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

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 21.10.2024

Просмотров: 85

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

ния температуры внешней среды

и в помещениях

судна.

Вместе1

с тем в П р а в и л а х классификационных обществ

у ж е стали

п о ­

являться некоторые указания по

выбору размеров

связей

и

т р е ­

бования к материалу корпуса д л я судов, предназначенных для пе ­

ревозки сжиженных газов или горячих

нефтепродуктов (битума),,

т. е. для судов,

конструкции

корпуса

которых эксплуатируются:

в специфических температурных условиях.

'

Недостаточно

изучена п

проблема

остаточных

напряжений:

в корпусе, возникающих при постройке и ремонте сварных судов..

Исследование

сварочных усилий,

вызываемых ремонтом конструк­

ций, проводится довольно интенсивно [4],

[99].

Но,

несмотря

на

бесспорное

значение остаточных

сварочных

усилий

при

оценке

надежности

и

работоспособности

конструкций,

их

теоретическое

и

экспериментальное

изучение

находится в

таком состоянии,

что*

не

позволяет

дать

достаточно

приемлемые

рекомендации

по

их

учету при проектировании, а имеющиеся данные дают большойразброс значений усилий и деформаций . Это связано с существен­ ным влиянием случайных технологических и других факторов, спо­ собы учета которых еще практически не разработаны .

Остаточные

напряжения относятся

к

категории

самоуравно ­

вешенных и, как правило, возникают

в

очень ограниченных о б ъ ­

емах материала

конструкции. Они

могут достигать

значений,,

превышающих предел текучести или соизмеримых с ним. В пере­

напряженных объемах

материала начинается текучесть, происхо­

дит перераспределение

напряжений и выравнивание

напряженного'

состояния [96]. Поэтому

при отсутствии значительных

технологиче­

ских и конструктивных дефектов чувствительность обычных судо­

строительных конструкционных материалов к такого рода

л о к а л ь ­

ным эффектам оказывается достаточно слабой.

 

Остановимся более

подробно

на п е р е м е н н ы х составляю­

щих нагрузки и в особенности на ее части, обусловленной

п л а в а ­

нием судна на волнении. Развитие статистической теории

качки

судов на нерегулярном

волнении

в работах многих отечественных

и зарубежных исследователей позволило использовать ее для прак­

тической оценки волновых нагрузок, чему в значительной

степени;

способствовали

т а к ж е

комплексные

натурные испытания

судов,

проведенные в

С С С Р ,

США, Швеции,

Голландии и в др .

странах.

Основой разработки статистических методов оценки волновых нагрузок чаще всего служит корреляционный вариант спектраль ­ ной теории случайных процессов. Морское волнение принято от­ носить к процессам, вполне удовлетворительно описываемым этой теорией. Большинство результатов получено в предположении, что корпус судна является линейной динамической системой.

Как показывают имеющиеся экспериментальные и

теоретиче­

ские данные, долгосрочные (в течение нескольких лет)

распреде -

80

ления волновых нагрузок приближенно описываются законом Вейбулл а

 

Р

(х) = ехр

 

 

( I I . 7 )

где

Р(х)—вероятность

того, что амплитуда случайной величины

 

превышает значение х (обеспеченность случайной ве­

 

личины) ;

 

 

 

 

 

ах, k — параметры распределения.

 

 

 

 

Процессы изменения

нагрузок от волнения

могут

быть

пред­

ставлены процессами изменения та к называемых

эффективных

волн, ординаты которых

отличаются от ординат

процессов

измене­

ния

нагрузок линейными

детерминированными

множителями . Эти

множители представляют собой нагрузку, определяемую при ста­

тической постановке

судна

на

регулярную

волну

с

амплитудой

г = 1 м, с учетом

поправок

на

отличие

реальных условий

нагруже -

ния (наличие качки, гидродинамические особенности

и

т. п.) от

предполагаемых

при статической

постановке

на волну:

 

 

 

 

 

Q = r*Q.

 

 

 

 

 

(И-8)

Установлено,

что

процессы

 

r^,(t)

имеют

обычно

сравнительно

узкий спектр. Краткосрочные

(интервал

времени

не

более часа)

распределения их амплитуд

описываются законом

Релея

 

 

 

Р ( Г э ф ) = е х р ( - ^ ] ,

 

 

 

( I I . 9)

где D,- — дисперсия,

определяемая при

фиксированных

 

значениях

высот волн некоторой обеспеченности, курсовых углах, средних пе­ риодах и спектрах волнения, скорости судна и т. п. Этот закон рас ­ пределения подтверждается теоретическими и экспериментальными исследованиями.

Д л я нахождения дисперсии используется известная зависимость

спектральной теории

 

 

 

 

 

со

 

 

 

D r =

f a* (<o)S(co)dm,

(11.10)

 

'о

 

 

 

где C X Q ( C O ) — а м п л и т у д н о - ч а с т о т н а я

характеристика

корпуса

судна

относительно

процесса

нагрузки Q с учетом влияния

скорости судна в функции от истинных

частот

вход­

ного процесса

волнения со;

 

 

5(со) — спектр волнения.

Внастоящее время для определения статистических характери ­ стик волновых нагрузок на стационарном нерегулярном волнении наиболее широко используется спектр Пирсона-Московица, реко-

4 Л. И. Вронский п др .

81

мендованный I I Международным конгрессом по конструкции и прочности судов [121], л введена д в а ж д ы нормированная форма амплитудно-частотных характеристик [47]

 

 

 

S((o) =

^ T c S ( © ) ;

 

 

 

(11.11)

 

S(M) =

0,0iw - 5 ex p ( — 0 , 4 4 ш - 4 ) ;

 

 

(11.12)

 

 

a

Q ( w " ) = a Q a X V (

^ '

 

 

(П . 13)

где й з и

— о с н о в н а я

характеристика

интенсивности

волнения,

 

равная высоте

волны

обеспеченности

3%;

 

 

 

 

 

 

Тс = 2я/сос ;

 

 

 

 

 

сое — средняя

частота

волнения,

определяемая

по

спект-

_

ральным

моментам [36], [121];

 

 

 

 

со = со/сос;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

aQi a N — максимальное

значение

амплитудно-частотной

харак ­

 

теристики;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

со = 0)/и", а з г

— относительные

частоты

волн

( с о ш а х — частота,

соот­

 

ветствующая максимуму амплитудно-частотной ха­

 

рактеристики) ;

 

 

 

 

 

 

 

 

C I Q ( C O ) — ф у н к ц и я ,

характеризующая

форму

амплитудно-ча­

 

стотной

характеристики.

 

 

 

 

 

Подробный анализ

влияния

различных

факторов

на

статисти­

ческие характеристики волновых нагрузок выполнен в ряде оте­

чественных и зарубежных

работ [13], [36], [47], [53], [121].

Натурные

и модельные испытания

совместно с теоретическими

исследова­

ниями в принципе позволяют определять основные параметры дол­ говременных распределений ах и k в выражении (11.7) для основ­ ных типов нагрузок: вертикального и горизонтального изгибающих моментов, вертикальной и горизонтальной перерезывающих сил, крутящего момента, давлений на обшивку — в зависимости от ти­ пов и размерений судов, районов и условий их эксплуатации . На ­ иболее подробно исследованы долговременные распределения эф ­ фективных полувысот волн при изгибе корпуса в вертикальной плоскости

г в = ^ Г - '

( П Л 4 )

где &вс р = 0,057 (сь—0,13)—осредненное

значение коэффициента

волнового

метода при статической по­

становке на стандартную волну (сь — коэффициент общей полноты с у д н а ) ;

L , В — длина и ширина судна.

82

В

табл .

6

приведены ориентировочные значения параметров

а Г 1 и

^rt

Для

долговременного распределения эффективных полу­

высот волн применительно к сухогрузным судам и танкерам длиной

100—400 м при плавании на некоторых

типовых

маршрутах

Миро­

вого

океана

[48].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 6

Параметры

долговременных распределений эффективных полувысот волн

 

 

 

при изгибе

корпуса

в вертикальной плоскости

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р е й сы

 

 

 

Длима

судна

 

 

 

 

 

 

 

Л е н и н ­

 

Ленин ­

 

L ,

ы

Л е н и н ­

Одесса —

Мурма иск—

Одесса —

град — Кейп ­

 

град—МоИ-

 

 

 

г р а д — К у б а

Куба

 

М о н р е а л ь

Антарктида

т а у н — В л а ­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

реаль

 

дивосток

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Танкеры

 

 

 

 

 

 

100

0,17

 

0,16

 

0,27

 

0,16

0,24

 

0,16

 

0,95

 

0,92

 

1,09

 

0,94

1,04

 

0,93

 

 

 

 

 

 

 

 

200

0,18

 

0,17

 

0,27

 

0,17

0,24

 

0,19

 

0,91

 

0,90

 

1,01

 

0,89

0,97

 

0,93

 

 

 

 

 

 

 

 

300

0,17

 

0,16

 

0,24

 

0,17

0,22

 

0,17

 

0,88

 

0,85

 

0,95

 

0,89

0,94

 

0,87

 

 

 

 

 

 

 

 

400

0,14

 

0,13

 

0,19

 

0,14

0,18

 

0,14

 

0,85

 

0,82

 

0,89

 

0,85

0,87

 

0,83

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сухогрузные

суда

 

 

 

 

100

0,15

 

0,13

 

0,23

 

0,14

0,19

 

0,15

 

0,94

 

0,91

 

1,09

 

0,93

1,02

 

0,94

 

 

 

 

 

 

 

 

200

0,19

 

0,14

 

0,24

 

0,18

0,21

 

0,16

 

0,96

 

0,87

 

1,00

 

0,95

0,96

 

0,92

 

 

 

 

 

 

 

 

300

0,17

 

0,14

 

0,22

 

0,15

0,20

 

0,16

 

0,90

 

0,85

 

0,97

 

0,87

0,94

 

0,90

 

 

 

 

 

 

 

П р и м е ч а и и е. В

числителе даны значения

а_

, м; в знаменателе — й_ . б е з р а з м е р -

пая

величина.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р а с п о л а г а я параметрами

а

и

/г

 

для каждого морского рай­

она

в характерные

периоды

года,

можно построить долговременное

распределение для

любых переменных

 

условий эксплуатации

(т. е.

найти

параметры а Г 2 и

kr^

на основе

полновероятностной

схемы:

 

Р(г>гг )=ЕР( ехр

 

п

 

 

ехр

 

 

(11.15)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а.

 

 

 

 

 

 

4*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

83

где Pi — относительное время плавания в определенных

условиях

(в заданном районе в установленный период года) .

 

Расчеты удобно производить в графической форме на вероят­

ностной бумаге Вейбулла, т. е. в координатах z\ = \r\r, z2 =

ln(—\пР),

в которых долговременное распределение (П.7) изображается пря­

мой линией

(рис.

20). Располага я параметрами долговременного

распределения, по

заданной обеспеченности Р можно найти расчет­

ные значения

эффективных полувысот волн.

Врезультате систематических модельных исследований [101]

выявлена

тенденция

возрастания горизонтального

М г и

скручиваю­

щего Мс

моментов

и перерезывающих сил

SD и

Sr

по

сравнению

с вертикальным моментом Мв с увеличением

длины

судна, что сви­

детельствует об изменении влияния этих усилий на решение вопро­

сов прочности

судов большой длины. Полученные

при

испытаниях

моделей

относительные значения

долгосрочных

распределений ука­

занных

усилий,

соответствующие

числу Фруда

Fr = 0,15

и обеспе­

ченности Р = 1 0 - 8 , приведены на рис. 21.

 

 

 

 

 

Необходимо

т а к ж е обратить

внимание

на

неправомерность

оценки

результатов воздействий различных

нагрузок

на

конструк­

ции по сумме максимальных амплитуд каждой из них. Максимумы динамических нагрузок могут быть смещены относительно друг друга по времени, поэтому нужно учитывать фазовые соотношения.

В

качестве примера на

рис. 22 по данным [101] приведены

долго­

срочные распределения

напряжений

в продольных

связях

днища

у

поперечной переборки

и в центре

перекрытия

при движении

84

Смотрите также файлы