Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Проектирование и конструкция судов

Диссертационная работа:

Емельянов Михаил Дмитриевич. Исследование накопления усталостных повреждений и разработка методики расчета вероятности их появления в продольных связях судокорпусных конструкций : ил РГБ ОД 61:85-5/640

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 3

1. ФАКТОРЫ, ОПРВДЕШЩИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТЬ

1.1. Постановка задачи 10

1.2. Повреждаемости корпусных конструкций .10

1.3. Усталостные характеристики стали 20

1.4. Влияние различных факторов на усталостную долговечность 32

1.5. Усталостная долговечность узлов судового корпуса 40

1.6. Оценка эффективных коэффициентов концентрации напряжении по данным повреждаемости узлов конструкций корпуса 54

1.7. Выводы 68

2. ВЕРОЯТНОСТЬ УСТАЛОСТНОГО ПОВРЕЖДЕНИЙ

2.1. Основные положения 69

2.2. Долговременные законы распределения, напряжений для стандартных корпусов и эффективные периоды волновых нагрузок. V V6 70

2.3. Влияние коррозионного на усталостную долговечность 79

2.4. Закон распределения усталостной долговечности 92

2.5. Выводы 109

3. ПРИМЕНЕНИЕ СРЕДСТВ НЕРАЗРУШАЩЕГО КОНТРОЛЯ ДЛЯ ДИАГНОС

ТИКИ УСТАЛОСТНЙХ ШВРЕЗДШЙ

3.1. Задачи, решаемые средствами неразрушающего контроля 110

3.2. Изменение физических свойств материала в процессе усталостного повреждения, используемые в неразрушающем контроле. III

3.3. Метода неразрушающего контроля 120

3.4. Исследование влияния усталостных повреждений на выходные характеристики накладного магнитного преобразователя 131

3.5. Усталостные испытания стали 09Г2 и обработка полученных результатов .145

3.6. Выводы 167

ОБЩИЕ ШВОДЬІ 168

ЛИТЕРАТУРА 172

Приложение I 180

Приложение П 1  

Введение к работе:

Решениями ХХУТ съезда КПСС предусмотрено дальнейшее развитие морского флота страны в одиннадцатой пятилетке. Грузооборот морского транспорта за І98І-І985 гг. должен возрасти на 8-9$, в состав флота войдут новые специализированные и универсальные суда, еще более укрепится производственная база Минморфлота [35].

Одной из ключевых задач работников морского транспорта в одиннадцатой пятилетке является отыскание путей более полного и эффективного использования основных производственных фондов: повышения провозной способности каждого судна при минимуме стояночного времени в ремонте, под грузовыми и вспомогательными операциями [13] . Важными элементами, способствующими решению этой задачи, являются как совершенствование методов проектирования новых конструкций, так и сокращение и упорядочение ремонта судо-корпусных конструкций, находящихся в эксплуатации.

Корпуса морских транспортных судов представляют собой сложную сварную конструкцию, включающую в себя десятки тысяч узлов пересечения набора, вырезы и другие источники концентрации напряжений, в которых могут возникать усталостные трещины, являющиеся наиболее частым видом повреждения судокорпусных конструкций [33] . Некоторые из таких трещин могут при неблагоприятных условиях приводить к хрупким разрушениям. Появление и развитие усталостных трещин увеличивает как затраты на ремонт, так и время, на которое судно выводится из эксплуатации.

Увеличение долговечности корпусных конструкций возможно путем снижения уровня номинальных напряжений, т.е. путем увеличения их прочностных характеристик, например, момента сопротивления. Однако этот путь связан с повышением затрат металла, строительной стоимости, ухудшением показателей работы судна и не гарантирует полного исчезновения усталостных трещин, другой путь увеличения долговечности корпусных конструкций заключается в повышении надежности узлов, путем применения конструкций, имеющих более низкие значения эффективных коэффициентов концентрации напряжений. Составной частью этого метода является повышение качества изготовления и контроля сварных соединений. Этот путь связан также с увеличением затрат на постройку, усложнением технологических процессов, совершенствованием методов контроля исполнения.

Рациональное решение задачи может быть установлено только в результате технико-экономического анализа, учитывающего суммарные затраты на создание и эксплуатацию конструкций. Для такого анализа необходимо располагать обоснованными исходными данными, включающими затраты на изготовление конструктивных узлов различных типов, а также их работоспособности в эксплуатации.

В настоящей работе рассматривается только часть задач второй группы этого комплекса, а именно: оценка усталостной долговечности различных конструктивных узлов с учетом влияния основных случайных факторов. Причем, принимая во внимание случайную природу большинства факторов, исследование проводится с применением вероятностных методов.

Многие исследователи (Барабанов Н.В., Бойцов Г «В., Болотин В.В., Брикер А.С., Быструшкин Г.С, Гаврилов М.Н., Ершов Н.Ф., Козаков В.А., Козляков В,В., Короткий Я.И., Максимаджи А.И., Петитов С .В., Эпштейн M.H.,Mu.RRcxy ,Va.&ta. и др.) занимались вопросами усталостной прочности судовых конструкций, изучение которых развивалось в нескольких направлениях: теоретического анализа, испытаний узлов в лабораторных условиях, изучения статистики повреждаемости, црименения методов обнаружения усталостных повреждений с помощью неразрушающего контроля. При этом оцен - 5 -ка усталостной долговечности судовых конструкций путем теоретического анализа производилась во многих работах разными авторами, однако учет случайности параметров, влияющих на долговечность, выполнялся сравнительно редко (Бойцов Г.В., Литонов О.Е.[30] и Y.Aklta[62] ). Только в отдельных работах учитывалось влияние износа и коррозии на усталостную долговечность (Козляков В.В., Максимаджи А.И.).

Детерминистический подход позволяет сравнивать корпусные

конструкции по условной долговечности, но не пригоден для определения уровня повреждаемости, необходимого при проектировании из условия минимума затрат на их изготовление и ремонт. Вопросы определения вероятности усталостного повреждения и связанной с ,ним оценкой надежности конструкций остаются пока еще недостаточно разработанными и требуют дальнейшего исследования. Снижение времени простоев судов в ремонте и затрат на его проведение не ограничиваются мероприятиями по повышению надежности элементов корпуса на стадиях проектирования и изготовления. Своевременное обнаружение и предсказание времени возникновения усталостных повреждений на эксплуатирующихся судах позволяет уменьшать затраты за счет улучшения планирования ремонтных работ.

Изучение статистики повреждений конструкций корпусов морских транспортных судов [63, 85, 86, 893 позволяет выявить наиболее повреждаемые узлы. Существенную роль в повышении эффективности обнаружения усталостных повреждений могут сыграть средства неразрушающего контроля. В настоящее время, к сожалению, применяются лишь некоторые из известных методов неразрушающего контроля, причем как показывает проверка на судоремонтных заводах, они не обладают достаточной надежностью [84] . Это заставляет искать новые пути совершенствования известных методов.

Целью настоящей работы является совершенствование методов повышения надежности корпусных конструкций: для обоснования на стадии проектирования надежных конструктивных решений оформления узлов конструкций; установлении на стадии эксплуатации корпуса слабых элементов, приборного обнаружения усталостных повреждений и прогноза долговечности узлов конструкций.

С этой целью в данной работе решается ряд задач, направленных на определение влияния случайных факторов на долговечность конструкций, выявление закона распределения вероятностей усталостного повреждения и возможности применения эффективных средств неразрушающего контроля для обнаружения усталостных повреждений в конструкциях корпуса.

Научная новизна результатов проведенных исследований состоит в том, что:

- предложена методика, позволяющая оценивать эффективные коэффициенты концентрации напряжений узлов конструкций корпуса , на основе анализа их повреждаемости и сопоставления с данными прямых испытаний;

- получены законы распределения вероятностей усталостных повреждений при отсутствии коррозии и с учетом коррозионного из- носа конструкций корпуса;

- предложена методика определения вероятности усталостного повреждения в продольных связях судового корпуса;

- разработан способ выявления усталостных повреждений на ранних стадиях их развития, основанный на модификации метода высших гармоник.

В основу решений вероятностных задач, связанных с усталостной долговечностью, было положено статистическое моделирование методу Монте-Карло.

Первая глава посвящена определению распределений факторов, влияющих на усталостную долговечность, и выявлению наиболее повреждаемых типовых узлов конструкций корпуса.

Большое количество конструкций с концентраторами напряжений делает практически невозможным детальный осмотр всех узлов. Наиболее приемлемым подходом является использование схем осмотров, основанных на контроле наиболее повреждаемых узлов в обследуемом районе корпуса, имеющих относительно высокие значения эффективных коэффициентов концентрации напряжений. В работе приведены наименее надежные типовые узлы, полученные в результате анализа повреждаемости конструкций корпуса [63, 85, 86] . Для многих применяемых узлов эффективный коэффициент концентрации напряжений неизвестен и оценивается обычно приближенно по значениям для узлов близких конфигураций. Прямые испытания натурных узлов с целью определения эффективного коэффициента концентрации являются трудоемкими и длительными и поэтому не могут охватить все множество встречающихся на практике узлов. В диссертации предложена методика оценки эффективных коэффициентов концентрации напряжений, основанная на экстраполяции известных данных, полученных путем прямых испытаний, на другие типы узлов с учетом относительной повреждаемости последних. Вычислялась зависимость вероятности повреждения от расчетных коэффициентов концентрации напряжений за время, равное среднему возрасту обследуемых судов [85, 86] .С помощью полученной зависимости определялись значения расчетных коэффициентов концентрации от доли поврежденных узлов. Сравнивая типы узлов из работ [85, 86] с данными прямых испытаний [3] , для сходных конфигураций находились значения эффективных коэффициентов концентрации напряжений и определялась линия регрессии на расчетные концентрации. Используя линию регрессии, была построена зависимость эффективных коэффициентов концентрации от доли поврежденных узлов, выявленных при осмотре.

Вторая глава посвящена оценке надежности узлов судового корпуса. Задача решалась на примере конструкций продольных связей стандартных корпусов наливных судов, у которых момент сопротивления равен минимальному по требованиям Правил Регистра СССР, эксплуатирующихся в районах Северной Атлантике Iе Волновые изгиба-ющие моменты, действующие на корпус судна, и их эффективные периоды определялись по полновероятностной схеме с учетом трехмерности волнения, изменения скорости хода и курсовых углов в зависимости от балльности волнения. Влияние коррозии на усталостную долговечность учитывалось через постоянный рост номинальных напряжений вследствие износа конструкций корпуса, полагая годовое уменьшение толщин связей постоянным во времени.

Применение метода Монте-Карло позволило определить форму закона распределения усталостной долговечности без учета коррозии, которая хорошо описывается двойным логарифмически нормальным законом, и при наличии коррозионного износа корпуса. Анализ кривых плотности вероятностей усталостного повреждения при наличии коррозионного износа показывает их сложный характер, который в зависимости от соотношения между величиной коэффициента концентрации и среднегодовым уменьшением толщин связей может проявляться в виде двух максимумов на кривой плотности вероятностей.

Третья глава посвящена вопросу применения средств неразрушающего контроля для обнаружения усталостных повреждений. На основе анализа существующих способов неразрушающего контроля и проведенного теоретического и экспериментального исследований предложена модификация метода высших гармоник, заключающаяся в измерении отношения третьей гармоники выходного сигнала накладного магнитного датчика к первой. 

Разработанный в диссертации на этом принципе макет прибора позволяет выявлять как имеющиеся трещины, так и усталостные ловреждения, предшествующие появлению трещин. Проведенные испытания на образцах из стали 09Г2 позволили получить зависимость показаний прибора от выработки относительной долговечности, с помощью которой можно прогнозировать время появления усталостной трещины.

Практическая ценность результатов работы заключается в том, что разработанная методика определения вероятности появления усталостных повреждений в конструкциях корпуса может быть применена на стадии проектирования при выборе конструктивных форм узлов. В работе проведен анализ повреждаемости различных узлов корпусных конструкций. Контроль за их повреждаемостью на стадии эксплуатации и применение предложенного приборного способа выявления усталостных повреждений повышает эффективность оценки состояния корпусов судов, увеличивает безопасность эксплуатации и позволяет заблаговременно получать информацию об объемах ремонта. 

Подобные работы
Францев Михаил Эрнстович
Разработка методики проектирования верхних строений малых судов на основе многослойных оболочковых конструкций
Могилевский Валерий Иосифович
Разработка методики оптимизации морского комплекса транспортных средств доставки грузов в пункты с необорудованным берегом
Курочкин Дмитрий Владимирович
Разработка методики проектного обоснования технических и архитектурно-компоновочных решений при прогнозировании развития авианосцев
Гайкович Борис Александрович
Разработка методики проектного оптимизационного обоснования судов обеспечения глубоководных работ
Сахновский Эдуард Борисович
Разработка методики проектного обоснования скоростных катамаранов с подводными крыльями
Соколов Виктор Петрович
Разработка методики проектирования скоростных многокорпусных судов, сочетающих статическое и динамическое поддержание
Кхалил Муханнад Мустафа
Исследование влияния параметров процесса культивирования на закономерности роста и размножения хлебопекарных дрожжей в аппаратах разной конструкции и разработка высокоэффективных технологий накопления биомассы
Мальшин Анатолий Александрович
Экспериментальное исследование кинетики накопления элементарных повреждений при разрушении горных пород по импульсному электромагнитному излучению в световом и радио- диапазонах
Бочаров Сергей Иванович
Разработка методики прогнозирования повреждений зданий, расположенных над горными выработками, на основе многомерного математического моделирования
Шатов Виталий Александрович
Разработка методики расчета и исследование коаксиальной индукционно-резистивной системы нагрева промышленной и повышенной частоты

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net