Способ нагружения корпуса судна при проведении испытаний
METHOD OF LOADING THE VESSEL CABINET DURING TESTING

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 разработки, эксплуатации и ремонта.
Известен способ нагружения корпуса судна с помощью стенда, 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. 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 (см. а.с. СССР № 1573361, дата публикации 23.06.1990).
Недостатком технического решения является ограниченная область применения на практике из-за следующих факторов:
- возможность моделирования только распределенных нагрузок;
- возможность нагружения только днища судна и его верхней палубы;
- для моделирования распределенных нагрузок необходимо размещать емкости под всей рабочей площадью днища равномерно и плотно, что связано с высокой трудоемкостью;
- в испытательном стенде предусмотрено измерение только суммарной величины сил поддержания, без учета и возможности контроля внутреннего давления воздуха в каждой из емкостей.
В качестве ближайшего аналога принят способ нагружения корпуса судна для определения его веса, 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 (см. патент РФ № 2466901, дата публикации 20.11.2012).
Недостатком ближайшего аналога является ограниченная область применения на практике из-за следующих факторов:
- возможность нагружения только днища судна и его верхней палубы;
- сжатый воздух подается одновременно во все емкости.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка способа нагружения корпуса судна с широкими возможностями моделирования различных нагрузок и сложных напряженно-деформированных состояний.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в повышении достоверности условий нагружения при испытании корпусов судов в лабораторных условиях и расширении возможностей моделирования различных нагрузок и сложных напряженно-деформированных состояний из-за следующих факторов:
- возможность моделирования как распределенных, так и сосредоточенных нагрузок;
- возможность нагружения днища и бортов судна;
- возможность задействования в работе не всех, а лишь некоторых емкостей;
- возможность задания различных значений внутреннего давления воздуха в разных емкостях;
- автономность нагружающих средств, работающих независимо друг от друга;
- возможность моделирования сложных напряженно-деформированных состояний как в продольных, так и в поперечных плоскостях судна;
- возможность моделирования динамических и циклических нагрузок с переменными значениями, например волновых.
Поставленная задача решается тем, что в способе нагружения корпуса судна при проведении испытаний, включающем 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, 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.
Кроме того, судно устанавливают вдоль продольной оси симметрии сухого дока.
Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналогов свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».
При этом отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.
Признаки «судно размещают в сухом доке, пол которого используют в качестве основания» обеспечивают формирование основания для установки на нем кильблоков и нагружающих средств.
Признаки «судно размещают… с образованием зазоров между стенками сухого дока и внешней поверхностью обращенных к ним бортов» организуют основание для нагружающих средств бортов и обеспечивают возможность прикладывания нагрузки от нагружающих средств в любую точку внешней поверхности борта.
Признаки «стенки сухого дока выполнены с возможностью разъемного соединения с нагружающими средствами» обеспечивают возможность быстрой и легкой смены расположения нагружающих средств бортов.
Признаки «дополнительные нагружающие средства бортов размещают в зазорах и соединяют с соответствующими стенками сухого дока» и «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» обеспечивают передачу нагрузки от нагружающих средств на борт судна при обеспечении их неизменного положения в пространстве.
Признаки «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» описывают конструкцию и принцип работы нагружающих средств бортов.
Признак «в процессе нагружения сжатый воздух подают раздельно в каждую наполняемую емкость» обеспечивает возможность задействования в работе не всех, а лишь некоторых емкостей при обеспечении их автономной работы.
Признаки первого зависимого пункта формулы обеспечивают одинаковую величину зазоров в одной горизонтальной плоскости и, как следствие, позволяют моделировать однородные условия нагружения как со стороны правого, так и левого борта судна.
На фиг.1 изображен вид сбоку судна с равномерно заполненными нагружающими средствами.
На фиг.2 изображен вид сверху судна с равномерно заполненными нагружающими средствами.
На фиг.3 изображен вид спереди судна с равномерно заполненными нагружающими средствами.
На фиг.4 изображена схема нагружения корпуса для формирования изгиба в вертикальной плоскости.
На фиг.5 изображена схема нагружения корпуса для формирования изгиба в горизонтальной плоскости.
На фиг.6 изображена схема нагружения корпуса для формирования кручения.
На чертежах показаны судно 1, кильблоки 2, нагружающие средства 3, пол 4 и стенки 5 сухого дока, зазоры 6 между бортами судна 1 и стенками 5 сухого дока, нагружающие средства бортов 7, кроме того, система для нагружения дополнительно содержит источник рабочего тела в виде компрессора 8, ресивер 9, автоматические коммутационные клапаны 10 и блок управления 11 автоматическими коммутационными клапанами 10.
Стенки 5 сухого дока выполнены с возможностью разъемного соединения с нагружающими средствами бортов 7.
Нагружающие средства 3 и нагружающие средства бортов 7 выполнены в виде емкостей из гибкого воздухонепроницаемого материала с возможностью подачи в них сжатого воздуха и измерения внутреннего давления воздуха в каждой емкости.
Заявляемый способ осуществляют следующим образом.
На пол 4 сухого дока устанавливают кильблоки 2.
Затем на кильбоки 2, с образованием зазоров 6 между стенками 5 сухого дока и внешней поверхностью обращенных к ним бортов, устанавливают судно 1.
В промежутки между кильблоками 2, симметрично относительно диаметральной плоскости судна, на пол 4 сухого дока укладывают нагружающие средства 3.
В зазорах 6 размещают в соответствии со схемой нагружения нагружающие средства бортов 7 и разъемно соединяют с соответствующими стенками 5 сухого дока.
На заключительном этапе наполняют сжатым воздухом с помощью компрессора 8 через ресивер 9 и автоматические коммутационные клапаны 10, управляемые блоком управления 11, нагружающие средства 3 и/или нагружающие средства бортов 7 в соответствии со схемой нагружения при измерении и фиксации давления в каждой емкости посредством измерительных средств (на чертежах не показаны).
При этом нагружающие средства 3 заполняют сжатым воздухом до тех пор, пока судно 1 не потеряет контакт с кильблоками 2, а нагружающие средства бортов 7 заполняют сжатым воздухом до обеспечения плотного контакта между нагружающими средствами бортов 7, и обращенными к ним поверхностями соответствующего борта и соответствующей стенки 5 сухого дока.
Например, для того чтобы сформировать изгиб судна 1 в вертикальной плоскости, необходимо обеспечить изменение внутренних давлений в нагружающих средствах 3, расположенных под носовой и кормовой оконечностями судна, и размещенных под центральной частью судна, в соответствии с изменением сил поддержания по длине корпуса судна при прохождении вдоль судна профиля волны. При этом давление в нагружающих средствах 3, расположенных симметрично относительно диаметральной плоскости, меняется одинаково.
Для формирования изгиба судна в горизонтальной плоскости, необходимо обеспечить изменение внутренних давлений в нагружающих средствах бортов 7, размещенных по разные стороны диаметральной плоскости судна, при этом нагружающие средства бортов 7 должны быть расположены в одной горизонтальной плоскости.
Для формирования кручения судна необходимо обеспечить кососимметричное изменение давления в нагружающих средствах 3, например, путем повышения давления в носовой оконечности по правому борту и в кормовой оконечности по левому борту с одновременным снижением давления в носовой оконечности по левому борту и в кормовой оконечности по правому борту и наоборот.
При изменении давления сжатого воздуха в емкостях в течение определенного периода времени можно моделировать динамические и нерегулярные нагрузки с переменными значениями, например волновые нагрузки.