Сопоставление требований общих правил МАКО и правил РМРС (на примере конструкций навалочника с одинарным бортом)

Тхань Лам Нгуен,

Санкт-Петербургский государственный морской технический университет.

Общие Правила МАКО для балкеров (далее CSR) [1] имеют следующие основные методические особенности, отличающие их от действующих Правил Российского морского Регистра судоходства 2007 (далее Правил РС) [2]:

- Большое число расчетных случаев, подлежащих рассмотрению при выполнении проверочных расчетов местной и общей прочности. Для каждого из возможных случаев загрузки судна: в полном грузу (гомогенная загрузка); чередующаяся загрузка тяжелым грузом (ряд трюмов остаются пустыми); нормальные балластные условия; тяжелые балластные условия должны быть рассмотрены различные ситуации, возникающие на волнении. Это: по два расчетных случая на встречном и попутном волнении (прогиб, пергиб); четыре расчетных случая при положении лагом к волнению (два – соответствующие максимальному углу крена, и два – соответствующие максимальному забортному давлению). В итоге, учитывая также требования к прочности при аварийном затоплении грузового трюма, при погрузке и выгрузке судна в порту и при испытательных нагрузках, количество расчетных случаев для проверки местной прочности достигает 32 и 8 – для проверки общей прочности.

- Параметры расчетных нагрузок определяются с учетом фазовых соотношений между максимальными значениями их компонентов путем введения коэффициента комбинации нагрузок.

- Принципы выбора точки определения расчетной нагрузки предусматривают анализ положения каждого листового элемента (EPP – Elementary Plate Panel) относительно границы листа, что в ряде (значительном числе) случаев приводит к тому, что расчетная нагрузка для рассматриваемого листа определяется на уровне границы EPP другого листа. Такой принцип выбора точки для определения расчетной нагрузки являются причиной серьезного усложнения логики программного кода.

- Нормируются нетто-размеры элементов конструкции корпуса. Построечные толщины листов определяются как сумма нетто толщины, коррозионной добавки и дополнительной добавки к толщине (voluntary addition), заявленной судовладельцем. Кроме того, проектант может заложить в построечную толщину свою дополнительную добавку.

- Минимальные толщины элементов конструкций также определяются как сумма минимальной нетто толщины и коррозионной добавки.

- Требуемые размеры балочных элементов конструкции корпуса определяются с использованием достаточно трудоемкой процедуры разнесения коррозионной добавки по периметру поперечного сечения балки, включая присоединенный поясок.

- Момент сопротивления корпуса судна, регламентируемый условиями общей прочности, соответствует состоянию, когда все элементы эквивалентного бруса имеют износ 50%.

- Для судов длиной более 150 м должна выполняться проверка общей предельной прочности корпуса. Величины предельных моментов при прогибе и перегибе определяются специальной итерационной процедурой, которая реализует расчет значений изгибающих моментов в зависимости от кривизны нейтральной оси. Предельными считаются моменты, соответствующие экстремальным значениям (максимальному – при перегибе и минимальному – при прогибе) на диаграмме «изгибающий момент-кривизна нейтральной оси».

- Требования к устойчивости элементов листовых конструкций сводятся, как правило, к рассмотрению устойчивости каждого листового элемента (EPP) в условиях много-компонентного нагружения, что значительно усложняет проверочные расчеты устойчивости.

- Требования к усталостной прочности регламентируются для некоторых типовых узлов корпусных конструкций. Используется специальный каталог узлов, для которых имеются результаты усталостных испытаний моделей, долговременные распределения переменных напряжений в «горячих» точках (расчетная обеспеченность – 10^-4), гипотеза линейного суммирования повреждений.

В докладе обсуждаются результаты сопоставительных расчетов основных элементов конструкций корпуса балкера длиной 170 м, шириной 27,6 м и высотой борта 14,1 м по CSR и действующим Правилам РС. Конструктивный мидель-шпангоут судна показан на рис.1. Судно построено на верфи Southwick, Великобритания на класс Регистра Ллойда 100A1 Bulk carrier. В соответствии с указаниями в CSR судно должно иметь в символе класса обозначение BC-B. Это значит, что оно предназначено для перевозки сухого навалочного груза плотностью 1 т/м³ и более при гомогенной загрузке (загрузке одновременнно всех грузовых трюмов). Расчеты конструкций по требованиям Правил РС выполнялись с использованием программного комплекса «SYSCHECK» [3], а для выполнения расчетов по CSR использовались модули программного комплекса «SYSCHECK-SHIP», разработка которого в настоящее время выполняется кафедрой конструкции судов СПб.ГМТУ.

Рис.1. Мидель-шпангоут и узел пересечения палубной продольной балки с поперечной рамой в подпалубных цистернах.

Результаты сопоставительных расчетов по требования к местной прочности и минимальным толщинам CSR и Правил РС для элементов наружной обшивки, второго дна, верхней палубы показывают, что эти требования в CSR являются более жесткими, чем в действующих Правилах РС: толщина днищевой обшивки требуется больше на 2-6%; бортовой обшивки – на 10-19%; настила второго дна и крыши скуловых цистерн – на 7-14%; настила верхней палубы в подпалубных цистернах – на 14-19%. Исключением являются скуловые поясья наружной обшивки, для которых требования CSR более мягкие – 86-92%. В ряде случаев требования CSR дают результаты, превосходящие построечные размеры конструкций тестового судна (листы второго дна, крыши скуловой и днища подпалубной цистерны). Одна из причин – существенно более жесткие требования к минимальным толщинам.

Сопоставительные расчеты общей прочности показывают, что эти требования приводят практически к одинаковым результатам. Требуемый момент сопротивления корпуса на уровне верхней палубы по CSR превосходит соответствующую величину, регламентируемую Правилами РС на 2%.

Учитывая, что тестовое судно имеет стрингерную систему набора днища, сопоставительные требования для балок набора представлены для шпангоутов одинарного борта и продольных палубных балок.

Наблюдается практически абсолютное соответствие требований к моменту сопротивления трюмного шпангоута в средней части судна (грузовой трюм № 4). По тем и другим Правилам требование к минимальным толщинам стенки шпангоутов является определяющим.

Продольные палубные балки на тестовом судне выполнены из полосового проката и размеры их определяются требованиями к общей прочности корпуса – условием соответствия требуемой толщины палубного настила и толщины балок на нем установленных (28,7 мм – CSR; 28,0 – Правила РС).

Проверка усталостной прочности проведена для узлов пересечения продольных палубных балок и поперечных рам в подпалубных цистернах только по CSR, поскольку соответствующие требования в Правилах РС отсутствуют.

Оценка усталостной прочности конструкции основывается на применение закона линейного суммирования повреждений:

и состоит из следующих трех фаз: вычисление размахов и средних напряжений в «горячих» точках; выбор расчетной S-N кривой по каталогу; вычисление куммулятивного повреждения. Нормативная долговечность должна быть не менее 25 лет. Результирующее куммулятивное усталостное повреждение для рассматриваемого судна (BC-B) определяется как:

где:  - куммулятивное усталостное повреждение для применяемого варианта загрузки; 1 – гомогенная загрузка судна (в полном грузу); 2 - для нормальных балластных условий; 3 – плавание в «тяжелых» балластных условиях.

Результаты расчетов показали, что для узлов пересечения продольных палубных балок с попереречными рамами в подпалубных цистернах расчетная долговечность значительно превосходит нормативную величину.

Проверка устойчивости листов показывает, что листы наклонной стенки подпалубной цистерны при построечных толщинах 10 - 12,5 мм не удовлетворяют требовани-ям CSR.

Проверка устойчивости (включая изгибно-крутильную) балок основного набора (продольных палубных балок) показала, что требования CSR удовлетворяются с большим запасом. Значения коэффициента утилизации находятся в диапазоне 0,4-0,7.

Литература

1.                  Российский морской регистр судоходства. Правила классификации и постройки морских судов. Том 1, СПб., 2007.

2.                  Тряскин В.Н. Методические основы и опыт использования автоматизированной системы для проверки соответствия корпуса судна требованиям Правил Российского морского Регистра судоходства. ЦНИИ им. А.Н.Крылова, Труды конференции по строительной механике корабля, посвященной памяти П.Ф.Папковича, СПб., 2002, с. 52-53.

3.                  IACS. Common Structural Rules for Bulk Carriers, 2006.

Поступила в редакцию 19.01.2009 г.