Пути совершенствования судовых конструкций для обеспечения их циклической прочности

Очевидно, что причины появления повреждений судовых конструкций (в том числе и усталостных) в процессе нормальной эксплуатации судна лежат в двух не связанных друг с другом областях.

Первая из них относится к оценке действующих на конструкцию внешних сил. Неправильная оценка волновых моментов, что бывает сравнительно редко, и возникновение по тем или иным причинам резонансной общей (волновой) вибрации корпуса приводят к появлению повреждений в основных несущих связях, обеспечивающих общую прочность корпуса. И волновые моменты, определяющие уровень переменных напряжений от общего изгиба корпуса, и параметры волновой вибрации в значительной мере определяются конструктивным типом судна и его размерами.

Усталостные повреждения прочих конструкций в большинстве случаев связаны с местной вибрацией. Местная вибрация в судовых конструкциях есть всегда, так как на судне непрерывно работают те или иные силовые агрегаты. При уровне вибрации, соответствующем нормам, установленным Правилами классификационных обществ, трещины усталости не появляются. Их появление связано либо с возникновением резонансных колебаний при неправильной оценке частот собственных колебаний конструкции по отношению к частоте источников вибрации, либо с недопустимо большими вынужденными колебаниями, например при неправильной оценке пульсирующих гидродинамических давлений от винта на наружную обшивку.

При правильной оценке внешних сил уровень номинальных напряжений, возникающих в судовых конструкциях, гарантирует отсутствие усталостных повреждений. В связи с этим второй и основной причиной появления трещин усталости является концентрация напряжений, тот или иной уровень которой неизбежен в узлах сложных сварных конструкций, к которым относятся судовые судовые конструкции. Это утверждение очевидно следует из того, что все зафиксированные усталостные повреждения узлов судового корпуса возникли в районах повышенной концентрации напряжений. Наличие концентрации напряжений обусловлено рядом факторов — геометрических, технологических, конструктивных. Последние связаны с конструктивными недостатками узлов, приводящими к резкому изменению потока основных усилий, передающихся от одного элемента к другому, например при резком обрыве поясков балок.

Таким образом, мероприятия по совершенствованию судовых конструкций с целью обеспечения их циклической прочности должны быть, во-первых, направлены на достижение минимального уровня действующих переменных нагрузок. Если речь идет об общем изгибе под действием волновых моментов или волновой вибрации корпуса, то одним из решающих факторов является выбор оптимального конструктивного типа судна и его соответствие условиям эксплуатации. Второй комплекс вопросов связан со снижением уровня концентрации напряжений, что касается, главным образом, областей конструирования узлов судового корпуса и технологии их изготовления.