напряженно-д ефоршрованнов состояние всех его поперечных связей расчетным путем при проектировании;

на основании теоретических исследований получена массовая информация по устойчивости прямоугольных пластин переменной толщины (результат неравномерного износа) и показано, что в некото' рых случаях при определении критического параметра возможна замена пластины переменной толщины эквивалентной ей пластиной постоянной толщины в зависимости от характера износа;

предложен интерполяционно-матричный метод расчета стержней на устойчивость, имеющий точность в два раза выше, чем.классический метод сеток.

Практическая ценность. Выявлены расчетным путем резервы прочности поперечных связей понтонов доков ке элементов связанной многократно статически неопределимой системы, какой является его пластинчато-стеряневая модель.

Предложены рекомендации по учету эффекта перераспределения напряжений мезду поперечными связями понтона при проектировали! и оценке их технического состояния.

3

Разработана графическая информация* удобная для, практического . использования, по анализу устойчивости прямоугольных, пластин переменной толщины. ■

На защиту выносятся:

рекомендации по проектированию поперечных связей понтонов секционных и понтонных металлических плавучих доков, как элементов связанной пластинчато-стержневой модели;

интерполяционно-матричный метод расчета стержней на устойчивость (метод сеток без применения разностей);;

анализ изменения устойчивости пластин переменной толщины по графической информации, разработанной автором.

Внедрение рез^улиьтатов. Результаты работы были использованы при оценке технического состояния и разработке- подкреплений дока грузоподъемностью 45 ООО кН, принадлежащего объеди~ нению "Эстрыбпром"; вошли в книгу "Архангородского А.Г., Розендента Б.Я., Семенова Л.Н. "Прочность и ремонт корпусов промысловых судов!

В дальнейшем они могут быть использованы: для новой редакции руководящего документа "Нормативное ограничение параметров эксплуатационных дефектов стальных доков", РД-15-00-90, КТШ1Х,1991; для разработки методик по проектированию ферм доковых понтонов;, для разработки справочной информации по устойчивости прямоугольных пластин переменной толщины; для преподавания специальных дисциплин в ВУЗах, в том числе "Эксплуатационная прочность доков", "Восстановление надежности судовых конструкций".

А п р о. СЬ а . щ и я работы. Основные положения, результаты, выводы и рекомендации по проектированию доков докладывались и обсуждались на: конференции "Повреждения и эксплуатационная надежность судовых конструкций"(Владивосток, 1972 г.); Всесоюзной научно- технической конференции по развитию численных методов ( г. Никола-

4

ев, 1573 р.); Всесоюзной научно-технической конференции "Сов шенствование технической эксплуатации корпусов судов" (г.Кал нинград, 1983 г.):; научно-технических конференциях профессор преподавательского состава, аспирантов и сотрудников КТИРПХ (г.Калининград, 1393 - 1934 г.г.).

II у б л и к а ц и и. Результаты работы опубликованы в ми печатных работах и вошли в два научно-исследовательских с

Объем работы. Диссертация состоит из введение четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. 01 держит 182 стр. машинописного текста, в который входят 25 те 55 рисунков, библиография из 75 наименований, приложения об! 18 стр.

ОСНОВНОЕ ГОДЕРлАВК ДИССЕРТАЦИИ

Бовведении отражены аспекты актуальности теш речень задач, решаемых автором в работе;, научная новизна и з тическая ценность результатов; краткая характеристика содер; диссертационной работы.

В первой главе выполнен анализ имеющихся, в тоящее время расчетных моделей и методов, позволяющих учиты различные, ввды износов и повреждений корпусных конструкций четным путем при оценке, изменения их напряяенно-дефориирова состояния.в процессе.эксплуатации.

Показано, что теоретические исследования таких.ученых. Л.Коллатц, Тимошенко С.П., Смирнов А.Ф., Солопиенко Б.В., Е нов В.А., Козляков В.В., Нарец Л.К. и др. могут быть испод ваны душ оценки прочности изношенных конструкций.численными

5

методами.

В качества основного метода расчета для анализа изменения напряженно-деформированного состояния изношенных и поврежденных металлических плавучих доков выбран метод конечных элементов с его реализацией в форме программного комплекса для автоматизированного расчета упругих.систем "Парус", на базе'которого в КГИРПХ разработана методика расчета прочности повреаденных корпусов промысловых судов.

Проведен анализ по возрастному составу металлических плавучих доков, эксплуатирующихся на ремонтных.предприятиях рыбодобы-вающей отрасли. Возраст доков грузоподъемностью, от 4 ООО до 25. ООО кН. равен 31-39 годам, еще не достиг амортизационного срока службы (50 лет);, но близок к нему. Анализ коэффициентов эффективности эксплуатации плавучих доков показал,, что наиболее интенсивно используются старые, доки указанной выше грузоподъемности, и их количество велико (более 30-ти единиц)..В результате были выбраны проекты двух доков, которые стали базовыми при.оценке изменения налряженно-дейормлрованного состояния корпусных конструкций в процессе эксплуатации расчетными методами - доки проектов 664/9 а Г778..

Проведен анализ рекомендаций Правил классификации и постройки морских, судов по проектированию металлических плавучих доков и выяснен вопрос, чем отличаются конструктивно с позиции обеспечения прочности доки и морские суда: наличием ферменных конструкций в понтонах и башнях; участием понтона в поперечном изгибе. Деформация поперечного изгиба в практике-, проектирования .обычных

морских судов не учитывается.

Анализ требований Правил... по проектированию понтонов ме—

6

таллкческих плавучих доков такие показал, что при выборе геоы рических. характеристик связей, обеспечивающих его поперечную, ность, используются расчетные модели,, основанные не на синтаз работы всего понтона, а на анализе работы отдельного элемента

В конце главы приведены задачи исследования и пути их ре

ния.

Во второй главе исследуется изменение напря но-деформированного состояния понтонов металлических плавучих ков вследствие износов и поврездений его связей по различным четным моделям. Независимо от типа расчетной модели соблюдают следующие условия:

1. Внешние нагрузки не меняются в течение нормативного с ка службы дока. Значения внешних нагрузок регламентируются Щ вилами... в явном виде и соответствуют положению дока в рабох состоянии: расчетное судно на килевой дороже, балласт из отс ков полностью откачан.

2.Дефекты первого рода влияют только на распределение В1 ренних усилий и приводят к изменению напряжений и деформаций.

3. Допускаемые напряжения для I -ого элемента выбираются соответствии с рекомендациями Правил...

При проведении этих, исследований плавучий дохе рассматрш ется как техническая система уровня п при проектировании и с нке технического состояния. Разделение дока на подсистемы пр] мается следующим: корпус дока - уровень п- 1 . понтон - /7-2. переборки и фермы понтона - п-2> , отдельные элементы в виде < лок и пластин - п-Ь и т.д.

На уровне п-з анализируется напряженно-деформированное I тояние изолированных поперечных переборок и ферм понтона, пе;

7

распределение напряжений в связях ферм в результате повреждения какой-либо ¿ -ой стойки или раскоса. Повревдеяные стойка или. раскос последовательно удаляются из расчетной схемы. Расчетная схема фермы приведена на рисЛ.

Эти исследования показали, что для доков малой и средней подъемной силы единичные повреждения стоек и раскосов (уровень п-1/. ) доковых ферм не приводят к исчерпанию прочности ферм (уровень п-з ).> по допускаемым напряжениям. Наиболее опасными являются повреждения первых от диаметральной плоскости понтона стоек и. раскосов. В районе повреждения связи наблюдается характерное скачкообразное изменение вертикальных перемещений. ¡Максимальное вертикальное перемещение фермы в результате повреждения связи увеличивается более, чем в два раза, а коэффициент жесткости ферм соответственно уменьшается. Упругая линия фермы с повреждением приведена на рис.2.

На уровне /? -2 анализируется напряженно-деформированное состояние понтона как системы перекрестных связей; пластинчато-стержневой модели; перераспределение напряжений меаду поперечными связями понтона в результате уменьшения толщины пластины поперечных переборок.

Эти исследования показали, что оценка поперечной прочности разрезного докового понтона по напряженному состоянию поперечных переборок и ферм (уровень п-З ), как изолированных балок, работающих на изгиб, не выявляет реальных запасов прочности понтона (уровень п -2.); при оценке его технического состояния и проектировании. Это подтверждают сопоставительные расчеты прочности главных поперечных связей понтона по трем различным расчетным моделям: модель №1 - переборки (ферш) как изолированные "плавающие"

8

балки; модель №2 - переборки (фермы) в составе пластинчато-ст

жневой модели; модель 1Ю - переборки (фермы), в составе систем

перекрестных связей. Расчетные напряжения в поперечных связях

понтона в зависимости от расчетной модели объекта определяйте

^л» . ^ъ г-н г

соотношением <Э/па* > /па** > 'О/па*. Причем, Ь/псл боль

<Этах на для поперечных переборок, на 58,-2 - для ферм, за с

разгружающего действия перекрестных связей (продольных перебо

понтона).

Для выявления реальных запасов прочности поперечных связ понтона в работе предлагается использовать пластинчато-стержн вую модель, которая, в отличие от системы перекрестных связей позволяет учитывать плоско-напряженное состояние настила стал палубы и днищевой обшивки, наличие стоек и раскосов в составе ферм. Всего в расчетную пластинчато- стержневую, модель понтон было введено 106 элементов, из них - 28 коробчатого типа, ост ные - стержневого. Схемы стандартных конечных элементов и рас четная схема понтона приведены на рис. 3,4,5.

Анализ изменения напряженного состояния поперечных связе понтона при предельном нормативном износе в 4Ш показал, что вномерный износ связей понтона на уровне п-£ , и неравномерны износ (износ группы однородных связей) на уровне п-ь не приво к исчерпании прочности понтона по допускаемым напряжениям. На более существенно изменяется напряженно-деформированное состо понтона при 4С$-ом износе поперечных переборок. Напряжения в возрастают на 26-ЗСЙ, одновременно увеличиваются напряжения в связях неизношенных ферм на 10-14,1. При износе связей только ной фермы напряжения в связях ферм и поперечных переборках по тона практически не изменяются. При износе связей всех ферм, н

пряжения в стойках ферм уменьшаются на 5-8^, в раскосах увеличиваются на 13$, в неизношенных поперечных переборках,- на 3-4%.

Характер перераспределения напряжений между поперечными: связями понтона в результате уменьшения толщины пластины .поперечных переборок на п % представлен графическими зависимостями на рис.6 . По этим кривим можно проанализировать качественно и количественно эффект перераспределения напряжений.

В треть, е. й глав г исследуется устойчивость, изношенных прямоугольных пластин как элементов переменной жесткости на уровне /?-£ ; предлагается численный метод, основанный на использовании универсальной интерполяционной матричной формуле, для расчета стержней на устойчивость.

Уточнение расчетной схемы при определении эйлеровых напряжений изношенных, пластин подразумевает учет неравномерного износа обшивка внутри шпаций. В этом случае необходимо выявить влияние фактора переменной жесткости на величину критического параметра 4,т,„, используемого при определении эйлеровых нагрузок по формуле - ^-А-. (I) , где I- - размер пластины, вдоль которого жесткость переменна, -Ц, - цилиндрическая жесткость пластины в начале координат.

Исследование устойчивости прямоугольных пластин переменной толщины проводится численным матричным методом Смирнова А.Ф. с помощью программы для ЭВМ, составленной автором работы. Анализируется влияние на величину критического параметра изменения толщины пластины, меняющейся по линейному закону и законам квадратичных парабол двух типов^ значения коэффициента утонения пластины (степень неравномерного износа) = — , где Ьти, ,

<7 И Г

Ьтм - минимальная и максимальная толщина пластины;, соотношения сторон опорного контура пластины У = ~ (сь - кромка, вдоль ко-

10

торой прикладывается сжимающая нагрузка), т - числа полуволн в направлении сжимающей нагрузки, по которому пластина может потерять устойчивость.

Дня практического определения критического параметра Ьпьп~ ~ ^прямоугольных свободно опертых.по контуру пластин построены графики. Типовой график приведен на рис.7. Стрелками показан способ его использования дая определения параметра Ьп-^п .

Возможность замены пластин переменной толщины эквивалентными им пластинами постоянной толщины определяется в работе по величинам критических нагрузок при выполнении условия:

. чЭРЬТ 'кгсй! , , „-1

т/_ - (Ь\)КР з/ (2):

(

где (иь)ьр -критическая нагрузка для эквивалентной пластины постоянной толщины, (7Л )пр -критическая нагрузка для пластины переменной толщины. Проведенный анализ показывает возможность такой замены при коэффициентах утонения ¿у} 0,7 для всех трех законов изменения толщины пластины.

Устойчивость стержней переменной жесткости рассматривается в связи с необходимостью, обеспечения ее. для стоек, распорок, раскосов доковых конструкций в случае неравномерного износа на уровне /> - 4 . Для анализа устойчивости стержней предлагается численный метод, основанный на использовании универсальной матричной формулы, которая позволяет значительно упростить.процедуру составления системы интерполяционных уравнений, заменяющих данное дифференциальное уравнение, по сравнению с классическим методом, сеток и численным методом Смирнова А.Ф.

В главе приводится вывод интерполяционной матричной формулы

и

Формула состоит из 3-х сомножителей: первый - матр;ща~стро-ка, элементами которой являются степени независимого целочисленного переменного ^ , второй - матрица обратная к матрице Вандермонда, элементами которой являются степени натурального ряда чисел; третий - матрица-столбец, состоящий из значений интерполируемой .¡'унщии в узлах подразделения ^ . Заблаговременно вычисляя производные от строга давая ^ значения 1,2.^ •3,,. п » £ затем, умножая получаюгцуюся патрицу на W'J , в итоге тлеем серию матриц, названных нами иенеатрясами, которые по заданному у. непосредственно, минуя получение интерполяционного полинома, дают значения желаемых производных или повторных интегралов в узлах подразделений: Л /? U-, где

JJn (jjfJin ■( У/ - производная, интеграл от полинома соответствен im-0

венно; 6'n , (Jp - женеатрисы дифференцирования, интегрирования соответственно.

Женеатрисы существенно упрощают замену функциональных уравнений алгебраическими.

методика использована универсальной матричной формулы для решения краевых задач рассматривается на призерах расчета устойчивости стержней постоянной и переменной жесткости (рис. Краевые условия стержней выбраны такие: свободное опнранне на одном конце и жесткая заделка на другом. Для стержня постоянно;: жесткости точность вычисления критического параметра классическим методом сеток по сравнению с точным решением составляет 7,84f', с использованием универсальной матричной формулы - о,Ь5;"'.

Расчет стержня переменной жесткости tIA = EIc(j? - ~) методически не отличается от расчета стержня постоянной жесткости. Л.Коллатцем такая задача решена методом последовательных

12

приближений и классическим методом конечных разностей. Метод ] нечных разностей при числе узловых точек, равном 5-ти, дает пс грешность вычисления 1%. Интерполяционно-матричный метод с использованием универсальной матричной формулы при том же числе; узловых точек дает погрешность вычисления 4,5%.

Универсальная матричная интерполяционная формула позволяв вычислять значения функции и ее производные с одинаковой степе нью точности, так как для их определения используется полином, проходящий через одно и то же количество узловых точек. В итог точность конечного результата повышается в два раза по сравнен с классическим методом сеток.

В четвертой главе подводятся итоги внполне ным исследованиям и даются рекомендации по использованию резул тагов работы при проектировании конструкций дока и оценке техн ческого состояния в процессе эксплуатации.

Для разработки рекомендаций общего порядка по проектирова] понтонов секционных и понтонных металлических плавучих доков м; лой и средней подъемной силы наиболее приемлемыми являются рез] льтатн анализа изменения их напряженно-деформированного состояния как пластинчато-стержневой модели (уровень л - л ). Эта модель (модель №2) позволяет наиболее точно учитывать влияние ко! струкции всего понтона на напряженное состояние его главных поперечных связей.

Рекомендации Правил Регистра по определению геометрических характеристик поперечных связей понтона основываются на расчетных моделях самых низких уровней > п-А . Составление же и ходной информации дая пластинчато-стержневой модели, расчет мет дом конечных элементов и обработка результатов являются трудоем

13

кой задачей. Поэтому в работе предлагается разгружающее действие понтона на напряженное состояние его главных.поперечных связей оценивать количественно с помощью;коэффициента расчетной модели ру^ , где I - номер С тип) расчетной модели, I - номер связи» В этом случае на стадии проектирования используются две расчетные модели: модель .№1 - изолированная поперечная переборка (ферма); модель Л2-, упомянутая выше, Дяя моделей М, используемых в Правилах Регистра, коэффициент Р//{и принимаем равным единице. Для модели Ш. значения ■коэффициента Ти21 ^ •/ для всех категорий поперечных, связей,.

По результатам исследований коэффициенты Ты£1 равны: 0,83 -средняя поперечная переборка понтона; 0,8 - торцевая поперечная переборка; 0,4 - стойки и раскосы ферм; 0,44 - бимсы стапель-палубы и шпангоуты днища.

Напряжения, соответствующие эксплуатационным, в главных поперечных связях понтона с учетом коэффициента Т3/^ I определятся так - Т>ыг1 <о°А'и . С4) где бл-д.', напряжения на стадии проектирования, соответствующие расчетным моделям №1. и №2. Дополнительная проверка прочности главных поперечных связей понтона по (4) позволяет сформировать оптимальную конструкцию с позиции действующих напряжений и при необходимости существенно уменьшить строительные размеры поперечных сечений отдельных связей, например, толщины пластин поперечных и продольных переборок, моменты сопротивления днищевого набора и бимсов стапель-палубы, площади поперечных сечений стоек и раскосов ферм, что приведет в итоге к уменьшению собственного веса понтона а экономии металла.

Уменьшение геометрических характеристик связей понтона не-

14

обходимо проводить на одну и ту же относительную величину л , аналогичную равномерному износу, чтобы не нарушить ^ -ый характер распределения внутренних усилий, заложенный при проектировании по Правилам Регистра-

Опыт эксплуатации позволяет выявить среднестатистические скорости износа 11 для конструктивных элементов понтона, срок безремонтной эксплуатации дока 7? известен на стадии проектирования. Тогда, геометрические характеристики элементов его поперечных связей на конец указанного периода определятся величиной допускаемых, напряжений [&]. Расчетное уравнение для определения геометрических характеристик евязей понтона в любой момент времени эксплуатации с учетом равномерного износа всех его свя-

6'; - о1ч1 ^ С $ ] или = у „ (.5)

зей можно записать так

где - Л - относительный износ связи.

Уменьшение геометрических характеристик поперечных сечений связей какой-либо одной категории приводит к £ + -ому перераспределению напряжений, отличному от проектного,- Наиболее существенно перераспределяются напряжения в связях понтона при уменьшении (повышенном износе) толщины пластины поперечных переборок. Характер перераспределения (рис.6)) выявляет при проектировании три различные группы поперечных связей понтона, каждой из которых соответствует свой параметр ^ : - поперечные переборки, ¡С - стойки и раскосы ферм, - бимсы стапель-палубы и шпангоуты днища. Расчетные уравнения для определения геометрических характеристик связей понтона в любой момент времени эксплуатации с учетом неравномерного износа, указанной группы однородных связей, можно записать так

15

/ t z л

<Oir 1.190 + О, Ш n% + 0,002 (n%) J Too <5Ьг = [ too + ni + Q^i J Sf f ^ [6" J . ,

Г /00 + 0,010 nju + 0,007 ] Too ,

Уравнение (6) позволяет приближенно, с точностью достаточной для практических расчетов, оценить на стадии проектирования количественный эффект перераспределения напряжений в результате изменения толщины пластины поперечных переборок, минуя трудоемкие машинные расчеты понтона как пластинчато-стержневой модели.

Вопрос о6 устойчивости связей ферм как при проектировании, так и при оценке технического состояния дока в процессе эксплуатации, решается параллельно с обеспечением их прочности.. Анализ устойчивости стоек и раскосов доковых ферм на уровне /7-4- при равномерном износе показывает, что практически не зависит от степени износа связи, если она имеет крестообразное поперечное .=(характерная форма для доковых стоек, раскосов) и является функцией только условий закрепления JJ (рис.9 ). В этом случае критерий устойчивости не является определяющим при выяснении вопроса работоспособности стержней постоянной жесткости. При оценке технического состояния определяющим является обеспечение их прочности по сжимающим напряжениям 6"«:= L 5" ], где - сжн-ыапцая нагрузка. Исследования показывают, что потеря устойчивости стоек ферм в результате износа при напряжениях, меньше допускаемых [б7] , возможна в том случае, если при проектировании не обеспечивается жесткая заделка узлов их крепления к бимсам стапель-палубы и шпангоутам днища, т.е-ji-I.

Учесть неравномерный износ стержневых и пластинчатых, элементов корпуса дока на уровне п-к при проектировании практичес-

16

не возможно. Поэтому расчетные модели и методы, рассмотренные в главе 3, рационально использовать при расчетной оценке техничес кого состояния металлических плавучих доков в процессе их, эксплуатации.

Основные результаты и выводы

1. На основании теоретических исследований установлено, чт< напряженно-деформированное состояние; связей понтона является не только функцией их геометрических характеристик, но и самой расчетной модели. Общепринятая оценка поперечной прочности доковогс понтона по напряженному состоянию поперечных переборок и ферм, как изолированных балок, не выявляет реальных запасов его прочности как при проектировании, так и оценке технического состояния.

2. Предлагается оценивать разгружающее влияние конструкции всего понтона на напряженное состояние его поперечных связей при

■ проектировании с помощью коэффициента Ты^Ъ , соответствующего пластинчато-стержневой модели, если при определении геометрических характеристик связей использовались реклмендации Правил Регистра СССР. В результате исследований получены значения коэффициентов Рк'г1 для всех категорий поперечных связей понтона.

3. Расчетами установлено, что равномерный износ всех связей понтона не изменяет -ого характера распределения внутренних усилий, заложенного при проектировании по Правилам Регистра СССР Неравномерный износ приводит к ^ + & -ому перераспределению усилий, отличному от проектного. Поэтому на стадии проектирования учет равномерного и неравномерного износа связей распадается на две самостоятельные задачи.

4. Предлагается при проектировании оценивать влияние равно-

17

мерного л неравномерного износа связей понтона по качественно различным математические зависимостям (5) и (6).

5. Расчетами установлено, что равномерный износ связей доковых ферм, имеющих крестообразное поперечное сечение, практически не влияет на величину критических напряжений. Поэтому при оценке технического состояния первичным является обеспечение их прочности. При проектировании же следует использовать все рекомендации Правил Регистра, относящиеся к конструктивному оформлению и размерам книц узлов крепления стоек и раскосов ферм. Кницы обеспечивают жесткую заделку связей и исключают потерю устойчивости в результате износа при напряжениях, ниже допускаемых.

6. Для анализа устойчивости стержней переменной жесткости разработан численный метод, основанный на использовании универсальной интерполяционной матричной формулы, которая позволяет повысить точность конечного результата в два раза по сравнению с классическим методом сеток.

7. Для анализа устойчивости свободно опертых по контуру прямоугольных пластин переменной толщины получена информация в виде графиков, по которым, минуя трудоемкие вычисления, можно быстро определить значения критического параметра ím¿n для трех законов изменения талщшш пластины.

8. На основании теоретических исследований установлено, что при определении эйлеровых напряжений пластин переменной толщины возможна их замена пластинами эквивалентной постоянной толщины при коэффициентах неравномерного износа Лу г 0,7.

9. Три последних рэзульта исследований рационально использовать при оценке технического состояния корпуса дока.

18

Расчетная схема фермы с поврежденной связью

Рл

Рис. I.

АП

Упругая линия фермы с повреждением

Стандартный коробчатый ко-

Стаццартный конечный эле-

нечный элемент тша"двойное дно" мент пространственной фермы

ЧУ

н \А

А

ч а

/

I

-к-

* !/'

/ 19

/

Л

Л

/

/ л

/13 Г го

¿1

11.

Г'

л-

к<

1о

«

Рис.3.

Рис.4.

Пластинчато-стержневая модель понтона (1/4 часть) Переборка

Переборка

Г" . Рис.5.

Относительное перераспределение напряжений Ь'/0 в поперечь ных связях понтона (I -поперечные переборки, II -стойки и раскосы, Ш - шпангоуты днища и бимсы стапель-палубв)

5а-

«2,0

ю -

.0

-

к

/

/X у ш

—----

ги зо

Рис. 5.

4о пу0

I

VЧ-М1/

Типовой график для определения критического параметра -к/гил-

Линейный закон изменения толщины

о

Расчетная, схема для анализа устойчивости стержня постоянной и переменной жесткости с использованием универсальной матричной формулы

* ■4—-: и

1 и 3 ц

г = »А

Рис. 8

Характер изменения напряжений <3С в связях фермы при равномерном износе (проект дока 1770)

Основные результаты диссертационной работы нашли отражен в следующих публикациях:

1. Кикот A.B..Розендент Б.Я. Учет неравномерности износа в некоторых задачах устойчивости. Краткие тезисы докладов к.к ференции по поврездаемости и эксплуатационной надежности судо eux конструкций, ДБ1Ш.1972.

2. Кикот A.B.,Нарец Л.К. К вопросу о создании операторно вариационного метода. Труда НТОСЦ им. Л. Н. Крылова,вып. 198,Лени град,1273.

3. Кикот A.B..Нарец Л.К. К расчету устойчивости стержней интерполяционны!,1 методом (метод сеток без разностей). Груды НТО Cil mi. А. H. Крылова, вып. 198 .Ленинград, 1973.

4. Кикот A.B.,Нарец Л.К. О численных методах решения дне ференциальных уравнений и оценке с их помощью влияния неравно мерного износа на устойчивость прямоугольнйх пластин. Отчет КТИРПХ по теме 74-5',IS74 (2ДК 629.12:621.725.82:621.3.019.3).

5. Кикот A.B.,Пименов Б.И. .Розендент Б.Я. Выбор критерия нормативного ограничения эксплуатационных дефектов доков. Tes сы докладов Всесоюзной научно-технической конференции "Совери ствование^технической эксплуатации корпусов судов",Ленинград, 1969, - с.115.

6.Кикот A.B. .Неутодов A.IC'. Рекомендации по поддержанию i матпвного уровня технического состояния дока грузоподъемноси 4 5СС т. Отчет ШШГ по теме 05.07.22.15,1989 (УДК 629.012:6; 124.72), - с.20-43.

7. Кикот A.B. Анализ изменения напряженного состояния с. ек и раскосов ферм металлических плавучих доков в результате износа. Научно-техническая конференция преподавательского сос