Оценки безопасных условий ледового плавания судов с применением CAE-систем

• Автор: Лобанов, Василий Алексеевич
• Шифр специальности: 05.22.19
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 304 с. : ил.

Содержание
Введение

1 .Ледовые качества флота

1.1.Общие понятия. Ледовые качества и навигационная аварийность флота

1.2.Современные методы оценок ледовых качеств судов

1.3.Ледовые качества судов как предмет специального рассмотрения. Частные задачи ледовой безопасности

2.Технология решения задач с применением САЕ-систем

2.1.Основные сведения о САЕ-системах

2.2.Препроцессинг

2.3.Процессинг

2.4.Постпроцессинг

3.Моделирование ледовых воздействий с применением САЕ-систем
3.1.Основные сведения о свойствах льда
3.2.0боснование реологической модели льда
3.2.1.Физико-механические характеристики и определяющие соотношения для льда
3.2.2.Результаты моделирования ползучести
3.2.3.Результаты моделирования разрушения
3.3. Выбор алгоритмов контактного взаимодействия тел со льдом
3.3.1.Моделирование контакта льда с конструкцией
3.3.2.Моделирование контакта льдин
4.Гидродинамика тел во льдах
4.1 .Моделирование гидродинамического воздействия с применением САЕ-систем
4.2.Влияние льда на гидродинамику судна и его движителей
4.3.Приближённый учёт гидродинамического воздействия в ледовых

условиях
5.Сравнительный анализ оценок достижимых режимов эксплуатации судов во льдах
5.1 .Общие сведения
5.2.Ходкость
5.3.Поворотливость
5.4.Устойчивость на курсе
6.Сравнительный анализ оценок допустимых режимов эксплуатации судов во льдах
6.1 .Прочность корпуса при ударных ледовых нагрузках
6.2.Прочность корпуса при ледовых сжатиях
6.3.Ледовая прочность судовых движителей
7.Разработка нормативных документов по безопасности ледового плавания судна с применением САЕ-систем
7.1 .Структура ледового паспорта и Свидетельства о допустимых условиях ледового плавания судна
7.2.0собенности использования САЕ-систем при разработке ледового паспорта судна
7.2.1.Достижимые режимы ледовой эксплуатации судна
7.2.2.Допустимые режимы ледовой эксплуатации судна
Заключение
Библиографический список
Приложения

Введение
В настоящее время сохраняется необходимость в ледовом плавании судов. Она обусловлена рядом причин как объективного, так и субъективного характера. Ледовая навигация всегда связана с повышенной вероятностью получения повреждений судами. Снижение рисков таких повреждений - первоочередная задача научно-оперативного обеспечения судоходства во льдах.
Основная научно-техническая деятельность автора связана с оценками безопасных условий ледового судоходства на внутренних водных путях России и в прибрежном плавании. Необходимо отметить, что планомерная кампания по продлению периода физической навигации на внутренних судоходных водоёмах, активно проводимая в период 70-х - 80-х годов прошлого века, к началу 90-х годов была свёрнута по причинам экономического характера. Кроме того, речной флот «поредел» (много судов было реконструировано для условий смешанного плавания), а оставшийся - «постарел» (сейчас его средний возраст составляет около 30 лет), поэтому его «ледовая» активность невелика. К настоящему времени сохранились потребности лишь в эпизодических ледовых транспортных операциях, обычно сопутствующих весеннему периоду развёртывания навигации. И хотя проблемы обеспечения безопасности ледового плавания (или зимнего отстоя судов) на внутренних водных путях сохраняются, о них не заявлено ни на уровне разрозненных мелких судоходных компаний, ни на уровне Министерства транспорта. В лучшем случае дело ограничивается редкими анализами ледовых аварий при судебных разбирательствах.
Но в отношении отечественного флота смешанного река-море плавания
негативная ситуация уже переломлена. За последнее десятилетие в дополнение к
реконструированным он ощутимо пополнился новыми грузовыми судами [46,68].
В настоящее время активно расширяются транспортные коридоры «Север-Юг» и
«Запад-Восток», внутренние водные пути России открываются для прохода
иностранных судов. Интенсивное освоение новых выгодных грузопотоков,
нежелание потерь фрахта, выполнение договорных обязательств различными

исследования в части возможностей компьютерного моделирования процесса колки и разрушения льда ледоколом, показывают принципиальную возможность проведения подобного анализа конечноэлементным способом».
Инерционные характеристики во льдах. В ряду этих параметров практическую значимость для ледовых условий имеют разгон и торможение, так как они непосредственно связаны с выбором безопасных дистанций между судами в караване. Как и ходкость, эти качества представляют собой многофакторные функции тех же аргументов, описывающих состояние ледяного покрова. Принято оценивать путь и время разгона и торможения с представлением результатов, предпочтительно, в форме таблиц [59]. Для нахождения этих характеристик необходимо решать дифференциальные уравнения движения судна во льдах.
Искомые параметры разгона связаны с численным решением уравнения вида:
М*,^ = ТА1)-К{‘)-ЯЛ‘Л8Л...), (17)
где М5,- масса судна и присоединённых масс воды с учётом влияния льда;
£(/)- пройденное судном расстояние как функция времени;
7](0-упор движителей во льдах как функция времени движения судна;
Яи,(г)- гидродинамическое сопротивление судна как функция времени движения судна;
чистое ледовое сопротивление судна как многофакторная функция.
Для нахождения характеристик торможения численно решается уравнение вида:
м^^) = _Тг_к^к^ЛЗЛ...), (18)
где Тп— упор движителей во льдах в режиме «на швартовах заднего хода».
При этом некорректно отождествлять ледовое сопротивление, указанное в зависимости (10) с аналогичным параметром уравнений (17) и (18), так как разгон и торможение являются неустановившимися процессами, а в расчётах ледовой ходкости сопротивление льда берётся как усреднённая величина. Однако к