Файл: Бронский, А. И. Основы выбора конструкций корпуса судна.pdf

ные

расчетом н а п р я ж е н и я

или деформации в этом случае не дол­

ж н ы

превышать с заданной

вероятностью некоторых заранее уста ­

ствующим требованиям

задания .

Введение

в

расчет

степени гарантий

безотказности

требует

учета

изменчивости

любых

процессов

во

времени

и их зависи ­

мости

от

большого

числа

определенных

или случайных

факторов .

В частности,

в

расчетах

приходится

учитывать

не

некоторые

условные

значения

волновых

нагрузок,

а все особенности волно­

вого процесса в данном районе плавания и его

воздействие на

конкретное судно при заданном р е ж и м е эксплуатации.

Н е с у щ а я способность

конструкции,

с

которой

сравнивается:

внешнее

воздействие,

т а к ж е

носит случайный характер

и опре­

зать

к а ж д ы й

вид

отказа в

работе конструкции с

определенными

техническими

и экономическими его последствиями

д л я

эксплуа­

тации

судна.

Это

и создает

предпосылки обоснованного

подхода

Рассмотрим

основное содержание

новых методов. Н а

любую

конструкцию и

корпус судна в целом

действует совокупность

нагру­

спектром

распределения

энергий

по частотам. В общем случае

спектр состоит из суммы

спектров

волновых нагрузок

(вызванных

волновым

изгибающим

моментом,

динамическими

усилиями от

подходе к действующим нагрузкам в принципе

можно

определить

их расчетную суммарную величину QP^'

заранее

заданной

обес­

печенности (вероятности превышения) . В

разных

странах

интен­

сивно ведутся исследования внешних нагрузок в указанных

выше

направлениях [13], [36],

[53], [54], [65], [101],

[121]

и у ж е

установлены

параметры некоторых основных видов нагружения .

Полученные характеристики

внешних

воздействий

позволяют

с помощью

различных

расчетных

теоретических

схем

определить

параметры

поведения

конструкции. Д а ж е

при

детерминированном

висит от

технологических

процессов

изготовления

конструкции,

принятой

системы

допусков, объема и

качества контроля,

начиная

с

проката

стали и кончая

з а в е р ш а ю щ и м и

технологическими

опера­

ц и я м и — испытаниями. Н е и з б е ж н ы

т а к ж е

разного

рода

Дефекты

в

конструкциях,

геометрические

и

технологические

неоднород­

изученное)

на параметры поведения конструкции и на

их случай­

ный разброс.

Строго

говоря, необходимо учитывать изменения

геометриче­

времени (коррозионный

износ,

старение, эрозионные

поврежде­

ния и др-), которые могут определяться статистически

на основа­

нии данных, полученных

при

эксплуатации и при

эксперимен­

риваемый момент

времени и что корпус

будет эксплуатироваться

без отказов.

Необходимо выяснить, что именно подразумевается

в к а ж д о м

конкретном случае

под отказом как для

конструкции в

целом, т а к

или хрупких трещин и т. п. Под отказом понимается

т а к ж е

опре­

деленная величина деформации, при которой нарушается,

напри­

мер, нормальная работа оборудования, установленного на

д е ф о р ­

мируемом перекрытии, хотя в других условиях та ж е

деформация

для

танкеров. Такое

ж е

разъедание

стенок

балок

набора

часто

практически

не влияет

на прочность

не только судна в целом, но

д а ж е

самих

балок.

Отсюда

ясно,

что

в

зависимости

от технических и экономиче­

ских

последствий

в

разных условиях

один

и тот ж е

отказ

может

именно эти последствия являются одним

из

важнейших

призна­

ков, по которым следует классифицировать отказы.

По

скорости

отклонения

параметров

поведения

конструкции,

от нормальных

различают

внезапные

и

постепенные

отказы.

К первым, в частности, относятся катастрофические

отказы — бы­

строе

разрушение конструкции;

ко вторым — отказы,

вызывающие

развитие усталостных трещин,

коррозионные и эрозионные пов­

нагрузку,

но

не

обеспечивает герметичности отсеков. Существуют

и другие

классификационные

признаки

отказов,

характеризую ­

щие надежность

конструкции

в

техническом

и временном

отно­

шении.

Пределы изменения параметров поведения конструкции в эксплу­

атации

при заданных

внешних

воздействиях,

принятой конструк­

тивной

схеме

и

р а з м е р а х

связей

ч а щ е зависят

от физико-механи­

ческих

характеристик

м а т е р и а л а

(предела текучести, предела проч­

ности,

модуля

нормальной

упругости, критической

температуры

хрупкого

разрушения, скорости

коррозии

и др . ), изменяющихся

при

Используя указанные данные, в принципе можно

определить

вероятность

выхода

реальных параметров поведения

конструкции

з а

расчетные

пределы, найденные

по номинальным (или минималь­

но

гарантируемым)

показателям

материала с учетом

рассматри­

ваемых дефектов конструкции. При последовательном

применении

янной в течение всего срока эксплуатации

конструкции.

Необ­

ходимо

подчеркнуть,

что

определение гарантии

безотказности —

с л о ж н а я задача,

решение

которой

пока

доведено

до практически

применимых

результатов

только

д л я ограниченного числа

конст­

рукций корпуса и условий их эксплуатации .

Следует

отметить

аналогию

между

изложенным

подходом

к расчету конструкций и методом

предельных состояний,

описанным

в известной работе В. В. Болотина [15]. В этой работе

рассмотрен

наиболее распространенный частный

случай

определения

гарантии

безотказности конструкции — гарантии

ее

неразрушимости. По­

этому

описанный

выше

подход

к

расчету

конструкций

можно

Однако

само по

себе такое

решение является проверочным

и требует

введения

допустимых

величин гарантии безотказ­

тате расчета. Этот вопрос

представляет собой технико-экономи­

ческую проблему. Чтобы найти оптимальное

проектное решение

и выбрать размеры связей

корпуса,

необходимо

дополнительно

использовать экономические

оценки

[15], [49],

[50],

[84].

садок на мель

и

столкновений

(для крупнотоннажных

танкеров,

газовозов,

судов

с ядерными

силовыми

установками) .

Требова­

ния сведения

к

минимуму загрязнения

моря при

повреждении

и авариях,

сокращение экипажей судов

вследствие

применения

порчи

груза

и т. д. Вероятность такого ущерба равна вероятности

отказа

Р= 1

— Г .

няется и степень гарантии ее безотказной

работы, а

следовательно,

и возможные экономические последствия

отказа.

При отнесении

б С р е м - б Э = ^ б Р = — ^ - б Г .

( И Л )

Здесь приняты те ж е обозначения,

что и в выражении (1.8)

д л я

комплексного экономического критерия оценки конструкции.

Повышение степени гарантии безотказности

конструкции,

к а к

правило, связано с дополнительными

капитальными

затратам и на

изготовление, а в некоторых случаях

и

расходами на

ее с о д е р ж а ­

ние. Тогда в ы р а ж е н и е (1.8) принимает

вид

5 С Э К С П Л (Г) = а б С к а п (Г) +

6 С С 0 Д ( Г ) - - U T

6Г.

'

( I I . 2 )

струкции по сравнению с некоторым эталонным вариантом

целе­

сообразно производить только при уменьшении

эксплуатационных

расходов, т. е. при соблюдении неравенства

6С Э КСПЛ(Г) < 0 .

В

тех

случаях,

когда

зависимость

составляющих

С К а п,

С 0 0 д

и

V

от

уровня безотказности непрерывна

(что в

основном

характерно

д л я

выбора

размеров

связей

корпуса),

оптимальное

изменение

кон­

струкции находят из условия минимума

функционала

С Э К с п л,

т. е-,

при

^Сэкспл

л

( П . З )

dY

где

Y — количественная

характеристика

изменяемого

п а р а м е т р а

конструкции.

Применительно

к

корпусным

конструкциям

нормы

отчислений

устанавливают,

как

принято

в практике

планово-предупредитель­

ных

ремонтов,

исходя из

предположения, что

трудоемкие

работы

ществляться только в крайних (как правило,

аварийных)

случаях.

Следовательно можно

полагать, что

а = 1 / £ с ,

где

tc — установлен­

ный срок эксплуатации

судна либо директивный срок возмещения

капитальных з а т р а т на

постройку судна.

Тогда, учитывая, что уровень безотказности есть функция про­

ектных параметров конструкции, из

(П.2) и

(П.З)

получим

^ [ С к а п ( Г ) + ^ С с о д ( Г ) ] = ^ с / ^ - А ( 1 _ Г ) ^ .

( I I . 4)