Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время флот российских транспортных и добывающих компаний состоит из судов, возраст значительной части которых превышает 24 года - нормативный срок эксплуатации. По оценкам специалистов их число составляет более 80%. Естественным следствием этого является значительный износ корпусных конструкций.
В большинстве случаев проведение капитального ремонта невыгодно с экономической точки зрения, в особенности, если срок дальнейшей эксплуатации судна составляет не более пяти лет.
В подобной ситуации наиболее целесообразно использование при ремонте накладных листов. Это позволяет сократить время ремонта и снизить трудоемкость и финансовые затраты.
Другим направлением применения накладных листов является аварийный ремонт. Незначительные повреждения внутренних конструкций, а также наружной обшивки, в том числе и в подводной части, в ряде случаев могут быть устранены наваркой с внешней или внутренней стороны обшивки накладного листа, что позволяет эксплуатировать судно до очередного планового ремонта.
Кроме того, судовладельцы прибегают к модернизации и переоборудованию судов с целью их удлинения или расширения района плавания. При этом общая продольная прочность судов в построечном варианте может оказаться недостаточной. Для увеличения момента сопротивления поперечного сечения корпуса используют продольные полосы значительной толщины, которые приваривают поверх основных листов на палубу или в районе ширстрека. Такая практика существует долгое время, и безаварийная эксплуатация судов, переоборудованных с соблюдением всех требований Правил Регистра судоходства, свидетельствует о работоспособности связей с приваренными накладными полосами в составе прочного корпуса.
Реализация планов по обновлению Российского флота, в конце концов, практически исключит из употребления ремонт изношенных конструкций с помощью накладных листов. В то же время процесс обновления флота продлится не менее 10-20 лет, поэтому применение при ремонте изношенных конструкций накладных листов еще долгое время будет оставаться актуальным. Что касается аварийного ремонта и увеличения общей продольной прочности корпусов судов при их модернизации с помощью накладных листов, то эти мероприятия будут оставаться актуальными всегда.
Установка накладных листов приводит к появлению ряда проблем, связанных с прочностью, устойчивостью и вибрацией подкрепленных пластин.
Различные аспекты прочности и устойчивости судовых пластин, подкрепленных накладными листами, исчерпывающе освещены в работе А.И. Мамонтова
С точки зрения вибрации, которая при циклическом изгибе приводит к появлению усталостных трещин, установка накладного листа в зависимости от его параметров может снижать или увеличивать частоту собственных колебаний подкрепляемой пластины, так как, с одной стороны, увеличивает
изгибную жесткость пластины, с другой - увеличивает ее массу.
Обоснованная оценка влияния параметров накладного листа на частоту собственных колебаний системы «судовая пластина - накладной лист» позволит исключить появление резонансных колебаний подкрепленных при ремонте пластин, т.е. избежать возникновения усталостных трещин.
Решению именно этой проблемы посвящена представляемая работа.
Цель работы - разработка теоретических основ обоснования параметров накладных листов для подкрепления изношенных судовых конструкций при судоремонте.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-
Разработать теоретические основы методики выбора параметров накладных листов, исключающих резонансную вибрацию подкрепленной накладным листом корпусной конструкции.
-
Установить зависимость между частотой собственных колебаний судовых конструкций, подкрепленных накладным листом, и размерами последнего и математически описать ее.
-
Получить оптимальные соотношения между массой, размерами и конфигурацией накладного листа для подкрепления изношенной судовой конструкции.
4. Установить районы действия максимальных напряжений в
характерных точках подкрепляемой накладным листом судовой конструкции.
-
Исследовать зависимость возникающих при подкреплении накладным листом изношенной судовой конструкции напряжений от относительных размеров накладного листа и радиуса скруглення углов.
-
Установить зависимость между конструктивными элементами сварного шва, а, следовательно, и параметрами режима сварки, и возникающими при приварке накладного листа к судовой конструкции напряжениями.
7. Разработать методические рекомендации для судоремонтных
предприятий по выбору ширины накладного листа в зависимости от его
толщины и рекомендации по выбору радиуса скруглення углов накладного
листа, исключающих возможность возникновения усталостных трещин в
подкрепляемой (отремонтированной) конструкции.
Областью исследований в диссертации является повышение работоспособности и надежности корпусных конструкций.
Объектом исследований является изношенная корпусная конструкция, подкрепленная накладным листом.
Предметом исследований являются методы восстановления корпусов судов и кораблей и физические процессы и условия нагружения, влияющие на работоспособность судокорпусных конструкций.
Научная новизна работы:
1. Впервые разработаны и научно обоснованы теоретические основы методики выбора параметров накладного листа для подкрепления изношенных корпусных конструкций.
2. Усовершенствованы практические рекомендации по выбору радиуса скруглення углов накладного листа, исключающих возможность возникновения усталостных трещин в подкрепляемой конструкции.
Практическая ценность работы. Наиболее значимым научным результатом является разработка и научное обоснование теоретических основ методики выбора параметров накладного листа для подкрепления изношенных корпусных конструкций.
Практическое использование результатов исследований позволяет:
а) разработать практические рекомендации для судоремонтных
предприятий (возможно в виде номограмм) по выбору ширины накладного
листа в зависимости от его толщины;
б) совершенствовать практические рекомендации по выбору радиуса
скруглення углов накладного листа, исключающих возможность возникновения
усталостных трещин в подкрепляемой (отремонтированной) конструкции;
в) задавать параметры режима сварки, исходя из установленной автором
зависимости между катетом сварного шва и возникающими при приварке
накладного листа к судовой конструкции напряжениями.
На защиту выносятся следующие основные результаты работы:
-
Рекомендации по выбору параметров накладных листов, исключающих резонансную вибрацию подкрепленных накладными листами корпусных конструкций.
-
Рекомендации по выбору радиуса скруглення углов накладного листа, исключающего возможность возникновения усталостных трещин в подкрепленной (отремонтированной) конструкции.
Достоверность научных результатов обеспечена применением общепринятых апробированных методов теоретических и экспериментальных исследований, элементов теории надежности, методов строительной механики корабля и сопротивления материалов, а также сопоставимостью результатов, полученных аналитическим и опытным путем. Основные аналитические зависимости получены с применением методов математического анализа. Обработка результатов исследований осуществлялась с применением методов математической статистики.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследования докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях различных уровней: Региональная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и научно-технический прогресс» (г. Владивосток, ДВГТУ), 2010 г.; Международная конференция с элементами научной школы для молодежи стран АТР по судостроению (г. Владивосток, ДВГТУ), 2010 г.; III Всероссийская научно-практическая конференция «Ремонт. Восстановление. Реновация» (г. Уфа), 2012 г. По результатам исследований были разработаны предложения по корректировке Инструкции по определению технического состояния, обновлению и ремонту корпусов морских судов в части дефектации и ремонта, которые были доложены на секции НТС ГУ Российского морского регистра судоходства в 2005 г. В 2012 г. Регистр распространил циркулярное письмо № 341-4.1-588ц от 12.09.2012 г. касательно
временного ремонта судов. Теоретические результаты исследований внедрены в учебный процесс по специальности 180101 - «Кораблестроение» и используются в ФГАОУ ВПО «ДВФУ» при чтении студентам цикла технологических дисциплин.
Личный вклад автора. В диссертации изложены результаты исследований, полученные автором самостоятельно, а также совместно с доцентом А.И. Аносовым и инженером И.С. Старовойтовым. При этом автору принадлежат: выбор методов теоретических и экспериментальных исследований; планирование, организация и проведение эксперимента, обработка, анализ и обобщение полученных данных, обоснование выявленных закономерностей и формализация полученных зависимостей.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 научных статей, из них 2 в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и восьми приложений. Общий объем работы составляет 176 листов, в том числе 68 рисунков, 44 таблицы и список литературы из 83 наименований.
