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: 90

Скачиваний: 0

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

П о л а г а я

 

W =•

W

M cp

 

k?L2B

kVL2B

 

 

после

преобразования в ы р а ж е н и я

(П.41) с учетом (11.43) —°

(11.45)

получим

 

 

swAkfL2B

sK P / sKpW —тт.

мм

= -f

или

ькр

W •

— in

 

 

ехр

ам

 

SWDW%'

 

sKpW

— mT , в

М а

о,

м

-м.

ф 5 A№LrB

(1Ы7)

В левой части уравнения представлены параметры внешней на­ грузки и механические характеристики материала, в правой -— экс ­ плуатационно-экономические показатели и размерения судна. При ­ нимая приближенно & м = 1 , что весьма близко соответствует реаль ­ ным параметрам распределения внешних усилий (см. т а б л , 6), получаем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W

 

 

 

откуда

 

ам

 

 

 

ам

 

Ak?L2B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1п

 

 

 

(11.48)

 

 

лкр

 

 

AL°-B kVa

 

 

 

 

 

 

si<p

м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Из

(11.38)

видно,

что безразмерный

экономический

п о к а з а т е л ь

эксплуатации

судна cps является функцией времени

безотказной экс­

плуатации. Следовательно,

в ы р а ж е н и е

(11.48)

можно

представить-

в виде

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W(t)

=

Wc—8W(t),

 

 

 

(11.49)

где Wc

-относительный

момент

сопротивления

поперечного

сече­

 

ния

корпуса

при строительных

толщинах

связей.

 

 

 

м

in

тс

AL*B

kc?aM

1п(Ф + Ф к ) ,

(11.50)

 

 

а к р

^кр

 

 

 

 

5 А. И. Вронский и др .

113

5\V(t)—экономически

допустимое относительное

изменение

момента

сопротивления в течение эксплуатации судна

» y

w - ^ - ' ° 0 . + X - w

( П 5 1 )

Р а с п о л а г а я фактическими данными по экономическим показа­ телям танкеров, можно найти для них стандарт предельной проч­ ности с учетом таких (ранее не рассматривавшихся) факторов, как интенсивность эксплуатации судна, срок службы, скорость, числен­ ность команды, стоимость постройки и т. п. Если ввести некоторые эталонные эксплуатационные и экономические характеристики /Со> Фо, Фко для судна с определенными размеренпями, то можно коли­ чественно оценить необходимые изменения стандарта предельной прочности при изменении того или иного показателя:

где индексом

«О» обозначены

показатели

эталонного варианта

рудна.

 

 

 

 

 

 

Подставляя

выражение

(11.48) в (11.42), получим

.

1 п Р =

—

In

^АГ-В

k?aM

 

 

 

тс

или

 

 

 

 

 

 

Очевидно, величина

Р

зависит т а к ж е

от

времени безотказной

эксплуатации. Подставляя значение cps, относящееся к моменту по­

стройки судна

(/ = 0),

получим

 

 

 

 

 

 

 

р

_

тс

AL*B

 

 

 

k^aM

 

 

С

'с

(<D +

<D

K

)ZV

S , (

p

У типичных

танкеров

средних

и

 

крупных

размерений величина

Рс находится в пределах

1 0 - 1 0 — Ю - 1 2

,

т. е. близка к той, что прини­

малась только исходя из оценки статистики морских аварий, без

подробных технико-экономических

расчетов [13], [101]. В

частности,

д л я танкера дедвейтом

160 000

т

при

исходных данных,

приведен­

ных в работе [57], Р с ~ 3 - 1 0 ~ а .

Принято,

что корпус

выполнен

из

обычной углеродистой

стали, срок службы его — около

20

лет

на

динии Кувейт — Япония. Экономическая ответственность

за

загряз ­

нение моря не учитывалась в

связи

с

отсутствием

достоверных

данных.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

114

Р а с ч ет показывает,

что величина отношения

6W/WC к концу

срока с л у ж б ы

того ж е судна составляет

около

10%, т. е. близка

к полученной

на основе

анализа Правил

классификационных об­

ществ [63].

 

 

 

 

П о д отказом усталостного характера понимается такое повреж ­ дение корпусной конструкции, которое не приводит к катастрофи ­

ческим последствиям во время рейса, но должно быть

устранено

при б л и ж а й ш е м ремонте.

Если

период от начала эксплуатации

судна или от последнего

ремонта

до появления

отказа

(развития

трещины) обозначить Ту,

то расходы

на ремонт

с учетом

сопутст­

вующих работ, отнесенные к единице

времени,

 

 

 

CpeM = Sp e H /ry .

 

(11.55)

Поскольку усталостный

ресурс конструкции

зависит

от уровня

напряжений в конструкции и, следовательно, от размеров ее связей, на основании (1.8) получим

6 С 9 К С П Л = 6 С к а п (Ту) + б = - 1 - 6 С к а п ( Г у ) - ^ б Т у . (11.56)

Минимум этой величины определяет оптимальный уровень уста­ лостной долговечности узлов и конструкций, а в итоге — оптималь ­

ные конструктивные размеры . Однако прямое

использование вы­

р а ж е н и я (11.56) затруднено тем, что величины

7"у и S p e M

— случай­

ные. Р а з б р о с величин усталостного ресурса конструкции

возрастает

с увеличением его среднего значения, что обусловливает

необходи­

мость учитывать нижние

оценки значений Гу и оценивать

вероят­

ность выхода за эти значения. Стоимость ремонта зависит от места

повреждения конструкции

и его размера, т. е. от случайных

факто ­

ров, учет которых

т а к ж е

необходимо вести вероятностными мето­

дами, но на основе

верхних оценок соответствующих

величин. Ка к

отмечено выше, в § 7, еще нет достаточно достоверных

исходных:,

данных и методик

оценки

усталостной долговечности

конструкций,

которые позволили бы надежно выполнять расчеты,

подобные вы ­

текающим из в ы р а ж е н и я

(11.56). Вместе с тем, пользуясь

сопоста­

вительными оценками, уж е в настоящее время

можно

дифференци ­

рованно подходить к проектированию

конструкций, различающихся

степенью экономической

ответственности

(например, объемом со­

путствующих работ при ремонте,

последствиями

усталостного по­

в р е ж д е н и я — вероятностью порчи

г р у з а ) .

 

 

 

 

Д а л ь н е й ш и е рассуждения основываются

на

предположений,

что каким - либо образом

достаточно

надежно

найдена

нижняя

оценка для усталостного

ресурса

конструкции

Т™[п. Если

T™in 1>

^ Г р , где Г р — межремонтный период, то

 

 

 

 

^ С э к с п л

= 6 С к а п ( Г р ) + А _ S p e

M .

 

(11.57)

 

 

 

1

р

 

 

 

5*

115

Это соответствует принятой практике планово-предупредительного ремонта и о т р а ж а е т невозможность проведения его в произвольное время (если только не возникнет аварийная ситуация) . Поэтому м о ж н о найти оптимальный ремонтный период, при котором для

выполнения условия Tyml"7^Tv

необходимо

обеспечить соответст­

вующий уровень расчетных

напряжений .

Конечно, оптимальный

межремонтный период целесообразнее определять с учетом эконо­ мических показателей эксплуатации флота и работы всех ремонт­ ных предприятий. Однако т а к а я задача выходит за рамки про­ блемы оптимального проектирования судовых конструкций.

Возможен и другой вариант . При большом

объеме и

трудоем­

кости

ремонтных работ обязательно выполнение условия

T y m i n ^

^nTv,

где п — некоторое

целое число. Если при этом п

близко

к tc/Tv,

то д о л ж н о быть

T y m l n ^ t c . Последний

случай

принци­

пиально не отличается от ранее рассмотренного, если в расчете заменить Г р н а / с . В частности, это зависит от возможности обнару­ жения повреждений на судне во время осмотра: для неизолирован­

ных

конструкций допустимо принять

Т , у ш 1 | 1 < / С , а для

изолирован­

ных

или труднодоступных — всегда Г

у 1 » 1 1 1 ^ ^ , с высокой

гарантией.

Такой подход к назначению усталостного ресурса конструкции воз­

можен только при использовании

принципа

экономической

ответст­

венности и пока еще недостаточно

отражен

в П р а в и л а х классифи­

кационных обществ.

 

 

 

Если предусмотреть какую-либо кратность ремонта,

то вели­

чина п определяется из условия минимума

функции

 

* с 6 С э к с п л = б С к а п (лТр ) + - £ - Sp e M .

(11.58)

Таким образом, принцип экономической ответственности раз ­ личных элементов конструкций и корпуса судна в целом можно выразить в количественной форме. Если раньше при назначении

Норм допускаемых н а п р я ж е н и й

или других

нормативных

парамет ­

ров

поведения

конструкции

качественно

и в

значительной мере

субъективно оценивалось

относительное

значение конструкции

в обеспечении

нормальной

безаварийной

эксплуатации

судна,

то

при

совместном

использовании

современных

методов

расчета

и

принципа экономической ответственности можно объективно вы­ явить роль любого элемента конструкции в формировании общего технико-экономического уровня судового корпуса. Следовательно, принцип экономической ответственности должен не заменять, а до­ полнять остальные методы расчета при выполнении технико-эконо­ мических обоснований допустимых параметров поведения конст­ рукции.

Изложенный подход к разработке нормативов прочности, на­ дежности и долговечности корпусных конструкций имеет сущест­ в е

венные принципиальные преимущества перед традиционными мето­

дами, поскольку он непосредственно учитывает случайный

харак ­

тер всех расчетных величин (нагрузок,

размеров

конструкций, ме*

ханическнх характеристик м а т е р и а л а ) .

Вместе с

тем этот

подход

не должен подменять имеющиеся конструктивные нормативы, отра­ женные в П р а в и л а х классификационных обществ.

Судовые корпусные конструкции проектируются с высокой сте­ пенью надежности. Поэтому их повреждения и особенно разруше ­ ния нельзя в полной мере отнести к массовым событиям, которые рассматриваются в теории вероятностей. Кроме того, при малой вероятности повреждения расчетные значения располагаются

.в асимптотических областях распределений величин, где серьезно

сказывается

изменчивость

различных

параметров

внешних нагру­

зок [13], а

статистический

материал

недостаточен

для уверенного

'суждения о правильности принятых теоретических законов распре­ деления.

Изложенное свидетельствует об определенной условности стати­

стических методов расчета при их использовании для

абсолютных

оценок нормативов, на

что о б р а щ а л о с ь

т а к ж е

внимание в работах

[15], [36]. Тем не менее

статистические

методы

весьма

эффективны

для сопоставительных расчетов, с помощью которых при общности исходных предпосылок и на основе накопленного опыта судострое­ ния можно оценить влияние тех или иных отклонений от апробиро­

ванных решений на

проектирование новых

конструкций. Н а д е ж ­

ность и экономичность

новых

конструкций не

д о л ж н а уступать ра­

нее применявшимся.

В

этом

отношении использование расчетных

выражений в форме приращений, как предусмотрено выше, наи­ лучшим образом соответствует именно сопоставительному харак ­ теру расчетов.

Наконец, статистические методы, экономически обоснованные, с л у ж а т мощным инструментом теоретических исследований. Они позволяют вскрывать объективные закономерности, о т р а ж е н н ы е в традиционных методах расчета конструкций и в П р а в и л а х класси­ фикационных обществ. П р и переходе к нормативным методам рас­ чета и проектирования корпусных конструкций наиболее целесо­ образной представляется детерминистическая форма, в которой нормативные коэффициенты назначаются и корректируются на ос­ нове статистических методов и экономических обоснований. Это по­ зволяет расширить сферу действия нормативов и дифференциро ­ вать их с учетом конкретных особенностей проектируемого судна, но требует развития теоретических основ и накопления статистиче­ ских данных по всем составным технико-экономическим элементам проектирования, изготовления и эксплуатации корпусных кон­ струкций.

117

Смотрите также файлы