Прочность элементов конструкций судового корпуса складывается из расчётных внешних нагрузок, возникающих напряжений и запасов прочности, и с течением времени в процессе эксплуатации судна меняется, вызывая остаточные деформации корпуса, как локально (в месте разрушения), так и общие [1].
При проектировании для судна предусмотрено уменьшение прочности элементов корпусных конструкций вследствие износа, выраженное явно (прямые надбавки на износ), либо с помощью расчётных допускаемых напряжений. Данные значения регламентируются специальной нормативной документацией [2].
Анализом потенциальных повреждений [3] корпуса судна, при которых износы элементов его конструкций возникают по своей природе и носят характер постепенного (прогрессирующего) развития по замерам остаточных толщин корпусных конструкций в течение ряда лет занимались в Мурманском государственном техническом университете на кафедре технологии металлов и судоремонта. Целью исследований элементов корпуса судна являлась оценка их технического состояния.
Предпосылки и средства для решения задачи
Появления остаточных деформаций, как правило, обусловлено эксплуатационными перегрузками судна, старением его корпуса, элементов и набора, а также вследствие появления трещин, разрывов, пробоин при возникновении аварийных ситуаций [1].
Для повышения эффективности эксплуатации судна необходимо применение практических методов исследования надёжности судовых технических средств. Только на основе анализа надёжности можно разработать мероприятия по повышению их долговечности, обосновать периодичность эксплуатационно-ремонтных циклов, сформулировать требования к надёжности судовых технических средств с учётом заданных условий эксплуатации.
Одним из важнейших факторов обеспечения безопасности мореплавания является техническое состояние корпуса судна. В этой связи актуальное значение имеют исследования, направленные на разработку методик оценки и прогнозирования технического состояния судна с использованием способов безразборной технической диагностики.
Достоверность разработанной методики подтверждена сравнением результатов расчётных и статистических исследований при измерении износов элементов корпуса судна типа «Атлантик-333» ОАО «Мурманский траловый флот», выполненных ультразвуковым методом [3, 4].
Классификация методов оценки технического состояния корпусных конструкций судна производится в зависимости от дефектов (таблица).
Оценка технического состояния корпуса судна в зависимости от дефектов
|
Вид дефекта |
Форма проявления дефекта |
Категория дефекта |
Оценка анализа, % |
|
Остаточные деформации (residual deformation) |
Изменение плоской или прямолинейной формы связей. Изменение механических свойств материала |
1-я категория малозначительные дефекты. 2-я категория значительные дефекты. 3-я категория критические дефекты. |
0 – 20 20 – 60 60 – 100 |
Категория выявленных дефектов опре- деляется по оценке технического состояния конструкций корпуса судна по показателям физического износа (сохранности) составляющих элементов и характеризуется определенной категорией дефектов:
– малозначительный – дефект 1-ой категории, работоспособное состояние элемента;
– значительный – дефект 2-ой категории, ограниченно-работоспособное состояние элемента или неработоспособное (в зависимости от характера дефекта, эксплуатационных возможностей, изменения критических напряжений, пределов текучести и прочности, относительного удлинения, хрупких и усталостных характеристик, уменьшения несущей способности набора и листов, повышения номинальных напряжений, либо концентрации напряжений, нарушения непроницаемости);
– критический – дефект 3-ей категории [2, 5].
В результате деформаций происходит снижение надёжности всей конструкции корпуса судна в целом.
Основная задача, согласно методике [4], заключается в определении гамма-процентного срока службы элементов корпуса судна.
Первоначально производятся замеры остаточных толщин выбранных элементов корпусных конструкций по максимально возможной выборке однотипных судов (не менее 3–5 судов). Следующим этапом является установление изменения исследуемого параметра. В соответствии с требованиями Правил Российского Морского Регистра Судоходства (РМРС) допускаемая остаточная толщина листа (назначенная величина) при общем износе определяемая по формуле:
[S1] = m0S0,
где m0 – коэффициент износа;
S0 – построечная толщина листа, мм.
Далее определяется срок службы листового конструктивного элемента в зависимости от износостойкости для каждого судна. При минимальном износе полученный ресурс больше срока службы судна и является условной величиной, но в произведённом расчёте важным фактором служат данные нижней границы, близкой к сроку проведения последней дефектации.
График распределения сроков службы по элементам конструкции (рис. 1) позволяет наглядно определить места наиболее интенсивных износов. Таким образом, повышенному контролю подвергаются те элементы корпусных конструкций судна, ресурс которых меньше продолжительности эксплуатационно-ремонтного периода.
Рис. 1. График распределения сроков службы элементов конструкции корпуса судна
Определение гамма-процентных сроков службы элементов корпуса судна позволят систематизировать результаты дефектации, и использовать их судовладельцами для повышения эффективности управления эксплуатацией судов одного типа с целью:
– принятия правильного решения по уточнению объёмов дефектации;
– контроля за техническим состоянием элементов корпусных конструкций в «сомнительных зонах» (зонах, подверженных наибольшему износу);
– использовать накопленный опыт для разработки конструктивно-технологических мероприятий.
Условием годности судна служит оценка технического состояния элементов его корпусных конструкций [3].
Анализ контроля прочностных связей элементов корпуса по замерам остаточных толщин даёт критерии оценки качества их технического состояния и критических зон.
Решение исследуемой проблемы
Разработанная программа позволяет проводить оценку надёжности элементов конструкций судового корпуса по допускаемым нормативным данным, регламентированным Правилами РМРС, определять положение опасного сечения и критических зон. Варианты расчёта и данные в числовой форме визуализированы. Программная система обеспечивает выполнение следующих функций: построечные данные, варианты замеров, расчет, итоговая оценка.
Рис. 2. Компоненты компьютерной программной оболочки при вводе данных
Рис. 3. Таблицы отчёта, сформированные в программе Excel
Входит в блок программ, зарегистрированных в реестре программ для ЭВМ Российской Федерации.
Тип ЭВМ: IBM PC.
Язык программирования: Pascal.
Процедура дает возможность установки операционной системы ОС с графическим интерфейсом: Windows XP, 7.
Объем программы: 1,25 Мб.
Результаты
Программное обеспечение для оценки технического состояния корпуса судна по замерам остаточных толщин позволяет проконтролировать прочность связей элементов корпусных конструкций судна, произвести анализ и оценку качества их технического состояния и критических зон.
Выводы
При обновлении корпусов судов на соответствие их технического состояния уровню обновления 1SS или 2SS применение предложенной методики позволяет планировать необходимый объём ремонта.
На основе анализа надёжности возможно не только оценивать, но и прогнозировать техническое состояние элементов корпуса судна, что позволяет разработать мероприятия по повышению их долговечности, обосновать межремонтные периоды, сформулировать требования по надёжности применительно к заданным условиям эксплуатации.
Применение теории и практики надёжности для оценки технического состояния элементов корпусных конструкций судна дает возможность обеспечить минимальные затраты на его техническое обслуживание и ремонт при соблюдении всех нормативных требований. В связи с этим, особенно актуальны исследования, направленные на разработку методик с целью определения оценки и прогнозирования технического состояния корпуса судна по замерам остаточных толщин.