Проектирование формы корпуса судна с учетом плавания на волнении

• Автор: Карпов, Петр Павлович
• Шифр специальности: 05.08.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 188 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1. Причины и характер повреждений и аварий судов
1.2. История развития теории качки и продольной прочности на
волнении
1.3. Экспериментальные и теоретические исследования продольной
качки и прочности
1.4. Обзор методов описания судовой поверхности
1.5. Цели и задачи исследования
ГЛАВА 2. АНАЛИТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФОРМЫ КОРПУСА СУДНА
2.1. Аналитическое описание корпуса судна
2.2. Компьютерная программа формирования судовой поверхности
2.3. Тестирование программы
2.4. Заключение по главе
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ И АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ФОРМЫ КОРПУСА СУДНА НА ПРОДОЛЬНУЮ КАЧКУ И ВОЛНОВЫЕ ИЗГИБАЮЩИЕ МОМЕНТЫ
3.1. Влияние формы шпангоутов
3.2. Влияние высоты и протяженности надводного борта в носовой
оконечности
3.3. Сопоставительные расчеты поведения иностранных и
отечественных судов на волнении
3.4. Влияние параметра (хг - хс)/Е для судов с различным

коэффициентом общей полноты
3.5. Заключение по главе
ГЛАВА 4. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОРПУСА СУДНА С УЧЕТОМ ПРОДОЛЬНОЙ КАЧКИ И ВОЛНОВЫХ ИЗГИБАЮЩИХ МОМЕНТОВ
4.1. Методика проектирования судов
4.2. Оптимизация параметров проектируемого судна с точки зрения
продольной качки и прочности 2
4.2.1. Методика оптимизации главных размерений ]
4.2.2. Методика оптимизации теоретической поверхности корпуса судна
4.3. Рекомендации к проектированию
4.4. Заключение по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Пример использования программы формирования судовой поверхности
ПРИЛОЖЕНИЕ 2, Некоторые результаты расчетов кинематических характеристик продольной качки и волновых изгибающих моментов
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Акты внедрения

ВВЕДЕНИЕ
Прочность судовых конструкций является одним из основных факторов обеспечения безопасности плавания и эксплуатационной надежности судов [54]. Поэтому вопросам прочности судов уделялось большое внимание с самого начала развития научных основ судостроения. Для оценки прочности требуется знание нагрузок, действующих на судно в различных условиях эксплуатации, и вызываемых ими напряжений в связях корпуса. Особо значительны нагрузки и напряжения, связанные с воздействием на судно морского волнения. До сих пор встречаются случаи нарушения прочности судна при плавании в штормовых условиях [37]. Примером такого воздействия внешних сил, приводящего к катастрофическим последствиям, могут служить аварии многих судов различных типов. На сильном волнении при сильной килевой качке увеличивается вероятность оголения днища с возникновением ударов и повреждений днищевых перекрытий, оголение лопастей винта приводит к снижению ресурса главного двигателя и скорости хода. Суда, имеющие значительный развал носовых шпангоутов, помимо днищевого, могут испытывать бортовой слеминг. При значительных скоростях на относительно коротких встречных волнах может появиться низкочастотная вибрация. По этим причинам суда вынуждены двигаться вразрез против движения господствующих волн с минимальной скоростью, испытывая при этом сотрясение корпуса и вибрацию, избавиться от которых капитан, управляющий судном во время шторма, может, уменьшив скорость движения против волн, но тогда судно может перестать «слушаться руля» и лечь лагом к волне. Такое положение опасно из-за возникновения большого крена, вскрытия люков массой воды и перемещения груза. Подобная авария произошла с т/х «Рязань» в Беринговом море зимой 2000 г. и привела к его гибели [11]. Заливание палубы водой вследствие зарывания бортом или оконечностью под поверхность воды сопровождается порчей палубных грузов и оборудования, может также повлечь смывание недостаточно укреплённых предметов за борт. В особенно неблагоприятных случаях при заливании может возникнуть разрушение

При преобразовании случайного процесса линейными динамическими -системами каждая гармоническая составляющая спектра входного процесса преобразуется в гармоническую составляющую спектра входного процесса той же частоты, но другой амплитуды. Величина последней зависит от отношения амплитуды качки корабля на регулярном волнении к амплитуде набегающих на него волн. Таким образом, вероятностная теория качки не лишает практического смысла теорию качки на регулярном волнении, а включает её в себя в качестве неотъемлемой части, без которой расчет качки на нерегулярном волнении невозможен.
В развитии спектральной теории качки на нерегулярном волнении и её приложений, помимо названных выше авторов основополагающих работ, существенный вклад внесли И.К. Бородай, A.B. Герасимов, Д.В. Кондриков [50],
В.Б. Липис, В.В. Луговский, В.А. Мореншильдт, В.А. Некрасов, Ю.А. Нецветаев,
H.H. Рахманин [66], Н.Б. Севастьянов и ряд других авторов.
Наряду с построением линейной теории нерегулярной качки, внимание исследователей привлекали также и. нелинейные задачи, т. е. задачи, в которых динамические свойства корабля описываются нелинейными дифференциальными уравнениями.
Наиболее эффективным методом решения таких задач является метод статической линеаризации, состоящей в замене нелинейных характеристик динамической системы эквивалентными им в статическом смысле линейным. Этот метод, широко применяемый в задачах теории автоматического управления, был предложен И.Е. Казаковым и Р. Бутоном.
С помощью статической линеаризации Г.А. Фирсов рассмотрел бортовую качку на нерегулярном волнении при нелинейном демпфировании. Аналогичная задача с разработкой схемы практических вычислений была решена Г.Д. Журавицким. М.Д. Агеев применил этот метод к расчету качки корабля с заданной диаграммой остойчивости, а В.В. Луговский использовал его для решения более сложной задачи, когда не только восстанавливающий, но и возмущающий момент является нелинейной функцией угла крена. В.П. Шестопал