СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЩИХ ОСТАТОЧНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ КОРПУСОВ ТРАНСПОРТНЫХ И/ИЛИ СТОЯНОЧНЫХ СРЕДСТВ Российский патент 2007 года по МПК G01M5/00 

Изобретение относится к контролю состояния корпусов, а более конкретно к определению общих остаточных деформаций транспортных и/или стояночных средств, в частности корпусов судов.

Известен способ определения остаточной стрелки прогиба корпусов судов [1], включающий определение стрелки общей продольной деформации на миделе корпуса судна по измерениям его гибкой линии и вычитание из нее ординаты значения упругого прогиба от загрузки судна, определяемого по известному выражению академика Шиманского. Указанный способ не предусматривает учет деформаций корпуса от температурных напряжений, деформаций от изгибающего момента, вызванного наличием общей деформации, и определение распределения остаточных стрелок общей остаточной деформации по всему корпусу, в частности, по длине корпуса.

Задачей, на которую направлено изобретение, является установление распределения по длине и более точное определение значений общей остаточной деформации корпусов транспортных и/или стояночных средств.

Техническим результатом изобретения является обеспечение наиболее обоснованного порядка эксплуатации корпусов транспортных и/или стояночных средств.

Упомянутая задача достигается тем, производится определение температуры связей корпуса судна, например, в выбранных поперечных сечениях, которое ведется или непосредственными замерами, или опосредованно, путем пересчета по косвенным данным. Возможно определение температуры связей расчетом на основе анализа теплопередачи контактирующих с ними связей, сред, внутри и снаружи корпуса, например, температура связей днища определяется равной температуре воды, в которой находится корпус. После определения стрелок гибкой линии корпуса, возможно только в выбранных поперечных сечениях, например, по замерам осадок, из них, вычитается значение упругих деформаций, включающих кроме деформаций от загрузки корпуса еще и температурные деформации, а также остаточных деформаций, преимущественно от наличия общей остаточной деформации и, возможно, прочих видов нагрузки, например, от швартовов, волнения и т.д. Предусматривается определение распределения стрелок общих остаточных деформаций по всему корпусу, в частности, по длине корпуса (возможно, только в диаметральной плоскости на миделе), только в отдельных его сечениях. При этом измерения, с целью определения ординат гибкой линии корпуса и измерения с целью определения температуры связей, производится преимущественно в одних и тех же сечениях корпуса. Возможна предварительная экспериментально-расчетная или расчетная оценка (в частности, на основе результатов дефектации связей корпуса и/или на основе статистических данных) прочностных параметров сечений корпуса судна.

Корпуса транспортных и/или стояночных средств, имеющие в общем случае остаточные и упругие деформации состоят из связей, причем упругие деформации зависят как от загрузки корпусов, так и от наличия остаточных деформаций, разницы воздействия температур на их отдельные связи. При этом связи корпусов в общем случае могут иметь различные коэффициенты температурною расширения.

Способ осуществляется следующим образом.

Производится определение гибкой линии корпуса транспортного и/или стояночного средства, например, путем измерения осадок, высоты надводного борта, при помощи ватерпаса, оптическими методами и т.д.

Далее производится определение значений упругих составляющих, возможно, только в выбранных сечениях. Например, для определения упругого прогиба от загрузки в зависимости от текущей координаты по длине корпуса, выполненного из материала с одинаковым значением модуля упругости Е, используются выражения

где υ_{упр.ст.И}(x) и υ_{упр.ст.СД}(x) - соответственно упругие составляющие продольной деформации от статической нагрузки: изгибающих моментов от массы грузов, корпуса средства и сил поддержания М(х), а также перерезывающих сил в V(x) зависимости от текущей координаты х;

Е - модуль Юнга;

I(x) - зависимость момента инерции площади сечения эквивалентного бруса корпуса судна от текущей координаты x;

L - длина корпуса судна;

G - модуль упругости 2-го рода;

F_Б(x) - площадь сечения обшивки стенок корпуса, например, для судов площадь сечения обшивки бортов и продольных переборок от текущей координаты x.

Упругая составляющая общей продольной деформации в данном сечении корпуса, вызванная температурными деформациями его связей υ_упр.m(x), определится выражением (1) при действии изгибающего момента М_m(х).

Для изгибающего момента, вызванного температурными деформациями М_m(х), имеет место зависимость

где α_i(x) - коэффициент линейного расширения материала i-той продольной связи в зависимости от текущей координаты x;

Е_i(х) - модуль Юнга у i-той продольной связи в зависимости от текущей координаты x;

F_i(x), t_i(x), z_i(x) - соответственно площадь поперечного сечения, температура и отстояние i-той продольной связи от нейтральной оси в зависимости от текущей координаты x.

Значение изгибающего момента от остаточной общей деформации, в частности, продольной М_υост(x) зависит от конструкции корпуса, например, для корпуса судна имеет место зависимость

где β - коэффициент, учитывающий влияние упругого прогиба судна на изгибающий момент;

В(x) - ширина корпуса в сечении на расстоянии х от выбранного начала координат, например, носового перпендикуляра;

y₀ - значение стрелки общей остаточной деформации корпуса судна в месте, выбранном за начало координат;

y(x) - зависимость распределения остаточной стрелки деформации по длине корпуса судна, которая, в частности, в случае представления ее в виде параболы второй степени в функции от значения остаточной стрелки на миделе υ_ост⊗ выражается уравнением

ρ - плотность воды, кг/м³;

g - ускорение свободного падения, м/с.

Значение общих остаточных деформаций, в частности, продольной остаточной стрелки деформации корпуса получаем в результате решения уравнения

где υ_ГЛ(x) - ординаты гибкой линии корпуса в зависимости от текущей координаты x;

υ_{упр.ст.∑СД}(x) - значение упругой деформации, определяемой по выражению (1) от суммарного изгибающего момента М_∑(x), для которого, в частности, при учете только влияния температур и наличия остаточной общей деформации, имеем выражение

υ_{упр.ст.∑СД}(x) - значение упругой деформации, определяемой по выражению (2) от распределения суммарной перерезывающей силы V_∑(x), включающей в случае наличия дополнительные усилия, кроме указанных выше воздействий от массы груза, судна и поддержания при измерениях гибкой линии корпуса (например, от швартовов).

Пример реализации способа.

Рассмотрим определение остаточной стрелки прогиба судового корпуса в миделевом сечении, выполненного из стали, при этом допускаем достаточно равномерную загрузку корпуса и вследствие этого пренебрегаем деформациями сдвига. Имеем на миделе действие следующих изгибающих моментов: от массы грузов, входящих в дедвейт - М_DW⊗; от массы порожнего судна M_П⊗; от сил поддержания M_СП⊗; от температурных деформаций М_m⊗; от остаточной продольной деформации M_υост⊗.

Значение М_DW⊗ определяется как положение арифметической суммы моментов грузов, расположенных в нос и в корму от миделя, относительно миделя. Величину М_DW⊗ обычно представляют в табличной форме.

Для M_П⊗ существует выражение

где k_П - коэффициент, зависящий от полноты корпуса, от размеров и положения надстроек на судне;

g - ускорение свободного падения;

m_П - масса порожнего судна.

Для М_СП⊗ имеем зависимость

где k_СП - коэффициент, зависящий от коэффициентов продольной полноты ϕ или коэффициента общей полноты δ корпуса судна;

ρ - удельный вес воды;

V - объемное водоизмещение судна при расчетном состоянии загрузки.

Для М_m⊗ имеем выражение

Известно, что величина M_υост⊗ близка по величине и противоположна по знаку волновому моменту M_В(h=υ_ост⊗) при статической постановке судна на волну длиной λ, равной длине корпуса судна L, и высотой h, равной остаточной стрелке общей продольной деформации корпуса судна υ_ост⊗. В частности, при прямой постановке на волну на миделе судна получаем для M_υост⊗ выражение

где k₁ - коэффициент, зависящий от геометрии корпуса судна;

В и L - ширина и длина корпуса судна соответственно;

γ - удельный вес воды.

Значение остаточной стрелки общей продольной деформации корпуса судна на миделе определим из выражения

где - упругий прогиб от действия суммы всех изгибающих моментов М_Σ, который определяется согласно выражению

где k - коэффициент, зависящий от геометрических характеристик корпуса (академик Шиманский рекомендовал значение k=11,4).

Из выражения (п5) определяется значение υ_ост⊗.

Для уточненного расчета упругих составляющих деформации корпуса предварительно производится оценка фактических прочностных характеристик общей прочности корпуса транспортного и/или стояночного средства, например судна, в частности момент инерции I_⊗ его поперечного сечения и площадь сечения обшивки стенок корпуса F_Б⊗.

Значение I_⊗ в зависимости от исходных данных может определяться известным образом из эксперимента, например по его гибкой линии при типовых загрузках корпуса. Иначе значение I_⊗ рассчитывается по значениям остаточных толщин связей, определяемых в свою очередь или по результатам дефектации корпуса либо расчетом по статистическим значениям скоростей изнашивания связей корпуса. Значение F_Б⊗ удобней определять по результатам дефектации либо расчетом по статистическим значениям скоростей изнашивания.

Изобретение относится к контролю состояния корпусов, а более конкретно к определению общих остаточных деформаций транспортных и/или стояночных средств, в частности корпусов судов. Техническим результатом изобретения является обеспечение наиболее обоснованного порядка эксплуатации корпусов транспортных и/или стояночных средств. Способ определения общих остаточных деформаций корпусов транспортных и/или стояночных средств, включающий определение стрелок гибкой линии корпуса, определение упругой деформации от суммы всех воздействий, в частности, от действия температур, возможно, определяемых непосредственными измерениями у связей корпуса, от наличия остаточных деформаций, от швартовов, волнения, возможно, включающий определение характеристик общей прочности корпусов на основе его фактической дефектоскопии и/или статистических данных, а значение общих остаточных деформаций корпусов транспортных и/или стояночных средств определяется как разность ординат гибкой линии корпуса и упругой деформации от действия суммы всех воздействий. 4 з.п. ф-лы.

1. Способ определения общих остаточных деформаций корпусов транспортных и/или стояночных средств, включающий определение стрелок гибкой линии корпуса, определение упругой деформации от суммы всех воздействий, в частности, от действия температур, определяемых непосредственными измерениями у связей корпуса, от наличия остаточных деформаций, от швартовов, волнения, возможно, включающий определение характеристик общей прочности корпусов на основе его фактической дефектоскопии и/или статистических данных, а значение общих остаточных деформаций корпусов транспортных и/или стояночных средств определяется как разность ординат гибкой линии корпуса и упругой деформации от действия суммы всех воздействий.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что определяется распределение стрелок общих остаточных деформаций по всему корпусу, в частности, по длине корпуса, только в отдельных его сечениях, на миделе.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при определении упругой деформации учитывается только часть воздействий, например, изгибающие моменты от самого корпуса, от сил поддержания, от действия температур, от величины стрелки общей остаточной деформации корпуса на его миделе.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что температура связей определяется опосредовано, например, через температуру контактирующих с ними сред и/или связей, в частности, через температуру воды для связей днища.5. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерение ординат гибкой линии и температур связей производится преимущественно в одних и тех же сечениях корпуса.