ИСМАРТ СКБ
+7 (952) 301-66-37
info@proship.ooo
17 июля 2016 в 19:26
Оценка местной прочности конструкции плавучего дока методом конечных элементов
Рейтинг +4, Голосов 4
424

fea_1В рамках разработки проекта модернизации двухсекционного металлического плавучего дока проекта Р-39 специалистами компании «Прошип» была выполнена оценка местной прочности конструкций с использованием метода конечных элементов.

Решение этой задачи производилось с использованием программных комплексов Salome и SCAD. Первый использовался для оценки концентрации напряжений в узлах конструкции, второй — для расчета прочности плоских рам и перекрытий, а также оценки устойчивости сжатых элементов — стоек и раскосов междудонного пространства.  Оценка местной прочности производилась в линейной постановке в два этапа для шести наиболее неблагоприятных вариантов нагрузки дока.

На первом этапе с помощью вычислительного комплекса SCAD были построены стержневые модели поперечных рам, днищевого перекрытия и перекрытия стапель-палубы. Для моделирования поведения поперечных рам были использованы конечные элементы типа стержень №2, имеющие три степени свободы в каждом узле. Для плоских перекрытий — универсальные стержни (тип №10) с шестью степенями свободы в каждом узле. Оценка прочности конструкций выполнялась для шести наиболее неблагоприятных вариантов нагружения, при этом учитывалась максимальная осадка 8,9 метра и пять различных вариантов установки стапельных опор под наиболее тяжелое судно, принятое к докованию,  с водоизмещением 590 тонн.

На рисунке ниже показана эпюра изгибающих моментов в поперечных рамных связях в плоскости 7-го шпангоута при погружении дока на глубину 8,9 метра. Видно, что наибольшие изгибающие моменты испытывают ветви шпангоута по наружному борту от ОП до платформы на уровне 5500 мм и ветви шпангоута по внутреннему борту от стапель-палубы до платформы на уровне 5500 мм от ОП.

fea_6

Аналогичные результаты по части распределения изгибающих моментов были получены для случаев, когда док начинает всплытие и докуемое судно касается стапельных опор. При этом также наблюдалось ожидаемое развитие сжимающих усилий в стойках под доковыми опорами. На рисунке ниже показана эпюра осевых усилий в той же раме, стрелками обозначены места установки стапельных опор.

fea_11

Полученные результаты позволили сделать вывод, что

  • ветви рамных шпангоутов требуют усиления от основной плоскости до платформы на уровне 5500 мм от ОП;
  • стойки между исходной стапель-палубой и новой на расстоянии 7750 мм от диаметральной плоскости при восприятии нагрузок от стапельных опор будут терять устойчивость, чтобы избежать этого исходные сечения стоек из прокатного уголка 75х75х8 были заменены двутавром  80х6/300х6;
  • раскосы в зоне сопряжения борта с понтоном при погружении дока на глубину 8,9 будут терять устойчивость, чтобы избежать этого исходные сечения из прокатного уголка 75х75х8 были усилены таким же уголком 75х75х8 и собраны в замкнутый квадратный профиль;
  • Днищевая обшивка и нижняя часть бортовой обшивки для восприятия гидростатических нагрузок должны быть выполнены из листов толщиной 10 мм, вместо 6 мм, как в исходной конструкции.

Усилия в элементах конструкции, полученные при моделировании вышеупомянутых стержневых систем, были переданы в вычислительный комплекс Salome для дальнейшего исследования зон концентрации напряжений.

В программном комплексе Salome были построены пластинчатые модели ответственных узлов и на подробных сетках выполнены расчеты при действии наиболее неблагоприятных сочетаний нагрузок.

fea_9

По результатам были выявлены зоны концентрации опасных напряжений (см. рис. ниже) и принято решение об установке дополнительных книц в узлах крепления платформ к шпангоутам для более равномерного распределения напряжений.

fea_10

Таким образом применение вычислительных комплексов SCAD и Salome позволило в сжатые сроки выполнить детальную оценку местной прочности конструкции плавучего дока и принять необходимые меры, обеспечивающие его надежную эксплуатацию.