EN | 中文 | RU

Оценка прочности 62-метрового корпуса баржи

Главная  Проекты  >  Прочность корпуса баржи

Оценка прочности корпуса баржи для дальнейшей модернизации

Введение

Для проверки прочности несамоходной баржи был произведен ряд работ по определению общей и местной прочности и устойчивости конструкции, в соответствии с требованиями Регистра Судоходства Украины (РСУ).

В качестве исходной конструкции был взят корпус платформы несамоходной баржи, которую необходимо было модернизировать под бункерную баржу для транспортировки сыпучего груза или песочной пульпы. Согласно проектным данным, срок службы обновленного корпуса составляет 12 лет.

Для детального определения напряженно-деформированного состояния корпуса несамоходной баржи необходимо было подготовить его конечно-элементную модель (КЭМ) с достаточным уровнем детализации. В соответствии с требованиями классификационного общества, необходимо было произвести расчеты статической прочности под действием общих и местных нагрузок, а также расчет устойчивости. Для получения достоверных данных о коэффициентах запаса, расчетная КЭМ корпуса баржи была подготовлена в программном обеспечении Siemens FEMAP с решателем NX Nastran.

Исходные данные

Исходные данные включали в себя существующие чертежи и предварительную информацию о проекте модернизации. Общий вид существующей баржи представлен на рис.1, проект модернизации - на рис.2.

Рис.1. Исходная конструкция существующего корпуса баржи

Рис.2. Предварительный проект модернизации

Нагрузки

Базовая информация о состояниях загрузки судна была предоставлена Заказчиком. Согласно Судовому Регистру Украины были приняты следующие виды нагрузок:

  1. Полная равномерная нагрузка и максимальная осадка.
  2. Частичная равномерная нагрузка и соответствующая осадка.
  3. Судно порожнем с минимальной осадкой.
  4. Частичная неравномерная нагрузка на носу и корме грузового бункера и средняя осадка.
  5. Частичная неравномерная нагрузка в средней части грузового бункера и средняя осадка.

Для каждого вида нагрузок были приняты следующие состояния волны:

  • спокойная вода;
  • перегиб;
  • прогиб.

Общий список 15 случаев нагрузки (СН) был задан для КЭМ корпуса баржи. Общие состояния волны, такие как перегиб и прогиб, показаны на рисунках 8 и 9. Изменение гидростатических уровней, в зависимости от осадки – рис.10.

Конечно-элементная модель

КЭМ корпуса представлена преимущественно плоскими и балочными элементами. Груз на барже представлен при помощи элементов сосредоточенных масс, которые передают вес на корпус посредством жестких RBE3 элементов. Коррозия корпуса была принята в учет при помощи коррекции толщины судовых пластин. Распределение толщины корпуса представлено на рис.3. КЭМ корпуса баржи - рис. 4 - 7.

Рис.3. Распределение толщин (мм) в КЭМ

Рис.4. КЭМ носовой части корпуса баржи

Рис.5. КЭМ кормовой части корпуса

Рис.6. КЭМ рамы носовой части

Рис.7. КЭМ рамы кормовой части

Рис.8. Нагрузка при перегибе

Рис.9. Нагрузка при прогибе

Рис.10. Схема приложения гидростатической нагрузки в миделевом сечении

Анализ результатов

Для каждого расчетного случая были определены результаты прочности и устойчивости конструкции корпуса баржи (уровни упругих перемещений, максимальные эквивалентные напряжения, нормальные напряжения растяжения/сжатия и напряжения среза). Полученные уровни напряжений не превышают допустимые значения и коэффициенты безопасности, согласно РСУ.

Распределение общего уровня напряжений в корпусе баржи для волнового состояния «перегиб» и «прогиб» изображено на рис. 11, 12 соответственно. Местные концентрации напряжений, возникающие на продольной переборке при перегибе и на поперечной переборке при прогибе, изображены на рис. 13 и 14 соответственно.

Рис.11. Распределение эквивалентных напряжений по Мизесу в корпусе баржи при перегибе

Рис.12. Распределение эквивалентных напряжений по Мизесу в корпусе баржи при прогибе

Рис.13. Концентрация эквивалентных напряжений по Мизесу на свободной кромке отверстия продольной переборки при перегибе

Рис.14. Концентрация эквивалентных напряжений по Мизесу на поперечной переборке при прогибе