Теория взаимодействия гребного винта со льдом. Обеспечение эксплуатационной прочности элементов пропульсивного комплекса судов ледового плавания и ледоколов

• Автор: Андрюшин, Александр Владиславович
• Шифр специальности: 05.08.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 254 с. : ил.

Содержание
№
Введение и разработка основных подходов к назначению прочных размеров пропульсивных комплексов и систем судов ледового плавания и ледоколов

1 Состояние проблемы и постановка задач исследования

1.1 Перспективы развития пропульсивных комплексов и систем судов ледового плавания и ледоколов
1.2 Результаты анализа аварийности основного элемента пропульсивного комплекса -гребного виита для судов активного ледового плавания (СЛП) и ледоколов (ЛК)

1.2.1 Основные результаты анализа аварийности лопастей гребных винтов СЛП и ЛК

1.2.1.1 Поломки гребных винтов Российских транспортных судов при эксплуатации на трассе Северного Морского пути (СМП)
1.2.1.2 Поломки гребных винтов транспортных судов по данным Канадского министерства обеспечения безопасности транспорта (Transportation Safety Board of Canada - TSB)

1.2.1.3 Поломки лопастей гребных винтов Канадских и Североамериканских ледоколов

при эксплуатации в Арктике

1.2.1.4. Поломки гребных винтов Российских ледоколов в Арктике
1.2.2 Основные результаты анализа опыта эксплуатации Винтов регулируемого шага (ВРШ) и ВРК на судах активного ледового плавания и ледоколов
1.3 Сущест вующие методы и действующие требования Классификационных Обществ для назначения прочных размеров ледокольных гребных винтов (ЛГВ)
1.4 Постановка задач исследований и разработка основных подходов к их решению
2. Требования к лопастям гребных винтов судов активного ледового плавания и
ледоколов
2.1 Ледовые нагрузки для назначения прочных размеров лопастей гребных винтов
2.1.1 Основные подходы к определению ледовых нагрузок для назначения прочных размеров лопастей гребных винтов из условия усталостной и статической прочности
2.1.2 Расчетные модели определения ледовых нагрузок на режимах фрезерования льда
2.1.2.1 Краткий обзор предыдущих исследований
2.1.2.2 Расчетная модель для определения ледовых давлений в зоне контакта лопасти со льдом
2.1.2.3 Пример расчета контактного ледового давления
2.1.3 Основные результаты анализа натурных испытаний по определению ледовых нагрузок на лопастях гребных винтов
2.1.3.1 Основные подходы к определению и анализу ледовых нагрузок на ЛГВ по результатам натурных испытаний
2.1.3.2 Результаты анализа тензометрирования лопасти открытого гребного винта СЛП “Güdingen" в ледовых условиях
2.1.3.3 Результаты анализа тензометрирования лопасти открытого гребного винта ледокола “Polar Star” в ледовых условиях
2.1.3.4 Результаты анализа натурных испытаний арктических ледоколов типа “Арктика ”

2.1.4 Основные результаты анализа модельных испытаний по определению ледовых нагрузок на гребных винтах для режимов фрезерования льда
2.1.4.1 Основные подходы к определению ледовых нагрузок по результатам модельных испытаний на режимах фрезерования льда
2.1.4.2 Испытания моделей гребных винтов в ледовом опытовом бассейне (ЛОБ) на режимах фрезеровант льда
2.1.4.3 Разработка методик по определению прочности модельного льда на смятие и
на одноосное сжатие
2.1.4.4 Метод пересчета ледовых нагрузок на ЛГВ с модельного масштаба на натурный для режимов фрезерования льда
2.1.4.5 Исследование интенсивности ледовых нагрузок на гребные винты по результатам испытаний самоходных моделей в ледовом опытовом бассейне
2.1.4.6 Исследование влияния расположения пропулъсивного комплекса и насадки на уровень ледовых нагрузок на гребном винте по результатам испытаний самоходной модели в ЛОБ
2.1.5 Разработка предложений но определению ледовых нагрузок для назначения прочных размеров лопастей гребных винтов
2.2. Прочные размеры лопастей гребных винтов
2.2.1 Разработка основных подходов к назначению прочных размеров лопастей гребных винтов судов ледового плавания и ледоколов
2.2.2 Прочные размеры корневых сечений
2.2.2.1 Основные подходы к определению нормальных напряжений от стесненного кручения
2.1.2.2 Геометрическая жестокость профиля на кручение и его центр жесткости
2.2.2.3 Сектористъный момент профиля
2.2.24 Угол закрутки корневого сечения от воздействия скручивающего лопасть
ледового момента
2.2.2.5 Оценка депланации профиля и нормальных напряжений от стесненного кручения
2.22.6 Оценка касательных напряжений
2.22.7 Изгибная прочность корневых сечений
22.2.8. Расчетные формулы для оценки напряженного состояния корневых сечений от совместного воздействия скручивающего и изгибающего лопасть моментов. Сравнение
с результатами расчетов по МКЭ
22.2.9 Расчетные формулы для огнки максимальных напряжений и назначения прочных размеров корневых сечений
2.2.3 Прочные размеры периферийных сечений лопастей и их кромок
2.3. Допустимые напряжения для назначения прочных размеров лопастей гребных винтов из условия усталостной и статической прочности
2.3.1 Основные подходы к назначению допустимых напряжений для назначения прочных размеров лопастей гребных винтов
2.3.2 Критерий статической прочности для лопастей ледокольных гребных винтов
2.3.3 Допустимые напряжения из условия усталостной прочности
2.3.3.1 Основные подходы к назначению допустимых напряжений из условия усталостной прочности
2.3.3.2 Вероятностно-статистический анализ ресурса лопастей гребных винтов арктических ледоколов
2.3.3.3 Критерий усталостной прочности и разработка формулы для определи допустимых напряжений

Решение проблем обеспечения пирамидальной и усталостной прочности элементов пропульсивного комплекса (элементы МИШ ВРШ, креплений Винторулевых колонок (ВРК) к корпусу и т.д.)
3.1 Разработка основных подходов по обеспечению пирамидальной и усталостной прочности элементов МИШ ВРШ, креплений ВРК к корпусу и других элементов пропульсивного комплекса для судов ледового плавания и ледоколов
3.2. Разработка требований к пирамидальной прочности
3.2.1 Разработка критерия к величине предельной пластической деформации, соответствующей разрушению материала лопастей и элементов пропульсивного комплекса
3.2.1.1 Разработка основных подходов к определению критической деформации разрушения материала в составе детали
3.2.1.2 Практическая методика определения критического раскрытия трещины для вязкого и хрупкого разруишния с учетом характерной толщины детали
3.2.1.3 Разработка расчетных формул для определения критической деформации
3.2.2 Разработка критерия пирамидальной прочности для элементов пропульсввного комплекса из условия обеспечения допустимых уровней упругопластического деформирования в районах концентраторов напряжений
3.2.2.1 Практические методики оценки напряженного состояния в районах концентрации напряжений для области упругопластического деформирования
3.2.2.2 Учет вероятностно-статистических параметров прочностных характеристик деталей для назначения допустимых упругопласттеских деформаций при разработке требований к обеспечению пирамидальной прочности элементов пропульсивного комплекса (Механизма Изменения Шага (МИШ) ВРШ, крепления ВРК к корпусу и т. д.)
3.2.3 Разработка требований к предельной разрушающей лопасть нагрузке
3.2.3.1 Анализ предыдущих методов по оценке предельной нагрузки от поломки лопасти
3.2.3.2 Основные подходы к назначению предельной силы, разрушающей лопасть
3.2.3.3 Метод Г.В. Бойцова по назначению предельной силы, разрушающей лопасть
3.2.3.4 Метод И по назначению предельной силы, разрушающей лопасть
3.2.3.5 Учет вероятностно-статистических характеристик винтовых отливок для назначения расчетной величины предельной силы, разрушающей лопасть
3.3 Обеспечение усталостной прочности элементов Механизма Изменения Шага (МИШ) ВРШ, креплений Винторулевых колонок (ВРК) к корпусу и лопастей к ступице от воздействия ледовых нагрузок
3.4 Разработка практических методик проверки пирамидальной и усталостной прочности типовой конструкции МИШ ВРШ для судов ледового плавания и ледоколов
4 Проект требований Российского морского регистра судоходства (PC) к прочности пропульсивных комплексов судов ледового плавания и ледоколов
5 Поверочные расчеты прочности ледокольных пропульсивных комплексов в соответствии с разработанным проектом требований
6 Заключение, основные результаты и выводы
6.1 Основные результаты
6.1.1 Основные результаты в части разработки теории взаимодействия гребного винта со льдом и требований к прочным размерам его лопастей
6.1.2 Основные результаты в части разработки методов и требований по обеспечению прочности элементов пропульсивного комплекса
6.2 Основные выводы
7. Литература

из условия пирамидальной прочности; ошибки в расчетах прочности; некачественное изготовление элементов МИШ ВРШ (ВРК). В настоящее время не существует методов и требований КО, которые давали бы комплексное решение указанных задач при обеспечении эксплуатационной прочности ВРШ (ВРК). Соответствующие требования должны быть разработаны.
Рис. 1.2.2.1 Поломка ползуна МИШ ВРШ ледокольного танкера при ударе лопасти о лед плашмя