СУДОСТРОЕНИЕ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СУДОВ
литуд выходного процесса выражается формулой (законом Рэлея) р(°|) = (о/О,) ехр( - а¡2/2D¡) .
Таким образом, при переходе от нелинейной системы к линейной зависимости предложенного метода трансформируются к известным соотношениям статистической динамики линейных систем.
2. Рассмотрим нелинейную безынерционную систему. В этом случае частота входного процесса не влияет на амплитуды выходного процесса, зависящие только от амплитуд входного процесса При воздействии на такую систему входного процесса (3) выходной процесс будет иметь дисперсию = о2(гк). Следовательно, к,(гк) = о,(Гк)/Гк, а отыскание плотности распределения вероятностей амплитуд (5) будет представлять собой построение некоторой функции г = ^а), обратной по отношению к а(г), и последующее функциональное преобразование в соответствии с формулой (6).
Таким образом, предложенный метод решения нелинейных задач статистической динамики можно трактовать как обобщение известного подхода к исследованию безынерционных систем на случай динамических систем, обладающих инерционными свойствами. Метод базируется на вероятностном анализе процессов качки и силовых воздействий на корпус в частотной облас-
В рамках разработанной концепции проектирования буровых судов1 выбор и обоснование технических решений базируется на результатах технико-экономического анализа, а также оценки надежности наиболее ответственного комплектующего оборудования и рекомендаций по его эффективной эксплуатации. Надежность работы целого ряда специфического оборудования (например,
Рис. 3. Отличия в результатах оценки ПРВ при использовании детерминированного 1 и вероятностного 2 подходов к определению коэффициентов полинома
ти. В отличие от методов, ориентированных на исследовании этих процессов во временной области, он очень экономичен в отношении затрат машинного времени и хорошо приспособлен к существующим способам определения гидродинамических усилий при колебаниях судна и соответствующих гидродинамических коэффициентов в уравнениях качки, сильно зависящих от частоты волнения. Достоинством метода является возможность его использования для прогнозирования параметров качки и величин нагрузок, реализуемых в условиях эксплуатации судна на нерегулярном волнении, на основе данных модельных испытаний на регулярном волнении в условиях опытовых бассейнов. Метод позволяет повысить
буровой колонны)буровых судовте-сно связана с морскими эксплуатационными условиями и качествами судна в целом.
Оптимальность решений рассматривается в единстве двух сфер — техники и эргономики. Поэтому общая концепция проектирования дополняется постановкой и решением задач, связанных с выходом из аварийных ситуаций с минимальными
точность расчетных оценок нагрузок, определяющих прочность судовых конструкций, и, тем самым, обеспечить их оптимальное проектирование и весовое совершенство, а также повысить эксплуатационную надежность и безопасность судов. Можно полагать, что этот метод найдет широкое применение при решении задач статистической динамики высокоскоростных судов и судов новых типов, а также при решении проблемы внешних сил в строительной механике корабля.
Литература
1. Расщепляев Ю. С., Фандиенко В. Н. Синтез моделей случайных процессов для исследования автоматических систем управления. М.: Энергия, 1981.
2. Астапов Ю. М, Медведев В. С. Статистическая теория систем автоматического регулирования и управления. М.: Наука, 1982.
3. Чернецкий В. И. Анализ точности нелинейных систем управления. М.: Машиностроение, 1968.
4. Крыжевич Г. Б. Способ оценки вероятностных распределений амплитудных значений параметров качки и нагрузок, действующих на судовые конструкции при их нелинейной связи с амплитудами волн//Судостроитель-ная промышленность. Сер. «Проектирование судов». 1990. Вып. 15.
5. Бородай И. К. и др. Прикладные задачи динамики судна на волнении. Л.: Судостроение, 1989.
6. Крыжевич Г. Б. Учет энергообмена с внешней средой при расчете общей вибрации судна, движущегося в условиях волнения//Труды научно-технической конференции, посвященной памяти И. Г. Бубнова. СПб.: ЦНИИ им. акад. А. Н. Крылова, 1998.
потерями, разработкой соответствующей эксплуатационной документации, инструкций и программ для бортового компьютера.
Бурильная колонна, проходя через направляющий раструб2, испытывает несимметричные нагрузочные циклы, происходящие от деформаций растяжения при действии силы веса и от изгибных — при угловых перемещениях судна (рис. 1). Уровень напряжений зависит от массы колонны М, кривизны поверхности направляющего раструба 1/?. С увеличением угловых перемещений 0 растет протяженность участка раструба I = на котором буровая труба находится в контакте с ним, повторяет его кривизну и подвергается цикли-
АЛГОРИТМ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАПАСА УСТАЛОСТНОЙ ПРОЧНОСТИ БУРОВЫХ ТРУБ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ БУРОВОГО СУДНА
В. П. Шостак, докт. техн. наук, В. И. Голиков, канд. техн. наук (УГМТУ, Николаев) удк 622.24.053:539.4
1Шостак В. П. Концепция проектирования судов глубоководного исследовательского бурения//Сб. научн. трудов УГМТУ Николаев, 1998. № 10 (358).
2А. с. 1670078. Направляющий раструб судна глубоководного исследовательского бурения/Авт. изобретен. Б. В. Емец, В. П. Шостак. Заявл. № 460 6211/03. Приоритет изобретения 17 ноября 1988 г. Опубл. в БИ 15.08.91. Бюл. 30.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СУДОВ
СУДОСТРОЕНИЕ 6'1WV
График распределения высот случайных волн для h3% = const представлен на рис. 2.
Верхняя граница случайных волн устанавливается статистическим соотношением hmax/h3% = 1,3...1,4. Если на графике выделить некоторый диапазон высот случайных волн h, ...h2, границам которого соответствуют обеспеченности m, и m2, то для средних высот волн в этом диапазоне h = (h, + h2)/2 их пов-
торяемость n
m
m,. Повторяе-
Рис. 1. Схема определения длины I контактного участка бурильной колонны, проходящей через направляющий раструб:
I — палуба судна; II — внутренняя стенка раструба; III — днище судна; 0 — угол наклонения судна; R = const — радиус кривизны раструба; L = R0 — длина контактного участка колонны
ческим воздействиям с напряжением
а = Mg/F + Мизг /W,
где F — площадь; J — момент инерции; W — момент сопротивления, зависящий от геометрических характеристик поперечного сечения буровой трубы в составе колонны; Мизг= EJ/R — изгибающий момент.
Число циклов, которым подвержена каждая буровая труба, проходящая через раструб, определяется протяженностью контактного участка /, периодом колебаний судна t , временем существования участка I именно такой протяженности за время t пребывания трубы в раструбе и средней скоростью проходки скважины У6ур.
В отечественной практике принято характеризовать интенсивность волнения высотой волны 3%-ной обеспеченности h3%. Согласно закону Рэлея высоты волн различной обеспеченности в общей массе волн конкретного шторма описываются выражением hm = RmVo^, где Dh— дисперсия волновых ординат; Rm = V2 Inl/m — коэффициент, зависящий от обеспеченности m (в относительных единицах) случайной волны.
Для волнения заданной интенсивности
мость п характеризует временную продолжительность существования соответствующего участка раструба /.
Согласно гидродинамической теории волн с малой амплитудой на глубокой воде элементы волны связаны следующими соотношениями:
д 2пг
= — ^ « 1,56/2 фв = агс1д-,
2п ^
где — длина волны; t — период; г = И/2 — полувысота волны; ф — угол волнового склона.
При этом крутизна волн теоретически может достигать значения Ьв/Х = 1/7. Практически же волны с крутизной больше 1/10 встречаются крайне редко. В связи с этим при назначении величин ф, соответствующих ряду случайных Ьв, следует учитывать это ограничение. Имея распределение ф и передаточные функции процесса качки судна, можно получить представление и о распределении амплитуд 0.
В процессе эксплуатации бурильной колонны происходят усталостные изменения металла буровых труб, поэтому с целью предупреждения аварийных ситуаций на судне выполняется ультразвуковая дефектоскопия труб, когда они размещены в стеллажах. Как правило, дефекто-
Voh = ■
h
3%
1
R3% 2,648
h3%.
Рис. 2. График обеспеченности высот случайных волн для волнения заданной интенсивности Ьзд = 5,0 м
скопия выполняется выборочно, и всегда существует опасность аварийной ситуации из-за позднего обнаружения начальных проявлений усталостного разрушения. В связи с этим целесообразно организовать и вести на судне более тщательный контроль фактического состояния труб, т. е. каждая труба должна иметь свой технический паспорт, в котором отражались бы результаты оперативного контроля ее состояния с учетом участия в тех или иных процессах бурения и конкретных эксплуатационных условиях. Расход запаса усталостной прочности характеризуется интегрированной характеристикой Хпц/Ы, где пц — число нагрузочных циклов при заданном уровне напряженно-деформированного состояния, N — соответствующее число разрушающих циклов, заимствованное из прочностного эксперимента. Приближение показателя Ёпц/^ к единице (условие прочности лnц/N < 1 или с запасом Xnц/N < 0,6 для особо ответственных изделий) свидетельствует о необходимости более тщательной дефектоскопии трубы. Задача сводится к четкой регистрации этих величин с помощью бортового компьютера. При этом функция ввода в программу исходных данных для каждой трубы, вступающей в работу в составе бурильной колонны, должна быть возложена на оператора центрального поста управления буровыми работами. Алгоритм расчета числа нагрузочных циклов (расчет амплитуд качки для упрощения опущен) сводится к следующим положениям.
1. Опасным в бурильной колонне считается сечение 0—0 в районе бурового замка. Время прохождения этим сечением пути /растр, равного длине раструба, вычисляется по
формуле ^0—0 = /раст/уб*ур.
2. Ряду назначенных высот случайных волн Ь|,(м), т. е. Ь2, Ь3, данного шторма (с охватом всего диапазона волн) соответствует их повторяемость ц (%) — п^ п2, п3 и соответственно распределение времени /0—0 по периодам Т; = п^0—0 (г) — Т„ Т2, Т3 (Т0)—0 = ХТ|), углы волнового склона ф| (рад) — ф,, ф2, ф3, амп
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.