СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖЕСТКОСТИ КОРПУСА СУДНА
METHOD FOR DETECTION OF VESSEL HULL RIGIDITY

Изобретение относится к технологии судостроения и судоремонта и может быть использовано при сертификации, реконструкции и ремонте судов и кораблей разного назначения.
Для проектирующихся и вновь строящихся судов известен [1] расчетный способ определения жесткости EI(x) корпуса, согласно которому на основании чертежей корпуса судна по известным зависимостям рассчитывают моменты инерции I(x) ряда поперечных сечений продольных связей корпуса, а затем умножают эти моменты инерции на усредненные значения модуля упругости Е материала указанных связей.
Однако у судов, длительное время находящихся в эксплуатации или приобретенных у третьих лиц, проектные чертежи могут быть утрачены, а кроме того, при эксплуатации имеет место износ корпуса и старение материала. В результате расчетный метод определения жесткости сечений либо не может быть применен, либо имеет недостаточную точность.
Известны также из заявок №№2006136480 и 2006136477 способы приближенного контроля местных остаточных деформаций набора корпусов по данным деформации поддерживаемой им обшивки, включающие обмер деформаций обшивки, предусматривающий предварительное получение статистических данных по повреждаемости обшивки и набора, в частности, в натурных и/или модельных условиях, получение зависимостей взаимосвязи деформаций обшивки и набора, например, аналитических, графических. При этом значение деформаций набора корпусов определяется приближенно по полученным зависимостям и сравнивается с допускаемыми значениями.
Однако эти известные способы дают только приближенные данные, в то время как при сертификации и переоборудовании судов, длительное время находящихся в эксплуатации, в ряде случаев необходимо знать фактическую жесткость и распределение жесткости по длине корпуса судна.
Известен [2] способ определения жесткости корпуса судна, принятый за прототип, согласно которому устанавливают на корпусе судна систему контроля упругой линии, например, в виде контрольных площадок, параллельных основной плоскости корабля, нагружают корпус корабля путем подведения двух понтонов вначале в районе носа и кормы, а затем с левого и правого борта в районе миделя корпуса. После этого измеряют изменение осадки корпуса судна и упругую линию y(x) по длине корпуса судна в положениях на «ровном киле» и на понтонах.
Затем по усилиям от понтонов, прикладываемым в известных по длине местах корпуса судна, и изменению осадки определяют распределение дополнительного изгибающего момента ΔМ(x) по длине судна. Наконец определяют распределение жесткости по длине корабля по формуле
где ΔМ(x) - распределение дополнительного изгибающего момента ΔМ(x) от усилий понтонов по длине судна;
y”(x) - вторая производная от изменений упругой линии корпуса;
EI(x) - распределение жесткости по длине корабля.
Поскольку в прототипе используется две схемы нагружения корпуса судна усилиями понтонов, которые к тому же могут быть различными, измеряют изменения упругой линии относительно положения «на ровном киле» и получают две зависимости EI(x), по которым рассчитывается их среднее арифметическое значение. При этом среднее арифметическое значение изменения упругой линии в какой-то мере компенсирует влияние перерезывающих сил на изменение упругой линии судна, однако для расчета изгибающих моментов М(x) необходима проектная информация о силах поддержания, а также информация о фактической загрузке судна. Точность способа по прототипу зависит от точности проектной информации и информации о фактической загрузке судна.
Настоящее изобретение направлено на решение задачи разработки простого и надежного способа определения жесткости корпуса судна, применимого при сертификации, реконструкции и ремонте судов и кораблей разного назначения.
Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, состоит в повышении точности и одновременно в упрощении определения жесткости корпуса судна или корабля.
Указанный технический результат достигается за счет того, что предлагается установить по длине корпуса судна систему регулируемых контрольных площадок. После подведения понтонов к носовой и кормовой оконечностям судна и создания подъемных усилий все контрольные площадки выставляют параллельно основной плоскости судна. Затем подводят понтоны к средней части корпуса в районе миделя и создают понтонами усилия, равные усилиям при подведении к носовой и кормовой оконечностям. Далее требуется последовательно измерить изменение взаимного положения каждых двух смежных контрольных площадок, по которым определяют изменения упругой линии y”(х), и рассчитать распределение жесткости судна по формуле
где ΔM - постоянный момент от усилий понтонов в положении понтонов в кормовой и носовой оконечностях.
Поскольку усилия понтонов в каждой из двух схем нагружения ими судна одинаковы, изменения упругой линии y(x) будут определяться только изменением моментов сил М(x), а оно равно ΔМ. Изменение перерезывающих сил, обусловленных приложением одинаковых подъемных сил от понтонов к корпусу судна, будет одинаковым в обеих схемах. Первая производная от упругой линии y(x) определяется изменением наклонов касательных к упругой линии или изменением наклонов контрольных площадок относительно основной плоскости судна, а вторая производная от y(x) определяется изменением взаимного положения каждых двух смежных контрольных площадок, начиная с площадки в миделевом сечении.
Подъемные силы понтонов можно тарировать очень точно по маркам углублений понтонов, плечи для определения моментов от подъемных сил могут быть определены также с высокой точностью, погрешность определения взаимных наклонов площадок на плаву не превышает 30”.
Поэтому, если установить достаточно большое количество контрольных площадок на известных расстояниях по длине судна, можно точно и просто определить распределение жесткости по длине судна.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежом, на котором представлена схема приложения усилий понтонов и расстановки контрольных площадок по предлагаемому способу определения жесткости корпуса судна, при этом в позиции «а» показана установка понтонов в носу и корме судна, в позиции «б» - установка понтонов в миделевом сечении.
На чертеже использованы следующие обозначения: 1 - корпус судна; 2 - понтон; 3 - контрольная площадка, Р - усилие понтона, L - расстояние установки понтона от миделевого сечения.
В конкретной реализации предлагаемого способа на верхней палубе корпуса судна 1 (см. чертеж) устанавливают систему регулируемых контрольных площадок 3 с шагом 10 м, подводят к носовой и кормовой оконечностям судна и закрепляют на них на равных расстояниях L от миделевого сечения два одинаковых понтона 2 грузоподъемностью 10-20% от водоизмещения судна. Понтоны должны быть тарированы по маркам углублений на величину создаваемой подъемной силы Р путем балластировки грузами. После подведения понтонов к носовой и кормовой оконечностям определяют их местоположение по длине судна относительно миделевого сечения его корпуса и создают известную подъемную силу, продувая балластные цистерны понтонов. Затем регулируют положение всех контрольных площадок параллельно основной плоскости, обеспечивая их строгую параллельность между собой. Затем притапливают понтоны и переводят их в миделевое сечение, устанавливая их с левого и правого бортов судна. Вновь продувают понтоны и создают подъемную силу, одинаковую по величине с созданной по первой схеме установки понтонов. В этом положении измеряют последовательно в нос и в корму взаимное положение каждых двух смежных площадок, начиная с миделевой площадки. По полученным значениям строят график изменения взаимного положение каждых двух смежных площадок, начиная с миделевой площадки, определяющий вторую производную у”(x) от изменений упругой линии. Полученный график аппроксимируют по методу наименьших квадратов, например полиномом второй степени, и получают зависимость y” от (x).
Зная усилия, создаваемые понтонами, и их расположение относительно миделевого сечения определяют моменты сил ΔМ=PL, приложенные к носовой и кормовой оконечностям судна. Изменение упругой линии в двух положениях понтонов определяют только величиной известного постоянного момента.
На основании результатов измерений момента сил и изменений у”(x) по формуле 2 рассчитывают распределение жесткости по длине корабля.
Источники информации
1. Справочник по строительной механике корабля под ред. академика Ю.А.Шиманского. Судпромгиз, Ленинград, 1960.
2. Гаврилюк Л.П. Определение сертификационной жесткости корпуса ПЛ при ремонтных работах на плаву. «Судостроение», №5, 1999 г.
3. Заявки на патенты РФ №№ 2006136480 и 2006136477.