Assessment of the residual reliability of ship hull structures made of ferrite-pearlite steels with macrocracks based on structural and mechanical characteristics
Authors: Молоков К.А. , Новиков В.В. 
Published: September 2024

Надежность конструкций судового корпуса напрямую связана с критической плотностью повреждений и их величиной. В условиях волнения и вибраций корпус испытывает циклические нагружения с разными частотами и амплитудами, поэтому его эксплуатация в жизненном цикле судна практически маловероятна без повреждений в виде возникающих микро и макротрещин трещин. Актуальной задачей остается определение плотности повреждений или их величины, необходимых для оценки момента начала катастрофического разрушения. На основе некоторых допущений и упрощений получена аналитическая зависимость существенно влияющих на момент окончательного разрушения характеристик и параметров, участвующих в структурно-механической модели, на размер критической макротрещины в феррито-перлитных сталях. По результатам этой зависимости удалось проанализировать совместное влияние изменения механических характеристик на критический размер макротрещины сталей 10, Ст22К, Ст3сп, 50. Зависимость позволяет оценить и спрогнозировать наилучшие комбинации значений коэффициентов степенного упрочнения, Пуассона, среднего диаметра зерна и предела текучести сталей, найти наибольшее оптимальное значение длины критической тещины, а также оценить остаточную прочность судна с макротрещинами в условиях старения феррито-перлитных сталей судового корпуса. В работе представлена зависимость критической длины макротрещины от указанных механических характеристик и диаметра зерна. Аналитически показано, что на критическую длину трещины оказывает значительное влияние показатель степенного упрочнения, предел текучести и коэффициент Пуассона при условиях плоской деформации в вершине макротрещины.

The reliability of ship hull structures is directly related to the critical density of damage and its magnitude. In conditions of waves and vibrations, the hull experiences cyclic loading with different frequencies and amplitudes, so its operation in the life cycle of the vessel is almost unlikely without damage in the form of micro- and macro-cracks. An urgent task remains to determine the density of damage or its magnitude necessary to assess the moment of the onset of catastrophic destruction. Based on some assumptions and simplifications, an analytical dependence of the characteristics and parameters involved in the structural-mechanical model that significantly influence the moment of final destruction on the size of the critical macrocrack in ferrite-pearlite steels is obtained. Based on the results of this dependence, it was possible to analyze the combined effect of changes in mechanical characteristics on the critical size of a macrocrack in steels 10, St22K, St3sp, 50. The dependence allows us to evaluate and predict the best combinations of the values of power-law hardening coefficients, Poisson, average grain diameter and yield strength of steels, and to find the greatest optimal value the length of the critical mother-in-law, as well as assess the residual strength of a ship with macrocracks under aging conditions of ferrite-pearlite steels of the ship hull. The paper presents the dependence of the critical length of a macrocrack on the specified mechanical characteristics and grain diameter. It is analytically shown that the critical crack length is significantly influenced by the power hardening index, yield strength and Poisson's ratio under conditions of plane strain at the tip of the macrocrack.