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: 88

Скачиваний: 0

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

более, что шаг используемой сетки можно принимать переменным, увеличивая ее густоту в обследуемой зоне концентрации. Одно­ временно развивались экспериментальные методы изучения макро­ концентрации напряжений . Так, получены данные о величинах кон­

центрации напряжений в районе вырезов различных

размеров

и расположения в перекрытиях корпуса [2], [13], [29], [87]

при дей­

ствии растягивающих, изгибающих или сдвигающих усилий, а т а к ж е

при суммарном действии разных

нагрузок на

конструкции

судов

с

большим

раскрытием

люков [118];

определены

 

поля

напряжений

в

киичных

соединениях

набора

при

различном

их

оформлении

[65], [86];

уточнены

напряжения,

действующие

в

днищевых

пере­

крытиях

с

учетом

явлений .сдвига

и

других факторов

[52].

 

Таким образом, в настоящее время оценка напряженного со­ стояния и коэффициентов концентрации напряжений в упругой стадии большинства конструкций корпуса при статическом нагружении может быть выполнена с достаточно высокой точностью теоретическими либо экспериментальными методами.

В рамках современных представлений о надежности и работо­ способности корпусных конструкций теоретические коэффициенты концентрации в упругой стадии не являются самостоятельными критериями прочности конструкции, так как при увеличении на­

пряжений в зоне концентрации до предела текучести

материала

происходит

выравнивание

и осреднение

поля

напряжений .

Кроме

того, большое влияние на

фактическое

распределение

напряжений

и работоспособность материала в зонах

макроконцентрации

оказы­

вают внутренние сварочные напряжения, структурные

особенности

материала

(например, в

зоне сварных

швов)

и другие факторы,

снижающие эффективность расчетных оценок коэффициентов кон­

центрации. Выявление зон концентрации и

количественная оценка

повышенных напряжений особенно в а ж н ы

при анализе усталост­

ной долговечности корпусных конструкций.

 

Усталостные трещины являлись одним из наиболее часто встре­ чающихся видов повреждений судовых корпусов и обычно рас­ сматривались как свидетельство недостаточной надежности конст­

рукций

[78], [100]. Д а н н ы е об усталостных повреждениях служили

основой

д л я совершенствования П р а в и л

классификационных

об­

ществ.

М о ж н о полагать, что появление

усталостных

повреждений

оказало

более существенное влияние на весовые

и экономиче­

ские показатели корпусов судов, чем исключительно

редкие

слу­

чаи катастрофических разрушений (как

правило, хрупкого харак ­

т е р а ) .

 

 

 

 

Общепринятая в настоящее время методика расчетной оценки усталостной долговечности корпусных конструкций, предложенная и развитая в работах [13], [36], [48], [74], базируется на гипотезе линейного суммирования усталостных повреждений. Несмотря на

90

некоторую условность и недостаточную обоснованность, эта гипо­ теза удовлетворительно соответствует экспериментальным данным.

Типовая

графическая аппроксимация усталостной кривой, пред­

с т а в л я ю щ а я

собой зависимость между амплитудой напряжений о а

и предельным числом циклов нагружения N(aa),

соответствующим

полному разрушению образца или иной типичной стадии повреж ­ дения (например, достижение

усталостной трещиной некото­ рой длины) при определенном соотношении параметров цикла (г = <Jrain/cTm ax),представлена на рис. 23, а ее нисходящий уча­ сток при напряжениях, не пре­ вышающих предела текучести материала, может быть при­ ближенно описан зависимостью

N(aa) = N0

(11.22)

Цба

Ц5Г

1,8

1

где N0 — число

 

циклов

нагру­

О

 

 

 

 

 

ЦМ0

ЦП

жения,

соответствую­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

щее

достижению

так

Рис. 23. Типовой

 

вид

закономерностей

называемого

неогра­

 

усталостных

явлений.

 

ниченного

 

предела

аг— предел усталости для циклического на­

усталости

материала

гружения

с

параметром

г;

аы

(Л') — кривая

или

 

сварного

соеди­

усталости

материала:

о*

(N) — кривая

уста­

нения

 

при

 

симмет­

лости конструкции;

сгс — средние

напряжения

ричном

цикле

а м _ ь

цикла; 0" Q — предел

прочности

материала;

се —

на

основании

экспе­

теоретический

коэффициент концентрации на­

пряжении;

<хэ

— эффективный

 

коэффициент

риментальных

 

дан ­

 

 

 

 

концентрации.

 

 

 

ных

 

принято

пола­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

гать

No —2- 10е; при этом для обычных

углеродистых

ста­

лей с учетом различных микроконцентраторов

н а п р я ж е ­

ний

aM -! = 7-f-8 кгс/см 2 (69-f-79 Н/см 2 ) [96];

 

 

 

 

т — показатель

степени,

зависящий

в

основном

от

соотноше­

ния aM _i и предела

прочности материала

при

растяжении

ав;

в

частности,

для

стальных

корпусных

 

конструкций

можно

приближенно

полагать [13]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т —

3,8

 

 

 

 

 

 

(11.23)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lg K V L | )

Усталостные характеристики образцов материала с концентра­ торами напряжений и конструктивных узлов отличаются от харак ­ теристик гладких образцов материала (см. рис. 23). В качестве

91

меры этого различия введено понятие об эффективном коэффи­ циенте концентрации [14], [39], под которым понимается соотноше­ ние пределов усталости материала (с учетом микроконцентраторов напряжений) и конструктивного узла при одинаковых п а р а м е т р а х цикла нагружения:

(11.24)

С увеличением числа циклов эффективный коэффициент кон­ центрации для конструкций с районами макроконцентрации при­ ближается к теоретическому коэффициенту концентрации напря­ жений а (см. рис. 23). Нисходящий участок кривой усталости для конструкции может быть описан зависимостью [13]

 

 

III — [L

 

 

 

- va -

(11.25)

где

v — коэффициент

чувствительности к

средним

 

напряжениям

цикла; данные о нем довольно

 

противоречивы, но для обычных пределов из­

 

менения средних напряжений ас

в сварных

 

корпусных конструкциях v~0,3-^0,7 [13], [101],

 

что удовлетворительно согласуется с резуль­

 

татами испытаний отдельных

узлов кор­

пуса;

 

 

 

 

oc = 0,5(o"max + o'min)—средние напряжения

цикла

нагружения;

|.i — параметр, зависящий

от вида кривых уста­

лости конструктивного

узла

и материала . Д л я

судостроительных сталей и конструкций при­

ближенно

 

 

 

 

| х = / п , ..

, .

•

 

(П.26)

lg N0

+ т lg а

 

 

 

Исходя из изложенных предположений о виде усталостных кривых и принимая (на основании многочисленных натурных заме ­ ров напряжений в корпусах судов на волнении) распределение напряжений по закону Вейбулла, получим следующую зависимость для усталостного ресурса'конструкции [13], [36], [48], [51], [59]

Ty/TcpN0

= <p(m1, k, хх),

(11.27)

92

где

ГС 1 1

— средний

период

долговременного

спектра;

в первом при-

 

 

ближении

(для узкополосного

спектра)

Тср=У

 

2n.L/g

~

 

 

« 0 , 8 1 / Т

(L — в м, Гер — в с) ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ф ( т ь

k,

ХХ):

Г ( я ) Р ( Х 3 ,

2л)

 

 

 

 

(11.28)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 — va

 

 

 

 

 

 

(11.29)

В этих

формулах

ni\. = m — ц. — показатели

в соответствии

с (11.23)

 

 

 

 

k и ах

и

(11.26);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

— параметры

закона

Вейбулла;

 

 

 

 

 

x 2 = 2 l - f ; п = \+1щ1к\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г («),

Р(%2,

2л) — т а б у л и р о в а н н ы е

полная

 

гамма -

 

 

 

 

функция

и функция

Пирсона,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д л я

упрощения

практических

расчетов можно

использовать

графики функции ср(«гь k, Xi), приведенные на рис . 24

для

наибо­

лее

характерных

пределов

изменения

параметров

nil

и k

(nii

=

= 3-т-5 и /г = 0 , 8 - И , 2 ) .

На основании выражений (11.27) и (11.29) в принципе можно решать как прямую задачу (оценка усталостного ресурса конструк­ ции), так и обратную (выбор размеров связей при заданом уста­ лостном ресуре Ту/Гср). В частности, рассматривая вопросы нор­ мирования общей прочности корпусов, выражение (11.29) можно привести к виду

 

 

W

 

-va-

т.в

 

 

(11.30)

 

 

ahcPL2B

 

 

~w~o7

 

 

 

где а,-—параметр

закона Вейбулла для

долговременного

распре­

 

деления

эффективных

полувысот

волн;

 

 

 

^Ит р „ —• среднее

значение изгибающего

момента

на

тихой

воде;

W—

момент

сопротивления корпуса

судна.

 

 

 

Отсюда можно было бы перейти к определению

требуемой вели­

чины момента сопротивления

корпуса

в зависимости от парамет ­

ров спектра ar, k

(т. е. от размерений судна

и условий

его эксплуа­

тации),

достигнутого уровня

качества

 

оформления

конструкции

(характеризуемого коэффициентом концентрации напряжений а ) ,

момента

на

тихой

воде, связанного

с

особенностями компоновки

помещений

на

судне,

нормируемого

усталостного

ресурса

Ту/Тср

и характеристик

материала

корпуса

(т. е. в е л и ч и н a M _ b v,

m{).

Однако в настоящее время исключена возможность

использования

формул

типа

(11.29)

или (11.30) для

абсолютной оценки долговеч­

ности корпусных

конструкций

и корпуса в целом,

а т а к ж е

для

93

Смотрите также файлы