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

ности материала при наличии внешних и внутренних дефектов, вы­ резов, нарушений структуры при сварке, коррозии, и сближение пре­ делов усталости сталей с различными прочностными характеристи­ ками [23], [96] при наличии предельно острых микроконцентраторов напряжений перечисленного типа (для гладких образцов предел усталости приблизительно пропорционален пределу прочности [25], [38]).

М о ж е т создаться впечатление, что если не предпринимать спе­ циальных мер по уменьшению геометрической и технологической концентрации напряжений в конструкциях, то, исходя из критерия усталостной долговечности, нельзя сколько-нибудь заметно умень­ шать размеры связей (и соответственно массу корпуса) при ис­ пользовании сталей повышенной прочности. Однако это не так.

При прочих равных условиях усталостная долговечность суще­ ственно зависит от размеров судна, главным образом от его длины. Эффективные периоды волновых нагрузок увеличиваются с ростом длины примерно пропорционально L 0 ' 3 — L 0 > 4 [13], вследствие чего при одинаковом числе циклов нагружения до усталостного разру­ шения долговечность, определяемая сроком эксплуатации судов, по­ вышается .

При анализе графиков зависимостей долговечности от длины

стандартов амплитудных напряжений в зависимости от интенсив­ ности волнения у коротких и длинных судов. Кроме того, увеличе­ ние долговечности малых судов определяется тем, что размеры их связей ограничены минимальными толщинами, а уровень номиналь­ ных напряжений, к а к правило, относительно низок. Поэтому, если принять долговечность судов различной длины одинаковой, то ста­ новится целесообразным использование сталей с повышенными ме­

зей, обеспечивающих общую продольную прочность корпуса, реко­

меняемой стали. При расчете принимается большее из полученных значений, которое, однако, не должно быть менее 0,6.

105

Этот подход к выбору размеров связей позволяет определить границы применения сталей повышенной прочности. Значения пре­ дела текучести стали, соответствующие условию г|1=г|2 (полное использование повышенных механических характеристик мате­ р и а л а ) , приведены на рис. 26.

Необходимо подчеркнуть, что найденные таким образом гра­ ницы применения сталей повышенной прочности характеризуют лишь верхний возможный предел прочностных свойств стали, ко­ торый может быть принят без снижения надежности и долговеч­ ности конструкций кор­

пуса.

Вместе с тем при вы­ боре марки стали сле­ дует учитывать ряд до­ полнительных факторов, которые могут сущест­ венно изменить изложен­ ные выше выводы.

Большое значение при выборе материала кор­ пуса имеют установлен­ ные в Правилах класси­ фикационных обществ значения минимальных строительных толщин связей в зависимости от

длины судна. Поэтому применение сталей с пределом текучести, превышающим значение, которому соответствуют расчетные (ми­ нимальные) толщины связей, не имеет смысла.

Ограничение строительных толщин связей вызвано неизбежным коррозионным износом, технологическими требованиями при по­ стройке и ремонте корпуса, необходимостью обеспечения местной прочности и жесткости конструкций при нагрузках, которые трудно определить расчетным путем [64]. Важное значение имеет корро­ зионный износ, поскольку он связан с изменением геометрических размеров конструкций в процессе эксплуатации.

Исследования коррозионной стойкости различных сталей в мор­

106

вании на основании статистических данных о средней скорости кор­

шение прочностных и пластических свойств стали [42], [56], [75]. По­ этому при переходе к абсолютным оценкам прочности корпусных конструкций необходимо всесторонне исследовать возможное ухуд­ шение прочностных свойств стали и уменьшение толщин конструк­ ций в процессе эксплуатации судна и разработать способы их учета при проектировании.

Осторожность при нормировании размеров связей корпуса сле­ дует соблюдать еще и потому, что в процессе коррозионного из­ носа в кристаллическую решетку диффундирует водород, вследст­ вие чего постепенно ухудшается хрупкая прочность, особенно в диапазоне тех температур внешней среды, при которых эксплуа­ тируется судно [96]. Однако для количественной оценки этих зако ­ номерностей еще нет достаточных данных.

Таким образом, с течением времени характеристики судострои­ тельных сталей сближаются, и их различие становится меньше, чем это следует из значений пределов текучести. В результате этого уменьшается эффективность внедрения сталей повышенной проч­ ности, так как размеры связей не могут быть снижены в полной мере. Этим и можно объяснить дополнительные ограничения, вве­

характеристиками не диктуется условиями эксплуатации и требо­ ваниями Правил классификационных обществ (путем назначения соответствующей категории стали для рассматриваемой конструк­ ции), необходимо определять изменение строительной стоимости

107

ния шпации основного набора. Таким образом, применение сталей

чение трудоемкости работ в абсолютных величинах н особенно ее

лей повышенной прочности экономически оправдано лишь в тех случаях, когда достигнутое уменьшение массы корпуса можно ис­ пользовать для улучшения эксплуатационно-экономических показа­ телей судна, например, увеличения грузоподъемности или скорости

сталей по сравнению с применяемыми для судов с ограничениями по грузовместимости (контейнеровозы, р е ф р и ж е р а т о р ы и т. п.). Примеры экономической оценки эффективности использования ста­ лей повышенной прочности для постройки судов разных типов и размерений приведены в [64], [65], {115], [120]. Эти примеры пока­ зывают, что наиболее рациональная с технической точки зрения марка стали может оказаться экономически менее выгодной.

Экономические факторы необходимо учитывать и при замене стали алюминиево-магнневыми сплавами или пластмассами, стои­ мость которых пока еще в несколько раз выше стоимости стали (с учетом значительного — в два и более раза — уменьшения массы конструкций).

К а к известно, требуемую остойчивость судна можно обеспечить, увеличив его ширину. Однако при этом ухудшается ходкость судна,

108