автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.04, диссертация на тему:Научные основы технологии восстановления общей прочности корпуса судна при ремонте

На правах рукописи

Барышников Сергей Олегович

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОБЩЕЙ ПРОЧНОСТИ КОРПУСА СУДНА ПРИ РЕМОНТЕ

Специальность 05 08 04 «Технология судостроения, судоремонта и организация судостроительного производства»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург 2011

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государствен-1гый университет водных коммуникаций» (СГ1ГУВК) на кафедре «Технолоши судоремонта».

доктор технических наук, профессор, Чистов Валентин Борисович

доктор технических наук, профессор, Матвеев Юрий Иванович

доктор технических паук, профессор, Бавыкин Георгий Викторович

доктор технических наук, Сахновский Борис Михайлович

Ведущая организация - ЗАО «Центральный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт морского флота».

Защита диссертации состоится 31 марта 2012 года в 9.00 на заседании диссертационного совета Д 307.001.07 при ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет» по адресу: 414025, г. Астрахань, ул. Татищева, 16, АГТУ, ауд. 313 гл. корпуса.

Отзывы на автореферат диссертации в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: 414025, г. Астрахань, ул. Татищева, 16, АТТУ, ученому секретарю.

Тел./факс: (8512) 61-43-96, e-mail: a.korablin@astu.org

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет».

Автореферат разослан «21» февраля 2012 г.

Научный консультант:

Официальные оппоненты:

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., доцент

А.В.Кораблин

рисоиигжлч \

ГОСУД.МЧЯГ.! 1I! 1АЯ |

В1,1|'^У'-КЛ I ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Обеспечение безопасности судоходства — базовое условие функционирования и одна из приоритетных задач развития водного транспорта. Из совокупности факторов, определяющих безопасность эксплуатации судов, одним из важнейших является их техническое состояние, в том числе прочность корпуса. По данным Российского Речного Регистра по состоянию на август 2010 года 95% самоходных судов эксплуатируются более 20 лет и свыше 40% - более 40 лет; средний возраст самоходных и несамоходных сухогрузных судов составляет, соответственно, 35,5 и 30 лет, самоходных и несамоходных наливших судов - 37 и 29 лет. Программа строительства транспортного флота, предусмотренная стратегическими документами Минтранса и Минпромторга России, в условиях ограниченных мощностей российских судостроительных предприятий и невысокой инвестиционной привлекательности судоходного бизнеса не может обеспечить высокие темпы обновления речного флота в среднесрочном периоде. Вышеизложенное определяет актуальность решения проблемы обеспечения безопасной эксплуатации судов неблагоприятной возрастной группы на основе поддержания их нормального технического состояния за счет проведения комплекса обоснованных и достаточных мероприятий, в том числе по усилению прочности корпуса судна, при выполнении ремонтных работ.

Цель работы. Обоснование и создание современной технологии восстановления общей прочности корпусов судов, основанной на аналитических и экспериментальных зависимостях для обнаружения параметров дефектов, расчета их нормативов, для подъема на слип и установке на стапеле судна с дефектами, определения запасов общей прочности судна с дефектами, расчета вариантов технологических процессов ремонта для восстановления общей прочности с учетом времени последующей эксплуатации.

Основными задачами исследования явились:

— анализ влияния дефектов корпуса судна на его общую прочность и способов восстановления общей прочности, обеспечивающих наименьшие затраты материалов, труда и времени в зависимости от планируемого срока дальнейшей эксплуатации,

— разработка методики расчета технологических параметров восстановления общей прочности корпуса. Определение размеров и места установки подкреплений корпуса, способов и последовательности выполнения операций при закреплении подкреплений;

— разработка оригинального способа определения формы остаточной изогнутой оси корпуса, исключающего расчет упругой составляющей деформации корпуса;

— разработка методики расчета технологических параметров процесса восстановления формы корпуса судна по измеренным общим деформациям корпуса на отдельных участках;

з

- разработка типовых технологических процессов подкрепления корпуса судна накладными полосами; подъема на слип судна с деформированным корпусом; восстановление формы корпуса полным поперечным разрезом; восстановление формы корпуса частичными поперечными разрезами; восстановление формы корпуса отделением секций палубы.

Объект исследования. Процессы измерения дефектов и оценки технического состояния корпуса, восстановления прочности корпуса с дефектами до заданного уровня.

Предмет исследования. Технология восстановления общей прочности корпуса.

Методы исследования. При решении поставленных в диссертационной работе проблем использовались методы расчетов прочности, устойчивости, выносливости конструкций корпуса, математической статистики, теории вероятностей и компьютерных технологий, моделирования прочности судовых конструкций, полунатурные и натурные испытания. Экспериментальные исследования выполнялись с использованием современной измерительной и регистрирующей аппаратуры.

Научная новизна. Новизна научных результатов, полученных соискателем, состоит в том, что:

- разработан комплекс методов восстановления общей прочности корпуса при ремонте судна;

- предложены номограммы для оценки устойчивости элементов конструкции корпуса с износами и деформациями, более наглядно и физично, представляющие используемые в Правилах Российского Речного Регистра соответствующие методики расчета;

- разработана методика расчета размеров подкрепления и места его установки для восстановления общей прочности корпуса, обеспечивающая достижение поставленной цели с наименьшими затратами материалов, труда и времени в зависимости от условий и срока дальнейшей эксплуатации судна;

- создана методика и разработан инструментарий для определения остаточной изогнутой оси корпуса, позволяющая определять последнюю без расчета упругого изгиба корпуса;

- разработана методика расчета параметров технологического подъема на слип корпуса судна с деформированным корпусом;

- разработана методика расчета параметров технологического процесса устранения остаточного перегиба корпуса полным поперечным разрезом;

- разработана методика расчета параметров технологического процесса устранения остаточного перегиба с помощью частичных разрезов корпуса, в местах с наибольшей кривизной, определяемой в составе технологического процесса измерения остаточной изогнутой оси корпуса;

- разработана методика расчета параметров технологического процесса устранения остаточного перегиба корпуса последовательным отделением секций палубы и заварки их после правки корпуса на участке, где они отделялись;

- предложена методика расчета экономии материалов, труда и времени для восстановления общей прочности корпуса судна подкреплением накладными полосами;

- новизна технических решений, предложенных автором, на основе новых научных знаний, полученных в диссертации, подтверждена авторским свидетельством и двумя патентами.

Практическая ценность. Научно обоснованные методики, позволяющие проектировать технологический процесс восстановления общей прочности корпуса судна подкреплением. Типовые технологические процессы восстановления общей прочности корпуса подкреплением и восстановления формы корпуса. Полученные научные и практические результаты используются в учебном процессе подготовки специалистов в СПГУВК и СПбГМТУ.

Реализация результатов работы. Методика расчета параметров технологического процесса подкрепления (определение размеров подкрепления и мест его установки) использовалась в проектах ОАО «Инженерный центр судостроения», ЗАО «ЦНИИ Морского Флота», Куйбышевского отдела Астраханского ЦКБ и других организациях. Технологическая инструкция по устранению остаточного перегиба корпусов судов использовалась при разработке «Устранение остаточных деформаций корпуса теплохода «Волго-Дон 5016». Технологический процесс правки 2940/1565-93-3», выполненный ОАО «Инженерный центр судостроения» в 2011 году.

Типовые технологические процессы, согласованные с Российским Речным Регистром:

«Восстановление общей прочности корпусов судов подкреплением накладными полосами»;

«Определение остаточной изогнутой оси корпуса судна»;

«Подъем на слип и установка на стапеле судна с деформированным корпусом»;

«Устранение остаточного перегиба корпуса полным поперечным разрезом»;

«Устранение остаточного перегиба частичным поперечным разрезом»;

«Устранение остаточного перегиба отделением секций палубы».

Результаты исследований использованы в монографиях «Ремонт корпусов судов внутреннего плавания подкреплением накладными полосами» и «Устранение остаточного перегиба корпусов судов» и включены в учебную программу для подготовки специалистов по дефектации корпусов.

На защиту выносится:

- методика расчета подкреплений для восстановления общей прочности и технологии закрепления их на корпусе судна, включающая расчетные зависимости для обоснования места расположения, количество подкреплений и размеров полос подкрепления, обеспечивающие эксплуатацию корпуса судна в заданных условиях, в течение заданного срока при минимальных затратах материала, груда и времени при ремонте;

- методика определения остаточной изогнутой оси корпуса, позволяющая вычислять ординаты остаточной изогнутой оси корпуса без расчета упругой составляющей общего прогиба корпуса по кривизне на отдельных участках корпуса;

- методика расчета параметров технологического процесса подъема на слип и установки tía стапеле судна с деформированным корпусом;

- методика расчета параметров технологических процессов устранения остаточного перегиба по измеренной кривизне на отдельных участках правки корпуса судна;

- научно-обоснованные типовые технологические процессы подкрепления корпуса судна накладными полосами, определение остаточного прогиба или перегиба корпуса; подъема на слип п установки на стапеле судна с деформированным корпусом; устранение остаточного перегиба полным поперечным разрезом; частичными поперечными разрезами корпуса и отделением секций палубы.

Апробация работы. Работа выполнена в СГ1ГУВК. Основное содержание работы докладывалось на П-й Всесоюзной научно-технической конференции «Совершенствование эксплуатации и ремонта корпусов судов», HTG им. Акад. А.Н.Крылова, Калининград, КТИРПХ 1981; на Республиканской научно-технической конференции молодежи '(Повышение эффективности водного транспорта», Горький, ГИИВТ, 1983; на IV-й международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» СПб, Политехнический университет, 2007; на П-м международном научно-техническом семинаре «Исследование, проектирование и эксплуатация судовых ДВС» СПб, СПГУВК, 2008; на международной научно-практической конференции «Водный транспорт Европы: интеграция, инвестиции, инновации», СПб, «ЛЕНЭКСПО», 2011.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 34 работы. В том числе две монографии, 29 статей в научных журналах и сборниках, авторское свидетельство и два патента на изобретения, 6 докладов в материалах конференций. 16 работ выполнено в личном авторстве (включая две монографии и один патент), доля автора в остальных работах от 30% до 60%. В изданиях, рекомендованных перечнем ВАК для докторских диссертаций опубликовано 17 статей: 5 - в личном авторстве, 12 - в соавторстве с долей автора от 30% до 60%.

Личный вклад. В диссертации излагаются результаты, вклад в которые автора был существенным на всех этапах, включая постановку задачи, проведения теоретических исследований и непосредственное участие в экспериментах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованной литературы из 137 наименований и отдельного тома Приложений. Основная часть работы изложена на 407 страницах текста, включающего ] 56 рисунков и 31 таблицу.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы. Отмечено, что под ремонтом корпуса судна следует понимать не столько замену дефектных элементов на новые сколько, в первую очередь, восстановление его общей и местной прочности до заданного уровня. Такое представление ремонта позволяе т существенно сократить затраты материалов, труда и времени на ремонт, обеспечивая заданный уровень безопасности эксплуатации судна и сохранности перевозимого груза в течение заданною срока, но в то же время требует привлечения специалистов более высокой квалификации, способных рассчитывать снижение показателей прочности и надежности во время эксплуатации судна, и способы восстановления этих качеств при ремонте, а также создания специальных методик для выполнения соответствующих расчетов.

В первой главе отмечаются пути совершенствования технологии восстановления общей прочности корпуса, обеспечивающие наименьшие затраты для достижения поставленной цели на заданное время эксплуатации:

- за счет оптимизации усилий по обнаружению, выявлению и измерению дефектов корпуса судна;

- за счет правильного нормирования дефектов;

- за счет создания методов ремонта и выбора оптимального, обеспечивающего заданный срок и условия дальнейшей эксплуатации;

- за счет механизации и автоматизации разработанных процессов ремонта.

Для реализации каждого из путей снижения затрат на восстановление общей прочности требуется создать дополнительные методики расчета допускаемых параметров дефектов корпуса, технологических параметров для технологических процессов восстановления его общей прочности.

Восстановление требуемой работоспособной площади продольных связей в средней части корпуса ранее выполнялось путем замены частей корпуса, имеющих дефект на новые, при этом приходилось заменять элементы корпуса, дефекты на которых были еще допустимы. Рассмотрение ремонта корпуса, как восстановление его прочности, в частности общей, позволяет существенно снизить затраты на ремонт, но требует изучения вопросов, связанных с включением подкрепления в работу конструкции по восприятию

общего изгиба. Затраты труда, времени и материалов на создание подкрепления, обеспечивающего общую прочность в течение заданного времени, должны быть минимальными. Наиболее эффективным способом подкрепления для восстановления общей прочности корпуса является постановка накладных полос на крайние связи эквивалентного бруса. Разработка технологии ремонта таким способом требует теоретического обоснования размеров поперечного сечения полос и мест их установки на крайних связях эквивалентного бруса. Технология ремонта в этом случае будет наиболее эффективной, если размеры поперечного ссчения полос и места их установки будут такими, что исключат потерю устойчивости полос при воздействии на них сжимающих напряжений, даже превосходящих предел текучести материала крайней скязи.

Исследованиями устойчивости пластин занимались великие математики и механики Л.Эйлер, Ж.Л.Ланграж, Ж.А.Пуанкаре, А.М.Ляпунов, в кораблестроении И.Г.Бубнов и другие выдающиеся ученые. Размеры устойчивой полосы подкрепления и места ее установки определены в результате использования решений об устойчивости прямоугольной пластины ступенчато-переменной толщины проф. Д.П.Голоскокова, В.Д.Жесткой, а также зависимостей по устойчивости пластин проф. И.И.Трянина в Правилах РРР.

Во второй главе дается анализ дефектов корпуса судна их классификация; причина появления; способы измерения; влияние на общую прочность и возможные способы восстановления общей прочности.

Классификация дефектов приводится на рис. 1, определение каждого из дефектов приводятся в Правилах РРР.

Износ связей корпуса является одним из факторов, наиболее существенно влияющих на прочностные показатели судна. Даже незначительное уменьшение толщин настила палубы или днища, будучи помноженным на ширину этих связей, приводит к значительным потерям момента сопротивления эквивалентного бруса и как результат снижению предельной прочности корпуса.

Износ связей корпуса определяется временем эксплуатации судна, поэтому одной из важнейших характеристик этого вида дефектов является скорость его нарастания. Исследованию скоростей изнашивания связей корпусов судов внутреннего и смешанного плавания посвящены работы большого количества ученых Бавыкина Г.В., Бутина А.П., Быстрицкого В.В., Гу-

тт.Ж.нм,

г»ж

Рис. I. Классификация дефектов корпуса

нина И.А., Гуревича И.М., Ефименкова Ю.И., Степанова 0.3., Худяковой А.Б., Чистова В.Б., Шурпицкого A.B. и др. Было установлено, что для описания закона распределения скоростей изнашивания связей могут использоваться кривые Пирсона, гамма-распределение и нормальный.

Вместе с тем, как показывает практика, с достаточной степенью точности и учитывая незначительность коэффициентов асимметрии и эксцесса можно воспользоваться нормальным законом распределения скоростей изнашивания листовых элементов для обоснования и выбора метода ремонта и прогнозирования его объёма.

Снижение общей прочности (особенно важным является утонение крайних связей корпуса - палубы и днища) происходит не только из-за непосредственного уменьшения остаточных толщин, но и из-за уменьшения редукционных коэффициентов пластин, которые пропорциональны квадрату толщины пластин. Обобщённым показателем общей прочности судов речного флота можно считать предельный изгибающий момент, то есть изгибающий момент, при действии которого 11 одной из связей напряжения достигнут предела текучести Maiepnana этой связи. На рис. 2 показано, как меняется предельный момент корпусов судов в процессе эксплуатации. Приведенные зависимости построены с применением средних скоростей изнашивания связей корпуса. Используя их, можно прогнозировать необходимость выполнения ремонтных работ для восстановления его общей прочности.

Измерение степени износа корпуса судна представляет сложную технологическую задачу. Корпус судна состой! из огромного количества элементов, кроме того, износ отдельных элементов представляет разную степень опасности для корпуса в целом. По этим причинам выполняются измерения не только отдельных элементов корпуса (листа обшивки или настила, балки набора, книц и т.п.), но и части этих элементов или оценивается износ на отдельных участках (средний в группах связей или в поперечном сечении палубы и днища в средней части корпуса).

Мттр

Мттр

ficj ЛИЯ Г1Ш

С BMM J ИМЦ-ЫЧ

с выихгшаыи

.без вмятин

Рис. 2. Изменение предельного момента судов внутреннего и смешанного плавания

Средний износ палубы или днища в поперечном сечении оценивается по формуле

п . 1

t

Рост],

(1)

где ив— остаточная толщина 1-го листа в сечении и его ширина соответственно.

Изменение общей прочности оценивается изменением момента сопротивления. В работе показано, что относительное уменьшение момента сопротивления равно относительному уменьшению площади крайней связи

А^ДЬ Г2)

W Р2

г де ЛXV и АР - абсолютное уменьшение момента сопротивления и площади, лимитирующей крайние связи, соответственно.

При продольной системе набора крайней связи уменьшение работоспособной площади обшивки или настила из-за износа можно определить по формуле

АР = П14">*-^ес>ост} (3)

где П) — количество пластин обшивки днища или настила палубы в поперечном сечении средней части корпуса, а - ширина пластин,

(^Дост - средняя проектная и средняя остаточная толщины в сечении крайней связи соответственно; + +

(р , <рост - редукционные коэффициенты пластин проектной и остаточной толщин, соответственно.

В формулу (6) входят редукционные коэффициенты для всей пластины (суммарные для гибкой и жёсткой части), которые в свою очередь определяются по формуле

<?*--- аг + Ож (4)

где (р - редукционный коэффициент гибкой части пластины,

аг-доля гибкой части пластины в поперечном сечении корпуса, аж- доля жесткой части пластины в поперечном сечении корпуса. Для продольной системы набора,

. 1 + 0

Вводится новая характеристика устойчивости пластины — минимальная толщина, при которой пластина не теряет устойчивость даже при сжимающих напряжениях, равных пределу текучести материала (*'). Эта толщина определяется по формуле

100 V 78,5 ' ^

уровень сжимающих напряжений, действующих на пластину, будем оценивать характеристикой

кен

10

где |аж| - абсолютное значение сжимающих напряжений в жёстких связях, МПа; R0H - предел текучести материала, МПа.

Тогда известные зависимости из Правил РРР для определения редукционных коэффициентов пластин при продольной системе набора приводятся к виду

1,6 f t V t

<р=-\-\ при —<0,612; (8)

п и ) I

1'63 0,63 1-

<р —---!--Гфи —>0,612.

п п I I:"

С использованием уравнений (6), (7) и (8) построена номограмма (рис. 3), позволяющая определить редуцированную площадь крайней связи как для нового судна, так и для судна с износом. Кроме того, можно определить потерю площади крайней связи из-за износа обшивки или насгила.

При поперечной системе набора зависимость для редукционного коэффициента обшивки или настила крайней связи эквивалентного бруса примет вид

<Р = <Р

11,0,5(2 + 1--J-

-¡Г"'— . (9)

1Ь,

1

1Ь,

1

где п, - количество пластин в поперечном сечении (длинная сторона пластины совпадает с поперечным сечением крайней связи);

- длина жёсткого участка поперечного сечения крайней связи; к- количество жёстких участков без учёта присоединённых поясков. На рис. 4, представлена номограмма, позволяющая определять редуцированную площадь обшивки или настила крайней связи при сжатии и растяжении как для нового судна, так и для судна с износом при поперечной системе набора.

Первый тривиальный и наиболее распространенный способ восстановления общей прочности заключается в том, что для восстановления общей прочности вырезаются и заменяются на новые несколько листов с износом, толщина которых, как правило, удовлетворяет требованиям местной прочности или требованиям для минимальных толщин связей в эксплуатации. Количество заменяемых листов в каждом поперечном сечении лимитирующей крайней связи корпуса может быть определено из неравенства

I ((! - кКр> • - <осп • Рост, ■ Рпр, - 1ос-п - к. ПО)

где п - количество листов в поперечном сечении крайней лимитирующей связи корпуса (палубе или днище);

t..pi • (1-k) - допускаемый средний износ крайней лимитирующей связи; tn|J1 • к - допускаемая средняя остаточная толщина листов в крайней фуппе связей по Правилам РРР;

Фщя и q> - редукционные коэффициенты пластин на листах i-й толщины, новых и изношенных соответственно;

п; - количество листов, заменяемых в одном поперечном сечении корпуса судна;

в, - ширина листа, нового и заменяемого.

л т т г 'Г -

-|г г г Т г г г ' Т 1 л г . л.. __ \xJ к с.

J

•ЛЧ\\

\\VV\

m

Р* \ \ \ -

......t-

1'ис. 3. а) схема дпиша; 6) номограмма для определения редукционных коэффициентов и рабо тоспособной шютади сечения пластины с учетом редуцирования Для восстановления общей гфочности корпуса рассматриваемым способом требуется израсходовать на замену количество материала, определяемого по формуле

Рис. 4. а) схема дншца; б) номограмма для определения редукционных коэффициентов и работоспособной площади сечения пластины с учетом редуцирования

(И)

где п2 - количество сечений, в которых будут заменяться листы; С - длина листа;

у - плотность материала.

Вместе с тем, непосредственно для восстановления общей прочности корпуса будет использоваться только часть этого материала, определяемая по формуле

Q.-У-«С -<ч,ы

(12)

Сравнивая зависимости (11) и (12), легко видеть, что для достижения поставленной цели (восстановления общей прочности корпуса) идет лишь малая часть материала, это объясняется тем, что годные листы, местная прочность которых обеспечена, заменяются на новые.

12

Отмеченным объясняется низкая эффективность рассмотренного тривиального способа восстановления общей прочности корпуса.

Альтернативный вариант представляется более эффективным и, следовательно, перспективным для восстановления общей прочности корпуса, так как предусматривает внесение только такого количества материала, которое полностью пойдет на восстановление общей прочности корпуса при сохранении всех его элементов, местная прочность которых обеспечена. Приближенно требуемую площадь поперечного сечения материала для восстановления площади крайней связи можно определить по формуле (13), которая представляет из себя левую часть неравенства (10).

Ь'подкр = I (О - к>Прі • «V - *ост, ■ <Росг, К • ( 1 3)

Эта площадь может быть реализована либо в виде продольных ребер жесткости, устанавливаемых внутри корпуса судна, либо в виде полос, устанавливаемых снаружи корпуса.

Установка дополнительных продольных ребер жесткости увеличит редукционные коэффициенты пластин и значит эффективность вводимой площади, но должна выполняться, как празило, в тесном замкнутом пространстве. Такой способ может быть эффективен для ремонта изношенного днища судов без двойного дна и с поперечной системой набора.

Установка накладных полос выполняется в легко доступном пространстве; процесс может быть механизирован с использованием полуавтоматической и автоматической сварки; при правильном выборе размеров полос и места их установки редукционные коэффициенты пластин на изношенных листах уменьшаться не будут.

Для реализации последнего более эффективного способа восстановления общей прочности необходимо:

Создать методику для определения требуемой площади подкрепления крайних связей для восстановления общей прочности.

Определить размеры поперечного сечения полосы и места их установки.

Разработать технологию установки полос, исключающую появление трещин в процессе эксплуатации.

Остаточный общий прогиб или перегиб судна возникает из-за появления в процессе постройки, эксплуатации и ремонта пластических деформаций материала в отдельных связях на отдельных участках корпуса. С ростом относительных остаточных удлинений увеличивается кривизна остаточной изогнутой оси корпуса на участках, где имели место перегрузки. Нами предложен способ определения ординат остаточной изогнутой оси корпуса по кривизне на отдельных участках

ісг^а -и

Уосг(х) —--X-

-І

х - (Ь,+ ;

х - (Ь, + --

х^Ь, + -2.

,(14)

где упст(х) - ордината остаточной изогнутой оси корпуса; с°ст - кривизна на ¡-м участке по длине судна; I - длина участка, на котором имеет место остаточная кривизна; Ь - длина корпуса;

Ц - расстояние от начала расчетной длины до середины участка, на котором имеет место остаточная кривизна с"сг;

( {'.

X > Ь,--и X > Ц + — - показатели, указывающие на то, что слагае-

2 2

мые учитываются только в том случае, когда выражение в скобках, возводимое в квадрат, имеет положительное значение.

Кривизна на обследуемом участке палубы определяется по формуле

Д (р

с =--—

І

(15)

где Аф - изменение угла наклона поперечного сечения корпуса иа обследуемом участке.

Схема измерения угла поворота поперечного сечения корпуса показана на рис. 5, а конструкция патентованного устройства для измерения угла показана на рис. 6.

Рис. 5. Схема измерения изменения угла поворота поперечного еечения корпуса

Рис. б. Конструкция устройства 1 - плита; 2 - стойки; 3 - шкала; 4 - ось маятника; 5 - маятник; 6 - стрелка; 7 - стакан неподвижный; 8 - стакан подвижный

Кривизна на участке длиной С может определяется по высоте хорды

1 8/

с = — = (16)

Я Г

где /- стрелка прогиба на длине участка (высота хорды). Схема измерения показана на рис. 7.

Третий способ определения кривизны связан с первым, гак как изменения угла поворота может быть установлено ' _ с помощью нивелира. В этом

Рис. 7. Схема определения кривизны участка случае выполняются измере-1 -магнитная стойка с креплегагем для струны; ния расстояний от пробитой 2 - струна; 3 - магнитная стойка с натяжным устрой- горизонтальной ПЛОСКОСТИ ДО ством для струны; 4 - бимс; 5 - карлингс; б - линейка палубы на границах и в середине каждого участка (И„ ЬМ5, Ь1+1). Измеряемые и рассчитанные величины показаны на рисунке 8.

Кривизна на 0 + 1) участке длиной £ равна

р1 v )

Общая прочность деформированного корпуса должна удовлетворять условию, предложенному профессором Г.В.Бойцовым для действующих Правил РРР

МпР.,кс >к/КГ0ДН(Мрн-АМтв), (18)

где М1фЭКС - предельный момент корпуса судна в эксплуатации определенный с учетом износов и остаточных деформаций для прогибь и перегиба по абсолютной величине, кНм;

Кгоди - нормативное значение коэффициента запаса прочности для

годного технически! о состояния;

Мр - расчетный изгибающий момент при прогибе и перегибе, взятый по модулю, кНм;

к^ - коэффициент, увеличивающий нормативное значение коэффициента запаса прочности для судов, имеющих общий остаточный перегиб;

Мтв - дополнительный изгибающий момент на тихой воде, вызванный перераспределением сил поддержания у корпуса с остаточным перегибом.

АМт.в. = ±0,19/05ВЬ2,кНм, (19)

где /о - остаточный прогиб (перегиб) корпуса, м; 8 - коэффициент общей полноты.

Нормативный коэффициент запаса общей прочности увеличивается пропорционально коэффициенту, определяемому по формуле

к/= 1 + 0,1

' Г Л -—— 1

и

при нормативной

> 1, (20)

Рис. 8. Определение кривизны участка по отклонениям ог горизонтали в начале, в середине и конце участка

Рис. 9. Диаграмма предельных амплитуд

)т~ Е 15Н

(21)

Введение коэффициента связано с |^р|1)оита.1ьнй< линия уменьшением коэффициента запаса

на выносливость в крайних растянутых связях и редукционных коэффициентов продольных ребер жесткости в крайних сжатых ребрах из-за остаточных напряжений. Остаточные напряжения растяжения в крайних связях эквивалентного бруса приводят к уменьшению коэффициента запаса на выносливость, несмотря на то, что вызывают повышение предела выносливости. Отмеченное хорошо иллюстрируется на диаграмме предельных амплитуд, представленной на рис. 9 и получаемыми ниже зависимостями для коэффициентов запаса. Наличие остаточных напряжений растяжения в связи корпуса (аост) не изменит амплитуду цикла напряжений, а приведет лишь к увеличению средних напряжений в цикле (точка Л')- Как видно на диаграмме предельных амплитуд, в результате увеличатся максимальные и минимальные напряжения в цикле и, следовательно, изменится коэффициент асимметрии цикла, возрастет предел выносливости. Выражение для коэффициента запаса на выносливость примет вид

О-1

ко 111

Если в жестких связях имеют место остаточные напряжения (с0СГ), то они будут складываться с напряжениями от изгиба, вызванного внешней нагрузкой и уровень напряжений, действующих на пластину, будет

і СГ пі СГ ост П =---------1

Кс

(23)

Используя (22), можно получить выражение, связывающее редукционный коэффициент пластин с остаточными напряжениями и без них

= . (24)

п +

Яш

Остаточные напряжения сжатия могут вызвать потерю устойчивости продольных ребер жесткости. Для анализа влияния остаточных напряжений преобразуем зависимости из Правил РРР для проверки устойчивости продольных ребер жесткости. После преобразований зависимости для редукционных коэффициентов имеют вид

2,6

<РР=-

Хтіп

I

при

->0,48

1.12-

0,12

при 0,48 <^=¡.<1

(25)

По полученным зависимостям построен график для определения редукционных коэффициентов продольных ребер жесткости в зависимости от их относительной гибкости, представленный на рисунке 10.

В зависимостях (25) и на графике рис. 10 обозначено: А. - гибкость продольного ребра жесткости,

Х.ШІП

- -мини-

0,1 од 1.о к

о.| о.: о..1 «.4 ад Рис. 10. Редукционные коэффициенты продольных ребер жесткости

Л :/(/+*)' ~т,п V 2,6 кс

мальная гибкость ребра, при которой оно не будет терять устойчивость даже при сжимающих напряжениях, равных

- относительная

гибкость. Анализируя выражение (18), видим, что для восстановления прочности деформированного корпуса не-

обходимо либо увеличить момент сопротивления поперечного сечения корпуса в средней части, компенсировав увеличение коэффициента запаса прочности и расчетного изгибающего момента, либо исключить дополнительный изгибающий момент, вызванный деформацией корпуса.

Увеличить момент сопротивления корпуса можно, заменив годные, но имеющие возможно больший износ листы на новые проектной толщины, или подкрепить корпус судна накладными полосами. Этот вариант наиболее прост и экономичен из всех вариантов подкреплений. Для реализации обоих вариантов увеличения моментов сопротивления требуется разработка методики расчета количества заменяемых листов или полос подкрепления, а также технологического процесса с указанием количества заменяемых элементов или устанавливаемых полос, места их установки, способа закрепления и проверки качества.

Дли восстановления общей прочности путем устранения дополнительного изгибающего момента на тихой воде необходимо с помощью правки корпуса исключить стрелку прогиба корпуса. На судоремонтных заводах операция правки корпуса выполняется крайне редко. До последних лет не было норматива для остаточного общего прогиба или перегиба и требований к его устранению из-за трудностей его определения, и, следовательно, не было технологического процесса выполнения операции правки. Нами предложены несколько вариантов устранения остаточного общего перегиба использующие упомянутый ранее способ определения остаточной изогнутой оси корпуса по кривизне на заданных по длине участках, позволяющий определить места для правки корпуса и разработать оптимальные технологические процессы.

Местные остаточные деформации (главным образом вмятины). Влияют вмятины на общую прочность грузовых судов, если они располагаются в средней части корпуса на днище или палубе и распространены на значительном участке по ширине.

Определению редукционных коэффициентов деформированных продольных ребер жесткости были посвящены исследования В.Ф. Лусникова, И.О.Трянина, В.Б.Чистова. Зависимости, рекомендуемые И.О.Тряниным, используются в Правилах РР, нами предложены несколько номограмм, позволяющие упростить расчет редукционных коэффициентов деформированных ребер.

Восстановить общую прочность корпуса судна, имеющего вмятины на днище или (и) палубе в средней части, возможно подкреплением участка корпуса в районе вмятины.

Подкрепление для восстановления общей прочности заключается в определении потери работоспособной площади деформированных продольных ребер жесткости и пластин обшивки, которая должна быть компенсирована, проектировании размеров подкрепления и места его установки. Такой способ восстановления общей прочности позволяет до минимума свести

материальные и трудовые затраты при ремонте, а для его реализации необходимо разработать типовой технологический процесс включающий:

- методику расчета потери работоспособной площади деформированных ребер жесткости и пластин обшивки или настила;

- зависимости для определения размеров подкрепления, обеспечивающие минимальный расход материала;

- рекомендации по месту установки подкрепления, обеспечивающие свободный доступ к месту ремонта и удобство выполнения работ;

- технологические указания по выполнению операций и контролю качества выполнения работ, обеспечивающие долговечность подкрепленного корпуса с износом и местными деформациями.

Разрушении. Перелом корпуса, разрывы связей и пробоины обычно являются следствием аварий или иных причин, вызвавших чрезмерные нагрузки на корпус судна в целом или на отдельные его участки.

Измерять разрушение для оценки технического состояния корпуса необходимо для разработки технологических процессов ремонта корпуса, при котором восстанавливаются его общая и местная прочность и непроницаемость.

Для судна, получившего перелом корпуса, необходимо не только установить место, где произошел слом, но и зафиксировать форму остаточного перегиба корпуса судна с изломом.

Последнее требуется для обеспечения успешного подъема судна на слип, правильной установки на стапеле, где будет выполняться ремонт, и разработки оптимальной технологии ремонта корпуса.

На рисунке 11 показан корпус судна, получившего слом на расстоянии Ь2 от носа. Для определения формы остаточной изогнутой оси корпуса можно воспользоваться формулой (14), учитывая, что при переломе корпуса слом концентрируется обычно на одном, небольшом по длине участке, а в остальных частях корпуса остаточная кривизна мала.

Максимальная стрелка остаточного перегиба будет на расстоянии Ь| от кормы и после подстановки этого значения в (14) определяется по формуле

На рисунке 11 видно, что с достаточной степенью точности можно определить максимальную стрелку прогиба по осадкам в трех точках корпуса (в носу - тн; в корме Тк - и на миделе Тн ) по формуле

(26)

Т„+Т„-2Т, Ь

в

(27)

1'ис. 11. Измерение остаточной стрелки прогиба корпуса судна со сломом

Для восстановления корпуса судна, получившего перелом, необходимо разработать технологический процесс его подъема и установки на стапеле. В этом случае необходимо знание формы остаточной изогнутой оси или в крайнем случае максимальной стрелки прогиба, полученной по формулам

В третьей главе дается теоретическое обоснование способов восстановления общей прочности. Наиболее эффективный из них заключается в увеличении до требуемой величины площади крайних связей эквивален гного бруса. При этом все остальные продольные связи эквивалентного бруса могут иметь дефекты равные допускаемым, указанным в п. 3.6 ПОСЭ РРР. Чтобы рассчитать требуемую площадь крайних связей (палубы, комингса и днища) считаем, что опасное состояние реализуется одновременно в двух крайних связях, т.е.

іде ХУ"^ =---—---момент сопротивления рассматриваемого сечения

н ~ 2ж.

относительно палубы (комингса), м3;

= г52— момент сопротивления рассматриваемого сечения отно-

^по

сительно днища, м3;

1Я„ - момент инерции рассматриваемого поперечного сечения относительно нейтральной оси, когда опасное состояние реализуется одновременно в обеих крайних связях, м';

расстояние от нейтральной оси сечения до основной плоскости, м;

- опасные напряжения в палубе (комингсе) или днище соответственно;

Н- расстояние от основной плоскости до палубы, м или Н'- расстояние от основной плоскости до полки комингса, м ;

Расстояние нейтральной оси от основной плоскости корпуса, с учетом зависимости (28), определяется по формуле

(26) и (27).

М =.10'^п(к) -ап(к)=103\У

1 1 ир.:жс * ир.;жс ои "

(28)

I

Требуемый момент инерции изношенного корпуса относительно нейтральной оси определяется по формуле

I к.-Мр(н-гио) пт

" ■ 1 >

Используя условие общей прочности (18) с учетом (19) и (20), можно определить оптимальные требуемые характеристики поперечного сечения эквивалентного бруса корпуса судна, имеющего износ и остаточный прогиб или перегиб.

Требуемая площадь крайних связей эквивалентного бруса - палубы Р„ (комингса Рк) и днища Рд вычисляется по формулам:

" Н(Н-2но) ' (л1)

_ I - ц + (н + /но)18- нгН01г

ГД , , ~ > К-3")

" • 2п„

где X/- площадь сечения связей эквивалентного бруса, кроме настила палубы ( полки комингса) и обшивки днища, м';

и £.1- статический момент, м3, и момент инерции, м', связей относительно основной плоскости соответственно, без палубы и днища.

Значения величин ЦБ, £.1 рассчитывают в табличной форме с учетом предельных износов связей и их редуцирования с помощью графиков на рисунках 3,4 и 10.

Требуемые площади крайних связей должны быть определены и для второго расчётного случая. Окончательно для каждой крайней связи в качестве допускаемой принимается большая из требуемых площадей.

После выполнения расчётов условие обеспечения общей прочности корпуса можно представить в виде

Р„,и) > М, (33)

Рд > [Рд], (34)

где Рп(к) и Рд - площади поперечного сечения настила палубы (комингса) или обшивки дишца по результатам измерения во время дефектации с учетом редуцирования пластин в сжатой зоне;

[Рщк)] и [Бл] - допускаемая площадь поперечного сечения настила палубы (комингса) и обшивки днища получаемая, по формулам (34) и (35), соответственно.

Если общая прочность корпуса судна не обеспечивается, т.е. не выполняется одно из условий (36 и 37) или оба одновременно, то можно легко установить количество материала, которое следует вложить в крайние связи при ремонте корпуса судна

АРп = [Рп] — Рп ,

ЛРд = [Рд]-Рд-

При традиционном способе ремонта заменой элементов (листов) в сечении крайней связи, количество расходуемого материала отдельно для днища или палубы определяется по формуле

I в, (ц,, • (Рпр1 - 10ст, • <ри„) > ль"; (35)

1

где пл - количество заменяемых листов в поперечном сечении крайней связи (палубы или днища отдельно);

и (роЫ- редукционные коэффициенты пластин проектной и остаточной толщины соответственно.

Анализируя зависимость (35), видим, что второе выражение в скобках (ит' </>оСТ|), умноженное на ширину «|, представляет из себя площадь поперечного сечения годного листа, который вырезается, а затем устанавливается вновь в составе нового листа проектной толщины. Если учесть, что замена листа может сопровождаться большим объемом сопутствующих работ, связанных с обеспечением доступа к обратной стороне листа, становится очевидной низкая эффективность этого способа восстановления общей прочности.

Значительно эффективней оказывается восстановление общей прочности постановкой накладных полос на крайние связи эквивалентного бруса.

Количество полос подкрепления, устанавливаемых на ту или иную крайнюю связь или на каждую одновременно, определяется по формуле

п-И^Е. Об)

Г пол

где [К] - допускаемая площадь поперечного сечения крайней связи по результатам измерений при дефектации;

РИШ| - площадь поперечного сечения полосы подкрепления.

Размеры поперечного сечения полос подкрепления и места их установки определяются из условия обеспечения устойчивости полосы при сжимающих напряжениях, равных пределу текучести материала. Полосы подкрепления устанавливаются с наружной стороны обшивки или настила под балками судового продольного набора на всю длину средней части корпуса, в случае, если имеются ослабленные сечения за пределами средней части, то и на этих участках.

Восстановление общей прочности корпуса судна, имеющего вмятины на палубе или днище, можно выполнить также установкой накладных полос в сечениях, где имеются вмятины.

Потеря работоспособной площади из-за вмятины на корпусе судна с продольной системой набора на крайних связях может быть рассчитана по формуле

т

ЛРш= 1/р(1-Фр) +1(фга,-фР)(а-50ф; (37)

где /р- площадь сечения ребра с присоединённым пояском 50ї, но не более а/2;

Фр, - редукционный коэффициент ребра с присоединённым пояском определяется по 2.2.9.9. ч.ІІ «Корпус» или по номограммам в тексте диссертации ДЬ; -2АЬіі05 ;

фпл - редукционный коэффициент гибкой части пластины, прилегающей к ребру;

ш - количество рёбер;

Ш| - количество пластин, прилегающих к рёбрам;

(ф,ш - Фр) > о.

Количество полос подкрепления определяется по формуле

Г па!

Подкрепления могут располагаться не только на крайних связях эквивалентного бруса, площади которых не дос таточно для обеспечения общей прочности корпуса. Расположение подкрепления по высоте корпуса на эффективность его работы по восстановлению общей прочности можно оценивать, используя коэффициент влияния ш, тогда зависимость для определения площади подкрепления крайней связи, требуемая для восстановления общей прочности, если эти подкрепления установлены на произвольном расстоянии от этой связи можно определить по формуле

ЛР=1со1А/;, (39)

I

где п — количество продольных связей, на которых установлены подкрепления.

Остается определить место расположения подкрепления на крайней связи и размеры поперечного сечения его, чтобы подкрепление не теряло устойчивости при действии сжимающих напряжений, даже равных пределу текучести материала.

Площадь подкрепления для восстановления общей прочности можно уменьшить, если устранить остаточный общий прогиб или перегиб.

Создание технологии восстановления формы корпуса требует решения комплекса задач.

.1 Определения формы остаточной изогнутой оси корпуса судна и определение участков с наибольшими остаточными удлинениями.

.2 Создание условий, обеспечивающих равновеликую нагрузку на подъемные (косяковые) тележки при подъеме судна и заданные нагрузки на стапельные тележки при перемещении к месту ремонта.

.3 Создание условий для установки судна на стапеле, так чтобы ординаты остаточной изогнутой оси измерялись от горизонтальной линии, проходящей через две заданные точки (одна в кормовой, а другая в носовой части судна), а нагрузки на стапельные тумбы были равновеликими.

,4 Создание условий для установки стапельных тумб под судном на стапеле так, чтобы в зоне, где будут выполняться ремонтные работы гю устранению общих остаточных деформаций поперечная сила была равна нулю, а нагрузки на стапельные тумбы были равновеликими.

.5 Создание условий, чтобы при устранении остаточного перегиба в заданном районе поперечная сила, действующая на корпус была равна 0, а изгибающий момент был равен величине, необходимой для поворота крайних сечений в ослабленной части на заданный угол. При этом нагрузки на стапельные тележки должны равняться заданным, а равновеликие нагрузки на стапельные тумбы не должны превосходить допускаемых значений.

.6 Создание условий, чтобы на всех этапах правки корпуса судна, нагрузки от стапельных тумб и стапельных тележек на корпус не превосходили допускаемого значения. Аналогично нагрузки от тумб и тележек на стапель не должны превосхсдить допускаемого значения.

Решение первой задачи подробно рассмотрено во второй главе, где разработан патентованный способ определения остаточной изогнутой оси корпуса судна, рекомендуется оборудование для измерения, дается аналитическая зависимость для расчета ординат этой линии (14) и определения участков с повышенной кривизной.

Решение второй задачи необходимо для осуществления подъема судна с деформированным корпусом на гребенчатом слипе и перемещение его по горизонтальной части к месту ремонта.

При подъеме судна форма остаточной изогнутой оси корпуса должна быть зафиксирована, так как это позволит обеспечить нагрузку на подъемные тележки приближенную к одинаковой. Определение величины наращивания платформ подъемных тележек показано на рис. 12 и 13.

„£,. - положение стапельной тележки, у 4Й ряда тележек, к - количество самоходных геасжск в ряду, 1и - количество несамоходных тележек в ряду Рис. 12. Отстояние днища от основной плоскости (плавный изгиб)

,5<0

I • пстчожгинс «и.тъеииой тележкп по ,г.|мс судмп

комиг опшздыюП тслдакн. у раза тележеч. к - казн'юстом оа\ч>ходнмх н рь.г. т . ко;)!)'««** гао Н(Ч*амохо;шмх тележек »

Рис. 13. Отстояние днища от основной плоскости (излом)

Решение третьей задачи имеет целью установить судно на стапеле таким образом, чтобы несколько, близко расположенных рядов стапельных тумб в начале кормовой части и в коште носовой части, имели высоту 1,7 м и фиксировали горизонтальную плоскость на стапеле. В дальнейшем эта плоскость будет основной плоскостью судна. При устранении остаточного перегиба высота этих стапельных тумб регулироваться не будет. Эти близко расположенные ряды стапельных тумб будут являться опорами, на которых поворачивается корпус судна при правке. Возвышение всех остальных стапельных тумб над основной плоскостью определится графически, как это показано на рис. 14

.11, ---- 4ь /Л, —-— Ун

•!>,.— •Л

е ...........И- ■и 1

"И Г Л II- >- • 1 - г -- 2...................., - —:- 1 "1 г

г. : V _ «I - '-с

Рис. 14. Отстояние днища от основной плоскости и расстановка стапельных тумб в кормовой и носовой частях

Решение четвертой задачи необходимо, чтобы исключить разрушение ослабленного разрезами корпуса в зоне выполнения ремонтных работ. Поэтому следует стремиться, чтобы в этом месте поперечная сила и изгибающий момент были близки к нулю.

Общее количество стапельных тумб определяется из условия

где - среднее усилие, передаваемое на трубу, кН;

в - вес судна, кН;

р-1 у МП

"--рабочая грузоподъемность стапельной тумбы, кН;

Р^"15 - грузоподъемность стапельной тумбы, кН; кн — коэффициент неравномерности, принимается к„ = 2. Стапельные тумбы должны быть расположены таким образом, чтобы отклонение равнодействующей разновеликих реакций стапельных тумб от центра тяжести судна А не превосходило 0,1 м.

"с ,

Л= І^іп^ <0,1 м, (41)

где п,. - количество поперечных сечений судна, в которых поставлены стапельные тумбы;

- количество стапельных тумб в ¡-м поперечном сечении; С] - расстояние от центра тяжести судна до .¡-го сечения, в котором установлены тумбы. Расстояния в корму от центра тяжести судна принимаются со знаком (-), а в нос - со знаком (+) (рис. 14).

Для обеспечения минимального изгибающего момента и поперечной силы в зоне ремонта должно выполняться условие

Ок-х1= с-х'', (42)

где О" и О" - вес кормовой (от кормы до зоны ремонта) и носовой (от носа до зоны ремонта) частей судна, соответственно, кН; принимается по весовой нагрузке судна;

и Хв - расстояние от центра тяжести судна до центра тяжести кормовой и носовой частей, соответственно, м; рассчитывается по формулам

= \ + хе - Ц ; (43)

X." = \ - хв -С ; (44)

где Ь - длина судна между -И, м;

х8 - абсцисса центра тяжести судна, м; расстояние от миделя до центра тяжести судна, в корму принимаются со знаком (-), а в нос - со знаком (+);

рв и ¿Л - расстояние от кормового или носового І. до центра тяжести кормовой и носовой частей, соответственно, м; рассчитывается по весовой нагрузке судна.

Количество стапельных тумб и место их расположения должны быть рассчитаны из условия, что величина равнодействующей равновеликих реакций стапельных тумб И* и Я" под каждой из частей была равна весу соответствующей части, а линии их действия совпадали.

Количество стапельных тумб под кормовой или носовой частями и места их расположения определяются из условия

Пк'Хе = п.гхё • (45)

Так как число стапельных тумб под кормовой частью (п») и носовой частью (пн) в сумме дают общее число стапельных тумб (пк + пн " п^б), то их количество под каждой из частей определяется по формулам

_Птумо Птумб

П,: =■" „к И Пи = ~~~и (46)

Ч+1

н х5 + 1

Xq

Стапельные тумбы под каждой из частей должны быть расставлены так, чтобы соблюдались условия

11к -

Пн

м ; (47)

Пк ,

<0ЛМ И Пн ~

1 J|

где nij = количество стапельных тумб в j-м ряду;

— расстояние j-ro сечения от поперечного сечения, проходящего

через центр тяжести кормовой или носовой частей соответственно (рис. 14). Расстояние в корму от центра тяжести кормовой или носовой частей, соответственно, принимаются со знаком (-), а в нос - со знаком (+).

Высота каждой стапельной тумбы с учетом необходимого их наращивания определяется с помощью графика, представленного на рис. 14.

Решение этой задачи необходимо, чтобы в ослабленном разрезами участке корпуса при его правке были созданы условия чистого изгиба, а изгибающие моменты, передаваемые на ослабленный участок корпуса со стороны кормовой и носовой его частей, могли изогнуть его на угол Дф, величина этих изгибающих моментов должна определяться по формуле

G.-A',» GHA'H = ^EJ0Cy 103; (48)

где GK и G„ - вес кормовой и носовой частей судна, разделенного по 1-му разрезу соответственно, кН;

А'н и А'к - плечо равнодействующей реакции от стапельных тумб и стапельных тележек для носовой и кормовой частей соответственно, кН; Е - модуль нормальной упругости для стали, 2-105 МПа; Joch - момент инерции поперечного сечения ослабленной разрезами части корпуса судна, м4;

t - длина ослабленной части корпуса, м.

Под судно, установленное на стапельных тумбах, подводятся стапельные тележки и устанавливаются по длине кормовой и носовой частей так, чтобы суммарный момент от их реакций, передаваемых на корпус, и равновеликих реакций от стапельных іумб, имеющих высоту 1,7 м, относительно центра тяжести кормовой или носовой части не превосходил 0,1 Ск (кНм) или 0,10„ (кНм) соответственно

ІК?,/ї, + п^мбКїумб^умб<0,Юк ; (49)

і

І Яін Л + Птл-мб Я ^мб Ду™ ^ 0,1 Он; (50)

і

где п" и п"- количество стапе;п>ных тележек под кормовой и носовой частью, соответственно;

Кт, и к" - реакция на корпус от стапельной тележки в кормовой и носовой частях, соответственно (задается регулировкой предохранительного клапана на установленное давление);

£КГ1 и - расстояние от центра тяжести кормовой или носовой части до тележки, соответственно (расстояния в корму от центра тяжести принимаются со знаком (-), а в нос - со знаком (+);

Піумг, и п'1у»б- количество стапельных тумб, в рядах 3, 4, 5 и 16,17,18 соответственно;

п? п?

Ск-ІЯп о„-1я?,

--^--и Я?умб= -¡г--- средняя наїрузка на стапель-

Птумб Птумб

ную тумбу в кормовой и носовой оконечности, соответственно;

еїумб и ^їумб- расстояние от центра тяжести кормовой и носовой оконечности до тумб соответственно.

Стапельные тележки устанавливаются, как показано на рис. 15 за пределами рядов 3, 4, 5 и 16, 17, 18. Рабочие платформы стапельных тележек подводятся к днищу судна, на всех тележках предохранительные клапана регулируются на давление, обеспечивающее расчетное усилие, после чего освобождаются стапельные тумбы в рядах 6-15.

i fu" in іч:ил

Рис. 15. Отстоянис днища о-"'основной плоскости, расстановка стапельных тумб и стапельных тележек во время правки и стапельных тумб но время заварки 1-го частичного разреза

Стапельные тумбы в рядах 6-15 устанавливаются на прежних местах с высотой, превышающей высоту над стапелем 1,7 м на величину Ah',. Величина Äh'i определяется с помощью графика на рис. 15. На этом графике наносится положение основной плоскости корпуса судна (линия II-II) Линия II проводится через две точки. Первая точка располагается на пересечении линии 1-І, соответствующей положению основной плоскости до начала правки корпуса с линией днища корпуса, имеющего остаточный перегиб, а вторая -на пересечении касательной к этой линии в конце 1-го участка, где делается частичный разрез с вертикалью, проходящей через вторую точку пересечения линии 1-І с линией днища корпуса. Расстояние от линии II-II до линии днища корпуса судна с перегибом (Ah'O показывает величину наращивания стапельной тумбы в заданном і-м ряду.

С помощью зависимости (50) определяются стапельные тележки, сброс давления у которых позволит создать требуемый изгибающий момент, поворачивающий участок в зоне правки на угол Аср1.

Процесс правки корпуса начинается после расстановки стапельных тумб в рядах 6-15 со сбрасывания давления в стапельных тележках, установленных в сечениях на рассчитанных шпангоутах. Одновременно поддерживается давление в стапельных тележках, расположенных в корму от стапельных тумб в рядах 3, 4, 5 и в нос от стапельных тумб 16, 17, 18. По мере падения давления в стапельных тележках, днище корпуса судна касается стапельных тумб в рядах 6-Н 5.

Восстанавливается нагрузка на стапельные тумбы в рядах 1,2, 19, 20. 21, после чего сбрасывается давление со всех стапельных тележек и они могут быть выведены из-под корпуса судна.

Правка корпуса на других участках выполняется после заварки всех разрезов на ремонтируемом участке.

Разрезы на следующем участке выполняются после перестановки стапельных тумб в соответствии с условиями (42) - (49), а правка производится при соблюдении условий (50) - (52) на этом участке.

Правка корпуса заканчивается, когда максимальное отклонение днища от основной плоскости (линия Г\МУ на рис. 15) не превосходит 50 мм.

Материал, вносимый в поперечное сечение эквивалентного бруса, должен не только полностью включаться в работу по восприятию общего изгиба, но и не уменьшать редукционные коэффициенты пластин. Поэтому определение основных технологических параметров процесса подкрепления, места расположения полос и размеры их поперечного сечения должны выполнятся на основании обеспечения устойчивости накладных полос.

Дли исследования формы потери устойчивости и изменения критической нагрузки подкрепляемой пластины применен приближенный энергетический метод из теории упругости.

Пластина в плане имеет размеры 0<х<а, 0<у<Ъ. Устойчивость пластины рассматривается при сжатии контурными усилиями, действующими по двум противоположным кромкам х = 0 и * = д в направлении оси у .

Пластина шарнирно оперта по всему контуру. Решение задачи ищется в

виде

ппх

Ч о

. (тпу

Б1П —-

1-А

(51)

Такая форма решения удовлетворяет всем граничным условиям. Поперечное сечение подкрепленной пластины и деформированная поверхность при в = За показаны на рисунках 16 и 17.

а і

2к

£

н 'а/ -

/А /А

Рис. 16. ГТоперечпое сечение пластины

Рис. 17. Деформированпая поверхность при в = 3а

Подстановка численных значений показывает, что добавление накладок приводит к существенному увеличению критической нагрузки.

Аналогичная задача решалась методом конечных элементов (МКЭ). Конечные элементы при исследовании несущей способности пластин, подкрепленных полосами, показаны на рис. 18.

а)

шгЙШ.

б)

в)

Рис. 18. Конечные элементы, использовапиые при исследовании несущей способности пластин, подкрепленных накладными полосами: а — конечный элемент при решении плоской задачи теории упругости; б - узловые перемещения при изгибе; в - конечный элемент пластины при изгибе.

В качестве узловых перемещений при изгибе принимаются прогиб W,

. дм дм

его первые производные (углы поворота) —,— и вторая смешанная произ-

ду дх

водная —— (рис. 18). Упругая поверхность конечного элемента пластины

дхду

(рис. 18в) апроксимируется полиномом

/ \ "

где ^ - узловые перемещения элемента (см.рис. 186); — функция Эрмита.

Полиномы Эрмита выбраны таким образом, чтобы при переходе через границу дьух смежных элементов обеспечивалась непрерывность не только прогибов, но и углов поворота. Таким образом, устраняются сломы между конечными элементами.

На рис. 19 представлена схема идеализации конструкции по методу конечных элементов.

а)

"Т—I—1—I—і—Г" і"— 61 <2\Я\г^зсізс,«!^

' і ... І- і-41 -і — —

^ Ч І [із і <8 І 3( ! V \ і.ї

і!

б)

І <о; ги; зр, ¿в ів «« 7о «о ).—і — — і—і—і— і— 9 |_<3 І 39 І «З І 55 І 65 і і її [ о і 5а"| м і ті

^ «.^іе^бітІіб^Чігій.яІК^м.т? ___^

4.5 jH.fi

і І (5 113 'ІЗ и? і »!ві 1 73

4- т -і— І--! - І--

2Є21 эй І і ле і аг. 7? —1 — -і—[ — і— і—[ — і-- ■ А ! -И І 21 І ЗІ 1-й і Я і 61 І

в)

Рис. 19. Схема идеализации конструкции: а -- полоса расположена между балками продольного набора; б - полоса расположена над балкой продольного набора На рис. 19а показана разбивка на конечные элементы при расположении полосы в пролете между продольными связями. Кромки пластины у=0; а и х-±Ь/2 заданы шарнирно-опергыми на жесткий контур, что позволяет с ошибкой в безопасную сторону пренебречь жесткостью набора на кручение. Полоса скреплена с пластиной только продольными кромками х-=±Ь,/2 и поперечными у=0; а. Сопоставление различных вариантов скрепления поперечных кромок полосы у=0; а с поперечными кромками пластины показало, что этот фактор не оказывает большого влияния на получаемые решения. На рис. 196 показана разбивка на конечные элементы пластины и полосы при расположении последней над продольпой связью своей средней частью. В этом случае кромки пластины у=0; а и х=0;± Ь2 полагались шарнирно-опертыми на жесткий контур. Полоса также полагалась скрепленной только продольными кромками у=0; а и поперечными х=±Ь,/2.

Во всех случаях полоса задавалась, кроме продольных кромок, работающей отдельно от пластин. Пластины и полоса загружались в своей плоскости равномерно распределенной нагрузкой, приложенной к поперечным кромкам. Поперечной нагрузкой, приложенной к пластине, пренебрегаем, так как применительно к речным судам она составляет значительно меньшую часть по сравнению с нагрузкой, лежащей в плоскости пластин.

Пластины и полоса разбивались на квадратные конечные элементы. На рис. 19а показана сетка разбивки применительно к подкреплению удлиненных пластин с отношением а/Ь2 - 2. Разбивка на более мелкую сетку не при-

водила к значительному изменению получаемых результатов. Погрешность составляла около 1% при сетке 4x4. Поэтому каждая пластана по поперечным кромкам разбивалась па четыре конечных элемента, а в продольном направлении их число выбиралось исходя из обеспечения необходимого соотношения ее сторон.

Для оптимизации размеров поперечного сечения накладных полос. Рассматривается подкрепление удлиненных пластин с соотношением сторон опорного контура а/Ь^=1/4, которые имеют суда внутреннего и смешанного плавания. Соотношение толщин накладной полосы и пластин рассматривалось в интервале 5-4,0. Больший перепад толщин привел бы к излишней жесткости корпуса и затруднил технологию установки полос. Здесь и далее с индексом 1 приводятся характеристики, относящиеся к накладной полосе, а с индексом 2, относящиеся к подкрепляемым пластинам

По алгоритму, применяемому для исследования напряженного состояния и устойчивости подкрепленных пластин морских судов, выполнен анализ подкрепленных пластин, характерных для судов внутреннего и смешанного плавания.

Эти результаты затем были обобщены и приведены к безразмерному виду, что позволило получить и проанализировать характеристики, не зависящие от абсолютных величин размеров пластин, а зависящих от их относительных значений. Поэтому результаты, изложенные ниже, могут быть использованы для различного типа судов.

Для оценки точности получаемых результатов при определении эйлеровых напряжений в каждом варианте соотношения сторон опорного контура пластин определялись эйлеровы напряжения гладкой пластины и пластины ступенчато-переменной толщины. Критерием оценки служили результаты, приведенные в справочнике Ю.А. Шиманского, которые полагались точными. Погрешность составила менее 1,5 %.

На основании теоретического исследования устойчивости судовых пластин, подкрепленных накладными полосами, можно сделать следующие основные выводы:

• изучение устойчивости накладных полос, скрепленных с пластиной только по контуру, дает ошибку в безопасную сторону;

• расчет подкрепленной пластины по зависимостям ступенчато-переменной величины приводит к значительной погрешности;

• выбор рационального сечения и места расположения накладных полос позволяет отказаться от применения пунктирных шлицевых швов для обеспечения совместной работы полосы и пластин и приводящих к концентрации напряжений;

• расположение накладной полосы средней частью под продольным набором позволит не только обеспечить работу полосы как жесткой связи, но и повысить эффективность работы подкрепленных пластин;

• рекомендуемая ширина накладной полосы при соотношении к ширине пластины 0,4<Ь1/Ь2<и, 7, а ее минимальная толщина, с которой полоса работает как жесткая связь, назначается исходя из принятого соотношения а/Ь2 и соотношения сторон опорного контура;

• изменение устойчивости пластин и выбор оптимальных размеров поперечного сечения накладных полос можно с достаточной степенью точности аппроксимировать полиномом второй степени;

• при соотношении 11/12>4 с уменьшением Ь]/Ь2 целесообразно располагать полосу подкрепления в пролете между продольным набором, однако это приведет к излишней жесткости корпуса;

• касательные усилия, действующие по линиям сопряжения полосы и пластин, не снижают устойчивость накладной полосы, но значительно ухудшают несущую способность подкрепленных пластин.

Исследования устойчивости пластин и подкреплений с учетом отклонений от закона Гука критических напряжений выполнены на основании зависимостей, полученных И.О.Тряниным, преобразованных нами к виду (6) и (8) и представленных в виде номограммы рис. 3. Зависимость минимальной толщины пластины, не теряющей устойчивость от ширины и предела текучести материала, показана на рис. 20.

Если полосу подкрепления рассматривать как бесконечно длинную пластину шириной равной подкрепляемой, свободно опертой на длинные кромки пластины, то она не будет терять устойчивость, если ее толщина превосходит минимальную толщину пластины, не теряющей устойчивости при сжимающих напряжениях, равных пределу текучести материала. Как видно из рисунка 20, толщины пластин, не теряющих устойчивости (I > 10,5-^-20,0 мм), редко варечаются на судах внутреннего и смешанного плавания, но если они имеют место на крайних связях, то'полосу подкрепления выгодно устанавливать так, чтобы она опиралась длинной кромкой на продольный набор, ограничивающий пластину.

На судах внутреннего и смешанного плавания при расстоянии между продольными ребрами жесткости 500^600 мм строительные толщины существенно меньше минимальных, при которых не происходит потери устойчивости, и они дополнительно уменьшаются к моменту проведения Рис. 20. Мшшмальиая толщина пластины, ремонтных работ по восстановле-не теряющей устойчивости нию обшей прочности, поэтому под-

крепляющая полоса будет терять устойчивость вместе с подкрепляемой пластиной. В этом случае в расчет эквивалентного бруса полосу следует вклю-

34

20.0 1

1С,О

и,о

14,013.0 12,011,0 1(),(Ь 4,11

чать с редукционным коэффициентом, что снижает эффективность ее постановки. Можно повысить устойчивость подкрепляемой пластины, разделив ее ширину постановкой дополнительного продольного ребра жесткости, делящего ширину пластины на две равные части.

В этом случае при ширине пластины 250-300 мм минимальная толщина, при которой пластина не будет терять устойчивость, составит 5.5 ^-8,0 мм, что соответствует диапазону толщин крайних связей эквивалентного бруса судов внутреннего и смешанного плавания. Постановка дополнительного ребра, устанавливаемого изнутри корпуса, часто в труднодоступных условиях снижает эффективность такого способа подкрепления.

Для морских судов с толщиной настила палубы и обшивки днища более 16 мм такой способ установки полос подкрепления (ширина полосы равна ширине подкрепляемой пластины) вполне приемлем и эффективен.

Для судов внутреннего и смешанного плавания, проект ируемых таким образом, что пластины настила палубы и обшивки днища могут терять устойчивость при действии расчетных изгибающих моментов даже при проектных толщинах, устанавливать полосы подкрепления можно только на тех участках поля пластины, где она практически не изменяет форму. Такими участками являются жесткие (присоединенные) пояски, примыкающие к продольному набору.

Ширина жесткого (присоединенного) пояска пластины определяется по Правилам РРР, поэтому ширина полосы подкрепления должна быть

"и = 50tocl < 0,5а , (53)

где tocT~ остаточная толщина пластины, мм;

а - длина меньшей стороны пластины, мм.

Зависимость (53) в равной степени может быть использована как для продольной, так и для поперечной системы набора крайней связи корпуса.

Толщина накладной полосы, как и в предыдущем случае, должна определяться из условия, что бесконечно длинная пластина, свободно опертая по длинной кромке, не теряет устойчивость при любых сжимающих напряжениях

t

1М°" (54)

100 V 78,5

Кроме того, должно выполняться условие, что минимальное соотношение толщин накладной полосы и подкрепляемой пластины должно быть не менее

> 2,И0СТ . (55)

В четвертой главе представлены результаты экспериментальной проверки теоретических выводов о размерах полос подкрепления и месте их установки.

Экспериментальная проверка разработанных рекомендаций на жестяных тензометрических моделях и их изготовление проводились в Отрас-

левой лаборатории эксплуатационной прочности промысловых судов Калининградского технического института рыбной промышленности и хозяйства с учетом рекомендаций, разработанных в работах З.Е. Бекасова, Б.Я. Розен-дента, А.И. Симановича и др. Было испытано 12 моделей судовых перекрытий. В табл. 1 приведены основные размеры перекрытий и накладных полос испытанных моделей.

Таблица 1

№ № Размеры, Шпация Соотно- Соотно- Соотно-

серии модели R перекры- продоль- шение ст- шение тол- шение ши-

моде- серии тия, мм ного рои пластин щин полосы рины поло-

лей набора, мм а/Ь2 и пластины h/h сы и пластины £/¿2

1 180 х 180 30 1 3,0 0,5

1 2 180 х 180 30 1 3,0 1,0

3 180х 180 " 30 1 3.0 1,5

1 180 x 360 30 2 2,4 0,5

2 2 180 x 360 30 2 2,4 1,0

3 180 x 360 30 2 2,4 1,5

1 180 x 540 30 3 2 0,5

3 2 180 x 540 30 3 2 1,0

3 180 x 540 30 3 2 1,5

1 180 x 720 30 4 2 0,5

4 2 180x720 30 4 2 1,0

3 180 x 720 30 4 2 1,5

На рис. 21 представлен общий вид одного из вариантов перекрытия. На рис. 22 и 23 показаны примеры разрушения моделей 3-1. 4-1.

Рис. 21. Общий вид моделей перекрытия 111-1,111-1 с соотношением сторон пластин а/Ьу-3 и соотношением ширины накладной полосы />»Л>-0,5,- Ь/Ьу~1,0.

Рис. 22, Модель 3-1 после разрушения

Рис. 23. Модель 3-2 после разрушения

На каждой модели перекрытия исследовался рост напряжений в четырех основных точках:

1 - напряжения в накладной полосе, 2 - напряжения в подкрепленной пластине, 3 - напряжения в неподкрепленной пластине, 4 - напряжения в ребре жесткости.

Исследования несушей способности элементов перекрытий, подкрепленных накладными полосами, показали близкую сходимость результатов эксперимента с результатами и выводами третьей главы.

На рис. 24 представлена конструктивная схема полунатурной модели судового перекрытия, для которой, исходя из реальных условий работы судовых тонколистовых конструкций, проводилось испытание на чистый изгиб, Сжатый поясок перекрытия (настил) работал в условиях, сходных с работой сжатого пояска конструкций речных судов при общем изгибе. Толщина настила 3 мм. Соотношение сторон пластин а/Ь2=2. По результатам третьей главы накладная полоса установлена шириной 120 мм и толщиной 7 мм, что дает соотношения Ь|/Ь2=0,5 и 11/12=2,33. Перекрытие было изготовлено из стали марки Ст.З. На рис. 25 представлен общий вид установки для испытания полунатурной модели судового перекрытия на изгиб,

., ю

100

480

I

480

480

2600

480

т

100

А]

А-А

Б-Б

!1 ¡1 ¡!1 |{ і 1

!| |!| 11 "Л <±> -г Г-1, о

!! ІІІ ~'ир ! "О й>т <=> я} -

1 ¡'! -ЇЇ ""1 1 -г1

і £

10x10

-І

-4 І3>:30

Рис. 24. Конструктивная схема полунатурной модели перекрытия корпуса судна

Рис. 25. Общий вид установки для испытания полунатурной модели судового перекрытия.

зв

Распределение напряжений по ширине перекрытия показывает, что участки подкрепленных пластин, находящиеся под полосой, включаются в изгиб как жесткие связи и кромки накладной полосы служат для подкрепленных пластин упругими опорами.

Результаты испытания полунатурной модели показывают близкую сходимость с результатами, приведенными в третьей главе.

Натурные испытания проводились на танкере проекта 558 "Волгонефть-46". Танкер, подкрепленный накладными полосами на палубе по проекту КО АЦКБ № 3840 в 1972 г. Танкер построен в 1963 г., к моменту испытаний имеет значительные коррозионные повреждения корпусе, в 1985 г . выведен из эксплуатации и подготовлен к капитальному ремонту.

Анализ экспериментальных данных позволяет сделать следующий вывод: продольные накладные палубные полосы, установленные по проекту АЦКБ № 3840 над продольными палубными ребрами жесткости, полностью вовлекаются в общий изгиб корпуса танкера и в пределах исследованных сжимающих нагрузок устойчивости не теряют.

Пятая глава посвящена разработке технологических процессов восстановления общей прочности, связанных с восстановлением формы корпуса, устранением остаточных напряжений и методики расчета подкреплением с технологией установки накладных полос. Технологический процесс устранения остаточного перегиба корпуса полным поперечным разрезом применяется для ликвидации перегиба корпуса судна с признаками наметившегося перелома на одном участке по длине корпуса. В технологическом процессе даются указания по определению количества стапельных тумб их высоты и места установки на каждом этане; количестве стапелытых тележек и места их установки для вертикального и горизонтального перемещения частей судна и судна в целом, месте расположения разреза, способов и последовательности сварки, качества сварки стыка и других параметров технологического процесса.

Технологический процесс устранения остаточного перегиба корпуса частичными поперечными разрезами целесообразно применять для судна с выявленными существенными искривлениями корпуса (Дер > 410 3 рад на участке длиной 5Н_6 м или /> 3 мм) на отдельных участках.

В технологическом процессе даются указания по определению количества и расположению частичных разрезов; количества стапельных тумб, их высоты и места установки на каждом этапе; количества стапельных тележек и места их установки для вертикального перемещения частей судна на каждом этапе; способов и последовательности сварки; способов снятия ост аточных напряжений, качества сварки швов в зоне каждого разреза и других параметров технологического процесса.

Технологический процесс устранения остаточного перегиба отделени-ием секций палубы применяется для ликвидации плавного остаточного перегиба корпуса (изменение утла наклона поперечного сечения Дер < 4-10"3 рад

на участке длиной 5^6 м или при высоте хорды на участке этой длины /> 3 мм).

В технологическом процессе даются указания по определению количества и расположению отделяемых секций палубы; количества стапельных тумб, их высоты и места установки на каждом этапе; количества стапельных тележек и места их установки для вертикального перемещения частей судна на каждом этапе; способов снятия остаточных напряжений, качества сварных швов каждой отделяемой секции и других параметров технологического процесса.

При разработке методики расчета подкреплений корпуса и типового технологического процесса дается решение комплекса задач, обосновывающих технологические параметры восстановления общей прочности подкреплением накладными полосами. К указанным задачам относятся:

определение необходимой площади подкрепления каждой из крайних связей эквивалентного бруса и количества накладных полос;

определение размеров полос и моста их установки на крайней связи, обеспечивающее полное включение полос по восприятию общего изгиба;

разработка технологии изготовления непрерывной длинной полосы и способов ее закрепления на корпусе, исключающих появление трещин после ремонта, в процессе дальнейшей эксплуатации судна;

контроль качества закрепления полосы на корпусе судна. Необходимую площадь подкрепления и количество полос можно определить, используя результаты исследования в главе 3. Один из вариантов установки накладной полосы показан на рисунке 26. Технология сборки и сварки стыка накладной полосы показана на рис. 27. Контроль качества сварочных работ выполняется в соответствии с главой 8 части V «Материалы и сварка» ПСВП РРР.

х

¡0,5.11 I

амя

и к

1

X

ЩЩж,

у/ VI

Ц\ч о/

11 и гт 11

и

1—+—!{—+

II

I I I I

Ж

Рис. 25. Восстановление общей прочности корпуса накладной полосой на гибких пластинах

Рис. 26. Схема сварки стыка полосы 1 - полоса; 2 - настил; 3- медная подкладка; 4 гребенки; 5 - выводные планки

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключении получены зависимости, позволяющие оценить эффективность использования предлагаемой технологии восстановления общей прочности подкреплением накладными полосами по сравнению с традиционной заменой элементов конструкции. Показано, что при восстановлении общей прочности полосами танкера типа «Волгонефть» только затраты материала уменьшаются почти в 10 раз, а затраты труда также сократятся в разы, так как условия выполнения операции при подкреплении более благоприятны. При восстановлении общей прочности заменой элементов конструкции значительная часть работ должна выполняться изнутри корпуса, часто в тесном замкнутом пространстве, поэтому необходимо обеспечить доступ к зоне ремонта, зачистку этой зоны, технологические вырезы, леса, подмости и произвести другие работы. При подкреплении накладными полосами нет необходимости выполнять ранее перечисленные работы, поэтому экономия времени очевидна.

Основные выводы и результаты

1. Разработаны теоретические основы технологии восстановления общей прочности корпуса судна подкреплением.

2. Создана методика расчета технологических параметров подкрепления корпуса судна накладными полосами, включающая зависимости для определения размероз поперечного сечения полос и их количества и места установки, а также типовой технологический процесс восстановления обшей прочности подкреплением накладными полосами.

3. Предложена методика расчета технологических параметров восстановления обшей прочности деформированного корпуса, основанная на запатентованном методе измерения остаточной изогнутой оси корпуса судна по кривизне на отдельных его участках.

4. Дается комплект инструментов для определения кривизны в том числе запатентованный прибор для определения изменения угла наклона поперечного сечения корпуса.

5. Разработан типовой технологический процесс измерения остаточной изогнутой оси корпуса судна.

6. Разработан типовой технологический процесс подъема на слип судна с деформированным корпусом.

7. Разработан типовой технологический процесс восстановления формы корпуса полным поперечным разрезом.

8. Разработан типовой технологический процесс восстановления формы корпуса частичным поперечным разрезом.

9. Разработан типовой технологический процесс восстановления формы корпуса отделением секции палубы.

10. Получены зависимости, позволяющие оценить эффективность восстановления общей прочности подкреплением накладными полосами, учитывающие экономию материалов, труда и времени.

41

Основные публикации по теме диссертации

Монографии

1. Барышников С.О. Ремонт корпусов судов внутреннего плавания подкреплением накладными полосами.//-СПб. :СГТГУВК, 2011. -99 с.

2. Барышников С.О. Устранение остаточного перегиба корпусов судов. //—СГ16; СПГУВК, 2011. - 200 с.

Научные статьи а изданиях, рекомендуемых ВАК

3 Барышников С.О. Измерение остаточного прогиба и остаточных напряжений корпусов судов по изменению угла поворота в поперечных сечениях //Морской вестник, №4. - 2010. - С. 89-91.

4. Барышников С.О. Влияние износа корпуса судна на обеспечение его общей прочности.//Речной транспорт, №5. -2010. - С. "79—81.

5. Барышников С.О. Расчёт редукщюнных коэффициентов элементов корпуса судна по Правилам Российского Речного Регистра.//Журнал университета водных коммуникаций, вып. III (VII), -2010. -С. 110-116.

6. Барышников С.О., Голоскоков Д.П. Устойчивость прямоугольной пластины ступенчато-переменной толщины.//Речной транспорт, № 1. - 2010. -С. 62-64. (авт. - 50%).

7. Барышников С.О., Куликов С.А. Повышение точности выполнения технологических операций в судоремонте промышленным роботом. //Научно-технические ведомости СПбГПУ (Наука и образование), вып. 3(106)7. -2010. -С. 201-205. (авт.-50%).

8. Барышников С.О., Куликов С.А. Оптимизация составляющих допусков сопряженных деталей узлов при ремонте. //Журнал университета водных коммуникаций, вып. IV (VIII), -2010. -С. 37-42. (авт. - 50%).

9. Барышников С.О., Карклина Т.О. Общие остаточные деформации корпусов судов. //Речной транспорт (XXI век): - № 6(48). - 2010. -С. 87-91. (авт. - 50%).

10. Барышников С.О., Лопарева Т.О., Чистов В.Б. Устранение остаточного перегиба полным поперечным разрезом. //Журнал университета водных коммуникаций, вып. I (IX), - 2011. -С. 34-40. (авт. - 35%).

11. Барышников С.О., Березина А.Б., Чистов В.Б. Об оптимальном сроке службы судна. //Научно-технические ведомости СПбГПУ, Наука и образование, вып. 1(117), -2011, С.234-245. (авт. - 35%).

12. Барышников С.О., Карклина Т.О., Чистов В.Б. Определение остаточного общего прогиба (перегиба) корпуса судна. //Морской вестник, - 2011, - № 1. -С. 109-112. (авт. - 35%).

13. Барышников С.О. Влияние остаточного общего перегиба и остаточных напряжений на общую прочность корпуса. //Журнал университета водных коммуникаций, вып. II (VI), -2010. -С. 58-67.

14. Baryshnikov S.O., Burkov A.V., Nikitorov V.G. Exploring new trends of the development of Russian shipbuilding industry. //Журнал университета водных коммуникаций, вып. I (V), -2010. -С. 34—44. (авт. -35%).

42

15. Барышников С.О. Влияние усиления пластин на их несущую способность. //Морской вестник, -№3/39.-2011. -С.107-109.

16. Барышников С.О., Березина А.Б., Чистов В.Б. Оптимизация сроков службы судпа. Вестник ИНЖЭКОНА, Серия «Технические науки», выпуск 8(51), - 2011, С.74—83. (авт. - 35%).

17. Барышников С.О., Карклина Т.О Правка корпуса судна частичными поперечными разрезами. //Журнал университета водных коммуникаций, вып. IV (XII), -2011.-С. 69-81.

13. Барышников С.О., Сухотерин М.В. К расчёту судовых днищевых пластин. Научно-технические ведомит* СПбГПУ, Наука и образование, вып. 1 (117). -201.1, С. 234-245. (авт. - 50%).

19. Барышников С.О., Карклина Т.О. Общие остаточные деформации корпусов судов. Вестник ИНЖЭКОНА, Серия «Технические науки», выпуск 8 (43),-2010. С. 124-128.

Авторские свидетельства и патенты

20. A.c. 1252235 СССР. Устройство для подкрепления продольных связей корпуса судна (Барышников С.О., Чистов В.Б., Голанд В.А.). (авт. - 60%).

21. Патент на изобретение № 2435149 Способ определения остаточного продольного изгиба корпуса судна (Барышников С.О., Карклина Т.О., Чистов В.Б.) зарегистрировано 27.11.2011. (авт. - 35%).

22. Патент на полезную модель № 100612 Устройство для определения угла наклона (Барышников С.О.), зарегистрировано 20.12.2010.

Другие пуЬликаиии

23. Барьшшиков С.О., Лопарева Т.О., Чистов В.Б. Подъём и установка на слипе судов с деформированным корпусом. Труды четвёртой международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности». Том II// -СПб.: Политехнический университет, 2007, -С. 292-300 с. (авт. -35%).

24. Барышников С.О. Статистические данные по состоянию нефтеналивного флота смешанного и внутреннего плавания. Труды четвёртой международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» том II// -СПб.: Политехнический университет, 2.007, С. - 289-292 с.

25. Барышников С.О. Ремонт корпусов речных судов подкреплением накладными полосами. //В кн. Тез. докл. на 2 Всесоюзной научно-технической конференции «Совершенствование эксплуатации и ремонта корпусов судов». НТО им. акад. А.Н. Крылова. - Калининград: КТИРГГХ, 1981. С. 350-351.

26. Барышников С.О. Ремонт корпусов речных судов подкреплением накладными полосами.//Сборник научных трудов. -JI: ЛИВТ, 1982.С. 178-181.

27. Барышников С.О. Подкрепление корпусов судов внутреннего плавания накладными полосами. //В кн.: Тез. докл. на Республиканской научно-

технической конференции молодежи "Повышение эффективности водного транспорта". -Горький: Г'ИИВТ, 1983. С 52-53.

28. Барышников С.О. Подкрепление корпуса судна полосами. //Труды, Л.: ЛИВТ, вып. 180, 1983. С.11 5-119.

29. Барышников С.О., Чистов В.Б. Ремонт корпусов судов внутреннего плавания с помощью подкрепления. //Технология судостроения, № 2, 1984. -С. 32-34.

30. Барышников С.О. Коррозионное изнашивание накладных полос. //Сб.научных трудов ЛИВТ, «Ремонт судов речного флота», Л.: ЛИВТ, 1985. С. 62-66.

31. Барышников С.О. Работа дублирующих конструкций в условиях вибрации. //Тезисы докладов научно-методической конференции «Высшее образование в современных условиях». Вып. 2. -СПб.: СПГУВК, 1996. -С. 182-183.

32. Барышников С.О. Работа дублирующих конструкций в условиях общеходовой вибрации. -СПб.: СПГУВК. 1998.-С. 182-183.

33. Барышников С.О., Лопарева Т.О., Чистов В.Б. Устранение остаточного перегиба отделений секций палубы. //Труды П-го Международного научно-техн. семинара «Исследование, проектирование и эксплуатация судовых ДВС». - СПб.: СПГУВК, 2008, -С. 16-29.

34. Барышников С.О., Лопарева Т.О., Чистов В.Б. Устранение остаточного перегиба частичным поперечным разрезом корпуса. Труды П-го Международного научно-техн. семинара «Исследование, проектирование и эксплуатация судовых ДВС» //- СПб.: СПГУВК, 2008, -С. 30-42.

Печатается в авторской редакции

Подписано в печать 26.12.11 Сдано в производство 26.12.11

Формат 60x84 1/16 Усл.-печ. л.2,61 Уч.-изд. л. 2,25 _Тираж 100 экз.__Заказ № 11___

Санкт-Петербургским государственный университет водпых коммуникаций 198035, Санкт-Петербург, ул. Двинская, 5/7

Отпечатано в типографии ФБОУ ВПО СПГУВК 198035, Санкт-Петербург, Межевой канал, 2

1 2 - 5 7 2 7

2011355102

2011355102

ВВЕДЕНИЕ.

1. ПУТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОБЩЕЙ ПРОЧНОСТИ

КОРПУСОВ СУДОВ.

2. ДЕФЕКТЫ КОРПУСОВ СУДОВ В ЭКСПЛУАТАЦИИ

И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ОБЩУЮ ПРОЧНОСТЬ КОРПУСА.

2.1. Классификация дефектов корпуса.

2.2. Износ корпусов судов.

2.2.1. Количественные характеристики.

2.2.2. Измерение износа корпуса.

2.2.3. Износ и общая прочность.

2.2.4. Способы восстановления общей прочности корпуса судна с износом.

2.3. Общие остаточные деформации корпуса.

2.3.1. Количественные характеристики и причины возникновения.

2.3.2. Измерение общих остаточных деформаций.

2.3.3. Влияние остаточного общего перегиба и остаточных напряжений на общую прочность корпуса.

2.3.4. Способы восстановления общей прочности деформированного корпуса.

2.4. Местные остаточные деформации корпуса.

2.4.1. Количественные характеристики и причины возникновения местных остаточных деформаций.

2.4.2. Измерение местных остаточных деформаций.

2.4.3. Влияние местных остаточных деформаций на общую прочность корпуса.

2.4.4. Способы восстановления общей прочности корпусов судов с местными остаточными деформациями.

2.5. Разрушения.

2.5.1. Причины возникновения и частота появления разрушений

2.5.2. Измерение разрушений.

2.5.3. Способы восстановления общей прочности.

2.6. Выводы, результаты и задачи дальнейших исследований.

3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБОВ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОБЩЕЙ ПРОЧНОСТИ ПРИ РЕМОНТЕ.

3.1. Анализ возможных способов восстановления общей прочности.

3.2. Технология восстановления формы корпуса.

3.3. Обоснование геометрических характеристик и расположения подкреплений.

3.3.1. Устойчивость прямоугольной пластины ступенчато-переменной толщины.

3.3.2. Применение методов конечных элементов к решению поставленной задачи.

3.3.3. Устойчивость пластин и подкреплений с учетом отклонений от закона Гука критических напряжений.

3.4. Выводы и результаты по главе 3.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА РАЗМЕРОВ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ И МЕСТ УСТАНОВКИ НАКЛАДНЫХ ПОЛОС.

4.1. Моделирование работы накладной полосы.

4.1.1 Программа проведения эксперимента, обоснование и выбор материала.

4.1.2 Экспериментальная проверка на тензометрических моделях.

4.1.3 Экспериментальная проверка на полунатурной модели.

4.2. Натурные испытания работы накладных полос на танкере ВН-46.

4.2.1. Объект испытаний.

4.2.2. Организация испытаний.

4.2.3. Геометрические характеристики поперечных сечений танкера.

4.2.4. Оценка точности эксперимента погрешность измерения напряжений.

4.2.5. Погрешность расчетного определения изгибающих моментов.

4.2.6. Оценка степени вовлечения подкрепляющих накладных полос в общий продольный изгиб корпуса.

5. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОБЩЕЙ ПРОЧНОСТИ КОРПУСА.

5.1. Восстановление формы корпуса судна полным поперечным разрезом.

5.2. Устранение остаточного перегиба корпуса частичным поперечным разрезом.

5.3. Устранение остаточного перегиба отделением секций палубы.

5.4. Разработка методики расчета подкреплений корпуса и типового технологического процесса восстановления общей прочности накладными полосами.

Водный транспорт Российской Федерации продолжает играть важную роль в жизни государства. Об этом свидетельствуют «Стратегия развития судостроительной промышленности на период до 2020 года и на дальнейшую перспективу», принятая правительством России и вытекающая из этой стратегии федеральная целевая программа «Развития гражданской морской техники на 2009-2016 годы». Названные документы среди других целей направлены также на замену великовозрастных судов, эксплуатирующихся в настоящее время. Средний возраст судов по данным на 2005 год по ряду источников составил: у несамоходных судов - 25 лет, у самоходных - около 30 лет. Если учесть, что пополнение новыми судами идет крайне медленно, то за последние годы отмеченный средний возраст по-видимому увеличился. Поддержание технического состояния на заданном уровне в течение заданного времени возрастных судов и разработка правильной стратегии его поддержания для проектирующихся и строящихся судов - важная хозяйственная задача, без научного подхода решить которую невозможно.

Решение указанной задачи рассматривается в науке «Технология судоремонта». По определению С.Н.Ожегова «технология - это совокупность производственных процессов в определенной отрасли производства, а также научное описание способов производства». Буквальный перевод с греческого слова «технология» означает наука о ремесле. Следовательно технология судоремонта - это совокупность научных описаний производственных процессов ремонта судна. Описание производственного процесса становится научным, когда в нем появляются аналитические количественные зависимости между предметами, явлениями и результатами его выполнения. Аналитические количественные зависимости в «технологии судоремонта» устанавливаются на базе большого количества фундаментальных дисциплин: математики, физики и химии, используются «теория корабля», «строительная механика и прочность корабля», «теория и конструкция ДВС», «материаловедение», «сварка», «трибоника» и целый ряд других дисциплин. Как наука «технология судоремонта» довольно многопланова, она состоит из ряда разделов, каждый из которых базируется на специфических базовых дисциплинах. Можно отметить, что в настоящее время разработаны Ю.В.Сумеркиным -научные основы технологии сборки судовых механизмов в судоремонте; Ю.Г.Куликом - научные основы ремонта судов из легких сплавов; А.И.Максимаджи - научные основы нормирования дефектов корпусов морских судов; В.Б.Чистовым - научные основы технологии ремонта крпусов судов.

Применительно к корпусу судна до недавнего времени считалось, что технология ремонта корпуса включает в себя, как правило, только замену дефектных участков на новые с проектными размерами связей. Такой подход к технологии ремонта корпусов судов упрощает задачу государственных органов, обеспечивающих безопасность плавания и защиту окружающей среды, и органов надзора за техническим состоянием судов - Российскому Морскому Регистру Судоходства (РМРС) и Российскому Речному Регистру (РРР), а также дает возможность судоремонтным предприятиям необоснованно многократно увеличивать стоимость ремонта за счет увеличения затрат на материалы, на труд и время простоя в ремонте. Вместе с тем этот подход ни в коей мере не устраивает судовладельца, стремящегося поддерживать техническое состояние судна в целом и корпуса в частности на заданном уровне с наименьшими затратами. Наука - «Технология судоремонта» должна вооружить судовладельца знаниями для решения задачи с учетом его интересов и предложить теоретически обоснованные варианты поддержания технического состояния судна в целом и корпуса в частности в зависимости от продолжительности дальнейшей эксплуатации затрат материалов, труда и времени для этой цели.

Начиная с 70-х годов прошлого века все в большей степени ремонт корпуса представляется как процесс восстановления прочности корпуса и непроницаемости. Такой подход позволяет существенно сократить затраты материалов, так как материал используется только в таком количестве, которое требуется для восстановления прочности; труда, так как уменьшается объем сопутствующих работ, а работы по восстановлению прочности имеют меньший объем и могут выполняться в более удобных условиях; и времени простоя в ремонте и загрузки судоподъемного сооружения.

Вместе с тем реализация такого подхода к ремонту корпуса требует не только привлечения более квалифицированных специалистов, но и разработки специальных методик, позволяющих с помощью теоретических и экспериментальных зависимостей измерить дефекты, оценить их влияние на общую и местную прочность корпуса, уточнить нормативы дефектов с учетом обеспеченности общей и местной прочности разработать различные варианты технологических процессов восстановления общей и местной прочности корпуса с обнаруженными дефектами, выбрать наиболее подходящий технологический процесс восстановления общей и местной прочности с учетом времени последующей эксплуатации и затрат на ремонт. Совокупность таких методик позволит создать современную технологию ремонта корпуса судна. Отдельные методики для измерения дефектов расчета нормативов дефектов или проверки прочности корпуса с дефектами имеются в Правилах РМРС и РРР кроме того известны обоснования к ряду технологических процессов восстановления общей и местной прочности для отдельных дефектов [75, 76, 90] и указания по выполнению технологических процессов ремонта корпуса в учебниках по технологии судоремонта [81, 84, 127] , однако в комплексе с учетом отмеченных обстоятельств технология ремонта корпуса судна еще не оформилась.

Целью настоящей работы является обоснование и создание современной технологии восстановления общей прочности корпусов судов, основанной на аналитических и экспериментальных зависимостях для обнаружения параметров дефектов, расчета их нормативов, для подъема на слип и установке на стапеле судна с дефектами, определения запасов общей прочности судна с дефектами, расчета вариантов технологических процессов ремонта для восстановления общей прочности с учетом времени последующей эксплуатации.

6.2. Основные выводы и результаты

1 Разработаны теоретические основы технологии восстановления общей прочности корпуса судна подкреплением.

2 Создана методика расчета технологических параметров подкрепления корпуса судна накладными полосами, включающая зависимости для определения размеров поперечного сечения полос и их количества и места установки, а также типовой технологический процесс восстановления общей прочности подкреплением накладными полосами.

3 Предложена методика расчета технологических параметров восстановления общей прочности деформированного корпуса, основанная на запатентованном методе измерения остаточной изогнутой оси корпуса судна по кривизне на отдельных его участках.

4 Дается комплект инструментов для определения кривизны в том числе запатентованный прибор для определения изменения угла наклона поперечного сечения корпуса.

5 Разработан типовой технологический процесс измерения остаточной изогнутой оси корпуса судна.

6 Разработан типовой технологический процесс подъема на слип корпуса судна с деформированным корпусом.

7 Разработан типовой технологический процесс восстановления формы корпуса полным поперечным разрезом.

8 Разработан типовой технологический процесс восстановления формы корпуса частичным поперечным разрезом.

9 Разработан типовой технологический процесс восстановления формы корпуса отделением секции палубы.

10 Получены зависимости, позволяющие оценить эффективность восстановления общей прочности подкреплением накладными полосами, учитывающие экономию материалов, труда и времени.

408

6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

6.1. Эффективность восстановления общей прочности корпуса подкреплением накладными полосами

Рассматривая ремонт корпуса судна, как восстановления его прочности до заданного уровня, можно видеть продуктивность такого подхода, так как он позволяет сократить затраты материалов, труда и времени. В настоящем исследовании рассматривалось восстановление общей прочности, поэтому далее рассматривается эффективность только в этой части.

Восстанавливать общую прочность приходится на части судов даже несмотря на то, что Правилами постройки судов РРР предусматривается обеспечение общей прочности до конца планируемого срока службы. В качестве расчетной скорости изнашивания (Ср) при выполнении проверочного расчета прочности в конце планируемого срока службы принимается зависимость ср = (1+адс, (6-1) где с - средняя скорость изнашивания связи, рекомендуемая Правилами, мм/год; ко - коэффициент; ка = 1,0 при проверке общей прочности корпуса; кд = 1,65 при проверке остаточной толщины листа;

V - коэффициент вариации скорости изнашивания.

Правилами рекомендуется эмпирическая формула для коэффициента вариации скоростей изнашивания у = 0,51-1,06 с • (6-2)

Применяя зависимости (6-1) и (6-2) для проектирования судов можно сделать два следующих важных вывода.

Применив для расчетной скорости изнашивания коэффициент кд = 1,0 при проверке прочности в конце срока службы считаем, что примерно в 17% случаев у новых судов скорость изнашивания превзойдет расчетную [42] и значит 17% судов, спроектированных с соблюдением Правил, будут требовать восстановления общей прочности до конца планируемого срока службы.

Второй важный вывод заключается в том, что остаточная толщина отдельных листов, определяемая с учетом коэффициента ка= 1,65 будет больше минимальной, допускаемой ПОСЭ в таблице 3.6.5 [42] и, следовательно, при использовании традиционной технологии для восстановления общей прочности придется заменять годные листы.

В качестве примера рассматривается танкер смешанного плавания класса МСП длиной 130 м [16], так как танкер имеет второе дно и большую, чем у днища, скорость изнашивания палубы, то определяющей в обеспечении общей прочности корпуса танкера будет палуба, поэтому далее рассматривается износ и ремонт только этой связи.

У такого танкера будет толщина проектная настила палубы, Ц - 10 мм; толщина остаточная средняя допускаемая, 10Ст = 0,9^; толщина остаточная минимальная отдельных листов к моменту восстановления общей прочности, мм максимальный износ листов настила, палубы, к моменту восстановления общей прочности, А1тах, мм тт * Д|. 1ост 1пр '-»Ч

•пр

•тах

6-3)

Д^шах — (1 -к) 1Пр * - ,

1 +V

6-4) где к - норматив для доли средней остаточной толщины для связей корпуса с износом по таблице 3.6.3 ПОСЭ; толщина остаточная допускаемая ПОСЭ по таблице 3.65 в эксплуатации, мм, для судна класса М-СП длиной 130 м. tomin] = 5,5 мм; средняя скорость изнашивания настила палубы танкеров с = 0,14 мм/год, по результатам исследований, проведенных в нашем университете в 70-х годах [96].

Подставив значения коэффициента вариации скорости изнашивания в (6-4) получим значения максимального износа

At m щ 1 + 1,65-0,36

Atmax = 0,1' 10----——- = 1,17 MM ,

1 + 0,36 a минимальная остаточная толщина отдельных листов по п. 6.3 будет toC'"= 8,8 мм, что существенно больше допускаемой остаточной толщины в эксплуатации по Правилам. Получается, что применяя традиционную технологию восстановления общей прочности корпуса, мы вынуждены заменять годные листы на новые, что не продуктивно.

При замене одного листа к площади настила палубы добавляется площадь

AF3 = 10"3 • Atmax ' бл, м2 ' (6-5) где вл - ширина листа вл= 1,5 м. у

После подстановки значений в (6-5) получим AF3 = 0,00176 м .

Площадь, которую необходимо добавить к настилу палубы в каждом сечении для восстановления общей прочности можно определить по формуле

AFp = 10"3-c - AT-В, (6-6) где АТ = 5 лет - промежуток времени от последнего освидетельствования по дефектации перед ремонтом, год;

В = 16,0 - ширина настила палубы, м.

После подстановки значений в (6-6) получим

АРр = 0,0112 м2.

Тогда для восстановления общей прочности корпуса танкера в каждом из 10 сечений средней части требуется заменить

АБр сАТВ(1 + у) пл = —11 =---г— . (6-7)

АБз (1-кЬпр-(1 + 1,65у)бп

После подстановки значений в (6-7) получим, что для восстановления общей прочности требуется заменить 7 из 11 листов в каждом сечении.

При подкреплении накладными полосами по палубе как показано на рис. 5.42 восстановить общую прочность корпуса можно, определив количество накладных полос по формуле АБр сАТВ

ППол - -- - , (О-й)

АБпол ПОЛ " 1пОЛ где Рпол, ^ол и бпол - площадь (м ), толщина (мм) и ширина (м) полосы соответственно.

Ширина полосы равна присоединенному пояску, определяется по формуле (5-45) и равна 0,275 м.

Толщина полосы равна 1:пол =10 мм удовлетворяет требованию 5-46.

Тогда после подстановки значений в (6-8) получим, что для восстановления общей прочности корпуса требуется поставить 4 полосы.

Таким образом, при восстановлении общей прочности подкреплением накладными полосами требуется израсходовать материала почти в 10 раз (9,54 раза) меньше, чем при использовании традиционного метода.

Эффективность ремонта корпуса с износом и общими деформациями подкреплением накладными полосами для восстановления его общей прочности по расходу материала можно определить по формуле э Пд^рбл 1+У ^ ^

Ппол 1пОЛ бпол

При восстановлении общей прочности корпуса, имеющего вмятину на днище или палубе, по традиционной технологии (заменой деформированного участка) расход материала М3 определяется по формуле

М3 = евм-£вмЧпр + п'-Рр-£вм, (6-10) где п' - количество деформированных ребер; ввм= (Пр + 1 )а- ширина вмятины; а - расстояние между продольными ребрами; вм - длина вмятины (распространение по длине судна);

Ц - проектная толщина обшивки или настила;

Бр - площадь поперечного сечения нового ребра.

При восстановлении общей прочности корпуса с вмятиной на крайней связи подкреплением накладными полосами, расход материала Мп определяется по формуле

Мп — АРВМ* £Пол - пП0Л' бПол * 1пол ' 3£вм, (6-11) где АРВМ - потеря работоспособной площади поперечного сечения крайней связи корпуса из-за вмятины, определяемая по формуле (3-25); пол = 3£вм - длина полос подкрепления; а вПол =--ширина полосы подкрепления;

1Пол - толщина полосы подкрепления;

Ппол - количество накладных полос подкрепления.

Экономия материала при ремонте корпуса в районе вмятины будет э,>р+1К,+п;Рр (612)

ЗПпол * ¿*пол

ДБ

Если принять 1пол = Ц, и отношение-—— = 1 - фр, то после преобра Ввн зования(6-12) получим

1 +

ПрИр эУ = *пр'бвм • (6-13)

1-Фр

При сравнении трудовых затрат восстановления общей прочности различными способами в качестве базового критерия для сравнения можно использовать длину сварных швов.

Тогда трудовые затраты при замене листов с максимальным износом для восстановления общей прочности Тзам (чел/час) определяется по формуле

Тзам = ку(кст(пл-псеч(6л + плвл) + кх-3плпсечел), (6-14) где псеч - количество сечений в средней части корпуса, которое следует подкрепить;

1Л и вл - длина и ширина листа на крайней связи, м; кст и кт - норматив для сборки, подгонки и сварки стыкового и тавровочел-час го шва,-; м ку - коэффициент, учитывающий условия выполнения работ; ку = 1 при расположении одностороннего шва в нижнем горизонтальном положении; ку = 2 при расположении шва в междудонном пространстве или в трюме на высоте более 2,5 м от ближайшего настила.

Время выполнения операций, относящихся непосредственно к восстановлению общей прочности может изменяться в широких пределах изменением числа рабочих для их выполнения при любом варианте восстановления общей прочности, поэтому сокращение времени ремонта связано в первую очередь с уменьшением сопутствующих работ. При восстановлении общей прочности заменой элементов конструкции значительная часть работ должна выполняться изнутри корпуса, часто в тесном замкнутом пространстве, поэтому необходимо обеспечить доступ к зоне ремонта, зачистку этой зоны, технологические вырезы, леса, подмости и произвести другие работы. При подкреплении накладными полосами нет необходимости выполнять ранее перечисленные работы.

1. Алфутов H.A. Основы расчета на устойчивость упругих систем. - М: «Машиностроение», 1978.-312 с.

2. Антонов Б.И, Решение задач изгиба и устойчивости ребристых пластин методом конечных элементов, Труды ОИИМФ, вып. 10, 1978.

3. Архангородский А.Г., Беленький JI.M. Моделирование прочности судовых конструкций. JL: Судостроение, 1969. 221 с.

4. Бавыкин Г.В. Несущая способность пластин при локальных силовых воздействиях. Груды ЛИВТа, сборник статей мол. научных работников. ч.Ш. 1968. С. 85-97.

5. Бавыкин Г.В., Быстрицкий В.В., Гунин И.А., Чистов В.Б. Закономерности распределения остаточных деформаций корпусов судов внутреннего плавания. Труды ЛИВТа, вып. 121. Технология судостроения и судоремонта, Л., 1969, с. 24-36.

6. Бавыкин Г.В. Предремонтная дефектация повреждений обшивки корпусов речных судов. Труды ЛИВТа. Сб. молодых научных работников, ч. II, 1971. с. 92-104.

7. Барабанов Н.В. Конструкция корпуса морских судов. Л.: Судостроение 1981.-551 с.

8. Барышников СО. Ремонт корпусов речных судов подкреплением накладными полосами. Сборник научных трудов. ЛИВТ, 1962. с. 178-181.

9. Барышников С.О. Расчёт редукционных коэффициентов элементов корпуса судна по правилам Российского Речного Регистра. Журнал СГТГУВК вып. III (VII) 2010 - 110-116 с.

10. Барышников С.О., Карклина Т.О., Чистов В.Б. Патент «Способ определения остаточного продольного изгиба корпуса судна».

11. Барышников С.О., Голоскоков Д.П. Устойчивость прямоугольной пластины ступенчато-переменной толщины. Речной транспорт 2010 - № 1. -с. 62-64.

12. Барышников С.О. Влияние остаточного общего перегиба и остаточных напряжений на общую прочность корпуса. Журнал СПГУВК вып. II (VI) 2010 - 58-67 с

13. Барышников СО. Устройство для определения угла наклона. Патент №100612

14. Барышников С.О., Карклина Т.О. Общие остаточные деформации корпусов судов. Вестник ИНЖЭКОНА, Серия «Технические науки». Выпуск 8(43) 2010. С.124.128.

15. Барышников С.О. Ремонт корпусов судов внутреннего плавания подкреплением накладными полосами. Монография. СПб., СПГУВК 2011. -99 с.

16. Барышников С.О. Устранение остаточного перегиба корпусов судов. СПб., СПГУВК 2011. - 178 с.

17. Бекасов В.Е., Розсндент Б.Я. Конструктивно подобные модели в судоремонте и технология их изготовления. Сб. Судоремонт флота рыбной промышленности. Вып.24. 1974.

18. Бекасов В.Е. Оценка точности прочностного эксперимента на жестяных моделях. Авторсф. Дисс. канд. техн. наук. Калининград, 1975.-31 с.

19. Беленький JIM. Деформирование бортового набора при образовании вмятин. Труды НТО Судпром, вып. 103. 1968. С. 35-41.

20. Беленький Л.М., Семенов JI.H. Определение минимальной толщины изношенной обшивки промысловых судов малых и средних размерений. JL: Судостроение. 1969. № 5. С. 10-12.

21. Беленький JI.M. К определению разрушающих нагрузок при повреждениях судовых конструкций промысловых судов. НТО Судпрома. Вып. 109, 1963. с. 18-29.

22. Беленький JI.M. Расчет судовых конструкций в пластической стадии. JL: Судостроение, 1983. - 448 с.

23. Белкин В.П. Работа элементов палубных перекрытий после потери устойчивости. JL: Судпромгиз. 1956. - 287 с.

24. Беляев Н.М. «Сопротивление материалов» издание Восьмое Государственное издательство технико-теоретической литературы ,М.,1953, с 856.

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

26. Брикер А.С, Ломтадзе Г.Б. Коррозионные повреждения корпусных конструкций среднетоннажного нефтеналивного судна. Тезисы доклада X Дальневосточной конференции «Повреждения и эксплуатационная надёжность судовых конструкций» Владивосток, 1987, с. 17-18.

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

28. Быстрицкий В.В. Анализ фактических данных о смене обшивки корпусов судов внутреннего плавания. Груды НТО Судпром, 1969. вып. 135, С.14-24.

29. Быстрицкий В.В., Чистов В.Б., Шурпицкий A.B. Некоторые вопросы коррозионной долговечности и надёжности корпусов судов. Сб. НТО им. акад. А.Н.Крылова, материалы по обмену опытом ., Судостроение, Л.,1977, с.35-41.

30. Вайнберг Д.В. Справочник по прочности, устойчивости и колебаниям пластин. Киев: Будивельник, 1973. - 488 с.

31. Ван дер Варден. Л., Математическая статистика. Изд. И.Л. М., 1960. -235 с.

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

33. Вольмир A.C. Гибкие пластинки и оболочки. М.: Гос. Издательство технико-теоретической литературы, 1956. - 420 с.

34. Временная методика расчета нормативов износов и остаточных деформаций корпусов эксплуатирующихся судов внутреннего плавания. -Д.: ЛИВТ, 1979.-24 с.

35. Гаджиева P.A. Устойчивость пластин переменной толщины с учетом физической и геометрической нелинейностей. Автореф. Дис. . канд. техн. наук.-М., 1980.-23 с.

36. Гатовский K.M., Гунин И.А. Изменение напряженного состояния корпусов судов в процессе эксплуатации и ремонта. Труды ЛИВТа, выпуск 8, М.-Л., «Транспорт», 1965.

37. Гинзбург Н.Б. Технико-эксплуатационные требования к танкерам смешанного плавания. Производственно-технический сборник, вып. 3.51.

38. Гинзбур Н.Б. Логойдо Ю.М., Чистов В.Б. Износы и ремонт корпусов танкеров пр.558. Передовой опыт и новая техника. Научно-технический реферативный сборник МРФ, вып. 11. Транспорт, М.,1980 с. 26-35.

39. Гирин С.Н. Изгиб и устойчивость судовых подкрепленных пластин. Автореф. Дис. канд. техн. наук. Горький, 1979. - с.

40. Голоскоков Д.П. Расчет прямоугольной пластины ступенчато-переменной толщины в Maple. Exponenta Pro. Математика в приложениях. Научно-практ. Журнал. № 2 (6), 2004, с. 58-64.

41. Горбач В.Д., Михайлов B.C., Левшаков В.М., Васильев A.A., Могилко К.Д. Способ устранения остаточного продольного изгиба судна. Патент RU226 4948 с 1.

42. Гунин И.А. Влияние остаточных и температурных прогибов корпуса судна на изгибающий момент от внешних сил. Труды ЛИВТа, вып. VI, «Речной транспорт», 1960.

43. Гунин И.А. Обобщение данных по натурным замерам остаточного прогиба корпуса и установление его влияния на общую прочность судов. Труды ЛИВТа выпуск 135. Л. «Транспорт», 1972.

44. Гунин И.А., Гинзбург Н.Б., Яковлев A.B. Ремонтная надстройка палубы нефтеналивного судна с двухстенными бортами . A.c. № 796053, 15.09.1980.

45. Гуревич И.М. Износ обшивки и набора междудонных пространств корпусов судов внутреннего плавания. Труды ЛИВТ, вып.86, 1966. - С. 3 148.

46. Гуревич И.М. Статистический анализ по износам корпусов судов типа "Большая Волга" и "Шестая пятилетка". Труды ЛИВТ, вып. 86, 1969, С. 5-17.

47. Гуревич И.М. Влияние гофрированной обшивки корпуса на сопротивление воды движению судна. Труды ЛИВТ, вып. 126, Транспорт, 1971, С. 5-20.

48. Гуревич И.М. Механизация трудоёмких корпусных работ в судоремонте. Изд. Транспорт, 1967, 184 с.

49. Давыдов В.В., Маттес Н.В., Сиверцев И.Н. Учебный справочник по прочности судов внутреннего плавания. «-М.: Речной транспорт, 1958, -755 с.

50. Дринков В.Д. Опыт технической эксплуатации и ремонта нефтеналивных барж. М.: Министерство морского и речного Флота СССР, 1953. -155 с.

51. Дринков В.Д. Корпуса нефтеналивных судов внутреннего плавания, М.: Речной транспорт, 1956, - 234 с.

52. Единая ведомость среднего ремонта сухогрузного теплохода грузоподъемностью 2700 т. М.: Транспорт, 1976. - 206 с.

53. Ершов Н.Ф., Свечников О.И. Предельное состояние и надежность конструкций речных судов. Л.: Судостроение, 1970. - 152 с.

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

55. Жесткая В.Д. Разработка методики и алгоритма исследования напряженного состояния и устойчивости плоских подкрепленных пластин методом конечных элементов. Автореф. Дне., канд.техн.наук, -JL: 1962. -20 с.

56. Инструкция. Односторонняя механизированная сварка с двусторонним формированием шва монтажных соединений стальных корпусных конструкций. 74-0102-19-79. Предприятие п/я А-1944.

57. Ишков A.A., К вопросу об оценке напряженного состояния заменяемых при ремонте листов обшивки. Судоремонт флота рыбной промышленности,

58. Ишков A.A., Розендент Б.Я., Кикот JI.B., Шамохин Ю.Н. Рекомендации по выбору напряженного состояния корпуса для обеспечения технической эффективности ремонта. Труды НТО им. акад. Крылова Л.П., 1972, вып. 189, С. 106-118.

59. Карклина Т.О. Технологический подход к проблеме стабилизации метрологических характеристик танкеров, в сб. научных трудов ЛИВТа «Ремонт речных судов»., Л. 1990, 32-37 с.

60. Комплексная система технического обслуживания и ремонта судов. Методика дефектации корпусов морских транспортных судов. РД 31.28.30-88, Москва В/О «Мортехинформреклама», 1988, 57 с.

61. Корпуса стальных судов внутреннего и смешанного плаванья. Типовые технологические процессы ремонта. Сборник ТТП 212. 0501-08 М. Транспорт 1985.

62. Коротеев Г.И. Исследование несущей способности пластин переменной толщины. Автореф. Дис. . канд. техн. паук. Новосибирск: i960.- 17 с. 17.

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

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

65. Кулик Ю.Г. Об учете технологических напряжений при оценке качества ремонта судового корпуса. Труды ГИИВТ, вып. 17,1959, С.116-140.

66. Кулик Ю.Г., Сумеркин Ю.В. Технология судостроения и судоремонта. М., Транспорт, 1988.

67. Липкин В.М. Экспериментально-теоретическое исследование прочности, устойчивости и колебаний пластин со ступенчато меняющейся жесткостью. Автореф.,Дис. канд. техн. наук. Томск, 1971.-21 с.

68. Логачев С.И. Морские танкеры. Л.: Судостроение, 1970. - 360 с.

69. Лопырев U.K., Немков И.И., Сумеркин Ю.В. Технология судоремонта. М: Транспорт, 1981.-286 с.

70. Максимаджи А.И. и др. Низколегированные стали в судостроении. -Л.: Судостроение, 1964. с.

71. Максимаджи А.И. Прочность морских транспортных судов, Д.: Судостроение, 1976, - 311 с.

72. Масягин A.B. Подкрепления и ремонт речных судов. Л.: Речной транспорт, 1956. - 160 с.

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

74. Методика расчёта допустимых остаточных толщин связей и подкреплений корпусов судов. Ленинград. ЛИВТ.-1988. 43 с.

75. Михайлов В.И., Федосов K.M. Планирование экспериментов в судостроении. -JL: Судостроение, 1978. 159 с.

76. ОАО «Инженерный центр судостроения» «Устранение остаточных деформаций корпуса теплохода «Волго-Дон 5014» технологический процесс правки 2940/1565-93-3 СПб 2011.

77. Осмоловский А, Новый тип подкреплений речных наливных барж для плавания на водохранилищах. Речной транспорт, 1955, № 1, с. 19-23.

78. Отчет ЛИВТ (промежуточный) по теме "Изучение износов корпусов судов", -Л.: ЛИВТ, 1969.-90 с.

79. Отчет ЛИВТ по теме "Изучение износов корпусов судов", Л.: ЛИВТ, 1969. - 157 с.

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

81. Отчет ЛИВТ по теме "Исследовать износы корпусов судов смешанного плавания, разработать меры, предупреждающие повышение износа и определить периодичность ремонта корпусов". Л.: ЛИВТ, 1960. - 197 с.

82. Отчет ЛИВТ по теме "Исследование, разработка и внедрение режимных и конструктивных мероприятий, обеспечивающих эксплуатацию танкеров пр. 1577 и 587 при наличии износов и местных остаточных деформаций их корпусов". Л.: ЛИВТ, 1981. - 112 с.

83. Отчет ЛИВТ по теме "Исследование, разработка и внедрение режимных и конструктивных мероприятий, обеспечивающих эксплуатацию танкеров проектов 1577 и 587 при наличии износов и остаточных деформаций их корпусов". Л.: ЛИВТ, 1983.-55 с.

84. Папкович П.Ф. Труды по строительной механике корабля, т.З. Л.: Судпром, 1962. -527 с.

85. Папкович П.Ф. Труды по строительной механике корабля, т.4. Л.: Судпром, 1963,-551 с.

86. Перлин А.А, Шалкин М.К., Хрящев Ю.К. Исследование прочности судовых конструкций на тензометрических моделях. Л.: Судостроение, 1967.-80 с.

87. Плудек В.Р. Защита от коррозии на стадии проектирования. М.: Мир, 1980. -438 с.

88. Положение по переклассификации стальных судов Министерства речного флота РСФСР. Л.: ЛИВТ, 1979. - 6 с.

89. Постнов В.А. Устойчивость и работа за пределами устойчивости тонких пластин, подкрепленных продольными ребрами. Труды ЛКИ, вып. 15, 1965. -с. 26-41.

90. Постнов В.А, Хархурим И.Я. Метод конечных элементов в расчетах судовых конструкций. Л.: Судостроение, 1974. - 342 с.

91. Практические вопросы испытания металлов (под ред. Елютина 0.11.). -М.: Металлургия, 1979. 280 с.

92. Правила технической эксплуатации слипов и эллингов. МРФ РСФСР Москва «Транспорт» 1979 с. 48.

93. Российский Речной Регистр. Правила (в 4-х томах) 2008.

94. Свечников О. И. Эффективность повышения надежности корпусов речных судов. М,: Транспорт, 1961. -151 с.

95. Свечников О. И. Снижение металлоемкости корпусов судов внутреннего плавания. М.: Транспорт, 1987. - 183 с.

96. Семенов JI.H. Исследование несущей способности наружной обшивки при местных нагрузках. Сб. «Прочность судовых конструкций», вып. 85. НТО Судпрома, 1966. с. 34-43.

97. Соловьев С.Н. и др. К вопросу обоснования оптимальной выборки при планировании эксперимента. Труды НКИ, вып. 75, 1973, с. 88-91.

98. Справочник по строительной механике корабля, т.2 (под ред. Ши-манского Ю.А. JL: Судпромгиз, 1958. - 528 с.

99. Справочник по строительной механике корабля, т.З (под ред., Шиманского Ю. А.). Д.: Судпромгиз, 1960. - 799 с.

100. Справочник по строительной механике корабля, т.2 (под ред. Палий О.М.) JI.: Судостроение, 1982. - 464 с.

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

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

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

104. Худякова А.Б. Оптимизация размеров связей корпуса судна из условия минимума затрат на постройку и ремонт. Сб. научн.трудов. ЛИВТ Эксплуатация портов, водных путей и гидросооружений . ЛИВТ. 1990.

105. Чапкис Д.Т. Некоторые вопросы учета язвенной коррозии при оценке прочности изношенных корпусов судов. Л.: Материалы по обмену опытом, вып. 103, Судостроение, 1968. С. 51-55.

106. Чистов В.Б. Влияние износа нелимитирующей связи корпуса на допустимый износ лимитирующей. Труды ЛИВТа. Ремонт судов речного флота. Л, 1985, с. 46-52.

107. Чистов В.Б. Технология ремонта корпусов судов. Конспект лекций. ЛИВТ, Л., 1978, - 66с.

108. Чистов В.Б. Сопротивление материалов. Конспект лекций. С-П, СПГУВК, 2007, 224 с.

109. Чистов В.Б. Методика учета деформированных балок набора при дефектации корпуса судов. Ремонтопригодность судов. Сб. НТО Судпрома, вып. 246, материалы по обмену опытом. Л.Судостроение. 1977, с. 52-61.

110. Шаров Я.Ф. Некоторые особенности упруго-пластического изгиба сварных перекрытий корпуса судна. Сб. Проектирование и прочность судовых конструкций. М-Л. 1959.

111. Шурпицкий А.В. Анализ коррозионного износа корпусов судов смешанного плавания типа «Балтийский». Труды ЛИВТ, вып. 161, 1978, с.82-96.

112. Box G.E.R., Wilson К.В. On the Experimental Attanment of Optimal Conditions. -.J. Roy. Stat. Soc. Ser. B,. 13, № 1, 1951, P. 1-45.

113. Braithwait J.C., Williams R. The use of Scale models in pretiching the behavior of complex structures. Trans. N.E. Coast. Instn. Engrs. and shipbuilder, 1963, 79, №4.

114. Duncan J.L., Johansen W. The ultimate strength of rectangular diaphragms. JJMS, 10, 9, 1967.

115. Greenspon J.E. Approximation to the deflaction and strain in a uniform by loaded clamped rectangular panel subjected to very large plastic deformations. Aero/space Sci. 27. 5. 1960.

116. Greenspon J.E. An approximation to the plastic deformation of a rectangular plaste under static load with design applications. J.S.P. V. 3, № 22, 1956.

117. Heller S.R. Structural similitude for impact phenomena. David Taylor Model Basin Report 1071, 1958, Apr.

118. Санкт-Петербургский государственный университет водных коммуникаций05201251278

119. Барышников Сергей Олегович

120. НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОБЩЕЙ ПРОЧНОСТИ КОРПУСА СУДНА ПРИ РЕМОНТЕ

121. Специальность 05 08 04 «Технология судостроения, судоремонта иорганизация судостроительного производства»1. Диссертацияна соискание ученой степени доктора технических наук