Специалисты АО «ЦИФРА» совместно с экспертами АО «ЦНИИ МФ» примут участие в разработке Руководства Регистра Судоходства по расчетам прочности и оценке напряженно-деформированного состояния судовых корпусных конструкций на основе метода конечных элементов.

В процессе эксплуатации таких судов как плавкраны, земснаряды, баржи и суда специального назначения зачастую возникает необходимость в их модернизации для решения определенных технических задач. Такая модернизация связана, как правило, с различными конструктивными изменениями судна, обеспечивающими монтаж и функционирование специализированного оборудования, устройств и систем. Каждое подобное конструктивное изменение уникально, а его глубина и реализация зависит от конкретной задачи, при этом оценка прочности новых конструктивных элементов и их влияние на несущую способность существующих корпусных конструкций могут не предусматриваться существующими расчетными методиками Правил РС. Эта проблема может быть решена с помощью компьютерного моделирования. Расчет прочности конструкций с учетом физической нелинейности материала требует высокой точности определения всех компонентов напряженно-деформированного состояния (далее - НДС). Наиболее эффективным численным методом инженерного анализа, позволяющим наилучшим образом оценить НДС конструкции любой формы и размера, является метод конечных элементов (далее – МКЭ).

В настоящее время МКЭ используется при проектировании судов как для оценки общей, так и местной прочности, его применение, в основном, регламентируется соответствующими требованиями МАКО, однако большинство иностранных классификационных обществ в своих правилах имеют рекомендации по выполнению проверочных расчетов корпусных конструкций с помощью МКЭ. Таким образом, в настоящее время созданы предпосылки для разработки Руководства РС по оценке НДС судовых корпусных конструкций с помощью МКЭ для тех случаев, когда существующие в Правилах методики не позволяют выполнить соответствующие расчеты.

Предмет работы

Предметом работы является Руководство РС по оценке НДС судовых корпусных конструкций с помощью МКЭ, включающее принципы построения геометрической модели рассматриваемой конструкции и ее идеализации, выбора типа и параметров конечно-элементной сетки, построения конечно-элементной сетки, приложения нагрузок, задания граничных условий, учета геометрической и/или физической нелинейности, задания свойств материала, выбора и определения соответствующего НДС и оценки/анализа полученных результатов.

Актуальность темы

Актуальность темы обусловлена возможностью повышения конкурентоспособности требований нормативных документов РС и расширения состава оказываемых услуг в соответствии с требованиями современного рынка классификационных услуг. Актуальность темы подтверждена протоколом заседания секции НТС Регистра «Прочность и конструкция корпусов морских судов и плавучих сооружений» от 17.05.2018 г.

Задачи работы

Для достижения цели научно-исследовательской работы необходимо решить следующие задачи:

• проанализировать имеющиеся разработки отечественных и зарубежных научных организаций по регламентации метода конечных элементов, провести анализ нормативных документов ведущих классификационных обществ;
• оценить и проанализировать имеющиеся отечественные и зарубежные программные комплексы, реализующие построение и оптимизацию геометрических и конечно-элементных моделей, и алгоритмы оценки статической и динамической прочности конструкции с помощью МКЭ;
• разработать алгоритм выполнения расчета прочности судовых конструкций с помощью МКЭ;
• выполнить верификацию полученных результатов расчета по разработанному алгоритму;
• с учетом полученных результатов разработать Руководство РС по оценке НДС судовых корпусных конструкций с помощью МКЭ.

Содержание работы

1. Анализ существующих требований иных классификационных обществ – членов МАКО к процедуре оценки НДС судовых корпусных конструкций МКЭ. Как минимум должны быть рассмотрены требования ABS, DNV GL и BV.

2. Оценка и анализ программных комплексов, позволяющих решать следующие задачи:

• построение и оптимизация геометрической модели конструкции;
• построение и оптимизация расчетной конечно-элементной модели;
• приложение нагрузок к модели;
• учет граничных условий модели;
• учет геометрической и/или физической нелинейности;
• возможность задания и/или наличие базы описания свойств материалов;
• оценка статической и динамической прочности;
• анализ полученных результатов.

3. Разработка требований по созданию геометрической модели, в соответствии с типом судна и допускаемым уровнем ее идеализации.

4. Разработка требований по построению расчетной конечно-элементной модели с применением стержневых, оболочечных, твердотельных или иных типов конечных элементов с возможностью их комбинации, в том числе по выбору типа, геометрии и размеров конечных элементов.

5. Разработка требований к более детальному рассмотрению мест возникновения концентрации напряжений, локальных зон и прерывистых связей, а также допущений при применении «измельченной» и/или «грубой» расчетной конечно-элементной сетки.

6. Разработка рекомендаций по приложению нагрузок к модели, а также рекомендаций по возможности замены нагрузок эквивалентными.

7. Разработка рекомендаций по учету граничных условий.

8. Разработка требований по учету геометрической и/или физической нелинейности, а также описание свойств материала при использовании физической нелинейности.

9. Нормирование допускаемых параметров НДС.

10. Подготовка проекта статьи по результатам проведенных исследований и работ для публикации в журнале «Научно-технический сборник Российского морского регистра судоходства».