Из-за санкционных мер, направленных на ослабление нефтегазовой отрасли РФ, разведка углеводородных месторождений связана с рядом трудностей. Одной из них является закрытие доступа российским компаниям на вторичный рынок геологоразведывательного оборудования, в том числе на рынок научно-исследовательских судов (НИС). Существующий флот НИС либо устарел, либо не в полной мере отвечает современным требованиям к технологическим процессам разведки месторождений, ввиду чего основным способом увеличения технологической оснащенности флота является модернизация имеющихся судов. Специалистами АО «ЦИФРА» был выполнен подобный проект модернизации, заключавшийся в проектировании кормового спускоподъемного устройства (СПУ), обеспечивающего безопасный спуск в воду элементов разведывательного оборудования.
Вебинар: Оценка прочности и устойчивости металлических конструкций зданий и сооружений по СП 16.13330.2017 с учетом назначения и условий работы
На этом вебинаре рассмотрим основные особенности расчетов прочности металлических конструкций по СП 16.13330.2017
Исходные данные и нормативная база
Исходными данными, помимо конструкции палубы НИС в районе размещения СПУ и грузовой лебедки, являлся прототип СПУ с габаритами, обеспечивающими заданное расстояние от кромки транца до точки подвеса груза в рабочем состоянии, а также вес груза.
Перед коллективом АО «ЦИФРА» были поставленные следующие задачи:
- уменьшение массы СПУ при сохранении габаритов и формы прототипа и обеспечении прочности при заданных условиях нагружения;
- оценка прочности палубы в районе установки СПУ и грузовой лебедки;
- разработка проекта подкреплений палубы в случае необходимости;
- проработка иного конструктивного исполнения СПУ при сохранении габаритов.
На первом этапе в вычислительном пакете Ansys Mechanical был выполнен расчет прочности СПУ, для которого была создана геометрическая модель с варьируемым параметром t – толщина листов несущих элементов (прототип СПУ был выполнен из стального коробчатого профиля толщиной 20 мм, масса прототипа – 13,8 т). Прочность СПУ оценивалась в соответствии с Правилами по грузоподъемным устройствам Российского морского регистра судоходства (далее – Правила РС):
где 
- предел текучести материала, МПа,
– максимальные нормальные и касательные напряжения соответственно, МПа, 0,42 – коэффициент запаса прочности для грузовых устройств грузоподъемностью до 10 т.
Результаты расчетов
Была решена задача определения минимальной толщины коробчатого профиля силовых элементов рамы СПУ (исключая узел крепления к палубе) из условия обеспечения прочности, регламентированной Правилами РС. Были рассмотрены два положения СПУ – под углом 30 и 45 к палубе судна. Наименьшая толщина профиля, при которой действующие приведенные напряжения не превосходят допускаемого Правилами РС значения, – 6 мм. Результат расчета исходной и облегченной конструкции представлен в таблице 1.
Таблица 1. Результаты оптимизационного расчета
| Угол наклона рамы к палубе, град | Допускаемые напряжения, МПа | Приведенные напряжения, МПа | Масса СПУ, т | ||
| Исходная конструкция | Облегченная конструкция | Исходная конструкция | Облегченная конструкция | ||
| 30 | 98,7 | 45,5 | 98,6 | 13,8 | 6,5 |
| 45 | 98,7 | 29,7 | 65,7 | ||
Как видно из данной таблицы, в результате оптимизации конструкции силовых элементов СПУ удалось уменьшить её массу на 47% при обеспечении требуемого Правилами РС запаса прочности.
Приведенные напряжения при угле наклона 30°
Приведенные напряжения при угле наклона 45°
Проверка местной прочности палубы в районе установки СПУ и грузовой лебедки показала, что существующая конструкции палубы выдерживает расчетные нагрузки с достаточным запасом, ввиду чего дополнительные подкрепления не потребовались.
Действующие напряжения в палубе
В результате выполненных расчетов была предложена облегченная конструкция СПУ, отвечающая требованиям Заказчика, и разработан комплект рабоче-конструкторской документации для её изготовления и монтажа в соответствии с требованиями Российского морского регистра судоходства.
