автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.04, диссертация на тему:Восстановление прочности изношенных судовых конструкций методом установки накладных листов

На правах рукописи

Мамонтов Андрей Игоревич

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ ИЗНОШЕННЫХ СУДОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ МЕТОДОМ УСТАНОВКИ НАКЛАДНЫХ ЛИСТОВ

05 08.04 - Технология судостроения, судоремонта и организация судостроительного производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

OQ3445655

Владивосток 2008

003445655

На правах рукописи

Мамонтов Андрей Игоревич

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ ИЗНОШЕННЫХ СУДОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ МЕТОДОМ УСТАНОВКИ НАКЛАДНЫХ ЛИСТОВ

05 08 04 - Технология судостроения, судоремонта и организация судостроительного производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Владивосток 2008

Работа выполнена в Дальневосточном государственном техническом университете (ДВПИ им В В Куйбышева)

Научный руководитель Заслуженный работник высшей

школы РФ, доктор технических наук, доцент Аносов Анатолий Петрович

Официальные оппоненты

доктор технических наук, доцент Москаленко Михаил Анатольевич кандидат технических наук, профессор Казанов Геннадий Тимофеевич

Ведущая организация Дальневосточный научно-исследовательский,

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

Защита диссертации состоится 1 октября 2008г в 14 00 на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 223 005 01 при Морском государственном университете имени адмирала Г И Невельского 690059, г Владивосток, ул Верхнепортовая, 50а, ауд 241 УК 1, тел/факс +7 (4232) 414-968

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УК 1 Морского государственного университета им адм Г И Невельского

Автореферат разослан 22 августа 2008 г

Ученый секретарь /Л //

диссертационного совета ¡//и*^^^^ Резник А Г

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы

Проблема восстановления прочности корпусов судов и кораблей является непреходяще актуальной Ее решение осуществляется разными способами, в том числе и при помощи накладных листов

Необходимость подкрепления судовых пластин накладными листами возникает в процессе эксплуатации, т к листовые связи корпуса обладают разным уровнем прочности из-за различия в действии внешних нагрузок, износа, ошибок проектирования и тд Например, надводный борт, фальшборт и палубный стрингер в оконечностях не всегда выдерживают нагрузки при швартовках Замена с восстановлением конструкций до построечных размеров там, где проявляются недостатки проектирования, экономически нецелесообразна Районы корпуса судна, не обеспечивающие достаточной прочности в начале эксплуатации, следует подкрепить или модернизировать при ремонте

Подкрепление накладными листами считается более эффективным, чем балками, т к оно обладает рядом прочностных и технологических достоинств Благодаря опиранию по всему контуру или по большей его части, листы обладают высокой несущей способностью, т к под действием внешней нагрузки изгибаются в двух направлениях, и их сопротивление деформациям используется значительно эффективнее, чем в балках

Подкрепление накладными листами является наиболее простым способом увеличения местной прочности судовых конструкций и эффективным средством повышения общей прочности корпусов судов, особенно в тех случаях, когда для продолжения эксплуатации судна необходимо незначительное увеличение момента сопротивления, тк требует меньших затрат труда и материалов, чем замена изношенных конструкций

Задача увеличения прочности этим способом сопряжена с применением простых и удобных инструкций, позволяющих технологу-судоремонтнику рассчитать параметры накладных листов Такие инструкции созданы, например, в 1989г в ДВПИ им В В Куйбышева «Методика комплексной оценки технического состояния и выбора способа ремонта изношенно деформированных пластин наружной обшивки судов», в 1991 г в ЦНИИМФ «Технологическая инструкция по ремонту корпусных конструкций с применением накладных листов ЖУТ 24 - 004 - 90» В этих документах остались незатронутыми некоторые вопросы, связанные с применением накладных листов

Данная работа направлена на восполнение этого пробела и расширение диапазона применения накладных листов при ремонте и реконструкции судовых корпусов, ликвидацию неопределенности влияния процессов, взаимодействия пластины и накладного листа, на прочность и надежность

В ходе исследования были рассмотрены следующие варианты поведения материала пластины с накладным листом

1. Материал пластины с накладным листом - упругий

Рассмотрено напряженно-деформированное состояние пластины с накладным листом при действии поперечной нагрузки я0 или сжимающих усилий Т

Сначала рассматривалась длинная пластина с накладным листом (пластина с накладным листом при отсутствии краевых эффектов от коротких сторон опорного контура), затем - квадратная пластина с накладным листом

Поперечная нагрузка, при которой в системе возникает фибровая текучесть, называется далее нагрузкой фибровой текучести Пластина с накладным листом обладает достаточной гибкостью, поэтому продольные сжимающие усилия вызывают фибровую текучесть при значительном деформировании, те в области потери устойчивости Усилия, вызывающие потерю устойчивости, названы эйлеровыми усилиями системы Тэ

2. Материал пластины с накладным листом - жестко-пластический

Рассмотрено разрушение пластины с накладным листом в предельном состоянии при действии поперечной нагрузки Нагрузка, вызывающая образование кинематического механизма, называется далее предельной

Сначала рассмотрена квадратная пластина с накладным листом, затем - длинная (пластина с накладным листом при отсутствии краевых эффектов от коротких сторон опорного контура)

3. Материал пластины с накладным листом - упруго-пластический

Рассмотрено замерзание воды между поверхностями пластин В зависимости от размеров пластины с накладным листом при замерзании возможно как упругое, так и пластическое деформирование Во втором случае несколько циклов «замерзания - оттаивания» могут привести к отрыву накладного листа (разрушающее влияние распора), Определены размеры накладного листа, очерчивающие границу этих состояний

Цель работы - разработка основ методики применения накладных листов для повышения прочности поврежденных судовых пластин, позволяющей снизить стоимость и трудоемкость судоремонта

Достижение цели основано на изучении напряженно-деформированного состояния пластины с накладным листом и определении размеров накладного листа, в которых его применение приводит к требуемому результату

Для этого в работе решались следующие задачи

1 Устанавливались величины эйлеровых усилий, нагрузки предельной и фибровой текучести в зависимости от геометрических характеристик пластины, подкрепленной накладным листом, и соединяющих их сварных швов

2 Выявлялся диапазон размеров накладного листа и изношенной пластины, в котором достигается увеличение прочности и замерзание воды в зазоре между ними не вызывает появления пластических деформаций

3 Разрабатывались основы методики расчета размеров накладного листа для обеспечения эффективного подкрепления поврежденной пластины

Объект исследования: изношенная судовая пластина с установленным на ней накладным листом

Предмет исследования: зависимость прочностных характеристик конструкции от размеров изношенной пластины и накладного листа, с которым соединена первая, и элементов их соединения К прочностным характеристикам относили эйлеровы усилия, нагрузку предельную и фибровой текучести, размеры, при которых разрушающее влияние оказывает распор, возникающий при замерзании воды между изношенной пластиной и накладным листом

Методы исследования

1. Упругая модель материала - использован метод граничных элементов с пошаговым возрастанием поперечной нагрузки и сжимающих усилий Граничные элементы получены путем решения задачи Коши с применением метода В 3 Власова При расчете на устойчивость применен асимптотический, а для проверки - статический метод

2. Жестко - пластическая модель материала - использованы статический и кинематический методы определения предельных нагрузок. Для их реализации применялись минимальное и максимальное свойства действительного поля скоростей

3. Упруго - пластическая модель материала - использованы методы теории упругости и предельного равновесия

Научная новизна и практическая ценность работы заключается в разработке основ инженерной методики выбора размеров накладного листа для восстановления прочности поврежденных пластин при различных эксплуатационных нагрузках и в обосновании возможности применения применения простого и экономически выгодного метода ремонта поврежденных судовых пластин с помощью накладных листов

На защиту выносятся следующие основные результаты работы

1 Рекомендации по выбору размеров накладного листа и увеличению прочности длинной изношенной пластины при сжатии

2 Рекомендации по выбору размеров накладного листа и увеличению прочности длинной изношенной пластины при действии поперечной нагрузки

3 Рекомендации по выбору размеров накладного листа и увеличению прочности квадратной изношенной пластины при сжатии

4 Рекомендации по выбору размеров накладного листа и увеличению прочности квадратной изношенной пластины при действии поперечной нагрузки

5 Рекомендации по выбору размеров накладного листа и увеличению прочности квадратной изношенной пластины в пластической стадии при действии поперечной нагрузки

6 Рекомендации по выбору размеров накладного листа и увеличению прочности длинной изношенной пластины в пластической стадии при действии поперечной нагрузки

7 Рекомендации по выбору размеров накладного листа, при которых отсутствуют повреждения при замерзании воды в зазоре между ним и поврежденной пластиной

Достоверность научных положений и рекомендаций обоснована общепринятыми апробированными исходными теоретическими положениями, исследованиями на гранично-элементарной модели, сравнением и соответствием результатов, полученных в работе, с результатами, базирующимися на альтернативных методах расчета Апробация работы

Основные положения и результаты исследований доложены и обсуждены на научно-технических конференциях в 2007 - 2008 гг (Региональная научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и научно-технический прогресс», г Владивосток, апрель 2007 г, Всероссийская научно-техническая конференция «Приоритетные направления развития нуки и технологий» (доклады размещены на сайте www semikonf ru), июнь 2007 г, научно-техническая конференция по строительной механике корабля, посвященная памяти П Ф Папковича (г Санкт-Петербург), сентябрь 2007 г , научная конференция «Вологдинские чтения» по естественным наукам, машиностроению, кораблестроению и океанотех-нике, г Владивосток, ноябрь 2007 г

Получен акт от ОАО «Приморский завод» о внедрении научно-исследовательской разработки Публикации

По теме научно - квалификационной работы опубликовано 7 научных статей

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обосновывается актуальность темы научно-квалификационной работы, формулируется предмет и направления исследований, приводится общая характеристика и краткое содержание работы Общая схема работы представлена на рис 1

В первой главе «Анализ повреждений пластин и способов их устранения» выполнены обзор работ, посвященных повреждениям листов обшивки, и анализ причин появления таких повреждений

Отмечается, что при плавании судов на волнении разрывы листов обшивки возникают, главным образом, в местах износа При большом износе толщины обшивки оказываются недостаточными для сопротивления эксплуатационным нагрузкам и происходит их разрушение или деформирование Массовые деформации связей корпусов при длительном действии переменных нагрузок являются причиной образования трещин в обшивке Например, по исследованиям Н Ф Ершова и О И Свечникова, водотечность являлась следствием сильного износа и больших деформаций, приводивших

АНАЛИЗ ПОВРЕЖДЕНИЙ КОНСТРУКЦИЙ, НОРМАТИВНЫХ ДОКУМЕНТОВ, РЕГЛАМЕНТИРУЮЩИХ ИХ _УСТРАНЕНИЕ, И СПОСОБОВ УСТРАНЕНИЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ_

10Г

л

-| Д'нпшлп пчастипа |

I УПРУГАЯ МОДЕЛЬ МАТЕРИАЛА

| С'жи мающие ус илия\

1.

Шарнирная опора

Жесткая >аде!ка

¡Поперечная иигружа |

\1/

Л

1 Квадратная тастнна

¡Сжимающие уси.и1я\

Шарнирная опора

Жесткая ¡а<)е 7 ка

ЗЕ

^Шарнирная ¡опора

Жесткая ,аде 1ка

1321

|Поперечная пагру ¡ка \

Шарнирная опора

Жесткая ¡адспка

Обработка данных построение графиков

Рекомсдацип по выбор\ рачмсров и \ вечпчеппю прочности

_______________________А_______________________

II ЖЕСТКО - ПЛАСТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ МАТЕРИАЛА (Поперечная нагру ¡ка, жесткая ¡аделка)

(Квадратная пластина| | Дшинлн пчистима | |Расчет предетыюп нагр\ зкп|

[ ()оработка дапнич построение графиков

1-^-1 | Рекомедацни по выбор\ рашеров и \ вечиченню прочности |

^ Ш УПРУГО - ПЛАСТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ МАТЕРИАЛА)

IРаспор при замер ниши ь оды)

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИИ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ РАЗМЕРОВ НАКЛАДНОГО ЛИСТА

Рис 1. Структурная схема работы

к образованию трещин Значения толщин, при которых резко возрастало количество разрывов, составляло 3-4 мм, для морских - менее 5 мм Существенную неопределенность в прогнозирование повреждений вносит процесс прогрессирования износа Как правило, существует взаимное влияние износа на деформации, трещинообразование и, наоборот

Деформации и локальный износ, и связанные с ними замены листов не позволяют реализоваться общим износам, которые предусмотрены нормативными документами на конец срока службы судна В результате - неоправданные затраты материалов и труда при постройке

Далее в работе выполнен анализ нормативных документов, регламентирующих предупреждение появления повреждений и способы их устранения

Восстановление поврежденных конструкций заменой их элементов иногда понижает надежность, ведет к большому объему сборочно-сварочных работ, к появлению сварочных напряжений и увеличению расхода основных и сварочных материалов и энергии В связи с тем, что контроль внутренних дефектов сварных швов осуществляется выборочно, возможен их частичный пропуск, что снижает усталостную прочность конструкций Таким образом, уменьшение объема сборочно - сварочных работ будет способствовать повышению работоспособности конструкций

По мнению Г В Бойцова, одной из причин, заставляющих увеличивать массу корпуса судна ледового плавания, является необходимость обеспечения прочности при эксплуатации судов во льдах

В работах В А Бабцева, Н В Барабанова, О И Братухина, В А Кулеша, Ю Ф Литвинова, Г П Шемендюка и др отмечается, что с учетом случайности и локальности ледовых повреждений увеличения металлоемкости можно избежать применением накладных листов в качестве «страхующего фактора» Их применение создает различный уровень надежности конструкций - от временной меры или «страхующего фактора» с пониженной прочностью до уровня прочности замененной конструкции и выше

Как отмечалось в работах А А Алексюка, В А Кулеша и Г П Шемендюка, недостаточные знания о степени эффективности способа ремонта, альтернативного замене конструкции - одна из основных причин ограниченного применения накладных листов Значение проверки в натурных условиях плавания трудно переоценить, однако, при современном развитии методов расчета конструкций в области больших деформаций можно устранить многие препятствия для их применения

Способ ремонта корпусных конструкций накладными листами обладает многими технологическими преимуществами и при соответствующем обосновании имеет право на существование Приведены положительные примеры применения накладных листов при ремонте судов, а также в основном положительное мнение представителей большинства инспекций Регистра судоходства по этому поводу

Вторая глава «Восстановление прочности длинной изношенной пластины при сжатии» посвящена решению задачи расчета прочности длинной пластины с накладным листом при отсутствии краевых эффектов и действии сжимающих усилий в плоскости изношенной пластины За критерий прочности принимались эйлеровы усилия Тэ

Для определенных (базовых) размеров опорного контура изношенной пластины рассчитаны зависимости Тэ от длины накладного листа Ь 2 с различными базовыми значениями его толщины Ь2 Расчетная схема приведена на рис 2, а результаты расчета для базовой толщины накладного листа, равной толщине изношенной пластины - на рис 3 (свободная заделка)

Рис 2 Длинная изношенная пластина с накладным листом а - изометрия и выделение среднего сечения, б - принятые обозначения, действующие усилия и условия закрепления в случае жесткой заделки изношенной пластины, в - условия закрепления в случае шарнирной опоры изношенной пластины

Расчеты для различных базовых размеров подкрепляемой пластины и анализ их результатов позволили предложить пересчет полученных зависимостей при помощи масштабных коэффициентов

Масштабный коэффициент для пересчета зависимостей эйлеровых усилий Тэ от длины накладного листа Ц вдоль оси абсцисс

а вдоль оси ординат

к. =

_ Ь,(У) +Ь](У)

Х~Т + Г ' ()

'"'ЦХ) т '-'З(Х)

(4)

/. . \ ^1(Х) '-'ЭХ) 2 (ь Л 1<У)

I +1 V •<*) 'т )

где У - символ, обозначающий любой произвольный, существующий на практике размер, X - символ, обозначающий исходный размер, для которого уже существуют построенные зависимости Пример 1

Определить размеры накладного листа для верхней палубы с поперечной системой набора при следующих исходных данных

остаточная толщина настила к концу срока службы, Ьн 4 0 мм, запас на коррозию, ДЬ 2 0 мм,

допускаемая остаточная толщина, [в,] 5 8 мм,

шпация поперечного набора, а 700 мм,

предел текучести материала, ат 23 5 кГс/мм2

Снижение погонной величины эйлеровых усилий за счет уменьшения толщины к концу срока службы Ьн, по сравнению с допускаемой [б,], равно

я2 Е Г г -р и Зч 20000 ,с»3 лЗч АТ э=-г-— ([Б,! -Ьн ) =---— (5 8-4') =

Э 12 а2 (1-ц2) 12 700 (1-0 32)

= 4 84 кГс/мм

При помощи масштабных коэффициентов пересчитывается график, рассчитанный для базовых размеров изношенной пластины и базовой толщины накладного листа Так получен рис 3, на котором толщина изношенной пластины и накладного листа 4 мм (равна Ь„) Для выбора длины накладного листа применяется кривая зависимости Т э, показанная на этом же рисунке

Чтобы восполнить снижение эйлеровых усилий надо к значению Тэ =2 36кГс/мм, соответствующему длинной пластине с размерами ахЬн=700х4мм без накладного листа (Ь,=0, рис 3), прибавить ДТЭ=4 84 кГс/мм Получим 7 20 кГс/мм Этому значению на рис 3 соответствует пластина 700 x4 мм с накладным листом длиной 204 2 мм (умножение на 2 обусловлено симметрией схемы на рис 2) и толщиной 4 мм С учетом надбавки на износ и некоторого округления окончательно принимаем размеры накладного листа 410x6 мм

Показано, что в случае отсутствия краевых эффектов от коротких сторон опорного контура, потеря устойчивости изношенной пластины проис-

ходит с контактом между ней и накладным листом, поэтому значения усилий потери устойчивости возрастают Особенно явно контакт между ними проявляется, когда на нижнюю пластину действует поперечная нагрузка 11 8

\г и м м ✓ >--

у /

/ /

/ /

/

\

4 // м

1 1 7 52 5 93 3 134 175

216 257 204 мм

298 338 Ь I, мм

Рис 3 Зависимость эйлеровых усилий от длины накладного листа при его толщине 4 мм, полученная путем применения масштабных коэффициентов

В результате расчета в соответствии со схемой, показанной на рис 2, который выполнен с учетом равенства в 6 = б 9, физически представляющим жесткую связь между изношенной пластиной и накладным листом, показано, что контакт увеличивает усилия потери устойчивости в 1 5 - 2 раза (штриховая кривая, рис 3)

В третьей главе «Восстановление прочности длинной изношенной пластины при действии поперечной нагрузки» выполнен расчет прочности длинной пластины при отсутствии краевых эффектов с накладным листом (рис 2) под действием поперечной равномерно распределенной нагрузки Тв к 0 Критерием прочности при этом являлась нагрузка я кр, соответствующая возникновению напряжений фибровой текучести в одном из элементов расчетной схемы Напряжения фибровой текучести принимались равными 23 5 кГс/мм2 (сталь РСА)

Варьировались основные геометрические характеристики элементов пластины, подкрепленной накладным листом, тип ее заделки на опорном контуре и принцип выбора соединительного элемента, моделирующего сварное соединение - «в зависимости от того, что больше» и «в зависимости от того, что меньше» (толщина пластины или накладного листа)

Нагрузка, при которой между поверхностями пластин возникал контакт, а разница прогиба верхней и нижней пластин была равна принятому зазору, обозначалась как ц сохт

Результаты расчета получены в виде графиков зависимостей ^¡(р и Я соыт от длины накладного листа Ь, для базовых размеров изношенной пластины Зависимости Якр от длины накладного листа Ь, показаны на рис 4

Выполненные расчеты для различных базовых размеров подкрепляемой пластины позволили проводить пересчет полученных зависимостей, как и ранее, при помощи масштабных коэффициентов -з

qкг 10, кГс/мм

23 47 70 93 117

210 257 298 ММ/

303 327 350

Ь1, мм

Рис 4 Зависимости Цкр от длины накладного листа для различных значений его толщины (штрихпунктирные - с учетом контакта) Зависимости получены из графиков, рассчитанных для базовых размеров, путем применения масштабных коэффициентов (5) и (6)

Масштабный коэффициент для пересчета зависимостей нагрузки фибровой текучести q кр от длины накладного листа Ь, вдоль оси абсцисс равен

х"ь +Ь

(X) т 1-'3(Х)

вдоль оси ординат

ку =

^1(Х) + 1^3 X)

(У) + Ьз (У)

П1(У)

(5)

(6)

Масштабный коэффициент для пересчета зависимостей нагрузки, вызывающей появление контакта между поверхностями пластин, цсоэт от длины накладного листа Ь, вдоль оси абсцисс определяется по формуле (5), а вдоль оси ординат по формуле

'т V (ь V

(7)

(Т I ^ 4 (. \ П|(У)

сокт

Графики полученных зависимостей путем применения масштабных коэффициентов позволяют выбирать оптимальные размеры накладного листа по критерию нагрузки фибровой текучести, исходя из конкретных условий заделки, типа соединения и конкретных размеров изношенной пластины

Далее в главе рассмотрены принципы учета контактного взаимодействия при расчете пластины, подкрепленной накладным листом, по критерию нагрузки фибровой текучести

Взаимодействие ее с накладным листом моделировалось переходом условия закрепления б 6 ф б 9 к условию б 6 = э 9 на рис 2 При этом переходе напряжения, достигнув определенного уровня, начинают изменяться по другому закону

В работе разработаны принципы расчета смещения линий графиков, обусловленного предварительным закрытием зазора между подкрепляемой пластиной и накладным листом, и учет нелинейных эффектов при их расчете по критерию нагрузки, при которой возникают напряжения фибровой текучести

Пример 2 Определить размеры накладного листа для верхней палубы с поперечной системой набора при следующих исходных данных

остаточная толщина настила к концу срока службы, Ьн 3 0 мм, запас на коррозию, ДЬ 2 0 мм,

допускаемая остаточная толщина, [б,] 6 0 мм,

шпация поперечного набора, а 700 мм,

предел текучести материала, стт 23 5 кГс/мм2

Подкрепляемая длинная пластина имеет размеры 700 х 3 0 мм

По приведенной в главе диаграмме определяется, что контакт между ней и накладным листом будет происходить по достижении нагрузкой фибровой текучести максимальных значений, поэтому расчет выполняется с учетом контактного взаимодействия

Снижение нагрузки, при которой возникает фибровая текучесть за счет уменьшения толщины к концу срока службы Ьн, по сравнению с допускаемой [б, ], равно

АЧкрЦ ^ (1-Ц2) = (1-032) (602 -3 02) =

За 3 700

= 157 10~3 кГс/мм2 При помощи масштабных коэффициентов (5) и (6) пересчитывается график, рассчитанный в главе для базовых размеров изношенной пластины (длина 600 мм и толщина 10 мм) и различных базовых толщин накладного листа Так получим графики, показанные на рис 4, где штрихпунктирными линиями представлены зависимости нагрузки фибровой текучести яКР от длины накладного листа Ь, с учетом жесткой связи между ним и подкрепляемой пластиной с начала нагружения (сплошными - при ее отсутствии) Масштабные коэффициенты (5) и (6) для пересчета зависимостей

~ * а 700 , вдоль осей абсцисс и ординат равны соответственно кх =-=-= 1 167,

Для восполнения снижения нагрузки фибровой текучести следует к значению 5 24 Ю^1 кГс/мм2, соответствующему пластине с размерами а х Ьн = 700 х 3 мм без накладного листа, прибавить

Д я кр= 1 57 10~3 кГс/мм2 Получим 2 09 10~3 кГс/мм2 Этому значению на рис 4 соответствует пластина 700 x3 мм с накладным листом длиной 2 298 мм (умножение на 2 обусловлено симметрией схемы на рис 2), толщиной 6 и 9мм Наметим для принятия 6 мм

С начала нагружения отсутствовала жесткая связь между изношенной пластиной и накладным листом, которая возникает после закрытия зазора, поэтому необходимо проверить понижение нагрузки фибровой текучести с учетом закрытия между ними зазора в процессе нагружения Для этого используется формула, разработанная и приведенная в главе Рассматривается линия графика, соответствующего толщине накладного листа 6 0 мм, и двум значениям его длины Ь , = 327 мм и Ь , =338 мм Подробный пример расчета приведен в заключительной главе диссертации Результатом расчета является смещение линии для Ь4 = 6 0 мм в точках Ь, = 327 мм и Ь, = 338 мм

на 3 31 кГс/мм2 и 2 94 кГс/мм2 соответственно, которое отражено на рис 4 (смещенная линия)

Из рис. 4 следует, что при длине накладного листа 2 • 298 мм смещение линии зависимости ц кр от длины Ь , не влияет на значение нагрузки фибровой текучести q кр =2.09-10^ кГс/мм2, поэтому оставляем выбранную длину накладного листа и его толщину. При большей длине накладного листа значение ц КР уменьшается в соответствии со смещенной линией. При большей длине накладного листа (Ь, около 350 мм) нагрузка фибровой текучести менее 2.09-Ю-3 кГс/мм", поэтому применять длинный накладной лист толщиной 6 мм не рекомендуется.

С учетом надбавки на износ и некоторого округления окончательно принимаем размеры накладного листа 600x8.0 мм.

Целью учета нелинейных эффектов в пластине, подкрепленной накладным листом, являлось выявление ее размеров, при которых целесообразно применять накладной лист с толщиной Ь4 >Ь,, Ь4 >Ь,/2 и Ь4 >Ь,/3. Результат представлен на рис. 5.

Сначала засматривалась шарнирная опора подкрепляемой пластины на опорном контуре.

При размерах изношенной пластины, соответствующих попаданию в область над линией, описываемой зависимостью (8) на рис. 5, толщина накладного листа может быть меньше половины ее толщины.

Толщина Ю подкрепляемой пластины.

мм

Длина подкрепляемой пластины.

2-(Ь, +Ь3), мм

400

500

600

700

800

Рис. 5. Линии, вдоль которых толщина пластины, подкрепленной накладным листом, должна быть: (8) - Ь4 > Ь,/2 при шарнирной опоре; (9) - И4 > И, при шарнирной опоре и Ь4 > Ь,/3 при жесткой заделке

При размерах изношенной пластины, соответствующих попаданию в заштрихованную область, между линиями (8) и (9) толщина накладного листа должна быть больше половины толщины изношенной пластины, но может быть меньше ее толщины.

При размерах изношенной пластины, соответствующих попаданию в область ниже зависимости (9) толщина накладного листа должна быть больше ее толщины

Далее рассматривалась жесткая заделка подкрепляемой пластины на опорном контуре

При размерах изношенной пластины, соответствующих попаданию в область ниже зависимости (9) толщина накладного листа должна быть больше трети ее толщины

Глава 4 «Восстановление прочности квадратной изношенной пластины при сжатии и действии поперечной нагрузки» посвящена исследованию квадратной пластины с целью оценки влияния краевых эффектов от кромок, параллельных линии действия сжимающих усилий, на значения эйлеровых усилий и нагрузки фибровой текучести

В работе рассмотрена пластина, подкрепленная накладным листом, (рис 6), которая в направлении оси ОХ шарнирно опирается по линиям г = О и г = В на жесткий квадратный контур размером В х В, мм В этом направлении накладной лист имеет меньший размер, чем подкрепляемая пластина, расположен симметрично относительно нее и соединен с ней по кромкам (приварен внахлест) Соединение (сварной шов) моделируется пластиной с толщиной равной толщине подкрепляемой пластины или накладного листа и выбранной по принципу «в зависимости от того, что больше»

В направлении оси ОХ длина накладного листа и подкрепляемой пластины равны

Сначала рассматривался случай сжатия, когда на кромки подкрепляемой пластины по линиям г = О и г = В в ее плоскости действует погонное сжимающее усилие Тв, кГс/мм, которое через швы (соединительный элемент) частично передаются на накладной лист

Рассмотрены два случая закрепления кромок изношенной пластины и накладного листа по линиям х = 0их = В- шарнирно опирающиеся на жесткий контур и жестко заделаные. Были рассчитаны усилия потери устойчивости системы пластин Тэ, кГс/мм, в зависимости от ее размеров, которые

представлены в виде графиков для каждого случая заделки кромок

Расчетная схема пластины, подкрепленной накладным листом, составлена с учетом формы среднего сечения А - А (рис 6, б)

Соединительные элементы 1 и 3 работают на кручение и, кроме того, являясь ребрами жесткости, создают эффект податливых опор Этот эффект моделируется введением в матрицу расчетной схемы коэффициентов жесткости к 2Ь

При выполнении расчетов варьировались основные геометрические характеристики накладного листа и для фиксированных размеров строились графики зависимостей Тв от перемещений в точках А, В, С, Б, Е, из которых А и Е - точки внутри элементов (см рис 6, в) Усилия потери устойчивости определялись по положению асимптот на графиках этих зависимостей Форма, по которой система пластин теряла устойчивость, определя-

лась по направлению перемещений, образующих асимптоты на этих графиках

Схематично возможные формы потери устойчивости показаны на рис 6, в, где стрелками обозначены направления перемещений в области асимптоты В работе описано влияние этих форм на значение усилий потери устойчивости

Рис 6 Квадратная изношенная пластина с накладным листом а - изометрия и выделение среднего сечения, б - действующие усилия и условия закрепления, в-1,в-2, в-3,в-4 - формы потери устойчивости

Если значения длины сторон опорного контура реальной квадратной пластины Ва) и Ь(У) не совпадают с теми, для которых выполнены численные расчеты, то возможен пересчет графиков этих зависимостей при помощи масштабных коэффициентов Коэффициенты для пересчета вдоль оси абсцисс и ординат равны соответственно

кх=-

СО

V)

, ку —

\3

'(X)

V)

В

СО

Далее рассмотрен случай поперечного изгиба

При двух указанных выше вариантах закрепления кромок, пластина, подкрепленная накладным листом, загружена равномерно распределенной нагрузкой При варьировании размеров накладного листа были определены значения действующей нагрузки, при которых хотя бы в одном из элементов расчетной схемы (рис 6, б) возникают напряжения фибровой текучести

В случае поперечного изгиба, как и в случае сжатия, усилия, возникающие и за счет сжатия изношенной пластины под накладным листом, оказывают существенное влияние на деформационную способность всей системы

Пример расчета пластины с размерами 700 х 700 х 3 мм для различных толщин накладного листа Ь2 иллюстрируется рис 7, где каждый тип линий (сплошная, штрихпунктирная) обозначает возникновение напряжений фибровой текучести в различных точках расчетной схемы

Здесь также возможен пересчет с помощью масштабных коэффициентов от базовых размеров к произвольным

На основании полученных результатов сделаны следующие выводы • Если значения длин сторон опорного контура реальной квадратной пластины В(У) и Ь(У) не совпадают с теми, для которых выполнены численные расчеты, то возможен пересчет графиков этих зависимостей при помощи масштабных коэффициентов вида (5) и (6)

Пример 3 Определить размеры накладного листа для верхней палубы с клетчатой системой набора, если опорный контур изношенной пластины -квадрат

Исходные данные принимаются такие же, как в примере 2

Подкрепляемая квадратная пластина имеет размеры 700 х 700 х 3 0 мм Снижение нагрузки, при которой возникает фибровая текучесть за счет уменьшения толщины к концу срока службы Ьн, по сравнению с допускаемой [э,], определим по формуле строительной механики, как для балки - полоски, но с учетом шарнирной опоры на всех кромках

(6 О2-3 О2) = 4 10 10~3 кГс/мм2 Преобразуем графики зависимостей, построенных для изношенной пластины с базовой длиной сторон опорного контура 600 мм и базовой толщиной 10 мм, при помощи масштабных коэффициентов (5) и (6)

Масштабные коэффициенты (5) и (6) для пересчета зависимостей

ДЧкр=261 1 Ц (1-Ц2) ( [я,]2 -Ьн2) = 2 61 ~ ^ (1-0 З2) = За 3 700

3 а

__а__700

х ~ 600 ~ 600

2

2

= 1 167- вдоль оси абсцисс и к¥ =

= 0 066 - вдоль оси ординат

В результате для выбора размеров накладного листа применяются графики, показанные на рис 7

Рис 7 Зависимости qKP от длины накладного листа для различных значений его толщины , полученные путем применения масштабных коэффициентов (5) и (6) Размеры изношенной пластины 700 х 700 х 3 0 h2 - толщина накладного листа

Для восполнения снижения нагрузки фибровой текучести надо к значению 136 КГ3 кГс/мм2, соответствующему пластине с размерами ахах hH =700х700х Змм без накладного листа, прибавить A q кр= 4 10 1(Г3 кГс/мм2 Получим 5 46 10"3 кГс/мм2 Этому значению на рис 7 соответствует пластина 700 х 700 х 3 мм с накладным листом длиной 158 мм, толщиной 9 мм С учетом надбавки на износ и некоторого ок-

ругления окончательно принимаем размеры накладного листа 700 х 160 х 11.0 мм. Толщина накладного листа согласно ГОСТ 5521-93.

В рассмотренном примере не учитывалось возникновение контакта между накладным листом и изношенной пластиной.

• Расчеты, выполненные в главе в широком диапазоне базовых размеров изношенной пластины, позволили предложить диаграмму, представленную на рис. 8. По этой диаграмме контакт между пластинами возникает в следующих случаях:

1. При размерах изношенной пластины, соответствующих попаданию под линию зависимости (1), и толщине накладного листа не больше трех толщин изношенной пластины.

2. При размерах изношенной пластины, соответствующих попаданию между линиями зависимости (1) и (2), и толщине накладного листа больше толщины изношенной пластины.

3. При размерах изношенной пластины, соответствующих попаданию в район выше линии (2), и толщине накладного листа меньше толщины изношенной пластины.

Толщина изношенной пластины, мм

4

3.5 3

2.5 ->

1.5 1

0.5

(2)

(1)

Длина сторон опорного контура квадратной изношенной пластины. мм

-I—•—I—■—I—■—I—■—I

400 450 500 550 600 650 700

750 800

Рис. 8. Диаграмма для выбора толщины накладного листа по условию возникновения контакта между ним и изношенной платиной при поперечном изгибе

Глава 5 «Восстановление прочности изношенной пластины при действии поперечной нагрузки с учетом пластического деформирования» посвящена разработке рекомендаций по выбору размеров накладного листа при действии поперечной нагрузки с учетом пластического деформирования.

Расчеты, основаны на применении экстремальных принципов теории предельного равновесия, которым посвящены работы Л М Беленького, М И Ерхова, Л М Качанова, В В Козлякова, В А Кулеша и др

Для исследования особенностей поведения пластины с участком на-хлеста, работающей в жестко-пластической стадии, были выполнены расчеты ее предельной нагрузки р, кГс/ммг

Установлено, что зависимость предельной нагрузки р от длины участка нахлеста N (рис 9) для базового отношения толщины участка нахлеста к толщине участка изношенной пластины (Ьм/Ь0) обратно пропорциональна квадрату длин сторон опорного контура пластины В, хВ2 и прямо пропорциональна квадрату изменения толщины участка изношенной пластины Ь0

Рис 9 Пластина с участком нахлеста, образующаяся при подкреплении обшивки корпуса накладными листами В,, В2 - размеры опорного контура пластины, N - длина участка нахлеста

Имея ряд зависимостей р от N для различных базовых значений отношения hN/h0 и размеров изношенной пластины, можно получить зависимости для любых других размеров изношенной пластины Пример расчета для hN/h0 = 2 0, h0=40, В, х В2 = 700 х 700 проиллюстрирован на рис 10

Было выделено 2 опасных механизма разрушения пластины, для которых линии пересечения пластических шарниров совпадают с границей перехода участка нахлеста в участок подкрепляемой пластины Области их реализации показаны на рис 11 (квадратная пластина)

Установлено, что положение точек перехода одного механизма в другой зависит от величин hN/h0 и N/B, (N/B,=N/B2 - для квадратной пластины).

Накчадной чист

А-А

тг

Приведенные результаты получены для пластины, у которой участок нахлеста являлся монолитным. Переход от монолитного участка к участку, состоящему из подкрепленной пластины и накладного листа, осуществляется путем приведения толщины монолитного слоя к их суммарной эквивалентной толщине.

Пример 4. Определить параметры (длину и толщину) накладного листа для изношенной пластины, если ее опорный контур квадратный. Исходные данные:

остаточная толщина настила к концу срока службы, Ьн 4.0 мм;

запас на коррозию, ЛЬ 2.0 мм;

допускаемая остаточная толщина, [в,] 7.0 мм;

шпация поперечного набора, а 700 мм;

предел текучести материала, стт 23.5 кГс/мм2.

Подкрепляемая пластина имеет размеры 700 х 700 х 4.0 мм. Снижение предельной нагрузки за счет уменьшения толщины к концу срока службы Ьн, по сравнению с допускаемой [б,], определим по формуле для пластины с учетом жесткой заделки на всех кромках:

Д р = 12 • стт

([в,?

^ = 12-23.5.^

■4-°2)- = ,.90.10-2

кГс/

мм

а" 700

Преобразуется график зависимости, рассчитанный для базовых размеров изношенной пластины (длина сторон опорного контура 600 мм и толщина основного участка 10 мм) и базовой толщины участка нахлеста 20 мм, в соответствии с квадратичными зависимостями. Таким образом, получены графики, показанные рис. 10, которые позволяют выбирать длину накладного листа.

р 10 кГс мы 3 41

0 70 210 350 490 530 700 В2 - N. мы Рис. 10. Зависимость предельной нагрузки р от длины участка нахлеста N. Длина сторон опорного контура изношенной пластины В, х В2 = 700 х 700 мм;

толщина участка нахлеста В мм

Масштабные коэффициенты для пересчета вдоль координатных осей:

х 600 600 ио^ V а ) ио; 1700;

На рис. 10 толщина участка нахлеста умножена на 0.4 и равна 8.0 мм, т.к. при пересчете сохраняется отношение толщины этого участка к толщине изношенной пластины.

Для восполнения снижения предельной нагрузки надо к значению 0.92-10~2 кГс/мм2, соответствующему пластине с размерами а х а х Ь.н = 700 х 700 х 4 мм без участка нахлеста, следует прибавить А р= 1.90-10"2 кГс/мм2. Получим 2.82-10~2 кГс/мм2. Этому значению на рис. 10 соответствует пластина 700 х 700 х 4 мм с участком нахлеста длиной 574 мм и толщиной 8 мм.

Графики на рис. 10 рассчитаны для случая, когда участок нахлеста представляет собой монолитную пластину увеличенной толщины. По условию задачи надо определить размеры накладного листа. Для этого рассчитывается толщина накладного листа, которая вместе с толщиной изношенной пластины образует эквивалентную толщину.

При расчете по формуле, приведенной в главе 5, она равна 6.93 мм. С учетом надбавки на износ и некоторого округления окончательно принимаем толщину накладного листа 7+2=9 мм.

Пример 5. Определить находятся ли пластические шарниры в примере 4 на линии перехода участка нахлеста в участок пластины.

Для решения используем рис. 11.

№В2

Рис. 11. Зависимости безразмерной величины Ы/В2

от безразмерной величины : Л\\- области реализации опасных меха-

низмов

В примере 4 отношения h N/h 0 =8/4 = 2.0, N/B 2 = 574/700 = 0.82.

Точка с этими координатами лежит на границе области реализации опасного механизма. Для того, чтобы предотвратить возможность реализации этого механизма увеличим длину накладного листа на 5 мм, сделав отношение N/B2>0.82, т.е. N/B 2 = 590/700 = 0.84. Окончательно выбираем размеры

накладного листа 590 х 9 мм.

Далее в главе исследовано влияние размеров накладного листа на возникновение повреждений, возникающих от расширения воды при замерзании в зазоре между ним и пластиной.

При эксплуатации судна возможно попадание воды в пространство между пластиной и накладным листом. Вода в зазоре, замерзая, расширяется, что вызывает появление пластических деформаций, увеличивая, тем самым, объем полости. Далее возможно оттаивание, а при очередных последующих циклах замерзания и оттаивания проявится прогрессирующее развитие пластических деформаций. Многократное повторение таких циклов может привести к отрыву накладного листа, после исчерпания пластичности или вследствие малоцикловой усталости.

На рис. 12 показаны зоны, ограниченные кривыми зависимости, полученными для равнопрочных изношенной пластины и накладного листа и для случая, когда один из этих элементов намного прочнее второго.

Толщина накладного листа, ым

Длина накладного листа, мм J_I_I_I_L

О

50

100

150 200 250 300 350

Рис. 12. Зоны размеров накладного листа, попадание в которые соответствует возникновению остаточных деформаций при замерзании воды в зазоре:

- равнопрочные пластина и накладной лист; | - повышенная прочность первой или второго

За пределами этих зон деформирование пластины и накладного листа упругое, т.е. развития повреждений не наблюдается.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1 Разработаны основы методики выбора размеров накладного листа для восстановления прочности изношенных пластин Рассмотрены стадии упругого и пластического деформирования и возможность исключения повреждений, возникающих при замерзании воды в зазоре

2 Предложено при ремонте корпусных конструкций накладными листами осуществлять выбор их размеров по критерию эйлеровых усилий, нагрузки фибровой текучести и предельной нагрузки на основе зависимостей, полученных для базовых значений размеров изношенной пластины

При отличии размеров изношенной пластины от базовых зависимости не изменяются качественно, а количественно пересчитываются с применением масштабных коэффициентов

3 Показано, что при увеличении длины накладного листа происходит падение значения эйлеровых усилий, свидетельствующее о раздельной работе его и подкрепляемой пластины в рассматриваемом диапазоне Однако раздельная работа приводит к их контакту, наличие которого повышает значение эйлеровых усилий в 1 5 - 2 0 раза

4 Показано, что учет краевых эффектов для квадратной пластины может осуществляться путем использования зависимостей, полученных для базовых значений размеров изношенной пластины, и масштабных коэффициентов

5 Выполнены расчеты напряжений, возникающих при совместном действии сжимающих усилий и поперечной нагрузки

6 Показано влияние размеров изношенной пластины и накладного листа на снижение несущей способности системы при поперечном изгибе, вызванное ее сжатием

7 Установлено, что увеличение их толщины нивелирует падение несущей способности, обусловленное сжатием изношенной пластины при растяжении накладного листа

8 Обосновано прогнозирование снижения несущей способности путем выделения областей размеров изношенной пластины при соответствующей толщине накладного листа с учетом отсутствия краевых эффектов

9 Установлено, что у квадратной пластины при малой длине накладного листа соединительные элементы (сварочные швы) обеспечивают наличие своеобразного рычага, который способствует ее растяжению под накладным листом Это обстоятельство и действие краевых эффектов существенно повышают нагрузку фибровой текучести, нивелируя эффект сжатия подкрепляемой квадратной пластины

10 Установлены области размеров подкрепляемой пластины, при которых происходит контактное взаимодействие между ней и накладным листом в случае поперечного изгиба

11 Выполнены расчеты пластины с накладным листом в пластической стадии, которые позволили

• Построить границы реализации каждого из опасных, сточки зрения локализации пластических деформаций, механизмов

• Установить, что граница реализации каждого из механизмов определяется отношением размера участка пластины к размеру участка нахлеста

• Установить, что предельная нагрузка изменяется обратно пропорционально квадрату длины и прямо пропорционально квадрату толщины изношенной пластины

12 Полученные результаты в совокупности позволяют целенаправленно и обоснованно выбирать размеры накладных листов, исходя из параметров подкрепленной листовой конструкции, характера повреждений и условий ее эксплуатации

Автор выражает благодарность Заслуженному работнику Высшей школы, д т н, проф Луценко В Т за ценные советы и замечания и помощь при редактировании диссертации и автореферата

Основные положения проведенного исследования нашли отражение в следующих публикациях

Публикация в издании перечня ВАК

1 Мамонтов, А И Усилия потери устойчивости квадратной двухслойной пластины / А И Мамонтов, А П Аносов // Журнал научных публикаций для аспирантов и докторантов, № 11 -2007 -С 132-134

Публикация в сборнике трудов ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова

2 Мамонтов, А И Методика проектирования квадратной двухслойной пластины в упругой и пластической стадиях Влияние краевых эффектов на напряженное состояние двухслойной квадратной пластины в упругой стадии / А.И Мамонтов, А П Аносов // Сб тр ЦНИИ им акад АН Крылова №42(325) - СПб,2008 - С 128-141

Статьи в сборниках научных трудов:

3 Мамонтов, А И Расчет устойчивости пластины ступенчато - переменной толщины, / А И Мамонтов, А В Житников, М В Скопцов // Молодежь и научно-технический прогресс сб тез докл регион науч -технич конф В 2 ч Ч 1 -Владивосток,2007 - С 206-208

4 Мамонтов, А И Нормирование прочности сильно вытянутой двухслойной пластины / А П Аносов, А И Мамонтов // Конф по строительной механике корабля памяти проф П Ф Папковича - СПб, ЦНИИ им акад А Н Крылова, 2007 - С 87-88

5 Мамонтов, А И К вопросу о нормировании прочности сильно вытянутой двухслойной пластины / А И Мамонтов, А П Аносов // Вологдин-ские чтения Естественные науки Машиностроение Кораблестроение и океанотехника - Владивосток ДВГТУ, 2007 - С 85-88

6 Мамонтов, А И Сходимость итерационного процесса при расчете стержневой системы методом граничных элементов / А И Мамонтов, А П Аносов, П П Карпов // Приоритетные направления развития науки и технологий докл Всероссийской науч -техн конф - Тула Изд-во ТулГу, 2007 - С 173-175 (размещена на сайте www semikonf ru)

7 Мамонтов, А И Проектирование квадратной двухслойной пластины в упругой и пластической стадиях Влияние краевых эффектов на напряженное состояние двухслойной квадратной пластины в упругой стадии/ А И Мамонтов, А В Подгорнов // Механика микронеоднородных материалов и разрушение - Екатеринбург, 2008 -С 173

Мамонтов Андрей Игоревич

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ ИЗНОШЕННЫХ СУДОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ МЕТОДОМ УСТАНОВКИ НАКЛАДНЫХ ЛИСТОВ

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уел печ л 1.75 Кораблестроительный Формат 60x84 1/16 ираж 100 экз_институт_Заказ № 127_

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. АНАЛИЗ ПОВРЕЖДЕНИЙ ПЛАСТИН И СПОСОБОВ ИХ 11 УСТРАНЕНИЯ

1.1 Характер повреждений листовых конструкций

1.2 Требования Правил к проектированию подкреплений 21 судовых пластин

1.3. Устранение повреждений листовых конструкций

1 .4. Выводы и задачи

Глава 2. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ ДЛИННОЙ

ИЗНОШЕННОЙ ПЛАСТИНЫ ПРИ СЖАТИИ

2.1. Сходимость итерационного процесса при расчете изношенной 46 пластины с накладным листом методом граничных элементов

2.2. Сравнение прочности пластины ступенчато - переменной тол- 53 щины с прочностью изношенной пластины, подкрепленной накладным листом

2.3. Влияние размеров изношенной пластины и накладного листа 61 на устойчивость

2.4. Восстановление прочности длинной изношенной пластины 64 при сжатии

Глава 3. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ ДЛИННОЙ

ИЗНОШЕННОЙ ПЛАСТИНЫ ПРИ ДЕЙСТВИИ ПОПЕРЕЧНОЙ НАГРУЗКИ

3.1. Численное моделирование

3.2. Восстановление прочности длинной изношенной пластины 71 при действии поперечной нагрузки. Общие принципы

3.3. Прогнозирование возникновения контакта между изношен- 74 ной пластиной и накладным листом

3.4. Учет контактного взаимодействия

3.5. Учет нелинейных эффектов

Глава 4. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ КВАДРАТНОЙ 97 ИЗНОШЕННОЙ ПЛАСТИНЫ ПРИ СЖАТИИ И ДЕЙСТВИИ ПОПЕРЕЧНОЙ НАГРУЗКИ

4.1. Восстановление прочности квадратной изношенной пластины 97 при сжатии

4.2. Восстановление прочности квадратной изношенной пластины 111 при действии поперечной нагрузки

Глава 5. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ ИЗНОШЕННОИ 123 ПЛАСТИНЫ ПРИ ДЕЙСТВИИ ПОПЕРЕЧНОЙ НАГРУЗКИ С УЧЕТОМ ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ 5.1. Выбор размеров накладного листа для восстановления проч- 123 прочности изношенной пластины при действии поперечной нагрузки с учетом пластического деформирования 5.5. Выбор размеров накладного листа с учетом возможного появления повреждений при замерзании воды в зазоре между ним и пластиной

П.1.1 Постановка задачи и способ ее реализации 159 П. 1.2 Содержание и сопоставление оценок 161 практики использования дублирущих листов Заключение 209

ПРИЛОЖЕНИЕ 2.

Результаты расчетов длинной пластины с накладным листом при сжатии в ее плоскости

211

ПРИЛОЖЕНИЕ 3.

Результаты расчетов длинной пластины с накладным листом при действии поперечной нагрузки

217

ПРИЛОЖЕНИЕ 4.

Результаты расчета усилий потери устойчивости и нагрузки фибровой текучести квадратной пластины с накладным листом

246

ПРИЛОЖЕНИЕ 5.

Расчет предельной нагрузки пластины, подкрепленной накладным листом, с учетом пластического деформирования

258

ПРИЛОЖЕНИЕ 6.

Акт внедрения

281

ВЕДЕНИЕ

По мнению значительной части специалистов в области судоремонта, ремонт методом замены изношенных конструкций не является оптимальным. Восстановление конструкций методом замены до построечного состояния получило широкое распространение благодаря тому, что упрощает техническим службам судоходных компаний подготовку технической документации по ремонту и не требует изучения причин появления повреждений и, следовательно, создания новой документации и согласования ее с надзорными органами.

В случае появления повреждений в первоначальный период эксплуатации, причиной которых явилась недостаточная прочность корпуса, восстановительные ремонты до построечного состояния без детального анализа причин повреждений представляются нерациональными, т.к. восстановленные конструкции вновь получают в аналогичных условиях те же повреждения и требуют повторений ремонтов в тех же местах или больших объемах.

Согласно исследованиям ряда авторов, суда ледового плавания всегда получают повреждения, которые имеют случайный характер. Повреждения связаны с неопределенностью действия внешних нагрузок, человеческим фактором и др. Надводный борт, а также фальшборт и палубный стрингер в оконечностях малых рыбодобывающих судов не обеспечивают надежного восприятия нагрузок при швартовках судов в море «борт о борт».

Указанные в качестве примера повреждения неизбежны наряду с другими типовыми повреждениями судовых корпусных конструкций, а их характер и уровень могут быть достоверно оценены для данного типа судна и вида конструкций лишь после некоторого достаточно значительного срока эксплуатации.

Одним из рациональных методов ремонта представляется использование накладных листов, которые могут играть роль от временной меры или «страхующего фактора» с пониженной прочностью до подкрепления, восстанавливающего прочность до уровня построечного состояния и выше.

Многообразие способов подкреплений изношенных корпусных конструкций, соответствующих различному уровню эксплуатационных качеств, создает специалистам по судоремонту определенные проблемы. В нормативных документах указывается уровень параметров дефектов, определяющих лишь необходимость и объем ремонта, но нет рекомендаций по применению конкретного вида подкрепления. Необходимо чтобы в этих рекомендациях была отражена возможность повышения прочности, в зависимости от размеров и вида, полученного повреждения и параметров подкрепляющих конструктивных элементов.

Основная составляющая трудоемкости при ремонте поврежденных конструкций приходится на замену обшивки: 90 % - обшивка и 10 % - набор.

Подкрепление накладными листами в ряде случаев эффективнее, чем балками, т.к. они обладают рядом прочностных и технологических достоинств. Пластины отличаются высокой несущей способностью, т.к. под действием нагрузки изгибаются в двух направлениях, и их сопротивление деформациям используется значительно эффективнее, чем у балок. Накладные листы могут крепиться к обшивке снаружи и без точной подгонки по размерам.

Обоснованное использование накладных листов для восстановления работоспособности изношенных или поврежденных листовых корпусных конструкций требует решения ряда очевидных задач:

1. Нагруженная обшивка корпуса судна воспринимает гидродинамическое давление, которое в зависимости от эксплуатационной ситуации может носить статический или динамический характер. В связи с этим, одной из основных задач является оценка несущей способности судовых пластин, подкрепленных накладными листами при действии поперечной нагрузки.

2. Работающие на растяжение — сжатие пластины обшивки днища и палубного настила могут терять устойчивость, вследствие чего при расчетах общей продольной прочности корпуса выполняется их редуцирование. Накладной лист увеличивает усилия потери устойчивости не одинаково: в одних случаях до уровня пластины с монолитным участком увеличенной толщины, а в других подкрепляющий эффект отсутствует, т.к. внецентренность приложения действующих усилий провоцирует потерю устойчивости отдельно накладным листом и отдельно подкрепляемой пластиной.

3. Большинство реальных судовых пластин в той или иной мере подвергаются пластическому деформированию. Определенный уровень таких деформаций допускается правилами РС [90], с точки зрения безопасной эксплуатации судового корпуса. В связи с этим, требует решения задача о работе пластины, подкрепленной накладным листом, в пластической области.

4. Часто накладные листы применяются для обеспечения герметичности судовых конструкций. В связи с этим, происходит попадание воды в зазор между подкрепляемой пластиной и накладным листом. При однократном замерзании воды в зазоре возможно появление пластических деформаций, которые увеличивают объем зазора после оттаивания. Периодическое замерзание и оттаивание воды в зазоре при нулевых среднесуточных температурах могут привести к отрыву накладного листа. Кроме того, с учетом цикличности нагрузки возможно появление малоцикловой усталости. Эта задача также требует рассмотрения.

Существует еще несколько аспектов проблемы использования накладных листов, таких как вибрация пластин с накладными листами, наличие вырезов в поле подкрепляемой пластины, поведение пластин при более сложной, чем прямоугольник форме подкрепляемой пластины или накладного листа. Однако решение этих задач должно стать предметом самостоятельных исследований и в данной работе не рассматривалось.

Цель работы - разработка основ методики применения накладных листов для повышения прочности поврежденных судовых пластин, позволяющей снизить стоимость и трудоемкость судоремонта.

Достижение цели основано на изучении напряженно-деформированного состояния пластины с накладным листом и определении размеров накладного листа, в которых его применение приводит к требуемому результату.

Для этого в работе решались следующие задачи:

1. Устанавливались величины эйлеровых усилий, нагрузки предельной и фибровой текучести в зависимости от геометрических характеристик пластины, подкрепленной накладным листом, и соединяющих их сварных швов.

2. Выявлялся диапазон размеров накладного листа и изношенной пластины, в котором достигается увеличение прочности и замерзание воды в зазоре между ними не вызывает появления пластических деформаций.

3. Разрабатывались основы методики расчета размеров накладного листа для обеспечения эффективного подкрепления поврежденной пластины.

Объект исследования: изношенная судовая пластина с установленным на ней накладным листом.

Предмет исследования: зависимость прочностных характеристик конструкции от размеров изношенной пластины и накладного листа, с которым соединена первая, и элементов их соединения. К прочностным характеристикам относили: эйлеровы усилия, нагрузку предельную и фибровой текучести, размеры, при которых разрушающее влияние оказывает распор, возникающий при замерзании воды между изношенной пластиной и накладным листом.

Методы исследования

1. Упругая модель материала - использован метод граничных элементов с пошаговым возрастанием поперечной нагрузки и сжимающих усилий. Граничные элементы получены путем решения задачи Коши с применением метода В.З. Власова. При расчете на устойчивость применен асимптотический, а для проверки - статический метод.

2. Жестко - пластическая модель материала - использованы статический и кинематический методы определения предельных нагрузок. Для их реализации применялись минимальное и максимальное свойства действительного поля скоростей.

3. Упруго-пластическая модель материала - использованы методы теории упругости и предельного равновесия.

Научная новизна и практическая ценность работы заключается в разработке основ инженерной методики выбора размеров накладного листа для восстановления прочности поврежденных пластин при различных эксплуатационных нагрузках и в обосновании возможности применения простого и экономически выгодного метода ремонта поврежденных судовых пластин с помощью накладных листов.

На защиту выносятся следующие основные результаты работы:

1. Рекомендации по выбору размеров накладного листа и увеличению прочности длинной изношенной пластины при сжатии.

2. Рекомендации по выбору размеров накладного листа и увеличению, прочности длинной изношенной пластины при действии поперечной нагрузки.

3. Рекомендации по выбору размеров накладного листа и увеличению прочности квадратной изношенной пластины при сжатии.

4. Рекомендации по выбору размеров накладного листа и увеличению прочности квадратной изношенной пластины при действии поперечной нагрузки.

5. Рекомендации по выбору размеров накладного листа и увеличению прочности квадратной изношенной пластины в пластической стадии при действии поперечной нагрузки.

6. Рекомендации по выбору размеров накладного листа и увеличению прочности длинной изношенной пластины в пластической стадии при действии поперечной нагрузки.

7. Рекомендации по выбору размеров накладного листа, при которых отсутствуют повреждения при замерзании воды в зазоре между ним и поврежденной пластиной.

Достоверность научных положений и рекомендаций обоснована общепринятыми апробированными исходными теоретическими положениями; исследованиями на гранично-элементарной модели; сравнением и соответствием результатов, полученных в работе, с результатами, базирующимися на альтернативных методах расчета.

Апробация работы

Основные положения и результаты исследований доложены и обсуждены на научно-технических конференциях в 2007 — 2008 гг. (Региональная научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и научно-технический прогресс», г. Владивосток, апрель 2007 г., Всероссийская научно-техническая конференция «Приоритетные направления развития нуки и технологий» (доклады размещены на сайте www.semikonf.ru'), июнь 2007 г.; научно-техническая конференция по строительной механике корабля, посвященная памяти П.Ф. Папковича (г. Санкт-Петербург), сентябрь 2007 г.; научная конференция «Вологдинские чтения» по естественным наукам, машиностроению, кораблестроению и океанотехнике, г. Владивосток, ноябрь 2007 г.

Получен акт от ОАО «Приморский завод» о внедрении научно-исследовательской разработки.

Публикации

По теме научно - квалификационной работы опубликовано 7 научных статей.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Содержит шесть приложений.

Эти выводы соотносятся с нормативными документами следующим образом.

Согласно п. 2.3.3 Руководства [97], толщина дублера должна составлять не менее 0.75 построечной толщины изношенной пластины, а по п. 2.4.2 этого документа толщину заплаты следует применять равной 0.7 ее толщины. Эти ограничения, вероятнее всего, попадут в центр между зависимостью (3.5.1) и (3.5.2) на рис. 3.5.1, т.к. перед ремонтом толщина изношенной пластины составляет около 5 мм.

На рис. 3.5.2 выделены границы области, в которой толщина накладного листа ограничена наиболее рациональными с точки зрения практического применения значениями. Границы этой области отмечены на этом рисунке, как и на рис. 3.5.1 в главе 3, прямыми (3.5.1) и (3.5.2). Дополнительно на нем, как и на рис. 3.3.1 в главе 3, линиями П.3.2-1 и П.3.2-2 отмечены границы области, в которой контакт между накладным листом и изношенной пластиной возникает по достижении нагрузкой фибровой текучести максимальных значений.

С точки зрения обеспечения наиболее благоприятного контактного взаимодействия между ними при размерах изношенной пластины близких к размерам, определяемым кривой (П.3.2-2), жесткость соединительного элемента должна быть больше. При размерах изношенной пластины близких к размерам, определяемым кривой (П.3.2-1), жесткость соединительного элемента (сварного шва) должна быть меньше.

Рассмотренная область на рис. 3.5.2 отмечена штриховкой. Область охватывает большую часть тех размеров, которые предложены в документе, представленном в Приложении 1, инспекторами РС исходя из уже имеющегося опыта применения накладных листов.

Таким образом, выводы, полученные в настоящей главе, не вступают в противоречия с принятыми нормами, а дополняют их, показывая опасные границы применения накладных листов.

Дополнительно можно отметить еще одно обстоятельство, позволяющее выбирать оптимальные размеры накладного листа, не прибегая к численному расчету.

В области отсутствия нелинейных эффектов (как следует из результатов рис. П.3.18 — П.3.24 нелинейные эффекты, понижающие значение нагрузки фибровой текучести, отсутствуют при = 0 , т.е. при отсутствии накладного листа и при относительно толстом накладном листе) Якр изменяется пропорционально квадрату толщины изношенной пластины и обратно пропорционально квадрату длины 2 ■ (Ьх + Ь3). Значит, в этих областях для пластин с одинаковым отношением толщины к длине значение нагрузки фибровой текучести одинаково, поэтому линии зависимостей (3.5.1) и (3.5.2) представляют собой не только линии, определяющие требования к толщине накладного листа, но и линии, вдоль которых одинаковы значения нагрузки фибровой текучести в областях с отсутствием нелинейных эффектов.

Можно перейти к безразмерной шкале вдоль оси ОХ на рис. П.3.18 -П.3.24, как это сделано на рис. П.3.18, П.3.21, П.3.24. На этих рисунках шкалы вдоль оси ОХ можно заменить безразмерными, но при условии, что значения нагрузки фибровой текучести, отложенные вдоль оси ОУ, соответствуют значениям толщины, которую надо искать по графикам рис. 3.5.1 с учетом конкретной длины изношенной пластины и способа опоры ее на контуре. Конкретная длина - это длина уже существующей пластины, которая требует подкрепления в процессе проектирования.

О 400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200

2-(Ц +1-3), мм

Рис. 3.5.1. Линии (3.5.1) и (3.5,2), вдоль которых толщина накладного листа должна быть:

3.5.1) - Ь4 >Ь,/2 при шарнирной опоре;

3.5.2) - Ь4 > Ь, при шарнирной опоре и Ь4 > Ь,/3 при жесткой заделке

Рис. 3.5.2. Область, отмеченная штриховкой - размеры изношенной пластины, в которой толщина накладного листа ограничена наиболее рациональными с точки зрения практического применения значениями

Пример 2. Определить размеры накладного листа для верхней палубы с поперечной системой набора при следующих исходных данных: остаточная толщина настила к концу срока службы, Ьн 3.0 мм; запас на коррозию, АЬ 2.0 мм; допускаемая остаточная толщина, [э, ] 6.0 мм; шпация поперечного набора, а 700 мм; предел текучести материала, <тт 23.5 кГс/мм2 .

Подкрепляемая длинная пластина имеет размеры 700x3.0 мм.

По приведенной на рис. 3.3.1 диаграмме определяется, что при этих размерах пластины контакт между ней и накладным листом будет происходить по достижении нагрузкой фибровой текучести максимальных значений, поэтому расчет выполняется с учетом контактного взаимодействия.

Снижение нагрузки, при которой возникает фибровая текучесть за счет уменьшения толщины к концу срока службы 11 н по сравнению с допускаемой [б,], равно [99]

АЧ кр= ^Ч' ('"Л([».Г "Ьн2)=^■ (1"032).(б.0> -3.0>)=

За 3 700 1.57 • 10-3 кГс/ мм2.

При помощи масштабных коэффициентов (3.2.1) и (3.2.2) пересчитывается график рис. П.3.12, рассчитанный в главе для базовой длины 600 мм, базовой толщины 10 мм и различных базовых толщин накладного листа. Так получим графики, показанные на рис. 3.5.3, где штрихпунктирными линиями представлены зависимости нагрузки фибровой текучести qKp от длины накладного листа с учетом жесткой связи между ним и изношенной пластиной с начала нагружения (сплошными - при ее отсутствии).

Масштабные коэффициенты (3.2.1) и (3.2.2) для пересчета зависимостей вдоль осей абсцисс и ординат линий рис. П.3.12 равны, а 700 соответственно =-=-= 1.167, = х 600 600 ¥ 0.066. ъ Л 11 н 1 ГбОО' Г3Т 600]

1м>1 1 а , 1^700у

-3 2 дкр • 10, кГс/мм

23 47 70 93 117

210 257 298 мм,

303 327 350

Ь1, мм

Рис. 3.5.3. Зависимости яКР от длины накладного листа для различных значений его толщины (штрихпунктирные — с учетом жесткой связи). Зависимости получены из графиков, рассчитанных для базовых размеров и представленных на рис. П.3.12, путем применения масштабных коэффициентов (3.2.1) и (3.2.2)

Для восполнения снижения нагрузки фибровой текучести следует к значению 5.24-Ю-4 кГс/мм2, соответствующему пластине с размерами а х Ьн = 700 х 3 мм без накладного листа, прибавить

А Я кр= 1.57 • 10~3 кГс/мм2. Получим 2.09-Ю-3 кГс/мм2. Этому значению на рис. 3.5.3 соответствует пластина 700 x3 мм с накладным листом длиной 2-298 мм (умножение на 2 обусловлено симметрией схемы на рис. 3.1.1), толщиной 6 и 9мм. Наметим для принятия 6 мм.

С начала нагружения отсутствовала жесткая связь между изношенной пластиной и накладным листом, которая возникает после закрытия зазора, поэтому необходимо проверить понижение нагрузки фибровой текучести с учетом закрытия зазора между ними в процессе нагружения. Для этого используется формула (3.4.2), разработанная в главе 3, в отношении линии графика, соответствующего толщине накладного листа 6.0 мм, и двух значений длины: Ь , = 327 мм и Ь 1 = 338 мм. Данные для расчета приведены в табл. 3.5.1.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе выполнены расчеты при различных размерах подкрепляемой пластины и накладного листа. На основании расчетов построены зависимости усилий потери устойчивости, нагрузки фибровой текучести и предельной от его длины при фиксированных значениях толщины накладного листа и размерах подкрепляемой пластины.

Выполненные расчеты позволили предложить пересчет полученных зависимостей при помощи масштабных коэффициентов.

Графики полученных зависимостей путем применения масштабных коэффициентов позволяют выбирать оптимальные размеры накладного листа по критерию усилий потери устойчивости, нагрузки фибровой текучести и предельной, исходя из условий заделки, типа соединения и конкретных размеров изношенной пластины.

Сжатие длинной пластины с накладным листом (упругая модель материала)

Масштабный коэффициент для пересчета зависимостей эйлеровых усилий Тэ от длины накладного листа Ь, вдоль оси абсцисс определяется по формуле (2.3.1), а вдоль оси ординат по формуле (2.3.2). Зависимости представлены в Приложении 2 на рис. П.2.1 - П.2.10.

На основании выполненных расчетов установлено, что жесткость соединительных элементов существенно влияет на усилия потери устойчивости, повышая их в отдельных случаях до 1.5 раза, а раздельная работа пластины и накладного листа снижает их. В отдельных случаях снижение может достигать уровня усилий потери устойчивости неподкрепленной пластины.

Показано, что в случае раздельной работы пластины и накладного листа потеря устойчивости происходит с контактом между ними.

В результате расчетов схемы, показанной на рис. 2.2.1, которые выполнены с учетом равенства б 6 = б 9, физически представляющим жесткую связь между подкрепляемой пластиной и накладным листом, установлено, что контакт увеличивает усилия потери устойчивости в 1.5-2 раза (штриховые кривые на рис. П.2.1 — П.2.10).

Сжатие квадратной пластины с накладным листом (упругая модель материала)

Выполнялись расчеты при варьировании размеров накладного листа и подкрепляемой пластины. Для фиксированных значений строились графики зависимостей перемещений в точках А, В, С, Е, из которых А и Е — точки внутри элементов (см. рис. 4.1.1, в), от сжимающих усилий Тв. Усилия потери устойчивости определялись по положению асимптот на графиках этих зависимостей. Форма, по которой система пластин теряла устойчивость, определялась по направлению перемещений, образующих асимптоты. Схематично возможные формы потери устойчивости показаны на рис. 4.1,1, в, где стрелками обозначены направления перемещений в области асимптоты.

Показано влияние форм на значения усилий потери устойчивости. Масштабный коэффициент для пересчета зависимостей усилий потери устойчивости Тэ от длины накладного листа Ь2 вдоль оси абсцисс определяется по формуле (4.1.2), а вдоль оси ординат по формуле (4.1.3). Зависимости представлены в Приложении 4 на рис. П.4.1 - П.4.4.

Действие поперечной нагрузки на длинную пластину с накладным листом (упругая модель материала)

Масштабный коэффициент для пересчета зависимостей нагрузки, фибровой текучести qKp от длины накладного листа Ь, вдоль оси абсцисс определяется по формуле (3.2.1), а вдоль оси ординат по формуле (3.2.2). Зависимости представлены в Приложении 3 на рис. П.3.1 - П.3.11.

Масштабный коэффициент для пересчета зависимостей нагрузки вызывающей появление контакта между поверхностями пластин, ясоыт от длины накладного листа Ь,, представленных в Приложении 3 на рис. П.3.1

П.3.11, вдоль оси абсцисс определяется по формуле (3.2.1), а вдоль оси ординат по формуле (3.2.3).

Рассмотрены принципы учета контактного взаимодействия между пластиной и накладным листом, которое возникает при возрастании внешней нагрузки.

Это взаимодействие моделируется переходом от условия закрепления б 6 Ф б 9 к условию б 6 = б 9 при расчете схемы, показанной на рис. 3.1.1. При этом переходе напряжения, достигнув определенного уровня, начинают изменяться по другому закону, что влияет на величину нагрузки фибровой текучести.

Разработаны принципы расчета смещения линий графиков, обусловленного закрытием зазора между пластиной и накладным листом в процессе возрастания нагрузки.

Разработаны принципы учета нелинейных эффектов при расчете пластины, подкрепленной накладным листом. Результатом явилась диаграмма, которая представлена на рис. 3.5.1. На этой диаграмме показаны области размеров изношенной пластины, при которых ее целесообразно подкреплять накладным листом с толщиной Ь4 > 11!,

Выделены границы области размеров подкрепляемой пластины, при которых толщина накладного листа ограничена наиболее рациональными с точки зрения практического применения значениями. Эта область показана на рис. 3.5.2 и включает размеры, предложенные инспекциями Регистра на основании опыта применения накладных листов. Предложения инспекций представлены в Приложении 1.

Действие поперечной нагрузки на квадратную пластину с накладным листом (упругая модель материала)

Масштабный коэффициент для пересчета зависимостей нагрузки фибровой текучести яКР от его длины Ь2 вдоль оси абсцисс определяется по формуле (4.1.2), а вдоль оси ординат равен (4.2.2).

Масштабный коэффициент для пересчета зависимостей нагрузки, появление контакта между поверхностями пластин ясоых, у квадратной пластины, подкрепленной накладным листом, от его длины Ь2 вдоль оси абсцисс определяется по формуле (4.1.2), а вдоль оси ординат равен (4.2.3). Зависимости представлены в Приложении 4 на рис. П.4.5 - П.4.9,

Для квадратной пластины предложено прогнозировать контакт между ней и накладным листом по диаграмме, разработанной в настоящей работе и представленной на рис. 4.2.1.

Действие поперечной нагрузки на пластину с участком нахлеста (жестко-пластическая модель материала)

Для исследования особенностей поведения пластины с участком нахлеста (рис. 5.1.1), работающей в жестко-пластической стадии были выполнены расчеты ее предельной нагрузки р, кГс/мм2 .

Установлено, что зависимости предельной нагрузки р от длины участка нахлеста N обратно пропорциональны квадрату длины сторон ее опорного контура и прямо пропорциональны квадрату ее толщины Ь0.

Таким образом, имея ряд зависимостей р от 1М, рассчитанных для различных базовых значений отношения толщины участка нахлеста к толщине подкрепляемой пластины /Ь0 и базовых размеров изношенной пластины, можно получить зависимости для любых других размеров изношенной пластины. Зависимости представлены в Приложении 5 на рис. П.5.1 - П.5.10 и рис. П.5.14 - П.5.21. На рис. 5.1.3 проиллюстрирован пример использования масштабных коэффициентов для Ь>1/110=2.0,

Ь0 = 4.0, В = 700 х 700.

Выделено 2 опасных механизма пластического деформирования пластины, для которых линии локализации пластических шарниров совпадают с границей перехода участка нахлеста в участок подкрепляемой пластины. Области реализации этих механизмов показаны на рис. П.5.13 для квадратной пластины и на рис. П.5.22 - для длинной.

Установлено, что положение точек перехода одного механизма в другой, образующих границы области их реализации зависит от отношений hN/h0 и N/B (рис. П.5.13 ирис.П.5.21).

Приведенные результаты получены для пластины, у которой участок нахлеста являлся монолитным, т.е. без разделения пластину и накладной лист. В работе показан принцип перехода от монолитного участка к участку, состоящему из пластины и накладного листа. Принцип основан на приведении толщины монолитного участка к эквивалентной толщине пластины с накладным листом.

Определение диапазона размеров накладного листа и изношенной пластины, при которых периодическое замерзание воды в зазоре вызывает прогрессирование пластических деформаций (упруго-пластическая модель материала)

При эксплуатации судна возможно попадание воды в пространство между пластиной и накладным листом. Вода в зазоре, замерзая, расширяется и вызывает появление пластических деформаций, увеличивая, тем самым, объем полости. Далее возможно оттаивание, а при очередных последующих циклах замерзания и оттаивания проявится прогрессирующее развитие пластических деформаций. Многократное повторение таких циклов может привести к отрыву накладного листа после исчерпания пластичности или вследствие малоцикловой усталости.

На рис. 5.2.2 показаны заштрихованные области, ограниченные кривыми зависимостей толщины накладного листа от его длины. Попадание размеров накладного листа в эти области приводит к развитию пластических деформаций при повторении циклов замерзания - оттаивания. Области получены для случаев равнопрочной пластины и накладного листа и случаев, когда ее прочность существенно большей прочности последнего. За их пределами деформирование пластины и накладного листа упругое, т.е. развития повреждений не наблюдается.

144

1. Александров, А.Я. Пространственные задачи теории упругости. Применении теории функции комплексного переменного / А.Я. Александров, Ю.И. Соловьев. М.: Изд - во «Наука», 1978. - 463 с.

2. Алексюк, A.A. Автоматизация оценки технического состояния и проектирования подкреплений конструкции судов в эксплуатации: дис. . канд. техн. наук. 05.08.03 / Алексюк Александр Анатольевич; ДВГТУ. -Владивосток, 1997. 207 с.

3. Артюхин, Ю.П. Решение задач нелинейного деформирования пластин и пологих оболочек методом граничных элементов / Ю.П. Артюхин, А.П. Грибов. Казань: «Фен», 2002. - 198 с.

4. Архангородский, А.Г. Вопросы дефектации корпусов промысловых судов: «Исследование оптимальных методов ремонта корпусов судов рыбной промышленности» / под ред. проф., д.т.н. А.Г. Архангородский. Калининград, 1969. - 189 с.

5. Бабцев, В.А. Исследование эффективности ледостойких покрытий при защите корпусов ледоколов / В.А. Бабцев, Г.П. Шемендюк // Судостроение. № 2. 1989. - С. 33-36.

6. Бабцев, В.А. Отчет об оказании технической помощи Дальневосточному морскому пароходству во время ремонта ледокола «Адмирал Макаров» (апрель июнь г.п. Иокогама) / под ред. с.н.с. Бабцев В.А., м.н.с. Братухин О.И. - Владивосток, 1986. - 38с.

7. Бабцев, В.А. Условия эксплуатации и повреждения днищевых перекрытий судов, эксплуатирующихся во льдах: реферат / В.А. Бабцев; ДВПИ им. В.В.Куйбышева. Владивосток, 1975г.

8. Баженов, В.А. Строительная механика. Специальный курс. Применение метода граничных элементов / В.А. Баженов, В.Ф. Оробей, JI.B. Коломиец. Одесса: «Астропринт», 2001. - 288 с.

9. Барабанов, Н.В. Исследование работоспособности часто повреждающихся корпусных конструкций судов типа «Норильск» и разработка рекомендаций по их подкреплению / Н.В. Барабанов, Г.П. Шемендюк: ДВПИ им. В.В. Куйбышева. Владивосток, 1986. - 34 с.

10. Барабанов, Н.В. Ледовые нагрузки на днищевые конструкции судов / Н.В. Барабанов, В.А. Бабцев, H.A. Иванов // Судостроение. №2. -1982.-С. 10-12.

11. Барабанов, Н.В. Повреждения судовых конструкций / Н.В. Барабанов, H.A. Иванов, В.В. Новиков, В.А. Окишев, И.М. Чибиряк. — Л.: Судостроение, 1977. — 400 с.

12. Беленький, JI.М. Большие деформации судовых конструкций / Л.М. Беленький. Л.: «Судостроение», 1973. -208 с.

13. Беленький, Л.М. Расчет судовых конструкций в пластической стадии / Л.М. Беленький. Л.: «Судостроение», 1983. -448 с.

14. Бенерджи, П. Методы граничных элементов в прикладных науках / П. Беренджи, Р. Баттерфилд; под. ред. Р.В. Гольдштейна; перевод с английского A.B. Зазовского, A.B. Капцова, М.Л. Холмянского. М.: «Мир», 1984.-244 с.

15. Бойцов, Г.В. Прочность и работоспособность корпусных конструкций / Г.В. Бойцов, С.Д. Кноринг. Л.: Судостроение, 1972. - 250с.

16. Бреббия, К. Методы граничных элементов / К. Бреббия, Ж. Телес, Л. Вроубел; под ред. чл. корр. АН СССР Э.И. Григолюка, пер. с английского канд. физ. — мат. Наук Л.Г. Корнейчука. — М.: Изд - во «Мир», 1987.-528 с.

17. Бугаков, В.Н. Особенности расчета и проектирования балок носового днишевого набора из условия восприятия местной нагрузки: автореферат, дисс . канд. техн. наук (05.08.03) / В.Н. Бугаков; ДВПИ. — Владивосток, 1982. 20 с.

18. Вайнберг, Д.В. Расчет пластин / Д.В. Вайндберг, Е.Д. Вайнберг. — Киев: Изд — во «Будивельник», 1970. 436 с.

19. Варвак, П.М. Метод конечных элементов / П.М. Варвак, И.М. Бузун, A.C. Городецкий, В.Г. Пискунов, Ю.Н. Толокнов Киев: Вища школа, 1981.-176 с.

20. Виноградов, В.И. Суда ледового плавания / В.И. Виноградов. М.: Оборонгитиз, 1946. - 239 с.

21. Влияние технологических факторов на работоспособность бортовой наружной обшивки промысловых судов. Судоремонт флота рыбной промышленности. 1979. № 39.- С.46 - 49.

22. Вольмир, A.C. Устойчивость деформируемых систем / A.C. Вольмир. М.: Наука, 1967. - 984 с.

23. Гаврилов, М.Н. Повреждения и надежность корпусов судов / М.Н. Гаврилов, A.C. Брикер, М.Н. Эпштейн. — Л.: Судостроение, 1978. 215 с.

24. Гаврилов, М.Н. Предотвращение эксплуатационных повреждений судов / М.Н. Гаврилов, A.C. Брикер, М.Н. Эпштейн. Л.: Транспорт, 1980. -95 с.

25. Гахов, Ф.Д. Краевые задачи / Ф.Д. Гахов. М.: Изд во физико -математической литературы, 1958. - 545 с.

26. Гибель СРТ — «Тукумс»: сборник «Анализ характерных аварийных случаев с судами флота рыбной промышленности и рекомендации по их предупреждению». Вып. 4. Изд — во «Транспорт», 1967. — 223 с.

27. Гликман, Б.Т. Изгиб тонкой круглой пластины со смещенными граничными условиями / Б.Т. Гликман // «Строительная механика и расчет сооружений», 1970. 322 с.

28. Гликман, Б.Т. Свободные колебания круглой пластины со смешанными граничными условиями / Б.Т. Гликман // МТТ, 1972. 250 с.

29. Гоман, Г.М. Коррозия подводной части корпусов ледоколов / Г.М. Гоман, В.А. Климова, Е.Г. Солодовникова // Технология судостроения. № 5. -1983. С. 64 - 69.

30. ГОСТ 5521-93. Прокат стальной для судостроения. Введен 199601-01. -М.: ИПК : Изд-во стандартов, 1998. - 19 с.

31. Грибов, К.В. Особенности расчета и проектирования палубных конструкций лесовозов: дис. . канд. техн. наук 05.08.03 / Грибов Константин Викторович; ДВГТУ. Владивосток, 1993. — 243 с.

32. ДВГТУ-ТПП 03. Сборник типовых технологических процессов по ремонту изношенных и деформированных корпусных конструкций судов проектов 1743 и 1743.7. — Принято к сведению Инспекцией Тихоокеанского бассейна 28.07.2003. Владивосток: ДВГТУ, 2003. - 125 с.

33. Дурнов, В.П. Исследование прочности и амортизационной защиты бортов рыбопромысловых судов, швартующихся в море : автореф. дис. . канд. техн. наук / Дурнов Виктор Петрович; КТИРПиХ. Калининград, 1970. -20 с.

34. Егоров, Г.В. Методология надежности и безопасности корпусов судов ограниченных районов плавания: дис. докт. техн. наук 05.08.03 / Геннадий Вячеславович Егоров; Национальный университет кораблестроения имени адмирала Макарова. Николаев, 2004. - 477 с.

35. Екельчик, B.C. Изгиб анизотропных пластин из стеклопластика с учетом ползучести / B.C. Екельчик // Строительная механика: материалы по обмену опытом. Выпуск 130. Л.: «Судостроение», 1969. - С. 145-152.

36. Ерхов, М.И. Теория идеально пластических тел и конструкций / М.И. Ерхов. -М.: «Наука», 1978. 352 с.

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

38. Жибиров, В.А. Расчетно-экспериментальное обоснование конструктивных мероприятий, уменьшающих последствия слеминга: автореферат, дис. . канд. техн. наук (05.08.02) / В.А. Жибиров; НКИ. -Николаев, 1960. 25 с.

39. Захаров, В.Ф. Льды Арктики и современные состояние ледокольного флота зарубежных стран / В.Ф. Захаров. JL: Гидрометеоиздат, 1981.- 136 с.

40. Захаров, В.Ф. Похолодание Арктики и ледяной покров Арктических морей Т.337 / В.Ф. Захаров // Тр. ААНИИ. Ленинград, 1976. -С. 94.

41. Иванов, В.Ф. Из опыта защиты корпусов ледоколов и судов ледового плавания ледостойкими красками / В.Ф. Иванов // Мортехинформ: серия «Судоремонт». Вып. 1(23). 1987. - С. 2 - 7.

42. Иванов, H.A. Внешние нагрузки и принципы конструирования носовых днищевых перекрытий : автореферат, дис. . канд. техн. наук (05.08.03) / H.A. Иванов; ДВГТУ. Владивосток, 1974. - 36 с.

43. Ильюшин, A.A. Пластичность / A.A. Ильюшин. Часть 1: Упруго - пластические деформации. - Л.: «ОГИЗ», 1948. - 376 с.

44. Исследование вопросов снижения затрат на ремонт корпусов судов. Обоснование норм допустимых остаточных деформаций стенок рамного набора. Отчет. Тема 81-83-4 № ГР01830019166. Владивосток: ДВПИ, 1984г.

45. Качанов, Л.М. Основы теории пластичности издание второе. / Л.М. Качанов. -М.: «Наука», 1969. 420 с.

46. Киселев, В.А. Расчет пластин / В.А. Киселев.- М.: Изд- во «Стройиздат», 1973. 152 с.

47. Колманок, A.C. Строительная механика пластинок / A.C. Колманок. М.: Стройиздат, 1950. — 304 с.

48. Кравчук, A.C. Комплексный метод граничных элементов в инженерных задачах / перевод с английского д-ра физ. —мат. наук A.C.

49. Кравчука и канд. физ. мат. наук Е.Р. Ахуджанова; Т. Громадка II, Ч. Лей. -М.: «Мир», 1990.-304 с. № 80

50. Крауч, С. Методы граничных элементов в механике твердого тела / С. Крауч, А. Старфилд. М.: Мир, 1987. - 328 с.

51. Кулеш, В.А. Расчетное проектирование днищевых конструкций, воспринимающих нагрузки при слеминге, с учетом пластических деформации: автореферат, дис. . канд. техн. наук (05.08.03) / В.А. Кулеш; ДВГТУ. Владивосток, 1983. - 26 с.

52. Куликов, Н.В. Испытания судов во льдах / Н.В. Куликов, К.Е. Сазонов. СПб: ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова, 2003. - 200 с.

53. Курдин, A.B. Износ наружной обшивки корпусов судов в условиях трения о морской лед / A.B. Курдин, A.B. Шевцов В.А. Бабцев и др. // Тр. НТО им. акад. А.Н.Крылова. Владивосток , 1987. - С.56 - 59.

54. Курдюмов, A.A. Строительная механика корабля и теория упругости Т. 2. / A.A. Курдюмов, А.З. Локшин, P.A. Иосифов, В.В. Козляков. Л.: Изд - во «Судостроение», 1968. - 420 с.

55. Литвинов, Ю.Ф. Характерные повреждения судовых конструкций, воспринимающих случайные нагрузки, в районах криволинейных обводов: автореферат, дис. . канд. техн. наук (05.08.03) / Литвинов Юрий Федорович; ДВГТУ. Владивосток, 1986. - 24 с.

56. Локшин, А.З. Применение функции комплексного переменного к решению задач теории упругости: учебное пособие / А.З. Локшин. — Л.: Ордена Ленина Ленинградский кораблестроительный институт, 1975. — 99 с.

57. Луценко, В.Т. Исследование повреждаемости и разработка рекомендаций по обеспечению надежности корпусных конструкций судов Дальневосточного бассейна: дис. . канд. техн. наук. 05.08.03 / Луценко Владимир Трофимович; ДВГТУ. — Владивосток, 1985 310 с.

58. Максимаджи, А.И. Прочность морских транспортных судов / А.И. Максимаджи. Л.: Судостроение, 1976. - 310 с.

59. Малинин, H.H. Прикладная теория пластичности и ползучести / H.H. Малинин. -М.: «Машиностроение», 1975.-400 с.

60. Мамонтов, А.И. Нормирование прочности сильно вытянутой двухслойной пластины / А.П. Аносов, А.И. Мамонтов // Конференция по строительной механике корабля памяти профессора П.Ф. Папковича. — СПб, ЦНИИ им. Акад. А.Н. Крылова, 2007. С. 87 - 88.

61. Мамонтов, А.И. Усилия потери устойчивости квадратной двухслойной пластины / А.И. Мамонтов, А.П. Аносов // «Журнал научных публикаций для аспирантов и докторантов». № 11 ISSN 1991-3087. 2007. -С. 132-134.

62. Методика комплексной оценки технического состояния и выбора способа ремонта изношенно деформированных пласти: согласовано ГУ Регистра 29 июня 1989 г. - Владивосток, 1989. - 32 с.

63. Никитин, В.А. Технический отчет по теме А-1У-212 / под ред. начальника 31 лаборатории, к.т.н. В.А. Никитин, начальник 312 сектора, д.т.н. Г.В. Бойцов. — СПб: Изд-во акад. Крылова, 1983. 82 с.

64. Оценка технического состояния корпуса т/х «Smile» (на класс Регистра) № 06 13ic/Sm: принято к сведению ГУ Регистра 31 мая 2006 г. / Руководитель работы проф. В.А. Кулеш, C.B. Каленчук. — Владивосток, 2006. - 302 с.

65. Папкович, П. Ф. Труды по строительной механике корабля. Т.З / П.Ф. Папкович. Л.: Судпромгиз, 1962. — 528 с.

66. Папкович, П. Ф. Труды по строительной механике корабля. Т.4 / П.Ф. Папкович. Л.: Судпромгиз, 1962. - 552 с.

67. Попов, Ю.Н. Прочность судов, плавающих во льдах / Ю.Н. Попов, О.В. Фадеев, Д.Е. Хейсин, А.А. Яковлев. Л.: Судостроение, 1967. - 221 с.

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

69. Постнов, В.А. Численные методы расчета судовых конструкций / Постнов В.А. Л.: Судостроение, 1977. - 280 с.

70. Правила классификационных освидетельствований судов в эксплуатации РМРС. СПб, 2007. - 319 с.

71. Притыкин, И. А. Параметры коррозионного износа корпусов судов / И. А. Притыкин, В. П. Прохнич // Судоремонт флота рыбной промышленности. №56. — Калининград, 1984. -С. 44 -46.

72. Прохнич, В.П. Износ наружной обшивки судов промыслового флота / В.П. Прохнич, Л. Семенов // Судоремонт флота рыбной промышленности. № 10. Калининград, 1974. №10

73. Прохнич, В.П. Техническое состояние корпусов судов типа СРТ / В.П. Прохнич, Л. Семенов // Судоремонт флота рыбной промышленности. № 25. Калининград, 1974. -С.43 - 50.

74. Рабочий альбом типовых подкреплений № 8187763 -01 : согласовано ГУ Регистра 20 июля 1989 г. Владивосток: ДВПИ, Лаборатория ПЭНС, 1989. - 56 с.

75. Руководство по оценке технического состояния, ремонту и модернизации часто повреждаемых корпусных конструкций судов типа PC — 300 проекта 388М. Владивосток: ДВГТУ, кафедра Конструкции судов, 1986.-74 с.

76. Руководство по техническому надзору за применением сварки в судостроении и судоремонте: 2001г. / РМРС. СПб, 2001. - 88 с.

77. Снитко, И.К. Практические методы расчета статически неопределимых систем / И.К. Снитко. М.: Госстройиздат, 1960. - 326 с.

78. Справочник по строительной механике корабля Т. 1. / под. ред. докт. техн. наук О.М. Палий. Д.: Изд — во «Судостроение», 1982. - 376 с.

79. Справочник по строительной механике корабля Т. 2. / под. ред. докт. техн. наук О.М. Палий. Д.: Изд — во «Судостроение», 1982. — 464 с.

80. Технологические процессы ремонта корпусных конструкций методом подкрепления: сборник технологических указаний. ТТП ККС — 21 ДВГТУ. - Владивосток: ДВГТУ, 1988.

81. Томашов, Н.Д. Теория коррозии и защиты металлов / Н.Д. Томашов. -М.: АН СССР, 1959. 384 с.

82. Угодчиков, А.Г. Метод граничных элементов в механике деформируемого твердого тела / А.Г. Угодчиков, Н.М. Хуторянский. — Казань: Издательство Казанского университета, 1986. — 295 с.

83. Фадеев, О.В. К вопросу о прочностных и массовых показателях различных типов двойного борта / О.В. Фадеев, B.C. Иришин // Ледовые качества судов: сб. науч. тр. Вып. 391. Арктический и Антарктический н.-и. ин-т.- 1985.-С. 84-96.

84. Юб.Хаустов, А.Н. Советско-Финский симпозиум по защите ледоколов и судов ледового плавания от коррозии / А.Н. Хаустов // Судостроение №3. -1983. С. 45 - 46.

85. Хейсин, Д.Е. О равнопрочности набора и обшивки ледового пояса / Хейсин Д.Е. // Ледовые качества судов: сб. науч. тр. Вып. 376. Арктический и Антарктический н.-и. ин-т. 1981. - С. 100 - 107.

86. Чапкис, Д.Т. О моделировании язвенного износа пластин судового корпуса при статическом нагружении / Д.Т. Чапкис // Прочность корпуса морских судов: сб. науч. тр. Вып. 82. Центр, н.-и. ин-т морского флота. — 1967.-С. 34-50 №54

87. Чибиряк, И.М. Исследование прочности корпуса судна принекоторых видах его ремонта: дис.канд. техн. наук 05.08.03 / Чибиряк

88. Игорь Михайлович; ДВГТУ. Владивосток, 1970. — 207с.

89. Шемендюк, Г.П. Исследование прочности судового набора с вырезами: автореферат, дис. . канд. техн. наук (05.08.03) / Геннадий Петрович Шемендюк; ДВГТУ. Владивосток, 1973. - 48 с.

90. Ш.Юнитер, А.Д. Повреждения и ремонт корпусов морских судов / А.Д. Юнитер. -М.: Транспорт, 1973.

91. Яковлев, A.A. Систематизация и анализ ледовых повреждений транспортных судов за арктические навигации 1959-63 гг.: отчет по НИР. Шифр темы 95-5. / A.A. Яковлев; Арктический и Антарктический н.-и. ин-т. -Л., 1964.- 150 с.

92. ЯКУТ 24 — 004 — 90 Технологическая инструкция по ремонту корпусных конструкций с применением накладных листов. — Введена письмом РМРС № 010-7.2.2- 1768 от 04.04.91.-Л.: ЦНИИМФ, 1991.-40 с.

93. Harrison, J.D. Material selection consideration for offshore steel structures // Spes. and Plenary Sess: Steel marine structure. Inc. Conf., Paris, 5-8 oct. 1981. -C. 148- 193.