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

прямого нормирования прочности по усталостному критерию. Это объясняется тем, что закономерности и параметры долговремен­ ного распределения нагрузок, коэффициенты концентрации напря­ жений и некоторые другие величины пока еще невозможно опре­

ших изменениях размещений, назначения, условий и сроков экс­ плуатации судов.

Следует отметить, что усталостные трещины увеличивают дли­ тельность плановых ремонтов и вызывают необходимость произ­ водить внеплановые ремонты, что ведет к снижению экономической эффективности эксплуатации судов. Кроме того, усталостные тре­ щины ухудшают характеристики хрупкой прочности.

Наиболее опасным видом отказов судовых корпусных конструк­ ций является хрупкое разрушение растянутых связей, которое может возникнуть при неблагоприятном сочетании таких факторов, как низкая температура, ударный характер нагрузки, конструктив­

94

и волновых нагрузок. Хрупкое разрушение является своеобразной формой потери устойчивости конструкции при растяжении и носит катастрофический характер из-за большой скорости распростра­ нения трещин и незначительности потребной для этого энергии. Сравнительно низкий уровень номинальных напряжений, достаточ­ ных для возникновения и распространения хрупких трещин при сочетании неблагоприятных обстоятельств, усугубляет опасность этих трещин.

суда для перевозки сжиженных газов и т. п.). Вместе с тем про­ веденные исследования (в частности, [13]) и опыт классификацион ­ ных обществ, учитывающих в той или иной мере критерий хрупкой прочности при нормировании размеров связей (например, Н о р в е ж ­ ский Веритас [101]), показывают, что уровень напряженности кон­ струкций не является первостепенным фактором в обеспечении их хрупкой прочности. Более значительное влияние на хрупкую проч­ ность оказывают оформление узлов конструкций и качество мате­ риала корпуса. Поскольку рациональное конструктивно-технологи­ ческое выполнение прерывистых связей необходимо с целью повыше­

С ужесточением требований к материалам во всех странах случаи хрупких разрушений и повреждений судов стали крайне редкими. Имеющийся опыт, хотя и ограниченный, подтверждает, что при использовании сталей повышенной прочности, удовлетворяющих

корпусных конструкций свидетельствуют о развитии в них* значи­ тельных остаточных пластических деформаций или во всяком случае об охвате пластическим деформированием сравнительно больших зон материала корпуса (при постановке судна в док, швартовках в море на волнении, плавании во льдах, чрезмерной

-запрессовке цистерн и т. п.).

Дл я выполнения расчетов предельной пластической прочности разработан метод предельных нагрузок и состояний, подробно опи­ санный в [32], [37], [83], [94].

95

риале, д л я которого зависимость между напряжениями и дефор­ мациями принимается в виде ломаной линии, состоящей из двух

—считается справедливой, как и при рассмотрении упругой стадии работы, гипотеза плоских сечений;

—предполагается, что при изгибе выполняются условия одно­ осного (для балок) или плоского (для пластин) напряженного состояния.

Элемент сеченй'я конструкции может быть приведен в предель­

предельной прочности судовых перекрытий с учетом не только обычных шарниров вращения, обусловленных предельными нор­ мальными напряжениями, но и шарниров скольжения, вызываемых касательными напряжениями в опорных сечениях. Это позволило обобщить исследования и дать рекомендации по расчету несущей способности балок и перекрытий с учетом касательных напряже ­ ний, вырезов в стенках балок, совместного влияния общего и мест­ ного изгиба и других особенностей.

Стро'го говоря, при рассмотрении предельной прочности кор­ пусных конструкций нельзя пренебрегать нелинейными факторами, особенно при суммировании квазистатических и ударных нагрузок. Главным образом это в а ж н о при оценке общей предельной проч­

пусным конструкциям нелинейность системы, как правило, повы­ шает ее энергоемкость, уменьшает динамическую составляющую

96

лостных и хрупких повреждений можно полагать, что критерий

прочности корпуса хотя бы отдельные нелинейные факторы, обус­

женные формулы [105]. Однако использование их затруднено, т а к как еще не накоплены достаточно достоверные исходные данные, особенно необходимые для оценки влияния коррозионного износа на устойчивость пластин корпуса. Тем не менее предусмотрен учет нелинейных факторов при дальнейшей разработке и корректировке Правил Норвежского Веритас [101].

Изложенные выше материалы свидетельствуют о возможности построения различных критериев оценки надежности и долговеч­

последствий каждого типа отказа, позволяет наметить пути рацио­ нального проектирования конструкции на основе соответствующей расчетной схемы.

В первую очередь такой порядок расчета применим д л я сопо­ ставительного анализа надежности, долговечности и экономичности новых конструкций, работающих в специфических условиях или на

ние материала, физико-химические характеристики которого во многом определяют как надежность, работоспособность и долго­

97

Известно, что чем выше содержание углерода в стали, тем сильнее проявляется локализованная з а к а л к а , увеличивающая кон­ центрацию напряжений в зоне сварного шва [27], а следовательно, и вероятность возникновения в ней или в околошовной зоне внут­ ренних дефектов в виде трещин. При увеличении содержания мар­ ганца в стали повышаются предел прочности и ударная вязкость, •улучшается сопротивляемость хрупким разрушениям, но несколько возрастает размер зерен при термических воздействиях.

В связи с этим в П р а в и л а х Регистра С С С Р (издания 1970 г.) предельное содержание углерода в судостроительных сталях при­

легированных марганцовистых сталях должно существенно умень­ шиться содержание углерода, что и имеет место в сталях типа 09Г2, 10Г2С1 и др.

Одной из важнейших технологических и конструкционных харак ­ теристик стали является ее деформационная способность — пластич­ ность, которая измеряется относительным удлинением или суже­ нием, определяемым при стандартных испытаниях образцов на растяжение .

Удлинение слагается из равномерного, распределенного по всей

совершенной характеристикой пластичности является технологи­ ческое испытание на загиб широкой пробы [25], [42], которое прак­ тически совпадает с производственными условиями обработки ме­ талла .

98