CC BY
73
Кораблестроение
УДК 629.12.011
Г.Т. Казанов, В.В. Новиков, Г.П. Турмов
КАЗАНОВ ГЕННАДИЙ ТИМОФЕЕВИЧ - кандидат технических наук, доцент кафедры физики и общетехнических дисциплин (Тихоокеанский военно-морской институт им. С.О. Макарова, Владивосток). Камский переулок, 6, Владивосток, 690062. E-mail: [email protected]
НОВИКОВ ВАЛЕРИЙ ВАСИЛЬЕВИЧ - кандидат технических наук, доцент кафедры кораблестроения и океанотехники Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток). Суханова ул., 8, Владивосток, 690950. E-mail: [email protected]
ТУРМОВ ГЕННАДИЙ ПЕТРОВИЧ - доктор технических наук, профессор (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток). E-mail: [email protected]
Оценка эксплуатационного ресурса корпуса судна
На эксплуатационный ресурс морского судна влияют многие технико-экономические факторы. В зависимости от того, в каких условиях оно эксплуатируется, в большей или меньшей степени образуется и распространяется коррозия, возникают остаточные деформации и трещины в корпусных конструкциях, что сказывается на прочности и работоспособности корпуса. От того, как организована техническая эксплуатация, как проводятся техническое использование, обслуживание и ремонт, зависит эксплуатационный ресурс, и в конечном итоге - срок службы морского инженерного сооружения.
Основой предлагаемого подхода к оценке эксплуатационного ресурса корпусов судов и морских инженерных сооружений являются проверочные и проектировочные расчеты ресурсов корпусов, определение усталостной долговечности конструкций с учетом многокомпонентности внешних воздействий, макроконцентрации напряжений, структурной поврежденности, обусловленной особенностями металлургического производства материала и последующей его усталостью или деградацией в процессе эксплуатации.
В работе описываются этапы диагностики технического состояния конструкций и последовательность расчетного анализа по оценке эксплуатационного ресурса корпуса судна.
Разработанная авторами данной статьи методика определения ресурса судовых конструкций позволяет расчетным путем определить остаточную прочность судов после длительной эксплуатации и провести обоснование по срокам их дополнительного использования, допускаемых режимов волнения, назначить необходимые ремонтные мероприятия.
Ключевые слова: эксплуатационный ресурс, усталость, микродефекты, структурная повреждаемость.
Техническое состояние корпуса судна - это совокупность параметров, определяющих прочность, жесткость и непроницаемость корпуса, подверженных изменению в процессе эксплуа-
© Казанов Г.Т., Новиков В.В., Турмов Г.П., 2015
тации. Оно устанавливается в зависимости от степени износа судовых конструкций, от характеристик остаточных деформаций и других макро- и микродефектов материала [7].
В процессе эксплуатации морской корабль испытывает повторяющиеся циклические нагрузки, которые совместно с коррозионным износом и другими факторами способствуют накоплению усталостных микротрещин и повреждений. Металл устает, и эксплуатационный ресурс корпуса уменьшается. В условиях циклического деформирования оценка усталостного ресурса конструкций связана с поведением материалов на атомном или молекулярном уровне. Зависимости, полученные на основании термодинамической концепции циклической прочности, позволяют математически моделировать процесс усталости материала при любых, даже не воспроизводимых экспериментально видах напряженного состояния [1]. Оценка ресурса корпуса судна должна быть проведена с учетом показателей, определяющих структурную повреждаемость стали и усталостную долговечность судовых конструкций [3, 7].
Контроль структурного состояния стали корпусов судов мы предлагаем осуществлять следующим образом [4]. Первый способ основывается на использовании фрагментов, выделяемых из продольных ребер жесткости палубы, участвующих в общем продольном изгибе корпуса судна и обеспечивающих его продольную прочность. Удаляемые фрагменты заменяются на новые, которые окрашиваются в яркие светлые цвета: белый или желтый, с указанием даты контрольного изъятия фрагмента на диагностику структурного состояния методами металлографии.
Второй способ контроля технического состояния корпуса судна - использование «свидетелей» структурной поврежденности корпусной стали в виде накладных листов, работающих совместно с конструкциями, в которых развиваются наиболее высокие напряжения от перевозимых грузов и волнения. В назначении размеров «свидетелей» учитываются их особенности работы под нагрузкой в составе корпуса судна и при проведении усталостных испытаний на универсальных гидравлических машинах с пульсаторами, а также возможности изготовления образцов для металлографических исследований и статических испытаний на растяжение. Местами установки «свидетелей» в корпусе судна могут быть высоконапряженные конструкции в средней части корпуса судна, такие как ширстречный пояс, палубный стрингер, комингсы грузовых люков и др. (рис. 1, 2).
Общее количество «свидетелей» должно быть таким, чтобы можно было организовать системный мониторинг структурных повреждений, постепенно накапливающихся в корпусной стали на протяжении всего эксплуатационного периода судна. Периодичность проверок изменений структурного состояния корпусной стали (через каждые 5 лет эксплуатации) предопределяет количество образцов-свидетелей, которое может быть порядка 4-6.
симметрично для каждого борта в зависимости от избранного порядка диагностик
В качестве примера, рассмотрим последовательность действий при выборе длины накладного листа корпуса корабля. Схема расчетной конструкции и принятые обозначения показаны на рис. 3.
Для определения необходимых размеров накладных листов, работающих в качестве «свидетелей» структурной поврежденности листов наружной обшивки корпуса судна, предварительно разрабатываются графические зависимости (рис. 4). На них представлены результаты расчетов, выполненных для элементов конструкций с одинаковым способом закрепления пластины наружной обшивки и отношением толщин ИУ^ [5].
Допустим, для судна (выделим его индексами н) шпация равна 2(Ьн 1 + Ьн3) = 3300 мм (выделим его индексами м).
Рис. 2. Образцы-свидетели, приваренные к палубе большого морского танкера «Владимир Колечицкий»
Графики на рис. 4 построены для судна с практической шпацией 2(Ьм1 + Ьм3) = 600 мм [4]. Следовательно, коэффициент геометрического подобия в этом случае будет равен:
кI =
2(Ц + Ц) _ 3300 2(Цм + Ц ) = 600
= 5,5.
(1)
Последовательность операций следующая:
- по графику для одинаковых толщин накладного листа и листа наружной обшивки _
к1 =
находим ЦМ = 388мм ;
- следуя принципу геометрического подобия конструкций для реального судна, получаем Ц н = Ц • к = 388 • 5,5 = 2,1 м;
= 1
- полученные размеры накладного листа показывают, что он должен размещаться в пределах двух практических шпаций, т.е.
Л >
2(Ь] + Ц) = 6600мм и Ц + Ц = 3300мм
- для судна, которому соответствуют графики (рис. 4), аналогично получаем:
2(Ц + Iм ) = 1200мм и Ц + Ц = 600мм,а Ц = 600 - 388 = 212мм
- проверяем геометрическое подобие конструкций по последним найденным размерам
L 4
hi
h 4
h:
Л h-' _L_
L _ 1200 LM = 212
T,
Li
шарнирная опора
Li
= 5,66.
7F
Некоторое увеличение коэффициента геометрического подобия вызвано округлениями по размеру реального судна Ц. Без
округления указанного размера коэффициент геометрического подобия остается неизменным
M
Ось
симметрии
L"
L3 Т м L3
3300 - 2134 1166
212
212
= 5,5.
Рис. 3. Моделирование конструкции листа наружной обшивки без рамного поперечного набора с накладным листом, работающим в качестве «свидетеля» структурной поврежденности корпусной стали: а) - схема конструкции, принятые обозначения: Ц - длина наружной обшивки, расположенной под накладным листом; -длина соединительного элемента (сварного шва) с учетом допускаемого в таких случаях технологического зазора; Ь3 -длина наружной обшивки, расположенной между поперечным не рамным набором палубы (не рамным бимсом) и накладным листом; Ц - длина накладного листа (Ц = 14); ^ - толщины, соответствующих элементов, входящих в конструкцию (I = 1, 2, 3, 4 ); б) - не рамный бимс, представленный в конструкции опорным устройством в виде шарнирной опоры, которая соответствует особенностям его работы в составе моделируемой конструкции
Предлагаемый нами подход к контролю технического состояния корпуса судна позволяет руководствоваться в оценках его остаточного ресурса механическими
характеристиками корпусной стали с учетом истории развития ее структурной поврежденности. Усталостные испытания образцов-свидетелей (см. рис. 2) показали, что образцы без трещин имеют усталостный ресурс в 1,5 раза ниже, чем у исходного материала, а у образцов с трещинами снижение усталостного ресурса оказалось более чем двадцатикратное, т.е. остаточный ресурс близок к предельно допустимому [4].
Для проведения металлографических исследований готовятся образцы, вырезанные из корпусных конструкций и «свидетелей» их структурной поврежденности в виде накладных листов. Они изучаются на металлографических микроскопах. Измеряются дефекты с помощью программы Image Tool for Windows (Version 3.00) при увеличении х500.
Для повышения надежности методов прогнозирования важно уметь учитывать влияние структурного состояния материала конструкции на ее ресурс или время до полной потери работоспособности.
0,5 1,0 2,0 3,0
Рис. 4. Зависимость длины накладного листа 11 от отношения его толщины Ь4 к толщине листа наружной обивки Л1 при шарнирной опоре наружной обшивки на контуре; 2(£1+ £3)=600 мм; Л3 = Л1 = 10 мм; в-1 - катет сварного шва равен Л-1 или Л4 в зависимости от того, какое значение меньше; в-2 - катет сварного шва равен Л1 или Л4 в зависимости от того, какое значение больше
Расчетные оценки ресурса конструкций требуют использования методов определения механических характеристик трещиностойкости сталей по сведениям, получаемым при их обследовании. Принципиальной основой решения таких вопросов может быть модель процесса разрушения, которая позволила бы установить связь между критериями макроразрушения и критериями, оценивающими сопротивляемость стали развитию микротрещин.
При определении структурной поврежденности в качестве механических характеристик целесообразно использование предела выносливости (<& ) по следующим причинам:
предел выносливости (аРг) является той механической характеристикой, которая чувствительна именно к поврежденности материала;
к настоящему времени получены расчетные зависимости, позволяющие определить предел выносливости по некоторым характеристикам металла, в том числе характеристикам его структурной поврежденности и структурного состояния.
Для аналитической оценки предела выносливости при симметричном цикле нагружения можно использовать формулы (см. [6, 10]):
ВЕСТНИК ИНЖЕНЕРНОЙ ШКОЛЫ ДВФУ. 2015. № 2 (23)
аРг =
ж!
0,49 -^2(1 - г)
АК
+1 -/ + /
лг
-0,5
(4)
где АКЛг = Кшо + (г/0,8)-(АКЛпя -Кйп), АК,
/А 0,8 0-
3МПа м2
0,0008 м2
■ат ;
(5)
Клг =
АК,
лг
(1 - г)
(6)
Так как АКЙ при отнулевом цикле (г = 0), в соответствии с выражениями, приведенными выше, равняется К , то для симметричного цикла окончательно получаем
О--! = 0,7о0,2
ж1
1,96 ■ О АК"
+1 - / + /
/И_
-0,5
(V)
где для стали марки 09Г2: о02 = от = 300 ^ 308 МПа, / = 0,29;
АК/А-1 = 2К/А -1 = К/А0 + (-1,25) ■ (АКЛ - Кл 0), АК,^ = 3 - 0,0008^;
(8)
К/А„ =
(«мс ■ О)
1+1
4ж(
стр
О
МСе
1,6 Дмс; Дмс = 5,7 (з
2 •
■ 1,7
(9)
п (1 + т)(1 - 2/)
О = --—-—; т = 0,16.
2
(10)
Для низкоуглеродистых сталей [6] ( = ( /2,7. Металлографическими исследованиями
стр з
стали 09Г2, выполненными в данной работе, установлено, что величина зерна колеблется от 1,32 до 16 мкм, тогда = (3 /2,7 = 16/2,7 = 5,926 мкм = 5,926 ■ 10-6 м.
Расчеты по указанным формулам привели к следующим результатам:
_1 1
Дмс = 5,7 2 = 5,7 /162 =1425 МПа;
ДМСе = 1,6 Дмс = 1,6 ■ 1425 = 2280 МПа;
(11) (12)
г_(1 + т)(1 - 2/)_ (1 + 0,16)(1 - 0,58) _ 1,16 ■ 0,42 = 0243&
2
2
2
(13)
2
2
1
1
т
1
т
ВЕСТНИК ИНЖЕНЕРНОЙ ШКОЛЫ ДВФУ. 2015. № 2 (23)
1(2280 • 0,2436) 7,254^5,926 • 10-6
3005,25 • 1,7
= 18,5;
(14)
ДК/А = 3 - 0,0008 • 300 = 2,76;
АКЛ 1 = 2К1к_х = 18,5 + (-1,25) • (2,76 -18,5) = 18,5 + 19,675 = 38,175;
(15)
(16)
а , = 0,7 • 300
я 248 • 10 6 •196 •300 +1 - 0,29 + 0,292 38, 1752
-0, 5
= 223 МПа.
(17)
Кривые усталости для образцов из стали 09Г2, содержащих сварной шов, после эксплуатации (обобщение эксперимента [10]) позволяют установить, что в первом случае предел выносливости имеет значение порядка 60 МПа, во втором случае - на уровне 110 МПа. Дефект длиной 7^8 мм вглубь сварного шва виден на фотографии образца корпусной стали танкера «Владимир Колечиц-кий», изготовленного из части палубного стрингера левого борта, вырезанной в процессе ремонта (рис. 5).
Расчетное определение предела выносливости сварного соединения стали с таким дефектом, при симметричном цикле нагруже-ния, дает значения в пределах 74^78 МПа, что практически совпадает с полученными результатами. Аустенитное зерно, сформировавшееся в процессе нагрева металла околошовной
зоны при сварке, существенно влияет на конечную микроструктуру и механические свойства металла сварного соединения в целом.
П° графику функЦии Кй0(СТ0Д) [6] (рис. 6) устанавливаем Кй 0 (а0,2 =300МПа)= 12,6 •
Используя уже известные формулы, получаем
Рис. 5. Строчечная феррито-перлитная микроструктура стали образца (увеличение х500)
К-1 = 2КЛ- = К^ + (-1,25) • (ДКЛ0,8 - Кл 0) = 12,564 + (-1,25) • (2,76 -12,564) = 24,819.
(18)
0,8
Наиболее интенсивный рост зерна при сварке наблюдается на участке неполного расплавления околошовной зоны сварного соединения, а на других участках - менее интенсивный. Аусте-нитное зерно, сформировавшееся в процессе нагрева металла при сварке, существенно влияет на конечную микроструктуру и механические свойства металла сварного соединения в целом. Но если рассматривать величину зерна структуры стали, то она не оказывает заметного влияния на стандартный комплекс механических свойств, получаемых при испытании на статическое растяжение (ав, а0 2, 5, ц) и твердость. Однако с ростом зерна структуры стали резко снижается
ударная вязкость, уменьшается работа по распространению трещины и повышается порог хладноломкости. Чем крупнее зерно стали, тем более сталь склонна к закалочным трещинам и деформациям, а разнозернистость стали сильно снижает конструктивную прочность, вызывая охрупчива-ние в зонах, прилегающих к концентраторам напряжений. Результаты исследований показали, что
ВЕСТНИК ИНЖЕНЕРНОЙ ШКОЛЫ ДВФУ. 2015. № 2 (23)
наибольший размер имеют зерна у линии сплавления, где обычно расположен надрез при испытании металла околошовной зоны на ударную вязкость.
При острых надрезах, имити- к11]0, мпа • м1/2 рующих дефекты сварных швов, предельная циклическая прочность, определенная на базе 5 • 106 циклов, мало зависит от состава стали и ее механических свойств. Согласно опытным данным, для основных судокорпусных сталей существует примерно одно значение предела усталости: а_х = 70 МПа.
В расчетном определении предела усталости корпусной стали танкера «Владимир Колечицкий» объединяем учет последствий, вызванных сваркой. По диаграмме на рис. 6 устанавливаем значение К
10,98 9,66 8,34 7,01 5,69
4,37
• - Эксперимент, - теория
a = 14,92; b = -0,974;
< = 100 МПа
2,5
3,9
5,3
6,7
8,1
9,4
X
Рис. 6. Пороговые характеристики материалов
th , которое соответствует увеличенным зернам аустенита в околошовнои
зоне. В результате получаем
< = 0,7 • 300
1/ =7 мм
«7-10-3 • l96-300' +,-о,29 + 0,292
24,819
2
-0.5
= 78,9 МПа.
(19)
Для I = 8 мм подобным образом получаем значение^ = 74,3МПа.
1/=8 мм
С учетом выполненных статистических оценок структурных дефектов корпусной стали 09Г2, посредством металлографических исследований, вероятность проявления структурной по-врежденности величиной I = 248 мкм имеет следующее значение:
F = 1 - e1 = 1
1 (/=248 мкм) 1 e 1
248 ,65,2
= 1
1
,3,8
= 0,98.
(20)
Вероятность превышения структурного повреждения протяженностью / = 248 мкм или обеспеченность такого повреждения по данным расчетов составляет 0,02, или 2%.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое техническое решение, состоит в обеспечении достоверной оценки технического состояния корпуса судна посредством системного отслеживания развития во времени усталостных структурных повреждений. Такой подход к контролю технического состояния корпуса судна позволяет руководствоваться в оценках его остаточного ресурса механическими характеристиками нового качественного состояния корпусной стали с учетом истории развития ее структурной поврежденности.
Предлагаемый способ включает определение диагностируемого параметра через заданное (регламентное) время. В качестве диагностируемого параметра используется протяженность структурного повреждения l по результатам статистических оценок структурных дефектов. Металлографическим исследованиям подвергаются образцы с обычной для таких исследований кубической формой и размерами ребер не менее 1 см, подготовленные на основе фрагментов из «свидетелей» структурной поврежденности корпусной стали в виде накладных листов. Они после подготовки поверхностей изучаются на металлографических микроскопах Leica DM4000M и других, отвечающих необходимой разрешающей способности, в состояниях до и после травления в 4-процентном растворе азотной кислоты в спирте.
/
ВЕСТНИК ИНЖЕНЕРНОЙ ШКОЛЫ ДВФУ. 2015. № 2 (23)
Расчетный временной ресурс (Т) определяется по формулам известных методик (см., например [9]). Оценка технического состояния корпуса судна выполняется путем сравнения расчетного ресурса с назначенным
дт т Ym
T = ^^^ 5 (21)
I (X 0)
ад
I(X0) = | Xй
ехр
X2
ёХ, X 0 = ; (22)
•а
N0 , т - параметры усталостной кривой; •а - величина стандарта волновых напряжений.
Те - средний период изменения волновых напряжений в соответствии с формулой Шлика для первого тона свободных колебаний корпуса танкера можно определить
Ш13
Те = 0.2^|^ , > , (23)
где Б - водоизмещение, т, Ь - длина, м, I - момент инерции миделевого сечения, см4.
В качестве назначенного ресурса используется промежуток времени в годах между датой последнего технического освидетельствования и датой вывода судна из эксплуатации. Определение протяженности структурного повреждения I выполняется по результатам статистических оценок структурных дефектов на основе фактической регламентной дефектации металлографическими методами образцов в виде фрагментов из накладных листов - «свидетелей» структурной по-врежденности стали наиболее нагруженной части корпуса судна - ширстречный пояс в районе миделя.
Заданное (регламентное) время соответствует интервалу времени в годах, через который осуществляются плановые (регламентные) дефектации и соответствующие им технические освидетельствования.
Таким образом, отличительными признаками предлагаемого способа оценки технического состояния корпуса судна являются следующие:
- вводятся в районе миделя на уровне ширстрека 4^6 дополнительных конструктивных элемента корпуса судна в виде накладных листов, работающих в качестве «свидетелей» структурной поврежденности корпусной стали;
- регламентно или с периодичностью каждые 5 лет осуществляется плановая диагностика состояния корпусной стали на предмет развития ее структурной поврежденности по образцам, выделяемым из «свидетелей» для металлографических исследований;
- по результатам металлографических исследований и статистических оценок этих результатов в качестве диагностируемого параметра используется протяженность структурного повреждения I;
- по характеристикам структурной поврежденности I и структурного состояния металла через величину зерна аналитически определяется предел выносливости (ар );
- определяется аналитически расчетный (остаточный) ресурс по известным формулам.
Изложенный подход к оценке эксплуатационного ресурса предполагает системное изучение
структурных повреждений корпусной стали, эволюция которых во времени определяется случайными, циклически действующими волновыми нагрузками. Величина структурного повреждения стали корпуса судна определяется фактическими данными, по которым стандартными статистическими методами создаются вероятностные модели, позволяющие формировать предсказания или вероятностные суждения относительно проявления структурных изменений и развития их во времени. Выполненными в работе исследованиями безопасная эксплуатация кораблей и судов достигается уменьшением волнового изгибающего момента правильным расположением корабля (судна) на волнении, весовой нагрузкой оптимизированной для плавания в шторм. В результате процессы развития структурной поврежденности корпусной стали сдерживаются, ее ресурс сохраня-
2
ется на высоком уровне при длительной эксплуатации [10]. Созданием средств оперативного диагностического контроля технического состояния корпусной стали обеспечивается обоснованность мер безопасного мореплавания.
Заключение
1. На основании выполненных теоретических и экспериментальных исследований по обеспечению и контролю усталостной долговечности судовых конструкций на стадиях проектирования и эксплуатации нами разработана методика оценки эксплуатационного ресурса корпусов судов и морских инженерных сооружений. Основой методики являются проверочные и проектировочные расчеты ресурсов корпусов, определение усталостной долговечности конструкций с учетом многокомпонентности внешних воздействий, макроконцентрации напряжений, структурной поврежденности, обусловленной особенностями металлургического производства материала и последующей его усталостью или деградацией в процессе эксплуатации.
2. Предлагаемый подход к оценке ресурса судовых конструкций позволяет расчетным путем определить остаточную прочность судов после длительной эксплуатации и провести обоснование по срокам их дополнительного использования, допускаемых режимов волнения, необходимых ремонтных модернизационных мероприятий и мер в эксплуатации, связанных с использованием консультативных диаграмм, ограничениями по волнению, скорости хода, курсовым углом и пр.
Исследование выполнено в соответствии с госзаданием Министерства образования и науки РФ, проект 543.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аносов А.П. Оценка ресурса судовых конструкций в условиях циклического нагруже-ния: дис. ... д-ра техн. наук / Дальневост. гос. техн. ун-т. Владивосток, 2001. 371 с.
2. Екимов В.В. Вероятностные методы в строительной механике корабля. Л.: Судостроение, 1966. 328 с.
3. Казанов Г.Т. Обеспечение и контроль ресурса корпусов кораблей и судов // XXXXU Всерос. симпозиум по механике и процессам управления. Т. 4. М.: РАН, 2012. С. 133-144.
4. Казанов Г.Т., Новиков В.В., Турмов Г.П. Концентрация напряжений и другие особенности напряженного состояния судовых корпусных конструкций: моногр. Владивосток: Дальневост. федерал. ун-т, 2014. 178 с.
5. Мамонтов А.И. Восстановление прочности изношенных судовых конструкций методом установки накладных листов: дис. ... канд. техн. наук. Владивосток, 2008. 282 с.
6. Матохин Г.В. Оценка ресурса сварных конструкций из феррито-перлитных сталей: моногр. Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2001. 202 с.
7. Новиков В.В., Турмов Г.П. Эксплуатационный ресурс судна: моногр. Владивосток: Издательский дом Дальневост. федерал. ун-та, 2013. 200 с.
8. Оценка технического состояния корпусов морских судов / А.И. Максимаджи, Л.М. Беленький, А.С. Брикер, А.Ю. Неугодов. Л.: Судостроение, 1982. 156 с.
9. Турмов Г.П., Казанов Г.Т., Новиков В.В. Концентрация напряжений судовых корпусных конструкций: моногр. Saarbrucken, Deutchland, Verlag, LAP LAMBERT Academic Publishing, 2015, 212 p. ISBN 978-3-659-28408-3.
10. Kazanov G.T., Novikov V.V., Antonenko S.V., Melnik V.V., Shemendjuk G.P. Full and residual resources of steel ship's hull in view of its damages from cyclically variable and long-lived actions of wave loadings.. The 21st Asian-Pacific Technical Exchange and Advisory Meeting on Marine Structures, TEAM 2007. Yokohama, Japan, 10-13 Sept., 2007, p. 105-109.
THIS ARTICLE IN ENGLISH SEE NEXT PAGE
Shipbuilding
Kazanov G., Novikov V., Turmov G.
GENNADY T. KAZANOV, Ph.D. (Technics), Associate Professor, Department of Physics and of general technical disciplines, The Pacific Higher Naval College Named after S.O. Makarov, Vladivostok. 6, Kamsky St., Vladivostok, Russia, 690062, e-mail: [email protected]
VALERY V. NOVIKOV, Ph.D. (Technics), Associate Professor, Department of Shipbuilding and Ocean Technique, School of Engineering, Far Eastern Federal University, Vladivostok. 8 Sukhanova St., Vladivostok, Russia, 690950, e-mail: [email protected]
GENNADIY P. TURMOV, Doctor of Technical Sciences, Professor, Far Eastern Federal University, Vladivostok. 8 Sukhanova St., Vladivostok, Russia, 690950, e-mail: [email protected]
Evaluation of operational resource of the hull
Many technical and economic factors affect the operating resource of a marine vessel. The emergence and spread of corrosion, the occurrence of permanent deformation or cracks in hull structures depend on operating conditions. The corrosion wear and permanent deformations reduce the fatigue strength of hull structures. The operating life and consequently the durability of a vessel also depend on technical maintenance.
The proposed approach to the evaluation of the durability of ship hulls and marine engineering structures are checking and design calculations of the hull resources, the definition of the fatigue life of structures with regard for multi-component external actions, macro-concentration of stresses, and structural damages caused by the peculiarities of metallurgic material and its subsequent fatigue or degradation in the process of operation.
The stages of diagnostics of the technical state of structures and the order of calculations to be performed to estimate the durability of hulls are presented in the study. The presented method of the evaluation of the operating resource of ship structures makes it possible to determine the residual strength after a prolonged operation and to carry out a justification on terms of their further use and the permitted regimes of sea waves as well as to decide on the necessary repair measures.
Key words: operational resource, fatigue, micro-defects, structural defect.
REFERENCES
1. Anosov A.P. Estimation of a resource ship structures under cyclic loading: Doctoral thesis of Technical Sciences. Vladivostok, FESTU, 2001, 371 p. (in Russ.). (in Russ.). [Anosov A.P. Ocenka resursa sudovyh konstrukcij v uslovijah ciklicheskogo nagruzhenija: dis. ... d-ra tehn. nauk / Dal'nevost. gos. tehn. un-t. Vladivostok, 2001. 371 s.].
2. Ekimov V.V. Probabilistic methods in structural mechanics of the ship. L .: Shipbuilding, 1966. 328 p. (in Russ.). [Ekimov V.V. Verojatnostnye metody v stroitel'noj mehanike korablja. L.: Sudostroenie, 1966. 328 s.].
3. Kazanov G.T. Maintenance and control of the resource shells ships Mechanics and Control. Vol. 4. Proceedings XXXXII Proc. Symp. M.: Russian Academy of Sciences, 2012, p. 133-144. (in Russ.). [Kazanov G.T. Obespechenie i kontrol' resursa korpusov korablej i sudov. XXXXII Vseros. simpozium po mehanike i processam upravlenija. T. 4. M.: RAN, 2012. S. 133-144].
4. Kazanov G.T., Novikov V.V., Turmov G.P. Stress concentration and other features of the stress state of ship hull structures: monograph. Vladivostok, Far Eastern Federal Univ., 2014. 178 p. (in Russ.). [Kazanov G.T., Novikov V.V., Turmov G.P. Koncentracija naprjazhenij i drugie osobennosti naprjazhennogo sos-tojanija sudovyh korpusnyh konstrukcij: monogr. Vladivostok: Dal'nevost. federal. un-t, 2014. 178 s.].
5. Mamontov A.I. Restoration of worn-out strength of ship structures by installing overhead sheets: dis. ... Cand. Tehn. Vladivostok, 2008. 282 p. (in Russ.). [Mamontov A.I. Vosstanovlenie prochnosti iznoshennyh
sudovyh konstrukcij metodom ustanovki nakladnyh listov: dis. ... kand. tehn. nauk. Vladivostok, 2008. 282 s.].
6. Matokhin G.V. The rating life of welded structures made of ferrite-pearlite steels: monograph. Vladivostok, FESTU Press, 2001. 202 p. (in Russ.). [Matohin G.V. Ocenka resursa svarnyh konstrukcij iz ferrito-perlitnyh stalej: monogr. Vladivostok: Izd-vo DVGTU, 2001. 202 s.].
7. Novikov V.V., Turmov G.P. The service life of the vessel: monograph. Vladivostok, FEFU Press, 2013. 200 p. (in Russ.). [Novikov V.V., Turmov G.P. Jekspluatacionnyj resurs sudna: monogr. Vladivostok: Iz-datel'skij dom Dal'nevost. federal. un-ta, 2013. 200 s.].
8. Evaluation of the technical condition of ship hulls. A.I. Maksimadzhi, L.M. Belenky, A.S. Bricker, A.Y. Neugodov. L., Shipbuilding, 1982. 156 p. (in Russ.). [Ocenka tehnicheskogo sostojanija korpusov morskih sudov / A.I. Maksimadzhi, L.M. Belen'kij, A.S. Briker, A.Ju. Neugodov. L.: Sudostroenie, 1982. 156 s.].
9. Turmov G.P., Kazanov G.T., Novikov V.V. Stress concentration in ship hull structures: monograph. Saarbrucken, Deutchland, Verlag, LAP LAMBERT Academic Publishing, 2015, 212 p. ISBN 978-3-65928408-3. (in Russ.). [Turmov G.P., Kazanov G.T., Novikov V.V. Koncentracija naprjazhenij v sudovyh korpusnyh konstrukcij: monogr. Saarbrucken, Deutchland, Verlag, LAP LAMBERT Academic Publishing, 2015, 212 p. ISBN 978-3-659-28408-3].
10. Full and residual resources of steel ship's hull in view of its damages from cyclically variable and long-lived actions of wave loadings. G.T. Kazanov, V.V. Novikov, S.V. Antonenko, V.V. Melnik, G.P. She-mendjuk. The 21st Asian-Pacific Technical Exchange and Advisory Meeting on Marine Structures, TEAM 2007. Yokohama, Japan, 10-13 Sept., 2007, p. 105-109.
