СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ МОДЕЛЕЙ КОРПУСОВ СУДОВ Российский патент 2025 года по МПК G01M17/00 B63B71/00 G01L7/02 

Изобретение относится к области судостроения, в частности к способам испытаний корпусов судов, и может быть использовано для определения их прочностных и деформационных характеристик в процессе проектирования.

Известен стенд для испытаний моделей корпусов судов, в котором размещают опоры на основании, далее устанавливают емкости из гибкого воздухонепроницаемого материала, выполненные с возможностью подачи в них сжатого воздуха и измерения внутреннего давления воздуха в каждой из них, после чего устанавливают корпус судна на емкости, которые в процессе нагружения заполняют сжатым воздухом (SU 1573361, МПК G01M 5/00, опубл. 23.06.1990). При этом емкости опирают на опоры в виде балок, по всей площади их рабочих поверхностей, а стенд для испытаний снабжен нагружающим устройством в виде системы рычажных связей.

Данный способ обладает рядом недостатков, в частности он обеспечивает возможность моделирования только распределенных нагрузок, причем имеется возможность нагружения только днища судна и его верхней палубы. Кроме того, в данном техническом решении предусмотрено измерение только суммарной величины сил поддержания, без учета и возможности контроля внутреннего давления воздуха в емкостях по отдельности.

Известен способ определения веса судна (RU 2466901, МПК В63В 9/08, В63В 39/00, G01G 19/00, опубл. 20.11.2012), включающий установку судна на кильблоках, расположенных на основании, в промежутки между которыми, симметрично относительно диаметральной плоскости судна, на основание укладывают нагружающие средства, выполненные в виде емкостей из гибкого воздухонепроницаемого материала с возможностью подачи в них сжатого воздуха и измерения внутреннего давления воздуха в каждой емкости, причем в процессе нагружения емкости заполняют сжатым воздухом до тех пор, пока судно не потеряет контакт с кильблоками.

К недостаткам данного способа относится ограниченная область применения на практике из-за следующих факторов:

- обеспечивается возможность нагружения только днища судна и его верхней палубы;

- сжатый воздух подается одновременно во все емкости.

В качестве ближайшего аналога принят способ нагружения корпуса судна при проведении испытаний (RU 2651375, МПК В63В 9/08, G01L 7/02, G01M 17/00, опубл. 19.04.2018), включающий установку судна на кильблоках, расположенных на основании, в промежутки между которыми симметрично относительно диаметральной плоскости судна на основание укладывают нагружающие средства, выполненные в виде емкостей из гибкого воздухонепроницаемого материала с возможностью подачи в них сжатого воздуха и измерения внутреннего давления воздуха в каждой емкости, причем в процессе нагружения емкости заполняют сжатым воздухом до тех пор, пока судно не потеряет контакт с кильблоками, причем судно размещают в сухом доке, пол которого используют в качестве основания, с образованием зазоров между стенками сухого дока и внешней поверхностью обращенных к ним бортов, при этом стенки сухого дока выполнены с возможностью разъемного соединения с нагружающими средствами, причем дополнительные нагружающие средства бортов размещают в зазорах и соединяют с соответствующими стенками сухого дока, причем нагружающие средства бортов выполнены в виде емкостей из гибкого воздухонепроницаемого материала с возможностью подачи в них сжатого воздуха и измерения внутреннего давления воздуха в каждой емкости, кроме того, в процессе нагружения емкости бортов заполняют сжатым воздухом до обеспечения плотного контакта между нагружающими средствами бортов и обращенными к ним поверхностями соответствующего борта и соответствующей стенки сухого дока, кроме того, в процессе нагружения сжатый воздух подают раздельно в каждую наполняемую емкость.

Существенным недостатком данного способа является то, что он не позволяет моделировать некоторые виды нагрузок, встречающиеся при эксплуатации морских судов. Так, способ не позволяет прикладывать к борту судна нагрузку, интенсивность которой изменяется по высоте борта, что характерно, в частности, для гидростатической нагрузки. Кроме того, данный способ не дает возможности моделировать воздействие на борт судна локально распределенных нагрузок, таких, как ледовые и нагрузки от кранцев при швартовке. Кроме того, способом не обеспечивается возможность моделирования различных условий загрузки палуб судна и его трюмов. Все это существенно ограничивает область применения способа нагружения корпуса судна при проведении испытаний.

Изобретение решает задачу создания способа, расширяющего возможности испытаний моделей корпусов судов, позволяя моделировать реальные нагрузки, действующие на корпус судна в процессе эксплуатации, и учитывать влияние загрузки судна на его прочностные характеристики, за счет обеспечения возможности приложения переменной по высоте борта нагрузки, а также приложения нагрузки к верхней и нижней палубам и настилу второго дна.

Для получения необходимого технического результата в способе испытания моделей корпусов судов, включающем установку модели корпуса судна на стенде с образованием зазоров между стенками стенда и внешней поверхностью обращенных к ним бортов, укладывание нагружающих средств на основание под днище модели корпуса судна симметрично относительно ее диаметральной плоскости, выполненных в виде емкостей из гибкого непроницаемого материала с возможностью подачи в них рабочей среды и измерения ее внутреннего давления в каждой емкости, размещение нагружающих средств в зазорах между стенками стенда и внешней поверхностью обращенных к ним бортов, выполненных в виде емкостей из гибкого непроницаемого материала с возможностью подачи в них рабочей среды и измерения ее внутреннего давления в каждой емкости, заполнение в процессе нагружения емкостей бортов рабочей средой до обеспечения плотного контакта между нагружающими средствами бортов и обращенными к ним поверхностями соответствующего борта и соответствующей стенки стенда, подачу рабочей среды раздельно в каждую наполняемую емкость, предлагается по высоте борта модели корпуса судна установить не менее двух нагружающих средств с возможностью раздельной подачи в них рабочей среды, над моделью корпуса судна разместить опорную плиту, а между ней и верхней палубой модели установить нагружающие средства с возможностью раздельной подачи рабочей среды. Внутри модели корпуса судна над нижними палубами и настилом второго дна с образованием зазора предлагается разместить жестко соединенные с опорной плитой площадки, а в зазоре установить нагружающие средства с возможностью раздельной подачи рабочей среды.

В предлагаемом способе при нагружении модели корпуса судна давление в нагружающих средствах задается в зависимости от их положения по высоте борта, и, при необходимости, создается давление в нагружающих средствах над палубами и настилом второго дна.

На прилагаемых графических материалах изображено:

на фиг. 1 - общий вид секции стенда для испытания моделей корпусов судов;

на фиг. 2 - вид сбоку на стенд для испытания моделей корпусов судов;

на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2;

на фиг. 4 - схема нагружения палуб и настила двойного дна модели;

на фиг. 5 - расчетные схемы шпангоута бортового перекрытия при приложении нагрузки с линейно и ступенчато изменяющейся интенсивностью;

на фиг. 6 - результаты оценки погрешности от замены нагрузки с линейно изменяющейся интенсивностью нагрузкой со ступенчато изменяющейся интенсивностью.

На прилагаемых к описанию графических материалах приняты следующие обозначения:

1 - модель корпуса судна;

2 - основание стенда;

3 - стенка стенда вертикальная;

4 - полка стенда горизонтальная;

5 - средство нагружающее;

6 среда рабочая;

7 - шланг;

8 - компрессор;

9 - ресивер;

10 - клапан;

11 - блок управления;

12 - провод;

13 - палуба верхняя;

14 - палуба нижняя;

15 - настил двойного дна;

16 - плита опорная;

17- шток полый; 18 - площадка;

q₁, q₂, q₃ - интенсивность нагрузки со ступенчато изменяющейся интенсивность для соответствующей ступени, Н/м;

L - длина пролета шпангоута, м;

z - координата, отсчитываемая вдоль шпангоута, м;

n - число средств нагружающих, установленных по высоте борта модели корпуса судна;

ε - погрешность определения стрелки прогиба шпангоута от замены гидростатической нагрузки, изменяющейся по линейному закону вдоль шпангоута, ступенчатой нагрузкой, создаваемой с использованием средств нагружающих, %.

При реализации предлагаемого способа модель 1 корпуса судна устанавливается на средствах 5 нагружающих, расположенных на основании 2 стенда, к которому прикреплены стенки 3 стенда вертикальные с установленными на них полками 4 стенда горизонтальными, поддерживающими средства 5 нагружающие. Рабочая среда 6 под действием компрессора 8 подается по шлангам 7 в ресивер 9, откуда по шлангам 7 подводится к клапанам 10. Блок управления 11, соединенный с использованием проводов 12 с клапанами 10, регулирует подачу рабочей среды 6 от клапанов 10 по шлангам 7 к соответствующим средствам 5 нагружающим для приложения нагрузки в заданном районе модели 1 корпуса судна. Для приложения нагрузки к палубе 13 верхней над ней устанавливается плита 16 опорная, а между ними размещаются средства 5 нагружающие. С целью нагружения палубы 14 нижней и настила 15 двойного дна к плите 16 опорной прикрепляются штоки 17 полые, через которые проходят шланги 7. Над нижними палубами 14 и настилом 15 двойного дна размещены площадки 18, под которыми размещаются средства 5 нагружающие, соединенные со шлангами 7.

Способ испытания моделей корпусов судов осуществляется следующим образом. На основание 2 стенда укладываются средства 5 нагружающие, на которые устанавливается модель 1 корпуса судна. При этом средства 5 нагружающие размещаются симметрично относительно диаметрально плоскости модели 1 корпуса судна по всей ее длине, при этом количество нагружающих средств 5, в которые осуществляется раздельная подача рабочей среды 6, определяется решаемой задачей моделирования и требуемой точностью результатов. Нагружение бортовых перекрытий модели 1 корпуса судна осуществляется посредством средств 5 нагружающих, расположенных на полках 4 стенда горизонтальных, закрепленных на стенках 3 стенда вертикальных. При этом по высоте борта модели 1 корпуса судна должно устанавливаться такое количество средств 5 нагружающих, которое обеспечивает воспроизведение эксплуатационной нагрузки с требуемой точностью. Так, гидростатическая нагрузка, изменяющаяся по линейному закону вдоль высоты борта модели 1 корпуса судна, при реализации предлагаемого способа заменяется ступенчатой нагрузкой.

Для моделирования нагрузок, действующих на палубу судна, над моделью 1 корпуса судна устанавливается плита 16 опорная, а между ней и верхней палубой 13 модели 1 размещаются средства 5 нагружающие. Кроме того, для учета влияния загрузки судна при реализации предлагаемого способа может быть осуществлено приложение нагрузки к нижним палубам 14 и настилу 15 двойного дна. Для этого на плите 16 опорной устанавливаются штоки 17 полые, соединенные с площадками 18. Площадки 18 размещаются над нижними палубами 14 и настилом 15 двойного дна с образованием зазоров, в которых размещаются средства 5 нагружающие.

Рабочая среда 6 подается от ресивера 9, давление в котором создается при помощи компрессора 8, по шлангам 7 к клапанам 10, соединенным посредством проводов 12 с блоком 11 управления. В зависимости от моделируемой нагрузки блок 11 управления осуществляет подачу рабочей среды 6 через соответствующий клапан 10 к средству 5 нагружающему до достижения в нем заданного давления рабочей среды 6.

В качестве примера реализации предлагаемого способа испытания моделей корпусов судов рассмотрим процесс моделирования нагружения бортового перекрытия судна гидростатической нагрузкой. Для упрощения анализа рассмотрим бортовое перекрытие без перекрестных связей со шпацией а=0,6 м, шпангоутами с моментом инерции I=6⋅10^-5 м⁴ и длиной пролета L=6 м. Будем считать шпангоут жестко заделанным на обоих концах. Пусть в рассматриваемом случае осадка судна Т=L/2, т.е. гидростатическая нагрузка действует на половине длины шпангоута. Интенсивность этой нагрузки изменяется вдоль шпангоута по линейному закону. При реализации предлагаемого способа испытания моделей корпусов судов эта нагрузка будет заменяться ступенчатой (фиг. 5), прикладываемой к бортовому перекрытию с использованием средств 5 нагружающих.

Для определения числа участков, на которые следует разбивать линию действия гидростатической нагрузки вдоль шпангоута при ее аппроксимации ступенчатой нагрузкой, следует рассмотреть балки, загруженные нагрузкой, изменяющейся по закону треугольника, и нагрузкой со ступенчато изменяющейся интенсивностью для различного числа ступеней (фиг. 5). Для нагрузки, распределенной по закону треугольника, выражение упругой линии балки представлено, например, в (Справочник по строительной механике корабля: в 3 т. / Бойцов Г.В., Постнов В.А., Чувиковский B.C.; под ред. О.М. Палия. - Л.: Судостроение, 1982. - Т. 1: Общие понятия. Стержни. Стержневые системы и перекрытия. - 376 с.). Для нахождения упругой линии ступенчато приложенной нагрузки можно воспользоваться методом Коши-Клебша (Папкович, П.Ф. Труды по строительной механике корабля. В 4 т. Т. 1. Изгиб балок и прямолинейных рам / П.Ф. Папкович. - Л.: Судпромгиз, 1962. - 576 с.). В частности, для случая разбиения приложенной нагрузки на три участка, представленного на фиг. 5, получим:

где Е - модуль Юнга, Па;

I - момент инерции поперечного сечения балки, м⁴;

z - координата, отсчитываемая вдоль оси балки, м;

w(z) - упругая линия балки, м;

С₀, С₁, С₂, С₃ - постоянные интегрирования, определяемые из граничных условий.

Результаты расчета представлены на фиг. 6. Видно, что при замене нагрузки с линейно изменяющейся интенсивностью ступенчатой нагрузкой, прикладываемой на пяти участках, погрешность от замены при определении прогиба шпангоута составляет около 2%, что обеспечивает приемлемую для большинства задач точность. Для этого по высоте борта модели корпуса судна 1 должно быть установлено пять средств нагружающих 5, давление в которых увеличивается ступенчато по мере движения от верхней части модели к ее днищу.

Таким образом, предлагаемый способ испытания моделей корпусов судов, в отличие от ближайшего аналога, позволяет варьировать интенсивность внешней нагрузки по высоте борта модели 1 судна, а также осуществлять нагружение палубы 14 нижней и настила 15 двойного дна, что способствует существенному расширению возможностей экспериментального изучения работы конструкций корпусов судов.

Изобретение относится к области судостроения, в частности к способам испытаний корпусов судов, и может быть использовано для определения их прочностных и деформационных характеристик в процессе проектирования. Для испытания моделей корпусов судов осуществляют установку модели корпуса судна на стенде и размещение между моделью корпуса судна и основанием стенда, а также стенками стенда нагружающих средств, выполненных в виде емкостей из гибкого непроницаемого материала с возможностью подачи в них рабочей среды и измерения ее внутреннего давления в каждой емкости. Для моделирования нагрузок с переменной интенсивностью по высоте борта модели корпуса судна устанавливают несколько нагружающих средств. Приложение нагрузки к верхней палубе, нижним палубам и настилу двойного дна осуществляют путем установки с зазором над моделью корпуса судна опорной плиты, а над нижними палубами и настилом второго дна - площадок. Достигается расширение возможности экспериментального изучения прочностных характеристик корпусов судов. 6 ил.

Способ испытания моделей корпусов судов, включающий установку модели корпуса судна на стенде с образованием зазоров между стенками стенда и внешней поверхностью обращенных к ним бортов, укладывание нагружающих средств на основание под днище модели корпуса судна симметрично относительно ее диаметральной плоскости, выполненных в виде емкостей из гибкого непроницаемого материала с возможностью подачи в них рабочей среды и измерения ее внутреннего давления в каждой емкости, размещение нагружающих средств в зазорах между стенками стенда и внешней поверхностью обращенных к ним бортов, выполненных в виде емкостей из гибкого непроницаемого материала с возможностью подачи в них рабочей среды и измерения ее внутреннего давления в каждой емкости, заполнение в процессе нагружения емкостей бортов рабочей средой до обеспечения плотного контакта между нагружающими средствами бортов и обращенными к ним поверхностями соответствующего борта и соответствующей стенки стенда, подачу рабочей среды раздельно в каждую наполняемую емкость, отличающийся тем, что по высоте борта модели корпуса судна устанавливают не менее двух нагружающих средств с возможностью раздельной подачи в них рабочей среды, над моделью корпуса судна размещают опорную плиту, а между ней и верхней палубой модели устанавливают нагружающие средства с возможностью раздельной подачи рабочей среды, внутри модели корпуса судна над нижними палубами и настилом второго дна с образованием зазора размещают жестко соединенные с опорной плитой площадки, а в зазоре устанавливают нагружающие средства с возможностью раздельной подачи рабочей среды.