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

судна длиной 150 м

на

встречном волнении.

Р а з м е р ы всех

связей

корпуса

этого судна

приняты

в соответствии

с

П р а в и л а м и

Нор ­

вежского

Веритас. К а к

видно,

результирующие

напряжения

отли­

чаются от суммы максимальных значений

составляющих.

Амплитуды каждой из составляющих нагрузки могут соответ­

ствовать

разным

условиям

эксплуатации

(например,

наибольшие

изгибающие и скручивающие мо­

менты

возникают

при

различных

курсовых углах по отношению к

основному

направлению

распрост­

ранения волн) . Поэтому следует на­

ходить

статистическое

распределе­

ние суммарных воздействий от раз ­

личных нагрузок и интенсифициро­

вать

исследования

в этом направле ­

нии.

Выполненный

анализ

суммарных

воздействий волновой и ударной со­

ставляющих

изгибающего

момента

и результаты мореходных испыта­

ний

дизель-электрохода

«Куйбы-

шевгэс»

[13],

[41],

[93]

показали,

Рис.

22.

Долгосрочные

распреде­

что

оценка

динамического

взаимо ­

ления

волновых

напряжений от

действия

судна с

волнами

при

рас­

общего

и местного изгиба в про­

чете

его

предельной

общей

проч­

дольных

связях днища.

0 v — суммарные

напряжения;

о а — н а ­

ности в ряде случаев может не про­

пряжения

от общего

изгиба;

о " м — м е ­

изводиться. В

то

ж е

время

динами ­

стные

напряжения

от

изгиба

днище­

ческие

факторы

д о л ж н ы

специаль­

вого

перекрытия;

q — интенсивность

местной

нагрузки;

Р — обеспеченность

но рассматриваться

при

решении

волновых напряжений;

вопросов

усталостной

и

местной

в опорных

сечениях

днище­

вого перекрытия:

в

пролетных

прочности,

а

т а к ж е

устойчивости

сечениях днищевого

перекрытия.

теоретических

и экспериментальных

работ

[13],

[53],

[102].

В а ж н ы м частным случаем динамических

нагрузок,

возникаю­

щих на волнении, являются силы инерции,

величины

которых Qu

пропорциональны силам веса G:

Q» = \G,

(11.16)

где r)g — амплитуда вертикальных ускорений

в долях

от

ускорения

силы

тяжести .

Значения амплитуд ускорений удобно представлять в относи­

тельной (нормированной) форме, в

долях от их

среднего квадра ­

вопросы

предельной и усталостной прочности перекрытий

корпуса

и нормировать размеры их связей.

При

оценке предельной прочности конструкций с

помощью

рованными, а новыми случайными величинами, зависящими

от

исходного

распределения

нагрузок.

Пусть

некоторая

величина

амплитуды

нагрузки

*

из условия

Q N принимается

P{Q>Q*N)=P{Q?N)

= UN,

(11.17)

г д е Р ( < 3 ) — д о л г о в р е м е н н ы й

закон

распределения

амплитуд

на­

грузки;

N = tc/xc — общее число

амплитуд

нагрузки

за время

эксплуатации

конструкции

tc;

т с

— средний

(эффективный)

период

изменения

нагрузки,

зависящий

от среднего

периода

волнения,

параметров

амплитудно-частотной

характе ­

ристики, скорости хода и курсового угла [36], [47].

Тогда закон распределения экстремальных нагрузок

Л Л Ф ' л П

для области Q™a x

>

( ^ ( к о т о р а я

имеет

решающее

значение

при

оценке предельной

прочности)

будет иметь

простейший

вид [13]:

p m i Q N a x ) = N P { Q N a x ) '

( » - 1 8 )

что позволит перейти

к

нормированию

предельной прочности

раз­

грузок.

<

Специфическим видом нагрузок являются вибрационные, значе­

ния амплитуд которых зависят от случайных причин. Одну

группу

составляют

вибрационные нагрузки,

вызываемые

плаванием

судна

на волнении. Д л я их определения в

полной мере

можно использо­

усилий

с

учетом

нерегулярности

волнения

и

движения

корпуса

относительно взволнованной поверхности

,[13],

[41], [53]. К

другой

группе

относятся

вибрационные

нагрузки,

вызываемые

неточно­

стями

сборки и

монтажа

механизмов, их

статической или дина­

мической

неуравновешенностью

(в

частности,

разношаговостыо

лопастей

гребных

винтов)

и т. п. Частоты и амплитуды этих нагру­

зок для конкретного построенного судна

могут рассматриваться

как детерминированные,

а их значения — определяться по

факти­

ческим

з а м е р а м .

Этим

далеко

не исчерпывается

круг

вопросов, возникающих

расчетах, тем более,

что

именно

сравнительные оценки

больше

всего пригодны для

целей

оптимизации

конструкций

на

основе

технико-экономических

показателей.

§

7. Расчетные

схемы оценки

надежности

и долговечности

конструкций

При нормировании

прочности

судовых конструкций

обычно

более

простые схемы

расчета как д л я условного

анализа

эталон­

ных

конструкций, так

и проектирования новых.

Всякое

измене­

стей о внешних нагрузках и новых расчетных методов

определения

реакции

конструкций

на внешние воздействия с использованием

ЭВМ .

Прогрессу

в

области

расчетного

проектирования

препят­

ствует

т а к ж е количественная

и д а ж е

качественная

неопределен­

ность

критериев

прочности и надежности

судовых

конструкций,

которые

положены в

основу

Правил

классификационных

обществ

стическом, усталостном и хрупком

видах

разрушения .

Д л я

анализа условий

возникновения

и

развития

различных

видов

повреждений (отказов) конструкций

корпуса

необходимо

рассмотреть напряженное состояние в связях и узлах

на

разных

стадиях деформирования

материала: упругой,

упругопластической

и пластической.

В упругой стадии суммарные н а п р я ж е н и я

в любом узле кор­

пуса являются линейной функцией

нагрузок

qi;

S ^ - S ^ , .

(11.19)

l

^

где сП[—конструктивный

коэффициент

(как

правило,

случайный),

определяемый методами

строительной

механики к о р а б л я

с учетом

величины

сП[

зависят

от

случайных

отклонений

размеров и

поло­

жения связей корпуса по отношению

к

их

номинальным • значе­

ниям,

от

неточностей

изготовления

и

сборки

конструкций

и от

других

факторов .

сП[

qt

Случайные

величины

и

можно

считать

независимыми.

Тогда

на

стационарном

режиме

нагружения

среднее

значение

и стандарт суммарных напряжений определятся

на

основании

известных

положений

теории

вероятностей

по

формулам

M ( v s < « > ) =

s °

(11.20)

а

.. = or

сс<"),

где

в — среднее значение напряжений

в узле

на тихой

воде, опре­

деляемое по обычным

правилам

строительной

механики

в зависимости

от

изгибающего

момента,

перерезываю­

щей силы и поперечной распределенной нагрузки

на ти­

хой

воде;

— значение стандарта

номинальных

напряжений

в узле на

стационарном

режиме

волнения;

а<">, а м

— обобщенные

коэффициенты

концентрации

напряжений

в узле на тихой воде и на волнении соответственно [45]:

•Лп)

V

|с

q./s°

) ;

(11.21)

j

\

-

-

/

i

-о

|

Здесь

Кц — корреляционные

моменты

величии

(cnaqJas<)'

двойная

сумма

распростра­

няется

на

все

элементы

корреляционной

матрицы, содержащей корреляционные мо­

менты

и дисперсии;

qi и

oq[,

с„.

и 0С Л . — средние

значения

и

стандарты

соответ­

ственно

нагрузок

и

конструктивных

коэф­

фициентов.

Формулы (11.20) и

(11.21)

при достаточно

полных

и

обоснован­

мацию о внешних

нагрузках

и напряженном состоянии

конст­

рукции.

Статистические характеристики qu <sqt, Кц в принципе

могут

быть определены

на основании

данных, приведенных в §

6. Д л я