СУДОСТРОЕНИЕ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СЕРТИФИКАЦИОННОЙ ЖЕСТКОСТИ КОРПУСОВ ПОДВОДНЫХ ЛОДОК ПРИ РЕМОНТНЫХ РАБОТАХ НА ПЛАВУ
Л. П. Гаврилюк, докт. техн. наук (ГНЦ ЦНИИТС) уДК ^.сш.5.024:629.585
^Д
Согласно действующим нормам, при ремонте подводных лодок (ПЛ) на плаву допускается вскрывать не более одного съемного листа (СЛ). При вскрытии большего количества листов прочного корпуса необходимо соблюдать следующий порядок: вскрыть и заварить один лист, затем второй и т. д. ПЛ перед вскрытием СЛ удифферентовывают путем балластировки и в период вскрытия и вварки листа контролируют неизменность загрузки и посадки лодки по маркам углубления, а также форму корпуса (отклонение шпангоутов от заданной формы в районе СЛ, разностенность и слом обшивки и шпангоутов по стыковым и пазовым швам СЛ).
Недостатками такой технологии являются: невозможность параллельного выполнения работ в различных районах через последовательно снимаемые и устанавливаемые СЛ; отсутствие точного контроля за сохранением жесткости и прочности корпуса ПЛ на плаву, поскольку контроль посадки и удифферентовки корабля по маркам углубления относительно уровня воды характеризует состояние корпуса с большой погрешностью.
В ЦНИИТС разработана новая технология проведения работ при вскрытии нескольких съемных листов, свободная от указанных недостатков. В качестве критерия допустимости вскрытия листов принимается допустимый уровень изменения расчетно-эксперимен-тальной характеристики жесткости корпуса, определяемый значением прогиба эквивалентного бруса корабля при нагружении его единичным моментом [1]
1 ** у" (х)
к(х) =-= - dxdx,
Е/ (х) о о ДМ (х)
где Е —модуль упругости материала корпуса; I (х) — моменты инерции сечений корпуса; у"(х) — вторая производная от изменений положения контрольных элементов упругой линии корпуса по его длине — у(х); ДМ (х)—распределение дополнительного изгибающего момента, действующего на корпус при его экспериментальном нагружении по длине х корабля.
Под упругой линией корпуса корабля будем понимать линию, соединяющую отсчитанные от его основной линии прогибы (перемещения центров масс) поперечных сечений корпуса при действии на него различных сил.
Характеристика жесткости к(х) корпуса определяется до и после вскрытия СЛ. Для определения к(х) корпус следует нагрузить, например, путем подведения понтонов вначале под кормовую и носовую оконечности, а затем под среднюю часть корпуса ПЛ.
Возможно нагружение корпуса путем принятия балласта вначале в его среднюю часть, а затем перемещения его в кормовую и носовую оконечности. Общая масса принимаемого балласта должна быть одинаковой и составлять 10—15% от водоизмещения «ровного киля». Следует измерить осадку ПЛ по маркам углубления до и после каждой балластировки. Информация о загрузке корпуса и осадке ПЛ следует передать в КБ завода для определения распределения величин ДМ (х). До начала экспериментальной нагрузки следует установить ту или иную систему контроля упругой линии.
Контроль упругой линии выполняется в трех положениях корабля: «на ровный киль»; при подведении двух понтонов к средней части корпуса (или нагружении балластом средней части корпуса); при подведении этих же понтонов к носовой и кормовой оконечностям корпуса (или нагружении их балластом).
По результатам измерений упругой линии следует получить распределение прогибов у(х) и, дважды дифференцируя, рассчитать у"(х). На основании известных зависимостей ДМ (х) и у"(х) рассчитывается методами численного дифференцирования и интегрирования распределение к(х). Если сечения эквивалентного бруса ПЛ при вскрытиях существенно не изменялись, то не должно существенно измениться и распределение к(х). Критерием значительных изменений является 15—20%-ный уровень изменений распределения к(х). Если к(х) изменилось несущественно, а у(х) упругой линии корабля значительно при равных условиях нагружения его и температуре воздуха и воды, это свидетельствует о существенных внутренних напряжениях в корпусных конструкциях корабля, что отрицательно скажется на его прочности в эксплуатации. Аналогично это имеет место и в случае, если существенно изменилось у(х) при несущественном изменении к(х). О наличии внутренних напряжений можно судить также по изменению формы прочного корпуса в районах вырезов СЛ и формы самих СЛ при их снятии и установке.
СУДОСТРОЕНИЕ
ТЕХНОЛОГИЯ СУДОСТРОЕНИЯ И МАШИНОСТРОЕНИИ
2 3
Схема приложения экспериментальной нагрузки для определения жесткости корпуса ПЛ:
1 — понтон в положении I; 2 — контрольная линия (КЛ) при нагружении в положении II; 3 — начальное положение КЛ; 4 — КЛ при нагружении в положении I; 5 — понтоны
Существенное изменение к(х), пропорциональное изменению у(х) с коэффициентом пропорциональности ДМ (х), свидетельствует об изменении жесткости корпуса Е1(х). При неблагоприятных изменениях у(х) или к(х) следует до вскрытия последующих листов установить технологические подкрепления.Определение критерия к(х) после крепления на сварке всех листов позволяет проконтролировать обеспечение после ремонта исходной жесткости корпуса корабля и упрощает выработку обоснованных решений о необходимости введения подкреплений или каких-либо изменений в конструкции корпуса. С другой стороны, поскольку критическая нагрузка прочного корпуса ПЛ от внешнего давления есть функция его жесткости Е1(х), периодическое определение к(х) для эксплуатируемых кораблей с момента их сдачи флоту позволяет создать инструмент для обоснованной оценки эксплуатационного износа корпуса ПЛ при его сертификации. Таким образом, методика вскрытия более чем одного листа на плаву включает: установку систем контроля изменений упругой линии корпуса корабля и местных деформаций вырезов и СЛ; нагруже-ние корпуса корабля известными силами с известным распределением по длине; контроль общих у(х) и местных деформаций до и после вскрытия первого листа; расчет критерия к(х) и определение допустимости вскрытия следующего листа, определение необходимости установки технологических подкреплений вырезов; последовательное вскрытие листов с проведением нагружения и контроля изменений у(х) и к(х).
При установке съемных листов упругая линия корабля приводится в состояние, близкое к ее состоянию на момент вскрытия путем установки технологических подкреплений, балластировки или с помощью вывешивания на понтонах. Возможно также использование для этой цели грелок или охлаждающих батарей (изменение температуры верхних слоев корпуса). Установка технологических жесткостей является пассивно упреждающим методом, который технологически весьма трудоемок и металлоемок и основан на проведении предварительных теоретических расчетов. Фактические исходные данные для проведения расчетов по жест-
кости корпуса и его загрузке получить весьма сложно, а теория расчетов недостаточно совершенна, поэтому точность расчетов, как правило, не высока.
Нагрузка сравнительно жесткого корпуса ПЛ на плаву жидким или твердым балластом приводит к притоплению корабля при незначительном изменении упругой линии.
Метод управления упругой линией корабля путем изменения опорной схемы эквивалентного бруса корпуса («подвешивание» на понтонах) позволяет, с одной стороны, более точно регулировать изменение упругой линии, а с другой — обеспечить непотопляемость корабля на период ремонта. Недостатком данного метода является сложность, при малом числе понтонов, изменения загрузки корпуса. Сочетание понтонов и балласта (комбинированный метод) позволяет весьма точно регулировать упругую линию корабля.
Управление упругой линией корабля путем нагрева или охлаждения отдельных слоев эквивалентного бруса корпуса может быть очень эффективным, но требует больших затрат энергии и в настоящее время не разработано.
Упругую линию корабля наиболее удобно можно представить полиномом четвертой степени вида у(х) = $ + ах + Ьх2 + сх3 + Сх4. Коэффициенты этого полинома определяются на ПЭВМ аппроксимированием результатов измерений по методу наименьших квадратов.
Основные методы контроля упругой линии корпуса корабля [2]: по районным контрольным площадкам — измерением поворотов сечений относительно базового; визирный — измерение прогибов относительно базового направления; гидростатический (гидродинамический) — определение изменений про-
гибов между сечениями; автоколлимационный — измерение поворотов сечений относительно друг друга.
Указанные методы обеспечивают, в зависимости от числа контрольных точек и применяемых средств контроля, точность 2—5 мм.
Наиболее точным является автоколлимационный метод, позволяющий исключить влияние местных деформаций переборок на результаты измерений общего изгиба корпуса корабля. Метод достаточно прост в исполнении, позволяет контролировать изменение упругой линии в двух плоскостях, при необходимости может быть автоматизирован. Недостатками являются необходимость обеспечения свободных световых каналов (свободных проходов), проблематичность контроля скручивания корпуса корабля. Как показал опыт, эти проблемы могут быть успешно решены на стадии проектирования новых ПЛ.
Метод контрольных площадок наиболее прост в реализации, особенно при использовании дифференциальных электронных уровней типа «Микрад-АК». Недостатками метода являются сложность контроля изгиба корпуса в плоскости, параллельной центральной контрольной площадке (ЦКП), учета влияния местных деформаций переборок, на которых устанавливаются районные контрольные площадки.
Гидростатический метод прост в реализации, не требует сложного оборудования и приборов. Недостатком метода является невозможность контроля изгиба корпуса в плоскости, параллельной ЦКП.
Визирный метод универсален, но требует при больших базах контроля весьма дефицитных зрительных труб большого увеличения или лазерных приборов с фоточувствительными мишенями, а также сво-
7 Судостроение № 5, 1999 г.
ТЕХНОЛОГИЯ СУДОСТРОЕНИЯ И МАШИНОСТРОЕНИЯ
СУДОСТРОЕНИЕ
бодной от каких-либо предметов палубы.
Выбор конкретного метода и его реализация определяется конструкцией корпуса и условиями строительства, ремонта или модернизации корабля.
Контроль формы прочного корпуса в районе в
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.