Решение проблем обеспечения прочности судов ледового плавания и ледоколов в условиях круглогодичной эксплуатации в Арктике

• Автор: Апполонов, Евгений Михайлович
• Шифр специальности: 05.08.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 380 с. : ил.

1 АНАЛИЗ ПОВРЕЖДАЕМОСТИ И ОБОСНОВАНИЕ КРИТЕРИЕВ ПРОЧНОСТИ КОРПУСОВ СУДОВ ЛЕДОВОГО ПЛАВАНИЯ И ЛЕДОКОЛОВ

1.1 Существующие подходы к определению ледовых нагрузок и

I нормированию ледовой прочности

1.1.1 Методы определения ледовых нагрузок

1.1.2 Требования к прочности конструкций ледовых усилений

1.1.3 Кривые расчетных режимов и строительной прочности

1.2 Анализ данных о повреждениях судов ледового плавания

1.2.1 Повреждаемость в условиях продленной навигации в Арктике

1.2.2 Перспективы снижения повреждаемости судов ледового плавания

1.2.3 Основные типы ледовых повреждений. Отдельные (допустимые) и массовые

> (недопустимые) повреждения

1.3 Анализ факторов повторяемости и законы распределения ледовых нагрузок
1.3.1 Особенности работы конструкций за пределом упругости при многократном нагружении. Принцип однократного нагружения
1.3.2 Законы распределения ледовых нагрузок
1.3.3 Метод построения матриц весовых коэффициентов расчетных ледовых нагрузок

1.4. Критерии и методы оценки прочности. Расчётные ледовые нагрузки.
Принципы регламентации режимов движения во льдах
1.4.1. Основные понятия и допущения. Структура расчётных критериев
1.4.2. Критерий предельной прочности. Расчётные методы и модели оценки предельной прочности
1.4.3. Критерий ограниченной пластической деформации. Определение ледовых нагрузок. Особенности расчетных моделей
1.4.4. Регламентация режимов движения во льдах
| 1.5 Выводы по главе
2. МЕТОДЫ РАСЧЕТА ПРОЧНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ ЛЕДОВЫХ УСИЛЕНИЙ ПРИ ГЛУБОКОМ ПЛАСТИЧЕСКОМ ДЕФОРМИРОВАНИИ
2.1. Принципы построения расчетных моделей

2.2. Методы расчета прочности конструкций из жестко-пластического материала в геометрически нелинейной постановке
2.2.1 Основные положения теории предельного равновесия конечно-мерных
систем
2.2.2 Учет геометрически нелинейных факторов при описании запредельного деформирования конструкций
2.2.3 Описание работы материала в шарнирах текучести
2.3. Деформирование локально загруженной пластин наружной обшивки
при образовании бухтины
2.3.1. Модель запредельного деформирования пластины
2.3.2. Модель упруго-пластического деформирования пластины при активном нагружении и разгрузке
2.3.3. Корректировка и экспериментальная проверка модели деформирования пластины
2.4. Деформирование локально загруженной панели при образовании вмятины
2.4.1. Работа материала в пластических шарнирах
2.4.2. Запредельное деформирование изолированной балки
2.4.3 Запредельное деформирование балки со сдвиговым характером перехода в предельное состояние. Учет поддерживающего влияния поясков
2.4.4 Приближенная модель упруго-пластического и запредельного
деформирования панели
2.4.5 Определение эмпирических коэффициентов и проверка модели деформирования локально загруженной панели
2.5. Деформирование локально загруженной листовой конструкции совместно с наружной обшивкой при образовании вмятины-выпучины
2.5.1. Расчетная схема системы листовая конструкция - наружная обшивка
2.5.2. Предельное состояние и запредельное деформирование изолированного
листа
2.5.3. Запредельное деформирование системы листовой элемент - пластина наружной обшивки
2.5.4. Упруго-пластическое деформирование системы листовой элемент -пластина наружной обшивки
2.6 Практическое использование решений об упруго-пластическом и запредельном деформировании конструкций
- отдельные вмятины в бортовых конструкциях а/л «Сибирь»
2.7 Выводы по главе
3 МЕТОДОЛОГИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ ЛЕДОВЫХ УСИЛЕНИЙ ПО КРИТЕРИЮ ПРЕДЕЛЬНОЙ ПРОЧНОСТИ
3.1 Проектирование балок основного набора и балочных систем (бортовых перекрытий)
3.1.1 Иерархический принцип построения расчетных моделей бортовых перекрытий
3.1.2 Обобщённый метод гибкого проектирования сложных бортовых перекрытий
3.2 Проектирование элементов поперечных сечений балочных конструкций
по критериям предельной прочности и устойчивости
3.2.1 Основные положения. Номенклатура расчетных требований
3.2.2 Система расчетных требований к предельной прочности и устойчивости балочных конструкций. Конструктивно-технологические ограничения
3.2.3 Оптимальное проектирование балочных конструкций
3.2.4 Предельная прочность кничных соединений
3.3. Требования к предельной прочности наружной обшивки
3.3.1. Существующие требования и усовершенствованная модель локально загруженной пластины
3.3.2. Требования к толщине наружной обшивки
3.4 Проектирование листовых конструкций по критериям предельной прочности и устойчивости
3.4.1 Существующие требования к листовым конструкциям
3.4.2 Расчетные схемы (варианты) листовых конструкций, подлежащих расчетной регламентации
3.4.3 Нормирование расчетных нагрузок на листовые конструкции
3.4.4 Требования к предельной прочности и устойчивости листовых конструкций
3.4.5 Сопоставительный анализ новых и действовавших требований. Выводы
3.5 Выводы по главе
4 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЛЕДОВЫХ НАГРУЗОК
4.1 Концепция модификации гидродинамической модели

Тогда т1?) = 0 05 и Р2(в) * Р№)=0.№5«1 (1.3.17)
Следовательно, в данном случае пренебрежимо мала даже вероятность повторного нагружения. Поэтому при нагрузках, превышающих предельные, фактор многократности нагружения может не учитываться р виду малой вероятности реализации повторного воздействия нагрузки на поврежденную конструкцию. Таким образом, изложенное позволяет заключить, что при рассмотрении работы конструкций ледовых усилений за пределом упругости обосновано использование принципа однократного нагружения.
Важно также отметить, что оценка величины (0) позволяет количественно
охарактеризовать введенное в п. 1.2.3 понятие отдельного повреждения, т.к. согласно данному выше определению долговременная вероятность Р(Оар) рассматривается как отношение числа повредившихся элементов к их общему количеству. Тогда реализации отдельных (и исключению массовых) повреждений в конструкциях судов, удовлетворяющих современным требованиям, соответствует повреждаемость около 5% конструктивных элементов от общего числа. Заметное снижение данного уровня, как следует из рис. 1.3.1, требует многократного увеличения уровня предельной прочности. Таким образом, полученное распределение (1.3.15) подтверждает сделанный в разделе 1.2 на основе анализа повреждений вывод о невозможности исключения повреждений конструкций судов, предназначенных для продленной навигации в Арктике, и целесообразности перехода к нормированию прочности на основании критериев, учитывающих резервы пластического деформирования материала и действительные формы повреждений.
1.3.3 Метод построения матриц весовых коэффициентов расчетных ледовых нагрузок
В заключение настоящего раздела приведем ряд соображений, развивающих изложенный выше подход к построению функций распределения долговременных вероятностей ледовых нагрузок Р(0) (1.3.15). Несмотря на относительную простоту данного подхода подобных попыток обработки обширной информации о ледовых повреждениях не предпринималось. В связи с этим формы представления результатов анализа повреждений различными авторами достаточно разнообразны и, к сожалению, не ориентированы на конкретный метод их последующей обработки, что в определенной мере проявилось и в реализованном способе построения функции (1.3.15).
При решении в общем виде будем предполагать наличие дифференцированных по районам ледовых усилений, типам судов и ледовым категориям данных о величинах Опр, <2д,