Сучасні технології проектування, побудови, експлуатації і

Сучасні технології проектування, побудови,
експлуатації і ремонту суден, морських
технічних засобів і інженерних споруд
Всеукраїнська науково-технічна конференція з міжнародною участю
Шарун Г. В., преп. каф. ККК
Национальный университет кораблестроения, г. Николаев
ОБ УЧЕТЕ ОСТАТОЧНЫХ ПЛАСТИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЙ ПАЛУБ НАКАТНЫХ СУДОВ
В РАСЧЕТАХ ИХ ПРОЧНОСТИ
В формулах Правил классификационных обществ для толщин палуб накатных судов
заложена возможность пластического деформирования настилов в процессе эксплуатации [1].
Предполагается, что остаточные пластические прогибы будут накапливаться в результате
многократных воздействий колесной техники на палубы в процессе погрузки-выгрузки судов.
Применение этого допущения позволяет снизить толщины палуб, требуемых Правилами, в
1,5-2 раза, что приводит к существенной экономии массы палубных конструкций.
Максимальная величина предельного остаточного прогиба принята fпр = а/14 = 700/14 =
50 мм (по данным ЦКБ ЧСП при проектировании т/х Капитан Смирнов), где a – шпация балок
продольного набора палуб. Допустимая величина остаточного прогиба f  = fпр/kc =
50/1,723=29,0 мм, где kc =
a
 0,4 
400
700
 0,4  1,723 – коэффициент запаса.
400
Замеры реальных величин остаточных прогибов на накатных судах, имеющих
длительный период эксплуатации (20-30 лет), показывают, что фактические прогибы меньше
проектных в 1,5-2 раза. Это свидетельствует о существенных запасах прочности палубных
настилов в упруго-пластической области деформирования. Поэтому представляет особый
интерес расчет по методу конечных элементов системы пластина-ребро-бимс в упругой и
упруго-пластической области деформирования с целью выявления влияния величины
остаточных деформаций на напряженно-деформированное состояние палуб.
Были выполнены расчеты системы пластина-ребро-бимс без остаточных прогибов и с
остаточными прогибами. Остаточные прогибы моделировались для центральной панели,
нагруженной отпечатком колес вилочного погрузчика. Максимальная величина прогиба в
центре пластины составляла 17 мм и по синусоиде уменьшалась до нуля на опорах
(примерное соответствие фактически замеренным остаточным прогибам).
В качестве расчетной схемы принимается трехпролетная пластина, подкрепленная
продольными балками и рамными бимсами, габаритные размеры конструкции 2,1 х 9,0 м, с
рамными бимсами, установленными через 3,0 м, и продольными балками на расстоянии 0,7 м
|web-site: conference.nuos.edu.ua | email: conference@nuos.edu.ua; tel (+380512) 709444; 709105|
Сучасні технології проектування, побудови,
експлуатації і ремонту суден, морських
технічних засобів і інженерних споруд
Всеукраїнська науково-технічна конференція з міжнародною участю
друг от друга. Толщина настила палубы в расчетах принята 14 мм, в качестве продольной
балки принят несимметричный полособульб Р24б, рамный бимс – тавровая балка
.
Рамные бимсы приняты свободно опертыми на концах достаточно далеко от места
приложения нагрузки и поэтому опоры не оказывают влияния на напряженное состояние
системы пластина-ребро в районе приложения пятна нагрузки. Продольные балки опираются
только на рамные бимсы. Размеры отпечатка колес приняты в соответствии с требованиями
Правил Российского морского регистра судоходства (РМРС) – см. рис. 1.
Рис. 1. Размещение отпечатков колес на палубе
Балки набора в расчетной схеме введены в виде стержневых конечных элементов,
соединенных в общих узлах с конечными элементами пластин.
В соответствии с
рекомендациями ЦНИИ им. Крылова [2], площадь поперечного сечения балок задаем без
присоединенного пояска, а моменты инерции поперечного сечения балок с присоединенным
пояском. Момент инерции балок на кручение рассчитываем по формуле:
Ik 
1
l i  ti3  , см4,


3
где li – ширина элемента сечения балки, см; ti – толщина элемента сечения балки, см.
Для расчета площади стенки и моментов инерции на кручение полособульбы
заменялись эквивалентными тавровыми сечениями. Расчетная нагрузка на отпечаток принята
в соответствии с Правилами РМРС 443 кН с учетом 15% запаса, так как размеры отпечатка
колес определялись по требованиям Правил, а не брались по данным производителя
погрузочной техники ввиду их недоступности.
Результаты расчета приведенных напряжений в пластине приведены на рис. 2 и 3. Как и
следовало ожидать, максимальная величина напряжений превышает предел текучести в связи
|web-site: conference.nuos.edu.ua | email: conference@nuos.edu.ua; tel (+380512) 709444; 709105|
Сучасні технології проектування, побудови,
експлуатації і ремонту суден, морських
технічних засобів і інженерних споруд
Всеукраїнська науково-технічна конференція з міжнародною участю
с допущением возможности пластического деформирования палуб при их нагружении
колесами вилочных погрузчиков.
Рис. 2. Приведенные напряжения по Мизесу системы пластина-ребро-бимс
Рис. 3. Изменение приведенных напряжения по Мизесу по ширине пластины
|web-site: conference.nuos.edu.ua | email: conference@nuos.edu.ua; tel (+380512) 709444; 709105|
Сучасні технології проектування, побудови,
експлуатації і ремонту суден, морських
технічних засобів і інженерних споруд
Всеукраїнська науково-технічна конференція з міжнародною участю
Приведенные напряжения по Мизесу рассчитываются по следующей формуле:
1
    1   2    2   3    3   1 
2
2
2
2
  ,

где 1, 2,3 – компоненты нормальных напряжений в направлений осей x, y, z.
Задание начального прогиба для пластины должно разгружать пластину, поэтому
выполним исследования влияния прогиба на напряженно-деформированное состояние
пластины. Для этого смоделируем на центральной панели прогибы пластины, не вводя
прогибы по соседним панелям, так как наибольшие напряжения получены для центральной
панели и приложим нагрузку в виде отпечатков колес.
На основании анализа результатов расчета, представленных на рис. 4, 5, видно, что
напряжения в пластине существенно снизились (примерно в 2 раза в центре пластины, а на
опоре у продольного ребра в 1,25 раза).
Рис. 4. Приведенные напряжения по Мизесу системы пластина-ребро-бимс
|web-site: conference.nuos.edu.ua | email: conference@nuos.edu.ua; tel (+380512) 709444; 709105|
Сучасні технології проектування, побудови,
експлуатації і ремонту суден, морських
технічних засобів і інженерних споруд
Всеукраїнська науково-технічна конференція з міжнародною участю
Рис. 5. Изменение приведенных напряжений по Мизесу по ширине пластины
Напряжения в соседней панели, загруженной вторым отпечатком колес, для которой
начальные прогибы не вводились, почти не изменились. Эти результаты говорят о
существенном влиянии начального прогиба пластины на ее НДС. Начальный прогиб пластины
с максимальным значением посередине 17 мм позволяет снизить напряжения ниже уровня
предела текучести и позволит пластине работать в упругой области. Этот факт частично
объясняет
то,
что
фактические
остаточные
прогибы
палуб
накатных
судов
меньше
предполагавшихся проектных, так как рост остаточных прогибов снижает уровень напряженности
настила палуб накатных судов.
Естественно, величины остаточных пластических деформаций нужно ограничивать
величиной, приемлемой для нормальной эксплуатации погрузочной техники, так как большие
гофрировки палуб приведут к снижению скорости передвижения погрузчиков и увеличению
времени погрузки-выгрузки судна.
|web-site: conference.nuos.edu.ua | email: conference@nuos.edu.ua; tel (+380512) 709444; 709105|
Сучасні технології проектування, побудови,
експлуатації і ремонту суден, морських
технічних засобів і інженерних споруд
Всеукраїнська науково-технічна конференція з міжнародною участю
Выводы. Расчеты показали, что наличие остаточных пластических прогибов пластин
палуб накатных судов позволяет существенно снизить их напряженно-деформированное
состояние.
Дальнейшие исследования необходимо выполнить с использованием расчетов в упругопластической области деформирования в сравнении с результатами модельных и натурных
экспериментов.
Литература: 1. Правила классификации и постройки морских судов. Российский морской
Регистр судоходства, том 1. С-Пб, 2010. 2. Российский морской Регистр судоходства. Сборник
нормативно-методических материалов, книга 11. С-Пб, 2002.
|web-site: conference.nuos.edu.ua | email: conference@nuos.edu.ua; tel (+380512) 709444; 709105|