Восстановление прочности изношенных судовых конструкций методом установки накладных листов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.08.04, кандидат технических наук Мамонтов, Андрей Игоревич

• Мамонтов, Андрей Игоревич
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Мамонтов, Андрей Игоревич

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

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Восстановление прочности изношенных судовых конструкций методом установки накладных листов»

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.

Заключение диссертации по теме «Технология судостроения, судоремонта и организация судостроительного производства», Мамонтов, Андрей Игоревич

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

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Мамонтов, Андрей Игоревич, 2008 год

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.