автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.04, диссертация на тему:Разработка методик расчета и выбора вспомогательных мягкооболочечных доковых устройств

На правах рукописи

Огай Алексей Сергеевич

РАЗРАБОТКА МЕТОДИК РАСЧЕТА И ВЫБОРА ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ МЯГКООБОЛОЧЕЧНЫХ ДОКОВЫХ УСТРОЙСТВ

05.08.04 - Технология судостроения, судоремонта и организация судостроительного производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Владивосток - 2004

Работа выполнена в Морском государственном университете имени адмирала Г. И. Невельского

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Друзь Иван Борисович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Москаленко Анатолий Данилович; кандидат технических наук, профессор Зволинский Николай Тимофеевич

Ведущая организация: ОАО «Дальневосточный научно-

исследовательский, проектно-изыскательский и конструкторско-технологический институт морского флота» (ДНИИМФ) г.Владивосток

Защита состоится «22» декабря 2004 г. 'в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 223.005.01 в Морском государственном университете им. адм. Г. И. Невельского по адресу: 690059, г. Владивосток, ул. Верхнепортовая, 50 а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Морского государственного университета им. адм. Г. И. Невельского.

Автореферат разослан «19» ноября 2004 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, , Л

кандидат технических наук, доцент ///ч / А. Г. Резник

Ш5-Ч

тъь

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Загрузка судоремонтных предприятий Дальневосточного региона России, многие из которых являются градообразующими, в условиях рыночных отношений является важной социально-экономической задачей. Привлечение судовладельцев на отечественные судоремонтные базы во многом определяется качеством предоставляемых услуг при оптимизации их стоимости. При производстве докового ремонта судов, который занимает значительную долю в общем объеме ремонта, в климатических условиях Дальнего Востока России с большой продолжительностью периодов низких температур, повышенной влажности, сильных ветров приходится заниматься защитой доков от ветра, корпусов судов от осадков, создавать микроклимат в рабочих зонах. Поиск и реализация эффективных технических, технологических и организационных решений защиты доков и рабочих от неблагоприятных климатических условий, которые при доковом ремонте судов не снижают качество технологических операций и не приводят к удорожанию ремонтных работ, способны продлить срок службы доков, является актуальной задачей.

Опыт применения мягкооболочечных конструкций и их уникальные свойства, позволяют создать вспомогательные устройства для докового ремонта судов с широким диапазоном свойств. К таким устройствам относятся конструкции укрытий, защищающие плавучие доки от ветра и осадков и обеспечивающие микроклимат в рабочих зонах у борта судна. Использование современных эластичных высокопрочных материалов и современных сварных технологий их соединения делают возможным эффективно применять мягкооболочечные конструкции в качестве уплотнительных элементов, несущих элементов конструкций укрытий, вкладных емкостей для обеспечения плавучести и остойчивости плавучих доков.

Вместе с тем широкое применение вспомогательных мягкооболочеч-ных доковых конструкций, сдерживается отсутствием единого методологического подхода и простых методик расчета и выбора оптимальных параметров таких конструкций.

Целью работы является создание методик выбора и расчета комплекса вспомогательных мягкооболочечных конструкций, обеспечивающих защиту

доков от неблагоприятных климатических условий и восстановление герметичности доковых понтонов за счет применения вкладных мягких емкостей.

Для достижения указанной цели сформулированы и решены следующие задачи.

1. Проведен анализ мягкооболочечных конструкций, предназначенных для защиты доков от неблагоприятных климатических условий. Сделан обзор методов их расчета. Разработана классификация ветрозащитных устройств дока.

2. Разработана единая методика выбора эффективных конструкций закрытий дока от ветра, борта судна от осадков и локальных укрытий, обеспечивающих микроклимат рабочих зон.

3. Спроектированы и изготовлены экспериментальная установка для исследования обтекания воздушным потоком ветрозащитных экранов и модели мягкооболочечных проницаемых экранов, изменяющих направление воздушного потока.

4. Получены картины визуализации воздушного потока и выполнены замеры скоростей за экранами, которые использованы для построения границы ветровой тени создаваемой экранами.

5. Результаты экспериментальных исследований поля скоростей за проницаемым мягкооболочечным экраном применены при проектировании ветрозащитного устройства плавучего дока и укрытия причала от ветра.

6. Разработана методика оценки функциональных качеств пневмопа-нельных конструкций, как несущих элементов локальных укрытий борта судна от ветра и осадков, включающая расчеты их деформаций и критических нагрузок.

7. Разработана методика оценки функциональных качеств мягкооболо-чечных уплотнительных элементов укрытия борта судна от осадков, включающая расчет параметров уплотнительного элемента, обеспечивающего непроницаемый контакт с бортом судна.

8. Разработана методика расчета влияния вкладной цилиндрической мягкой емкости, вложенной в жесткий прямоугольный отсек на начальную остойчивость плавучего объекта.

Объект исследования - мягкооболочечные конструкции, обеспечивающие защиту доков от неблагоприятных погодных условий и продление их срока службы.

Предмет исследования - методики выбора и расчета параметров вспомогательных мягкооболочечных конструкции плавучих доков, обеспечивающих защиту ремонтируемых судов от неблагоприятных погодных условий и восстановление герметичности понтонов дока.

Методы исследования. Методы системного анализа, экспертных оценок, теории подобия и размерностей, математической статистики, строительной механики, теории корабля, теории мягких оболочек.

Научная новизна.

1. Разработаны критерии качества и методика выбора конструкций, которые позволяют комплексно решить проблему улучшения условий труда на судоремонтных и судостроительных объектах.

2. Выявлены закономерности увеличения ветровой тени за проницаемым ветрозащитным экраном, изменяющим направление воздушного потока.

3. Разработана методика оценки функциональных качеств пневмопа-нельных конструкций, как несущих элементов локальных укрытий борта судна от ветра и осадков в доке, основанная на упрощенных расчетах их несущей способности.

4. Разработана методика оценки функциональных качеств мягкооболо-чечных уплотнительных устройств, защищающих борт судна от проникновения осадков.

5. Разработана методика расчета начальной остойчивости плавучего объекта с цилиндрической мягкой емкостью, вложенной в жесткий отсек.

Практическая ценность работы. Предложенные в работе критерии качества конструкций для защиты судна в доке от неблагоприятных климатических воздействий и классификация этих конструкций позволяют сделать выбор эффективного комплекса вспомогательных конструкций.

Полученные в результате экспериментальных исследований поля скоростей за проницаемым ветрозащитным экраном составляют основу практических методик проектирования ветрозащитных устройств различного назначения.

Разработанные методики расчета локальных укрытий судна от осадков и низких температур, а также вкладных элементов понтонов дока позволяют осуществлять выбор их оптимальных параметров при проектировании.

Достоверность результатов проведенных исследований обеспечивается использованием современных методик планирования эксперимента, корректным использованием принципов построения расчетных моделей и схем, а также удовлетворительным качественным и количественным совпадением результатов экспериментов и данных, полученных на натурных объектах и с ранее опубликованными данными других авторов.

На защиту выносятся следующие результаты работы:

1. Классификация ветрозащитных доковых устройств.

2. Критерии оценки качества и коэффициенты весомости конструкций, защищающих судно в доке от неблагоприятных климатических условий во время ремонта, позволяющие выбрать оптимальный комплекс вспомогательных устройств.

3. Закономерности поля скоростей за проницаемым ветрозащитным экраном, изменяющим направление воздушного потока.

4. Методики оценки функциональных качеств мягкооболочечных укрытий борта судна от осадков и низких температур.

5. Методики расчета влияния параметров вкладных емкостей, вложенных в отсек, на остойчивость дока.

Реализация результатов диссертационного исследования.

Результаты исследований поля скоростей за проницаемым ветрозащитным экраном были непосредственно использованы при проектировании ветрозащитного закрытия причала в порту Восточный и при проектировании и изготовлении ветрозащитного устройства плавучего дока Первомайского судоремонтного завода.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на: двенадцатой международной научно-практической конференции TEAM - 98 (Twelfth Asian Technical Exchange and Advisory Meeting on Marine Structures), (Япония, г. Канадзава, 1998 г.), одиннадцатой дальневосточной научно-технической конференции по мягким оболочкам (Владивосток, 1999 г.), четырнадцатой международной научно-практической конференции TEAM -2000 (Fourteenth Asian Technical Exchange and Advisory Meeting on Marine

Structures), (Владивосток, 2000 г.), региональной научно-технической конференции «Молодежь и научно-технический прогресс» (Владивосток, 2000 г.), четвертой и пятой международных научно-практических конференциях Дальневосточного отделения Российской Академии транспорта «Проблемы транспорта Дальнего Востока» (Владивосток, 2001 и 2003 г.), международной конференции SOPP'01 (Shipbuilding and Ocean Engineering. Problems and Perspectives), (Владивосток, 2001 г.), шестой международной конференции по судостроению, судоходству, оборудованию морских платформ и обеспечивающих их работу плавсредств «НЕВА 2001». (Санкт-Петербург, 2001 г.).

Также работа прошла апробацию на семинарах по мягким оболочкам в Морском государственном университете имени адмирала Г.И. Невельского.

Публикации. Основные результаты работы изложены в 14 публикациях и 2 отчетах НИР.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы, содержит 165 страниц машинописного текста, 67 рисунков, 14 фотографий, 8 таблиц. Список использованной литературы составляет 101 наименование.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы и показано, что для производства качественного докового ремонта судов в условиях дальневосточного региона России требуется защитить внут-ридоковое пространство от ветра, корпуса судов от осадков, создать микроклимат в зонах выполнения работ.

Отмечается, что работа посвящена научно обоснованному поиску и реализации эффективных технических решений защиты доков от неблаго -приятных климатических условий и продления срока службы доков за счет применения вкладных мягких емкостей.

Анализ свойств мягкооболочечных конструкций, имеющийся опыт их применения и развитие методик расчета позволяют предложить эти конструкции в качестве основных элементов доковых укрытий различного назначения, а также в качестве вкладных мягких емкостей, которые предлагается использовать для восстановления герметичности понтонов дока.

Сформулированы цель и задачи исследования.

В первой главе сделан обзор конструкций, обеспечивающих закрытие от ветра, укрытие от осадков и создание микроклимата у борта судна, стоящего в доке, а также рассмотрены методы расчета и результаты экспериментальных исследований параметров имеющихся устройств.

На основе произведенного анализа разработана классификация ветрозащитных устройств плавучих доков.

Рис. 1. Классификация ветрозащитных устройств плавучих доков Эволюция ветрозащитных устройств плавучих доков и других объектов показывает, что наиболее эффективными являются конструкции, которые обеспечивают частичную проницаемость укрытий для потока воздуха. В этом случае за укрытием создается поток воздуха, но со значительно уменьшенной скоростью. Особый интерес представляют мягкооболочечные ветрозащитные экраны, выполненные из клапанов. Натурные образцы таких укрытий изготовлены Морским государственным университетом имени адмирала Г.И. Невельского при участии соискателя настоящей диссертационной работы для плавучих доков Первомайского СРЗ г. Владивостока.

Ветрозащитный экран, состоящий из клапанов, помимо того, что он является проницаемой конструкцией, изменяет поток воздуха, проникающий через укрытие, направляя его вверх. Устремленный вверх поток воздуха увеличивает ветровую тень за укрытием, как по высоте, так и по длине.

Качество технологических процессов очистки корпуса судна и нанесения покрытий на корпус в значительной степени определяется соблюдением влажностного режима на обрабатываемых поверхностях. Проведен анализ укрытий, позволяющих защитить судно, стоящее в доке, от осадков. Выявлены преимущества мягкооболочечных конструкций крыш доков и локальных укрытий борта судна от осадков. Вместе с тем отмечены сложности реализации инженерных задач по созданию крыш доков.

Конструкции локальных укрытий борта судна от осадков более просты в изготовлении. Имеющийся опыт применения тентовых и пневмопанельных локальных укрытий борта судна, стоящего в доке, от осадков, показал их высокую эффективность. Мягкооболочечные укрытия борта судна от осадков способны выполнять одновременно функции укрытия и уплотнительного устройства на границе примыкания конструкции к борту судна. В приведенном обзоре рассмотрены конструкции, которые изготовлены с применением мягких оболочек. Они имеют специальные элементы для плотного прилегания конструкции к корпусу судна и стенки с теплоизолирующими свойствами.

Конструкция комплексного укрытия (рис.3) для создания микроклимата при производстве очистки и окраски корпусов ледостойкими эпоксидными красками паромов типа «Сахалин» была спроектирована в Морском государственном университете имени адм. Г.И. Невельского, построена на заводе ре-зино-технических изделий в г. Ангрене и передана для эксплуатации на Сов-гаванский судоремонтный завод «Якорь». В состав укрытия входят надувные пневмобурты, которые выполняют роль натяжных устройств для тентов укрытия и обеспечивают уплотнение по кромке примыкания укрытия к борту судна. Для снижения теплопотерь тенты рабочих зон в оконечностях выполнены двухслойными.

Выполненный в первой главе анализ конструкций и обзор работ по определению их функциональных параметров позволил сформулировать основные задачи исследования.

Рис. 3. Конструкции устройств по созданию микроклимата а) - принципиальная схема укрытия и воздухообмена в нем; б) - уплот-нительный элемент для зашиты борта судна от осадков; в) - элементы укрытия, установленные на рештованиях; г) - теплоизолирующие элементы в оконечностях судна

Вторая глава посвящена разработке методики оценки качества и технического уровня конструкций. Оценка производится по величине комплексного показателя качества на основе методов квалиметрии. Предложены показатели качества ветрозащитных устройств, устройств, защищающих от осад-

ков и обеспечивающих микроклимат. Разработаны коэффициенты весомости каждого из показателей для указанных конструкций.

Под понятием эффективности устройств, обеспечивающих микроклимат и благоприятные условия труда, подразумевается степень достигнутого результата при наименьших затратах на изготовление, установку и эксплуатацию, которая оценивается интегральным показателем, учитывающим наиболее важные функциональные, технологические, эксплуатационные, экономические и эргономические качества.

Комплексный показатель качества ветрозащитных закрьний определяется из соотношений:

где 1 - индекс показателя; } - индекс устройства; хц - количественный показатель; у,, - преобразованный количественный показатель; утти - минимальное значение - безразмерные относительные показатели; - коэффициент весомости 1 - го показателя качества.

Исходными данными при составлении матрицы (1) являются количественные показатели устройств рассматриваемых типов. Матрица (1) преобразуется в (2) с учетом выполнения условий: если большему значению показателя соответствует большее качество, то в обратном случае

Формула (3) используется для масштабирования и определения величины безразмерных относительных показателей. Формула (4) учитывает разброс величин вокруг среднего значения и определяет комплексный показатель качества устройства.

Коэффициент представляет количественную характеристику значимости каждого показателя среди других показателей. Сумма для каждого уровня показателей должна быть равной единице. Коэффициент весомости (3, (табл. 1) определялся методом экспертных оценок.

Разработанные показатели качества и коэффициенты весомости ветрозащитных устройств представлены в табл. 1.

Таблица 1.

Коэффициенты весомости показателей ветрозащитных устройств

Показатели и их уровни Коэффициент весомости (И

1. Показатели назначения (функциональности) 0,40

1.1. Длина ветровой тени 0,60

1.2. Высота ветровой тени 0,40

2. Конструктивные показатели 0,04

2.1. Масса 0,50

2.2. Объем 0,50

3. Показатели надежности 0,10

3.1. Вероятность безотказной работы 0,30

3.2. Средняя наработка 0,40

3.3. Интенсивность отказов 0,30

4. Показатели технологичности 0,03

4.1. Трудоемкость изготовления 1,00

5. Эксплуатационные 0,10

5.1. Время установки в рабочее положение 0,35

5.2. Количество людей, участвующих в установке 0,35

5.3. Расход энергии 0,30

6. Экономические показатели 0,30

6.1. Строительная стоимость 0,50

6.2. Годовые эксплуатационные расходы 0,50

7. Эргономические показатели 0,03

7.1. Удобство эксплуатации 1,00

Показателями функциональности ветрозащитных устройств предложено использовать длину и высоту ветровой тени. Высота ветровой тени для оценки функционального показателя принимается как среднее значение этого параметра на протяжении всей длины тени.

Далее в главе приводятся соотношения для расчета конструктивных показателей, показателей надежности, технологичности, эксплуатационных показателей, экономических и эргономических показателей.

В качестве численного примера методика реализована для ветрозащитных устройств плавучего дока, изготовленных из сети и мягких клапанов. Для этих устройств рассчитаны комплексные показатели качества. Мягко-

оболочечный экран, изготовленный из клапанов, имеет большее значение комплексного показателя, что подтверждает его более высокие качества.

Разработаны основные показатели функциональности закрытий от осадков и локальных укрытий для создания микроклимата. В качестве основного показателя функциональности элементов локальных укрытий определена критическая нагрузка, при которой сохраняется несущая способность панелей. Для уплотнительных элементов таким параметром является площадь контакта пневмобурта с поверхностью корпуса. Показателем функциональности локальных укрытий, составляющих замкнутое пространство для микроклимата, определено термосопротивление конструкции.

Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям ветрозащитных качеств мягкооболочечного проницаемого экрана, изменяющего направление потока.

Исследования ветрового потока за мягкооболочечным ветрозащитным экраном проводились на моделях (рис. 4) в специально спроектированной и построенной установке и проверялись на натурном образце в плавучем доке.

Полученные картины визуализации подтверждают резкий поворот потока вверх и формирование ветровой тени со значительно увеличенными вертикальным и горизонтальным размерами по сравнению с тенью от сплошной преграды.

Установка для измерения скоростей ветровых потоков за проницаемым ветрозащитным экраном состояла из вентилятора, набора спрямляющих решеток и открытой в верхней части рабочей камеры. В процессе эксперимента изменялась скорость ветрового потока и угол наклона экрана к горизонту. Скорость воздушного потока в выбранных точках замерялась с помощью цифрового переносного анемометра АП-1.

На картину воздушного потока за ветрозащитным экраном основное влияние оказывают массовые силы, поэтому размеры и скорости обдувания моделей были определены исходя из динамического подобия по критерию Фруда (Бг)

Размеры клапанов модели выбраны из условия сохранения коэффициента проницаемости экрана равным 0,65.

Скорости воздушного потока измерялись для непроницаемой и проницаемой моделей экранов при их вертикальном положении и при наклоне по потоку и против потока на 15 градусов от вертикали.

а) б)

Рис. 4. Модель проницаемого мягкооболочечного укрытия а - клапаны укрытия; б - общий вид укрытия Максимальная относительная погрешность экспериментальных измерений составила 10,18 %. Замеры поля скоростей в трубе без модели показали равномерность инициирующего потока. Среднее квадратичное отклонение скорости потока лежит в пределах трех сигм.

Для анализа и сравнения результатов эксперимента введены понятия ветровая тень и зона комфортности. Предложено точку перегиба на эпюре экспериментально полученных скоростей принимать как границу ветровой тени, которая четко может быть зафиксирована. Под зоной комфортности принята зона, в которой скорости ветрового потока не выходят за пределы, устанавливаемые специальными руководящими документами в зависимости от параметров окружающей среды и погодных условий. Предложенная методика использована для определения зоны комфортности за ветрозащитным экраном для зимнего периода в городе Владивостоке.

На основании полученных экспериментальных данных построены графики распределения скоростей воздушного потока в каждом сечении по высоте. На рис. 5, а приведены графики скоростей для сечения, отстоящего от экрана на расстоянии равным его двум высотам при скорости набегающего потока на экран Уоо=3,73 м/с. Пунктирная линия 2 соответствует распределению скоростей потока за непроницаемой моделью, сплошная линия 1 - эпюра скоростей за проницаемым ветрозащитным экраном. «Крестик» показыва-

ет верхнюю границу зоны ветровой тени, а точка отображает границу зоны комфортности.

Полученные картины визуализации и замеры поля скоростей за моделями, соответствующие натурным скоростям от 4 до 20 м/с, свидетельствуют о значительном превышении размеров зоны комфортности по высоте (1,5 раза) за проницаемым экраном по сравнению с непроницаемым экраном. Еще большего увеличения размеров ветровой тени удается получить за счет наклона экрана по направлению потока.

Замеры поля скоростей и сформулированное понятие зоны комфортности позволяют построить границу этой зоны. На рис. 5, б показаны границы зон комфортности для проницаемых (сплошные линии) и непроницаемых (пунктирные линии) экранов для Fг = 1,35 (точки обозначены кругом), для Fг = 1,88 (точки обозначены ромбом) и Fг = 3,51 (точки обозначены квадратом).

Для оценки достоверности полученных модельных результатов были проведены замеры скоростей на плавучем доке, рабочий торец которого оборудован проницаемым мягкооболочечным ветрозащитным экраном (ОАО «Первомайский судоремонтный завод»). Результаты сделанных замеров подтвердили наличие зоны комфортности в пределах, полученных с помощью эксперимента.

Результаты экспериментальных исследований использованы при проектировании ветрозащитного экрана в порту Восточный для закрытия эколо-

гического причала Морской администрации порта от техногенного воздействия угольной пыли.

В четвертой главе разработана методика определения допустимых нагрузок на пневмопанельные конструкции (ППК), которые приняты в качестве функциональных показателей несущих элементов локальных укрытий. Для уплотнительных элементов локальных укрытий разработана методика оценки их уплотнительных качеств в местах прилегания к укрываемому объекту.

Пневмопанельные и уплотнительные конструкции на основе пневмо-напряженного уплотнительного бурта являются наиболее эффективными устройствами для создания микроклиматических зон у борта судна.

Выполненный анализ свойств несущих пневмопанельных элементов локальных доковых укрытий позволил сформулировать основные особенности поведения для оценки их функциональных качеств: напряженность конструкций в исходном состоянии за счет избыточного давления воздуха; относительно небольшая жесткость в поперечном направлении при деформациях сдвига и обжатия, которая регулируется величиной избыточного давления воздуха; наличие критических состояний, предшествующих существенному падению несущей способности панелей, но не приводящих к их разрушению.

Методика оценки функциональных качеств несущих элементов локальных укрытий рассмотрена на примере плоских аэроматов. Решения были получены для докритических деформаций плоского аэромата, соответствующих деформациям среднего изгиба. При этом решения являются адекватными только при условии, что растягивающие усилия в несущих полотнищах и нитях-стяжках положительны.

При таких допущениях получены точные решения для наиболее характерных плоских схем закрепления и нагружения панелей - несущих элементов локальных укрытий:

- панели, закрепленные между бортом судна и башней дока и составляющие крышу укрытия;

- панели, закрепленные на жестком каркасе рештований и составляющие крышу локального укрытия;

- панели, опирающиеся на несущие вертикальные или наклонные опоры и составляющие стенку укрытия;

- консольно закрепленные панели с различной ориентацией в пространстве, составляющие полустенку укрытия.

В качестве функционального параметра несущих пневмопанельных элементов принято значение внешних нагрузок, при которых панель переходит в предельное состояние. Под предельным состоянием аэромата понимается стадия деформации, когда в одном из несущих полотнищ возникает нулевое напряжение. Эта стадия не представляет прямой опасности для несущей способности аэромата, но при дальнейшем увеличении нагрузки на несущем полотнище возникает складка, появление которой уже значительно снижает несущую способность конструкции и может привести к ее полной потере. Функциональное качество аэромата как несущего элемента локального укрытия считается обеспеченным, если панель не достигает предельного состояния.

Для наиболее характерных схем закрепления и нагружения пневмопа-нелей определены деформации (прогиб) и нагрузки предельного состояния плоского аэромата при изгибе (рис. 6).

Анализ полученных зависимостей показывает, что более жестко закрепленные панели имеют наибольшую несущую способность. Функциональное качество жестко закрепленных панелей может быть обеспечено при относительно невысоком избыточном давлении, а следовательно при таких конструктивных схемах можно проектировать панели из более дешевых тканей. Консольно закрепленные конструкции для обеспечения их основного функционального качества как несущих элементов требуют обеспечить в панелях высокое давление, что возможно с применением дорогих материалов.

На примере шарнирно опертой панели показано отрицательное влияние на ее несущую способность сжимающих усилий и усилий поперечного обжатия.

Следующим объектом, рассмотренном в этой главе, является уплотни-тельный пневматический бурт (рис. 3, б). Оценочный расчет геометрических и силовых параметров тента и пневмобурта выполнен при следующих допущениях: материал пневмобурта и тента принят нерастяжимым, трос считается примыкающим к корпусу судна без зазора, пневмобурт нагружается только избыточным давлением воздуха, тент нагружается только контактным давлением от пневмобурта. Расчет ведется в рамках плоской задачи для ко-

нечного напряженного состояния независимо от предыстории нагружения конструкции избыточным давлением воздуха.

Рис. 6. Зависимость прогиба и предельной нагрузки для консольно закрепленной панели - а), шарнирно опертой панели - б) и жестко защемленной панели - в)

На рис. 7 показаны расчетные зависимости для параметров устройства.

Параметром, определяющим функциональное качество пневмобурта, как уплотнительного устройства, принята ширина площадки его контакта с корпусом судна.

В пятой главе рассмотрено влияние цилиндрической мягкой емкости, вложенной в жесткий прямоугольный отсек, на начальную остойчивость плавающего объекта.

Вложенная в жесткий прямоугольный отсек заполненная жидкостью или газом мягкая емкость при наклонениях обладает определенной подвижностью. Подвижность емкости изменяет положение центра тяжести жидкости в отсеке и тем самым изменяет остойчивость того плавающего объекта, на котором она находится. В данной работе получены расчетные формулы и построены графики, позволяющие учесть влияние поперечного и продольного наклонения прямоугольного отсека с емкостью на начальную остойчивость плавающего объекта, то есть на его остойчивость при малых углах наклонения.

Задача малых наклонений имеет непосредственное прикладное значение для оценки остойчивости плавучих доков.

Влияние жидкости массой в частично заполненном отсеке (без

мягкой емкости) на поперечную начальную остойчивость дока массой М определяется по известной формуле

где - поправка к метацентрической высоте дока, - момент инерции площади свободной поверхности жидкости в отсеке относительно продольной оси, Уж =ВНк1, Ь - длина отсека.

Для оценки влияния мягкой емкости, заполненной жидкостью, на начальную остойчивость дока (рис. 8), находится метацентрический радиус г по следующей формуле

(5)

Рис. 8. Схема поперечного наклонения вложенной емкости

В формулу (6) необходимо подставить параметры верхней части емкости, рис. 8, а, которая в поперечном сечении имеет форму эластики. Формулы для определения ее параметров приведены в работах В.Э. Магулы, Б.И. Дру-зя и др. Параметры представляются в виде формул подобия через безразмерные коэффициенты

я0=й03- Нв=кА Нн=кнВ> НгГЪгР> 1в=Х<Р> ^в^в8'

где за характерный линейный размер принята ширина отсека - В, - избыточный напор жидкости в верхней части емкости, - периметр поперечного сечения верхней части оболочки емкости, Бн - площади поперечных сечений верхней и нижней частей емкости, - поперечное погонное натяжение в оболочке, - удельный вес жидкости принят за характерный силовой параметр, р - плотность жидкости, g - ускорение свободного падения.

В безразмерном виде выражение для метацентрического радиуса емкости имеет вид

г ~Г ~

1

В П^+з,) 4,+,.

(7)

Параметры мягкой емкости находятся из решения системы обыкновенных линейных дифференциальных уравнений, описывающих геометрию и

равновесие емкости. При этом оболочка считается нерастяжимой и невесомой.

Показано, что замена эластики эллипсом при расчете метацентрическо-го радиуса емкости дает незначительные различия, которыми в прикладных расчетах можно пренебречь.

Рассчитанные численным методом значения безразмерных параметров приведены в виде кривых в функции от к„ на рис. 9.

Рис. 9. Рассчитанные параметры вкладной емкости

Рассмотрено также влияние продольного смещения жидкости в мягкой емкости, вложенной в прямоугольный отсек на начальную остойчивость дока. Продольное смещение жидкости в прямоугольном отсеке оказывает значительно большее влияние на остойчивость плавающего объекта, чем поперечное. В этом случае использование вложенной мягкой емкости для предотвращения смещения жидкости в отсеке дает гораздо больший эффект, чем при поперечном наклонении.

Особенностью этой задачи является необходимость учета растяжимости оболочки вкладной емкости. Приращение безразмерного коэффициента площади поперечного сечения емкости, которое учитывает продольное перемещение жидкости, подсчитано с учетом деформации оболочки емкости за счет ее растяжимости, обозначенное -

Деформация растяжения оболочки происходит только в ее верхней части, не соприкасающейся со стенками жесткого прямоугольного отсека, в котором емкость помещена. Торцы емкости упираются в поперечные стенки отсека. Поэтому здесь необходимо учитывать только поперечное одноосное растяжение верхней части оболочки емкости.

Рис. 10. Расчетная схема учета растяжимости оболочки

Влияние продольного смещения жидкости в прямоугольном отсеке с мягкой емкостью на остойчивость дока определяется по формуле (5), где поперечный метацентрический радиус г заменяется продольным - Я. Я вычисляется по формуле

где

На рис. 11. приведены рассчитанные зиачеиияс&уУ/ги1 я е' = 5, 10,20, 200 в функции от заполнения емкости, характеризуемой безразмерной высотой ее верхней части - приведенный к толщине оболочки модуль упругости ее материала.

Кроме того, рассмотрены важные случаи расчета параметров затопленного отсека с мягкой емкостью, заполненной газом при наклонениях в поперечном и продольном направлениях. Эти случаи соответствуют осушению понтонов дока с вкладными емкостями или случаи аварийному повышению плавучести.

Параметры оболочки цилиндрической емкости, надутой воздухом и погруженной в жидкость, соответствуют параметрам оболочки цилиндрической емкости, заполненной такой же жидкостью, но находящейся в перевернутом состоянии. Такая аналогия существенно упрощает решение сформулированной задачи, так как позволяет использовать данные предыдущего решения.

Рис. 11. Параметры вкладной емкости с учетом растяжимости оболочки

Заключение содержит основные выводы и результаты, полученные в диссертационной работе.

На основе единого подхода предложена методика выбора комплекса укрытий, защищающих доки и другие открытые объекты судостроительного и судоремонтного производства от неблагоприятных климатических воздействий. Для создания укрытий предложены прогрессивные конструкции из мягких оболочек, выполненные с применением передовых технологий и современных материалов.

При решении поставленных в диссертации задач получены следующие новые научные результаты.

1. Проведен анализ мягкооболочечных конструкций, предназначенных для защиты доков от неблагоприятных климатических условий, который по-

зволил разработать классификацию устройств, обеспечивающих защиту дока и ремонтируемого судна от ветра, и выбрать эффективные технические решения.

2. Разработаны критерии оценки эффективности конструкций, защищающих судоремонтные и судостроительные объекты от неблагоприятных климатических условий, которые позволяют выполнить выбор комплекса вспомогательных устройств.

3. На специально спроектированной и изготовленной установке выполнены экспериментальные исследования ветрозащитных качеств мягко-оболочечного проницаемого экрана, изменяющего направление воздушного потока.

4. Сформулированы и экспериментально оценены функциональные параметры ветрозащитных экранов: ветровой тени и зоны комфортности.

5. Результаты экспериментальных исследований поля скоростей за проницаемым мягкооболочечным экраном использованы для проектирования ветрозащитного устройства плавучего дока и укрытия причала от ветра.

6. Разработана методика оценки функциональных качеств пневмопа-нельных конструкций, как несущих элементов локальных укрытий борта судна, от осадков и низких температур в доках, включающая расчеты параметров пневмопанельных элементов укрытий.

7. Разработана методика оценки функциональных качеств мягкооболо-чечных уплотнительных элементов укрытия борта судна от осадков, включающая расчет параметров уплотнительного элемента, обеспечивающего непроницаемый контакт с бортом судна. Разработаны рекомендации по применению уплотнительных элементов в технологических операциях ремонта.

8. Разработана методика оценки влияния вложенных мягких емкостей на начальную остойчивость плавающих объектов.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1. Друзь Б.И. Осесимметричные мягкие емкости с равнонапряженной оболочкой под гидростатической нагрузкой / Б.И. Друзь, И.Б. Друзь, А.С. Огай // Проектировочные расчеты конструкций из мягких оболочек: Сб. науч. тр. - Владивосток: ДВГМА., 1998. - С. 64-74.

2. Sergey A. Ogai, Alexey S. Ogai. Pneumo-panel structures for marine fleet. Proceeding of the Twelfth Asian Technical Exchange and Advisory Meeting on

Marine Structures/ -9-6 July 1998, Kanazawa Institute ofTechnology, Japan. - C. 365-372.

3. Огай С.А. Ветрозащитные устройства плавучих доков / С.А. Огай, В.Г. Непейвода, А.И. Потутаровский, А.С. Огай // Конструкции из мягких оболочек на рубеже третьего тысячелетия: Труды одиннадцатой дальневосточной научно-технической конференции по мягким оболочкам. - Владивосток: ДВГМА, 1999.-С. 41-43.

4. Друзь И.Б Начальная остойчивость цилиндрических мягких емкостей в подвешенном и погруженном в воду состояниях / И.Б. Друзь, Б.И. Друзь, И.А. Логачева, А.С. Огай, Д.А. Петренко // Конструкции из мягких оболочек на рубеже третьего тысячелетия: Труды одиннадцатой дальневосточной научно-технической конференции по мягким оболочкам. - Владивосток: ДВГМА, 1999.-С. 43-55.

5. Друзь И.Б. Влияние вложенной в жесткий прямоугольный отсек мягкой емкости на начальную остойчивость плавающего объекта (поперечные наклонения) / И.Б. Друзь, Б.И. Друзь, И.А. Логачева, А.С. Огай // Проектирование и расчеты мягкооболочечных конструкции: Сб. науч. тр. - Владивосток: ДВГМА, 1999. - С. 3-14.

6. Друзь И.Б. Влияние вложенной в жесткий прямоугольный отсек мягкой емкости на начальную остойчивость плавающего объекта (продольные наклонения) / И.Б. Друзь, Б.И. Друзь, И.А. Логачева, А.С. Огай // Проектирование и расчеты мягкооболочечных конструкции: Сб. науч. тр. - Владивосток: ДВГМА, 1999. - С. 14-22.

7. Sergey A. Ogai, Alexey S. Ogai. Pneumo-panel structures for marine fleet. Proceeding of the Fourteenth Asian Technical Exchange and Advisory Meeting on Marine Structures/ -18-21 September 2000, Far Eastern State Technical University, Russia.-С 168-175.

8. Огай А.С. Ветрозащитные экраны // Молодежь и научно-технический прогресс: Сборник докладов региональной научно-технической конференции. - Владивосток, 2000. - С. 150-153.

9. Друзь И.Б. Системы дифференциальных уравнений для численных расчетов параметров цилиндрических мягких емкостей и оболочек / И.Б. Друзь, Б.И. Друзь, А.С. Огай // Мягкооболочечные конструкции: Сб. науч. тр. - Владивосток: ДВГМА, 2001. - С. 3-20.

Ю.Друзь И.Б. Остойчивость и продольные колебания цилиндрических мягких емкостей и оболочек / И.Б. Друзь, Б.И. Друзь, А.С. Огай. - Владивосток: издательство ДВГМА, 2001. -120 с.

11.Друзь И.Б. Численные методы расчетов параметров цилиндрических мягких емкостей и оболочек / И.Б. Друзь, Б.И. Друзь, А.С. Огай // Проблемы транспорта дальнего востока: Материалы четвертой международной научно-практической конференции. - Владивосток: ДВОР AT, 2001. - С. 3-20.

12.Sergey A. Ogai, Alexey S. Ogai., Vladimir G. Nepeyvoda, Anatoliy I. Po-tutarovskiy Lift over drag rations and strength ofprotection screens against a wind, using in shipbuilding and shiprepearing. Shipbuilding and ocean engineering problems and perspectives. Materials International Conference/ -12-15 September 2001, FESTU, Scientific and Technical Society of Shipbuilders named after academician A. N. Krylov, Vladivostok, Russia. - C. 263-268.

13.Огай С.А. Проницаемые ветрозащитные закрытия для плавучих доков / С А. Огай, А.С. Огай // НЕВА 2001: Шестая международная конференция по судостроению, судоходству, оборудованию морских платформ и обеспечивающих их работу плавсредств, морская техника для освоения океана и шельфа. Тезисы конференции / ГНЦ ЦНИИ имени академика А.Н. Крылова.-СПб., 2001. - С.150-151.

14.Защита рабочих площадок, строений и причала МАП Восточный от техногенного воздействия загрязнением угольной пылью: Отчет о НИР (за-ключит.уДВГМА им. адм. Г.И. Невельского; Руководитель С.А. Огай -Владивосток, 2001. - 280 с. - Отв. исполн. А.С. Огай

15.Разработка рекомендаций по защите производственных площадей от ветрового запыления на примере защиты причала МАП от угольной пыли порта Восточный: Отчет о НИР (заключит.)/МГУ им. адм. Г.И. Невельского; Руководитель С.А. Огай -Владивосток, 2002. - 144 с. Отв. исполн. А.С. Огай

16. Огай А.С. Экспериментальные исследования ветровых потоков за проницаемым мягкооболочечным ветрозащитным экраном / А.С. Огай, С.А. Огай // Вестник Морского государственного университета. Проектирование и расчеты конструкций из мягких оболочек - Владивосток: МГУ им. адм. Г.И. Невельского, 2003. - С. 54-58.

Огай Алексей Сергеевич

РАЗРАБОТКА МЕТОДИК РАСЧЕТА И ВЫБОРА ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ МЯГКООБОЛОЧЕЧНЫХ ДОКОВЫХ УСТРОЙСТВ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

Отпечатано в типографии ИПК МГУ им. адм. Г.И. Невельского 690059, г. Владивосток, ул. Верхнепортовая, 50а

РНБ Русский фонд

2005-4 19933

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР КОНСТРУКЦИЙ И МЕТОДОВ РАСЧЕТА УСТРОЙСТВ, 11 ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ МИКРОКЛИМАТ НА СУДОРЕМОНТНЫХ

И СУДОСТРОИТЕЛЬНЫХ ОБЪЕКТАХ

1.1. Ветрозащитные закрытия

1.1.1. Конструкции ветрозащитных закрытий

1.1.2. Классификация ветрозащитных закрытий

1.1.3. Методики расчета функциональных параметров ветрозащитных 22 закрытий с

1.2. Закрытия судна, стоящего в доке, от осадков

1.2.1. Конструктивные схемы крыш доков

1.2.2. Конструкции локальных укрытий борта судна от осадков

1.2.3. Расчет элементов крыш доков и локальных укрытий борта судна 37 от осадков

1.3. Устройства для создания микроклимата на участке корпуса судна 40 в доке

1.3.1. Конструкции укрытий для создания микроклимата на участке 40 корпуса судна в доке

1.3.2. Расчеты элементов укрытий для создания микроклимата на 47 участке корпуса судна в доке

1.4. Вкладные мягкие емкости для обеспечения плавучести понтонов 47 плавучих доков

1.5. Цель и главные задачи работы

2. РАЗРАБОТКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА УСТРОЙСТВ, 50 ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ МИКРОКЛИМАТ И БЛАГОПРИЯТНЫЕ УСЛОВИЯ ТРУДА НА СУДОРЕМОНТНЫХ И СУДОСТРОИТЕЛЬНЫХ ОБЪЕКТАХ

2.1. Методика оценки качества и технического уровня устройств, 50 обеспечивающих микроклимат и благоприятные условия труда на судоремонтных и судостроительных объектах

2.2. Показатели качества и коэффициенты весомости устройств, 54 обеспечивающих благоприятные условия труда и микроклимат

2.3. Расчет количественных значений показателей

2.4. Выводы

3. ИССЛЕДОВАНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ КАЧЕСТВ 67 МЯГКООБОЛОЧЕЧНЫХ ПРОНИЦАЕМЫХ ВЕТРОЗАЩИТНЫХ ЭКРАНОВ

3.1. Воспроизведение качественной картины ветрового потока за 68 экраном

3.2. Измерения скоростей ветровых потоков за проницаемым 70 ветрозащитным экраном

3.3. Анализ экспериментальных результатов. Пересчет модельных 74 результатов на натуру

3.4. Натурные испытания ветрового потока за ветрозащитным экраном 89 в доке

3.5. Разработка принципиальных схем ветрозащитного закрытия 92 ц причала

3.6. Выводы

4. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ЛОКАЛЬНЫХ МЯГКООБОЛОЧЕЧНЫХ 100 УКРЫТИЙ И ОЦЕНКА ИХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ КАЧЕСТВ

4.1. Расчет несущей способности пневмопанельных элементов 101 локальных укрытий

4.1.1. Особенности свойств и расчетные схемы пневмопанельных 101 V несущих элементов локальных укрытий

4.1.2. Уравнения равновесия плоского аэромата

4.1.3. Расчет несущей способности плоских пневмопанельных 113 элементов локальных укрытий

4.2. Оценка функциональных качеств несущих пневмопанельных 120 элементов локальных укрытий

4.3. Расчет параметров пневматического уплотнительного бурта 125 4.4 Выводы 128 5. ВЛИЯНИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ МЯГКОЙ ЕМКОСТИ,

ВЛОЖЕННОЙ В ЖЕСТКИЙ ПРЯМОУГОЛЬНЫЙ ОТСЕК, НА НАЧАЛЬНУЮ ОСТОЙЧИВОСТЬ ПЛАВАЮЩЕГО ОБЪЕКТА

5.1. Поперечные наклонения отсека с мягкой емкостью, заполненной 129 жидкостью

5.2. Продольные наклонения отсека с мягкой емкостью, заполненной 139 жидкостью

5.3. Поперечные и продольные наклонения затопленного отсека с 148 мягкой емкостью, заполненной газом

5.4. Выводы 153 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 154 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Загрузка судоремонтных предприятий Дальневосточного региона России, многие из которых являются градообразующими, в условиях рыночных отношений является важной социально-экономической задачей. Привлечение судовладельцев на отечественные судоремонтные базы во многом определяется качеством предоставляемых услуг при оптимизации их стоимости. Значительную долю в текущем ремонте судов составляет доковый ремонт. При производстве докового ремонта судов в климатических условия Дальнего Востока России с большой продолжительностью периодов низких температур, повышенной влажности, сильных ветров приходится заниматься защитой доков от ветра, корпусов судов от осадков, создавать микроклимат в рабочих зонах. Поиск и реализация эффективных технических, технологических и организационных решений защиты доков от неблагоприятных климатических условий, которые бы при доковом ремонте судов не снизили качество всех технологических операций и не привели к удорожанию ремонтных работ, смогли бы продлить срок службы доков, является актуальной задачей.

Опыт применения мягкооболочечных конструкций показал эффективность их использования в качестве элементов укрытий, защищающих плавучие доки от ветра, осадков, создающих закрытые зоны для организации микроклимата. Уникальные свойства мягких оболочек, такие как легкость, трансформация и управление формой, технологичность изготовления и возведения, стойкость к атмосферным воздействиям, негорючесть, позволяют создать широкий набор вспомогательных конструкций для докового ремонта судов. Использование современных высокопрочных эластичных материалов и современных сварных технологий их соединения делают возможным эффективно применять мягкооболочечные конструкции в качестве уплотни-тельных элементов, несущих элементов конструкций укрытий с большим производственным циклом применения, вкладных емкостей для обеспечения плавучести и остойчивости крупных объектов.

Вместе с тем выбор оптимальных параметров мягкооболочечных конструкций укрытий, предназначенных для создания благоприятных климатических условий в доках, сдерживается отсутствием единого методологического подхода и простых методик расчета и выбора таких конструкций. Отсутствие комплексного подхода к оснащению доков вспомогательными мяг-кооболочечными конструкциями осложняет выбор эффективных и долговечных конструкций.

Наиболее эффективными ветрозащитными устройствами доков являются проницаемые мягкооболочечные экраны, создающие восходящий поток за собой и обеспечивающие за счет этого улучшенные ветрозащитные качества. Однако систематических исследований аэродинамических свойств этих, хорошо зарекомендовавших себя проницаемых мягкооболочечных ветрозащитных экранов с улучшенными ветрозащитными качествами, не проводилось. Также не выполнялось сравнительного анализа совокупности свойств ветрозащитных экранов различных конструкций. Это не позволяет проектировать на их основе ветрозащитные устройства любых размеров, тормозит расширение областей использования таких экранов для решения других задач, например, защиты от ветра открытых рабочих площадок судоремонтного и судостроительного производства, грузовых терминалов, складских площадок, транспортных магистралей.

Пневмопанельные конструкции позволяют создать модули локальных укрытий управляемой формы, обеспечивая надежные укрытия на участках корпуса судна со сложной геометрией. Кроме того, пневмопанельные конструкции одновременно создают хороший теплоизолирующий эффект. Это позволяет обеспечить комплексный подход к решению задачи создания микроклимата у борта судна в доке. Однако отсутствие простых методик расчета несущей способности пневмопанельных конструкций, критериев выбора наиболее эффективных устройств и технологий их использования в судоремонтных операциях составляет актуальную нерешенную задачу.

Защита борта судна в доке от осадков при нанесении лакокрасочных покрытий остается также нерешенной задачей. Применение уплотнительных конструкций многоразового использования требует разработки методик выбора оптимальных параметров мягкооболочечных элементов и является также важной нерешенной задачей.

Появившиеся в настоящее время высокопрочные мягкие материалы позволяют реально ставить задачу о применении вкладных мягких емкостей для ремонта доковых понтонов с большим сроком эксплуатации. Однако помимо технологических вопросов реализации такого инженерного решения, требуется разрешить ряд теоретических вопросов расчета параметров вкладных емкостей.

Научная новизна выполненных исследований состоит в том, что получены следующие результаты:

- разработаны критерии качества и методика выбора конструкций, которые позволяют комплексно решить проблему улучшения условий труда на судоремонтных и судостроительных объектах.

- выявлены закономерности получения увеличенной ветровой тени за проницаемым ветрозащитным экраном.

- разработаны методики выбора пневмопанельных конструкций в качестве несущих элементов локальных укрытий борта судна от осадков в доке, основанные на упрощенных расчетах их несущей способности.

- разработана методика выбора параметров мягкооболочечного уп-лотнительного устройства, защищающего борт судна от проникновения осадков;

- разработаны упрощенные методики расчета параметров вкладных мягких емкостей, обеспечивающих восстановление плавучести понтонов плавучих доков.

Практическая ценность работы состоит в разработке методики выбора эффективного комплекса вспомогательных конструкций для защиты судна в доке от неблагоприятного воздействия окружающей среды на основе показателей качества устройств.

Полученные в результате экспериментальных исследований поля скоростей за проницаемым ветрозащитным экраном составляют основу практических методик проектирования ветрозащитных устройств различного назначения.

Разработанные методики расчета элементов локальных укрытий судна от осадков и низких температур, позволяют осуществлять выбор их оптимальных параметров при проектировании.

Разработанные методики численного расчета параметров вкладных мягких емкостей позволяют осуществить проектирование технологии ремонта потерявших герметичность понтонов дока с помощью вкладных емкостей.

В первой главе диссертации произведен обзор конструкций, обеспечивающих закрытие от ветра, укрытие от осадков и создание микроклимата у борта судна стоящего в доке, а также рассмотрены методы расчета и экспериментальные исследования имеющихся устройств. На основе произведенного анализа разработана классификация ветрозащитных устройств и сформулирована цель работы, которая заключается в разработке методики выбора наиболее эффективных конструкции для защиты объектов от ветра, укрытия от осадков и создания особых микроклиматических условий. Поставлены следующие главные задачи:

- разработать показатели качества для каждого типа устройств и определить значения коэффициентов весомости каждого из показателей;

- экспериментально определить ветрозащитные свойства мягкооболочеч-ного проницаемого экрана, изменяющего направление потока и предложить методику определения параметров ветровой тени за натурным объектом;

- используя расчетные модели и уравнения равновесия ПГЖ, разработать методику определения допустимых нагрузок для пневмопанельных элементов укрытий от осадков;

- для локальных укрытий разработать методику оценки уплотнительных качеств конструкции в месте прилегания к объекту (борту судна);

- разработать упрощенную методику определения параметров мягких емкостей, вложенных в отсек - понтон плавучего дока для восстановления его герметичности.

Вторая глава посвящена разработке методики оценки качества и технического уровня конструкций, обеспечивающих благоприятные условия труда и микроклимат на объектах судоремонта и судостроения. Оценка производится по величине комплексного показателя качества на основе методов ква-лиметрии. Предложены показатели качества ветрозащитных устройств, устройств по защите от осадков и созданию микроклимата. Разработаны коэффициенты весомости каждого из показателей для выше перечисленных конструкций.

Третья глава диссертации посвящена экспериментальным исследованиям мягкооболочечного проницаемого экрана, изменяющего направление потока за собой вверх и за счет этого улучшающего ветрозащитные качества экрана. Экспериментальные исследования производились с целью определения функциональных показателей ветрозащитного устройства, т.е. протяженности и высоты ветровой тени за экраном. Введены понятия ветровой тени и зоны комфортности. Получена зависимость величины зоны комфортности в горизонтальном и вертикальном направлении от высоты мягкооболочечного проницаемого ветрозащитного экрана. Результаты эксперимента использованы при проектировании ветрозащитного экрана в порту Восточный для закрытия экологического причала МАП от техногенного воздействия угольной пыли.

В четвертой главе описаны расчетные схемы пневмопанельных конструкций (ППК), применяемых для укрытия борта судна от осадков и создания микроклиматических зон, обеспечивающих технологический процесс ремонта. Проанализированы особенности поведения ППК под нагрузкой. Разработана методика определения допустимых нагрузок на ППК, как основных количественных показателей для оценки технического совершенства конструкций из пневмопанелей. Для локальных укрытий разработана методика оценки параметров уплотнительных элементов, выполненных на основе пневматического бурта прилегающего к борту судна за счет избыточного давления воздуха в нем.

В пятой главе разработана методика численного определения параметров мягких вкладных емкостей, вложенных в прямоугольный отсек. В частности, рассмотрено влияние цилиндрической мягкой емкости, вложенной в жесткий прямоугольный отсек, на начальную остойчивость плавающего объекта. Рассмотренные задачи дополняют ряд решенных ранее другими авторами задач для вкладных мягких емкостей и обеспечивают теоретическую основу реализации технологии ремонта потерявших герметичность понтонов плавучих доков вложением в них мягких емкостей.

В заключении приводятся результаты, полученные в диссертации.

Работа содержит 165 страниц машинописного текста, 67 рисунков, 14 фотографий, 8 таблиц. Список использованных источников составлен из 101 наименования.

Диссертационная работа выполнена на кафедре теории и устройства судов Морского государственного университета имени адмирала Г.И. Невельского.

5.4. Выводы

Рассмотренные в главе задачи и их решения позволяют сделать следующие выводы:

1. Методика определения параметров мягких вкладных емкостей, основанная на численном решении систем линейных дифференциальных уравнений позволяет при минимуме вычислительных процедур получить достоверные решения.

2. Полученные зависимости для определения параметров вкладных емкостей позволяют подобрать такие их значения, при которых подвижность вкладной емкости будет оказывать минимальное воздействие на остойчивость плавучего дока.

3. Полученные решения подтверждают реальность применения вкладных мягких емкостей в качестве элементов для восстановления герметичности понтонов плавучих доков.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, в работе, посвященной научно обоснованному поиску и реализации эффективных технических решений защиты доков от неблагоприятных климатических условий и продления срока службы доков на основе применения конструкций из мягких оболочек, получены следующие основные результаты.

1. Проведен анализ мягкооболочечных конструкций, предназначенных для защиты доков от неблагоприятных климатических условий и обеспечивающих плавучесть и остойчивость доков. Сделан обзор методов их расчета.

2. Разработана классификация устройств, обеспечивающих защиту дока и ремонтируемого судна от ветра, осадков и низких температур.

3. Разработаны критерии оценки эффективности конструкций, защищающих судоремонтные и судостроительные объекты от неблагоприятных климатических условий, позволяющие выполнить выбор комплекса вспомогательных устройств.

4. На специально спроектированной и изготовленной экспериментальной установке получены картины визуализации потока и выполнены замеры скоростей за проницаемым и сплошным мягкооболочечными экранами.

5. Сформулированы понятия ветровой тени и зоны комфортности, которые применены для построения границы ветровой тени, создаваемой экранами.

6. Результаты экспериментальных исследований поля скоростей за проницаемым мягкооболочечным экраном применены при проектировании ветрозащитного устройства плавучего дока и укрытия причала от ветра.

7. Разработана методика выбора пневмопанельных конструкций в качестве элементов локальных укрытий борта судна от осадков и низких температур в доках, включающая расчеты параметров несущих пневмопанельных элементов укрытий.

8. Разработана методика выбора мягкооболочечных уплотнитель-ных элементов укрытия борта судна от осадков, включающая расчет параметров уплотнительного элемента, обеспечивающего непроницаемый контакт с бортом судна. Разработаны рекомендации по применению уплотни-тельных элементов в технологических операциях ремонта.

9. Разработана методика определения параметров мягких вкладных емкостей, основанная на численном решении систем линейных дифференциальных уравнений, которая позволяет при минимуме вычислительных процедур получить достоверные решения.

10. Полученные зависимости для определения параметров вкладных емкостей позволяют подобрать такие их значения, при которых подвижность вкладной емкости будет оказывать минимальное воздействие на остойчивость плавучего дока, что подтверждает реальность применения вкладных мягких емкостей в качестве элементов для восстановления герметичности понтонов плавучих доков.

1. Азовцев А.И. Долговременные воздухоопорные укрытия надежный путь создания цеховых условий труда в судоремонте. // Сообщение ДВВИМУ по судовым мягким оболочкам. - Владивосток, 1975. - Вып. 32. - С. 3 - 16.

2. Альбом течений жидкости и газа: Пер. с англ./Сост. М. Ван-Дайк.-М.: Мир, 1986.- 184 с.

3. Андрианов Ю.М. Квалиметрия в приборостроении и машиностроении / Ю.М. Андрианов, А.И. Субетто. Д., «Машиностроение», 1990, 122 с.5. • A.c. 1079540 (СССР). Ветрозащитное устройство плавучего дока/ Иванов Л.В., Финкель Г.Н. Опубл. в Б.И. 1984, № ю.

4. A.c. 1144937 (СССР). Устройство для защиты плавучего дока от ветра/ Мась Н.И., Южанников Г.Н. Опубл. в Б.И. 1985, № 10.

5. A.c. 1212868 (СССР). Торцовое закрытие плавучего дока/ Гундобин A.A., Гальченко И.С., Штейн Б.И. Опубл. в Б.И. 1986, № 7.

6. A.c. 1595739 (СССР). Ветрозащитное закрытие торца дока/ Огай С.А., Малышкин В.В. Опубл. 1990.

7. A.c. 710864 (СССР). Надувное ветрозащитное закрытие торцов плавучего дока/ Иванов Л.В., Андреев Н.Д., Федоров И.П. Опубл. в Б.И. 1980, №3.

8. A.c. 783116 (СССР). Ветрозащитное закрытие торца дока/ Друзь Б.И., Огай С.А., Финкель Г.Н. Опубл. в Б.И. 1980, № 44.

9. A.c. 796072 (СССР). Ветрозащитное торцовое закрытие плавучего дока/ Андреев Н.Д., Виноградов Е.С., Иванов Л.В. Опубл. в Б.И. 1979, № 45.

10. A.c. 1384472 (СССР). Ветрозащитное закрытие рабочего торца плавучего дока/ Финкель Г.Н., Власов Б.К., Мессерман С.И., Чалов С.А., Шильников В.А. Опубл. в Б.И. 1988, № 12.

11. A.c. 701913 (СССР). Ветрозащитное торцовое закрытие плавучего дока/ Виноградов Е.С., Иванов JI.B. Опубл. в Б.И. 1981, № 2.

12. A.c. 1018875 (СССР). Ветрозащитное торцовое закрытие плавучего дока/ Финкель Г.Н., Иванов Л.В. Опубл. в Б.И. 1983, № 19.

13. A.c. 1041412 (СССР) Ветрозащитное торцовое закрытие плавучего дока/ Иванов Л.В., Виноградов Е.С., Гиммельфарб Д.Е., Зорбиди В.Н. -Опубл. в Б.И. 1982, №.34.

14. A.c. 1175795 (СССР). Закрытие/ Дороговцев Н.И. Качановский С.М., Чистяков Л.А. Опубл. в Б.И. 1985, № 32.

15. A.c. 1622222 (СССР). Ветрозащитное закрытие/ Огай С. А., Малышкин В.В. Опубл. 1990.

16. A.c. 1562231 (СССР). Устройство для защиты дока от атмосферных явлений/ Гойзман М.Г., Мацилинский Е.Р. Опубл. в Б.И. 1990, № 17.

17. A.c. 500118 (СССР). Устройство для защиты плавучего дока от атмосферных осадков и ветра/ Иванов Л.В., Федоров И.П. Опубл. в Б.И. 1974.

18. A.c. 1449450 (СССР). Ограждение дока/ Финкель Г.Н., Огай С.А., Мессерман С.И. Опубл. в Б.И. 1989, № 1.

19. A.c. 1539135 (СССР). Перекрытие плавучего дока/ Максименко А.Н., Ткаченко Н.Ф., Максименко Е.А. Опубл. в Б.И. 1990, № 4.

20. A.c. 1117254 (СССР). Устройства для создания микроклимата на участке корпуса судна/ Габайдулин Ф.Х., Сангович С.М. Опубл. в Б.И. 1984, № 37.

21. A.c. 1368229 (СССР). Устройство для защиты от осадков нижней части докуемого судна/ Огай С.А., Друзь Б.И., Иванов Б.Д., Финкель Г.Н. -Опубл. в Б.И. 1988, №3.

22. A.c. 1418191 (СССР). Закрытие участка дока/ Финкель Г.Н., Иванов Б.Д., Огай С.А., Данилов В.К. Опубл. в Б.И. 1988, №31.

23. A.c. 706285 (СССР). Передвижная крыша дока/ Финкель Г.Н., Иванов Л.В., Огай С.А. Опубл. в Б.И. 1979, № 48.

24. A.c. 757388 (СССР). Крыша дока/ Огай С.А. и др. Опубл. в Б.И. 1980, №31.

25. A.c. 818955 (СССР). Крыша дока/ Огай С.А., Финкель Г.Н. Опубл. в Б.И. 1981, № 13.

26. Альтшуль А. Д. Гидравлика и аэродинамика: Учеб. пособие для вузов / А. Д. Альтшуль, П. Г. Киселёв. М., Стройиздат, 1975. - 323 с.

27. Беляев Ю. К., Основные понятия и задачи математической статистики / Ю. К. Беляев, В.П. Носко. М.: Изд-во МГУ, ЧеРо, 1998. - 192 с.

28. Бродский В.И. Влияние метеорологических условий на параметры микроклимата рабочих зон плавдоков. Судоремонт флота рыбной промышленности, 1978, № 37, С. 5-8.

29. Вайсман А. А. Градостроительство и ветер. СПб.: «Издательство Буковского», 2000. - 232 с.

30. Васильев В.И. Судостроительные материалы / В.И. Васильев, М.Б. Рощин, Е.В. Товстых. Л.: Судостроение, 1972. - 384 с.

31. Гамалеев В.В. Ветровая защита плавучих доков / В.В. Гамалеев, Э.В. Озолинь // Морской транспорт. Сер. Судоремонт: Технико-экономическая информация./ ЦБНТИ ММФ М. 1971. - Вып. 20.-14 с.

32. Грановский В.А. Методы обработки экспериментальных данных при измерениях / В.А. Грановский, Т.Н. Сирая. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1990.-288 с.

33. Девнин С.И. Аэродинамический расчет плохообтекаемых судовых конструкций. JI. «Судостроение», 1967. - 223 с.

34. Друзь Б.И. Воздухоопорная оболочка для укрытия доков. // Сообщение ДВВИМУ по судовым мягким оболочкам. Вып. 20. -Владивосток: ДВВИМУ, 1972. С. 27-45.

35. Друзь Б.И. Построение трехслойной модели цилиндрической пневмопанельной конструкции / Б.И. Друзь, С.А. Огай. // Исследования по судовым мягким и гибким конструкциям. Владивосток: ДВВИМУ, 1981. -С. 40-54.

36. Друзь Б.И. К теории пневмопанельных конструкций / Б.И. Друзь, С.А. Огай. // Исследования по судовым мягким и гибким конструкциям. -Владивосток: ДВВИМУ, 1981. С. 55-70.

37. Друзь Б.И. Напряженно-деформированное состояние цилиндрической пневмопанельной конструкции типа «аэромат» при статическом нагружении / Б.И. Друзь, С.А. Огай. // Судовые мягкие и гибкие конструкции. Владивосток: ДВВИМУ, 1983, С. 3-18.

38. Друзь Б.И Определение эффективных жесткостей пневмопанельных конструкций / Б.И. Друзь, С.А. Огай. // Тезисы VII Дальневосточной конференции по мягким оболочкам. Владивосток: 1983 С. 116-121.

39. Друзь Б.И. Осесимметричные мягкие емкости с равнонапряженной оболочкой под гидростатической нагрузкой / Б. И. Друзь, И. Б. Друзь, А. С. Огай // Проектировочные расчеты конструкций из мягких оболочек: Сб. науч. тр. Владивосток: ДВГМА., 1998. - С. 64-74.

40. Друзь И.Б. Остойчивость и продольные колебания цилиндрических мягких емкостей и оболочек / И. Б. Друзь, Б. И. Друзь, А. С. Огай. -Владивосток: издательство ДВГМА, 2001. 120 с.

41. Друзь И.Б. Системы дифференциальных уравнений для численных расчетов параметров цилиндрических мягких емкостей и оболочек / И. Б. Друзь, Б. И. Друзь, А. С. Огай // Мягкооболочечные конструкции: Сб. науч. тр. Владивосток: ДВГМА, 2001. - С. 3-20.

42. Дюрелли А. Экспериментальная механика: В 2 т. / Пер. с англ. М., Мир, 1990.-Т.2-550 с.

43. Ермолов В.В. Двухслойные эквидистантные оболочки под действием аэростатического давления // Труды МАРХИ. Строительная механика, расчет и конструирование сооружений. Вып. 4. 1972, С. 66-75.

44. Зайдель А.Н. Погрешности измерений физических величин. Л.: Наука, 1985.- 112 с.

45. Защита рабочих площадок, строений и причала МАП Восточный от техногенного воздействия загрязнением угольной пылью: Отчет о НИРзаключит.)/ДВГМА им. адм. Г.И. Невельского; Руководитель С. А. Огай -Владивосток, 2001. 280 с.

46. Иванов JI.B. Охрана труда при доковании судов в суровых климатических условиях / Л.В. Иванов, Г.Н. Финкель, И.П. Федоров. М.: Транспорт, 1980. - 150 с.

47. Исследования методов и разработка средств защиты плавучих доков от ветра и осадков для улучшения условий труда на доках. Отчет о НИР (заключит.) / ЛЕННИИПРОЕКТ; Руководитель Л. В. Иванов - ГР № 30008 -ВН; Инв № Т-20370. Ленинград, 1977 - 96 с.

48. Кочин Н.Е Теоретическая гидромеханика / Н.Е. Кочин, И.А. Кибель, Н.В. Розе, ч I. М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1963 - 584 с.

49. Лаврентьев М.А. Проблемы гидродинамики и их математические модели / М.А. Лаврентьев, Б.В. Шабат. М.: Наука, 1977. - 408 с.

50. Луканин В.Н. Теплотехника / В.Н. Луканин, М.Г. Шатров, Г.М. Камфер. М.: Высш. шк., 2000. - 671 с.

51. Магула В.Э. Судовые эластичные конструкции. Л.: Судостроение, 1978.-263 с.

52. Магула В.Э. Теория и устройство судов. / В.Э. Магула, Б.И. Друзь, В.Д. Кулагин. М.: Морской транспорт, 1963. - 495 с.

53. Меграбов Г.А. Методы повышения эффективности использования судоподъемных сооружений и сокращение сроков докования судов / Г.А. Меграбов, A.M. Яковлев. М.: Мортехинформреклама, 1987. - 50 с.

54. Методические основы нормирования труда в народном хозяйстве. -М.: Экономика, 1986.

55. Методические рекомендации по определению сравнительной экономической эффективности новой техники. М.: Знание, 1989. - 34 с.

56. Мхитарян A.M. Аэродинамика. М.: Машиностроение, 1976. - 448 с.

57. Новицкий П.В. Оценка погрешностей результатов измерений / П.В. Новицкий, И.А. Зограф. Л.: Энергоатомоиздат, 1985. - 248 с.

58. Огай A.C. Ветрозащитные экраны / A.C. Огай // Молодежь и научно-технический прогресс: Сб. докладов региональной научно-технической конференции ДВГТУ Владивосток, 2000. - С. 150-153.

59. Огай С.А. Континуальная схема расчета пневмопанельных оболочек // Сообщения ДВВИМУ по судовым мягким оболочкам. Владивосток: ДВВИМУ, 1980.-Вып. 38.-С. 135-142.

60. Огай С.А. Уравнение статического равновесия плоского «аэромата» // Исследования по судовым мягким и гибким конструкциям. — Владивосток: ДВВИМУ, 1982. С. 29-38.

61. Огай С.А. Поперечное обжатие плоского «аэромата». // Тезисы седьмой дальневосточной конференции по мягким оболочкам. Владивосток: ДВВИМУ, 1983. С. 112-115.

62. Огай С.А. Расчет пневмопанельных конструкций при статических нагружениях Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, ДВВИМУ, Владивосток. - 1984.

63. Огай С.А. Теория и расчет пневмопанельных конструкций / С.А. Огай, Б.И. Друзь. Владивосток: Издательство Дальневосточного университета, 1994.- 180 с.

64. Опыт разработки обогреваемых зон для окрашивания корпусов судов в доках // Морской транспорт. Сер. Судоремонт: Экспресс-информ. М. 1986. - Вып. №3 (552).

65. Повышение эффективности использования плавучих доков МРХ СССР. Отчет по НИР Калининградского высшего инженерного морского училища, Калининград, 1974.

66. РД 31.83.06-83 Рекомендации по выбору типов, количества и расположения ветрозащитных устройств на плавучих доках. М.: Мортехинформреклама, 1984. - 31 с.

67. Русецкий A.A. Оборудование и организация гидроаэродинамических лабораторий. J1. «Судостроение», 1975. - 151 с.

68. Седов Л.И. Плоские задачи гидродинамики и аэродинамики. — М.: Наука, 1966.-448 с.

69. Седых В.И. Технология судоремонта. / В.И. Седых, O.K. Балякин -Владивосток: Интермор, 1996. -419 с.

70. Справочник по сопротивлению материалов / Писаренко Г.С., Яковлев А.П., Матвеев В.В.; Отв. ред. Писаренко Г.С. 2-е изд., перераб. и доп. -Киев; Наук, думка, 1988.-736 с.

71. Строительные нормы и правила. Нормы проектирования. СНиП П-М. 1-71. -M.: Стройиздат, 1971.

72. Создание зон микроклимата при производстве докового судоремонта //Технический отчет по научно-исследовательской работе. — Жданов, 1973. 20 с.

73. Создание микроклимата в доках (Опыт Ждановского СРЗ). // Сер. Судоремонт: Экспресс-информ. / ЦБНТИ ММФ. 1976. - Вып. 13 (362).

74. Справочник по гидравлике / Под ред. В.А. Болшакова. 2-е изд., перераб. и доп. - К.: Вища шк. Головное изд-во, 1984. - 343 с.

75. Судовые мягкие емкости // В.Э. Магула, Б.И. Друзь, В.Д. Кулагин, Е.П. Милославская, М.В. Новоселов. JL: Судостроение, 1966. - 287 с.

76. Техническое предложение № 02-9-020 на поставку защитного ограждения для открытых складов угольного комплекса порта Восточный. Марубени Корпорейшн, Ниппон Конвейер Ко.ЛТД, 1989.

77. Типовая методика по определению тяжести ручного физического и монотонного труда. М.: Экономика, 1987.

78. Трешевский В.Н., Аэродинамический эксперимент в судостроении. / В.Н. Трешевский, Л.Д. Волков, А.И. Короткин Л.: Судостроение, 1976. -192 с.

79. Финкель Т.Н. Прогрессивные методы докового ремонта. -. М.: Пищевая промышленность, 1978. 240 с.

80. Хордас Г.С. Расчеты общесудовых систем: Справочник. Л.: Судостроение, 1983. - 440 с.

81. Яловой Н.С. Оптимизация конструкций и показатели качества машин. М.: Издательство стандартов, 1988. - 287с.

82. Sergey A. Ogai, Alexey S. Ogai. Pneumo-panel structures for marine fleet. Proceeding of the Fourteenth Asian Technical Exchange and Advisory Meeting on

83. Marine Structures/ -18-21 September 2000, Far Eastern State Technical University, Russia.-C. 168-175.

84. Sergey A. Ogai, Alexey S. Ogai. Pneumo-panel structures for marine fleet. Proceeding of the Twelfth Asian Technical Exchange and Advisory Meeting on Marine. Structures/ -9-6 july 1998, Kanazawa Institute of Technology, Japan. C. 365-372.

85. Bulson P.S. The behavior of some experimental inflated structures. Pros. 1-st Int. Coll. on pneumatic structures, IASS. Stuttgart, 1067, p. 68-77.

86. Nach W.A. Ho F.H. Nonlinear free transverse vibrations of inflatable shallow shells. Proc. 1-st Int. Coll. on pneumatic structures. IASS. Stuttgart, 1967, p. 34-47.

87. Szilard R. Pneumatic structures for lunar bases. Proc. 1-st Int. Coll. on pneumatic structures. IASS. Stuttgart, 1967, p. 34-47.

88. Tutt F.J.H. The effect of concentrated load bearing inflatable structures. IASS. International Symposium on Pneumatic Structures. Delft, 1972.

89. Ishii Kazuo. Structural design of pneumatic structures. Tokyo, 1977, (in Japanies).