Результат интеллектуальной деятельности: Способ нагружения корпуса судна при проведении испытаний

Изобретение относится к области судостроения, в частности к способам испытаний корпусов судов, и может быть использовано для определения их прочностных и деформационных характеристик в процессе разработки, эксплуатации и ремонта.

Известен способ нагружения корпуса судна с помощью стенда, в котором размещают опоры на основании, далее устанавливают емкости из гибкого воздухонепроницаемого материала, выполненные с возможностью подачи в них сжатого воздуха и измерения внутреннего давления воздуха в каждой из них, после чего устанавливают корпус судна на емкости, которые в процессе нагружения заполняют сжатым воздухом. При этом емкости опирают на опоры в виде балок, по всей площади их рабочих поверхностей, а стенд для испытаний снабжен нагружающим устройством в виде системы рычажных связей (см. авт.св. СССР № 1573361, опубл. 23.06.1990).

Недостатком технического решения является ограниченная область применения на практике из-за следующих факторов:

- возможность моделирования только распределенных нагрузок;

- возможность нагружения только днища судна и его верхней палубы;

- для моделирования распределенных нагрузок необходимо размещать емкости под всей рабочей площадью днища равномерно и плотно, что связано с высокой трудоемкостью;

- в испытательном стенде предусмотрено измерение только суммарной величины сил поддержания, без учета и возможности контроля внутреннего давления воздуха в каждой из емкостей;

- эксплуатация испытательного стенда затруднена при нагружении судов с килеватостью (подъем днища к бортам), а также острыми или криволинейными обводами.

В качестве ближайшего аналога принят способ нагружения корпуса судна для определения его веса, включающий установку судна на кильблоках, расположенных на основании, в промежутки между которыми, симметрично относительно диаметральной плоскости судна, на основание укладывают нагружающие средства, выполненные в виде емкостей из гибкого воздухонепроницаемого материала с возможностью подачи в них сжатого воздуха и измерения внутреннего давления воздуха в каждой емкости, причем в процессе нагружения емкости заполняют сжатым воздухом до тех пор, пока судно не потеряет контакт с кильблоками (см. патент РФ № 2466901, опубл. 20.11.2012).

Недостатком ближайшего аналога является ограниченная область применения на практике из-за следующих факторов:

- возможность нагружения только днища судна и его верхней палубы;

- осуществление данного способа затруднено при нагружении судов с килеватостью (подъем днища к бортам), а также острыми или криволинейными обводами;

- сжатый воздух подается одновременно во все емкости.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка способа нагружения корпуса судна с широкими возможностями моделирования различных нагрузок и сложных напряженно-деформированных состояний.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в повышении достоверности условий нагружения при испытании корпусов судов в лабораторных условиях и расширении возможностей моделирования различных нагрузок и сложных напряженно-деформированных состояний из-за следующих факторов:

- возможность моделирования как распределенных, так и сосредоточенных нагрузок;

- возможность нагружения днища и бортов судна;

- возможность задействования в работе не всех, а лишь некоторых емкостей;

- возможность задания различных значений внутреннего давления воздуха в разных емкостях;

- возможность нагружения судов с килеватостью (подъем днища к бортам), а также острыми или криволинейными обводами;

- автономность нагружающих средств, работающих независимо друг от друга;

- возможность моделирования сложных напряженно-деформированных состояний как в продольных, так и в поперечных плоскостях судна;

- возможность моделирования динамических и циклических нагрузок с переменными значениями, например волновых.

Поставленная задача решается тем, что в способе нагружения корпуса судна при проведении испытаний, включающем установку судна на кильблоках, расположенных на основании, в промежутки между которыми, симметрично относительно диаметральной плоскости судна, на основание укладывают нагружающие средства, выполненные в виде емкостей из гибкого воздухонепроницаемого материала с возможностью подачи в них сжатого воздуха и измерения внутреннего давления воздуха в каждой емкости, причем в процессе нагружения емкости заполняют сжатым воздухом до тех пор, пока судно не потеряет контакт с кильблоками, после установки судна на кильблоки вдоль корпуса судна, с образованием зазоров с внешней поверхностью обращенных к ним бортов, устанавливают вертикально ориентированные ограждающие конструкции, выполненные с возможностью разъемного соединения с нагружающими средствами, дополнительные нагружающие средства бортов размещают в зазорах и соединяют с соответствующими ограждающими конструкциями, причем нагружающие средства бортов выполнены в виде емкостей из гибкого воздухонепроницаемого материала с возможностью подачи в них сжатого воздуха и измерения внутреннего давления воздуха в каждой емкости, кроме того, в процессе нагружения емкости бортов заполняют сжатым воздухом до обеспечения плотного контакта между нагружающими средствами бортов и обращенными к ним поверхностями соответствующего борта и соответствующей ограждающей конструкции, кроме того, в процессе нагружения сжатый воздух подают раздельно в каждую наполняемую емкость.

Кроме того, вертикально ориентированные ограждающие конструкции устанавливают симметрично относительно диаметральной плоскости судна.

Кроме того, при установке ограждающих конструкций их жестко закрепляют в пространстве.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналогов свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».

При этом отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.

Признаки «после установки судна на кильблоки вдоль корпуса судна… устанавливают вертикально ориентированные ограждающие конструкции» и признаки второго зависимого пункта формулы обеспечивают формирование основания для нагружающих средств бортов. При этом за счет изменения формы вертикального поперечного сечения ограждающих конструкций обеспечивается возможность нагружения судов с килеватостью (подъем днища к бортам), а также острыми или криволинейными обводами.

Признаки «вертикально ориентированные ограждающие конструкции… устанавливают с образованием зазоров с внешней поверхностью обращенных к ним бортов» обеспечивают возможность прикладывания нагрузки от нагружающих средств в любую точку внешней поверхности борта.

Признаки «вертикально ориентированные ограждающие конструкции выполнены с возможностью разъемного соединения с нагружающими средствами» обеспечивают возможность быстрой и легкой смены расположения нагружающих средств бортов.

Признаки «дополнительные нагружающие средства бортов размещают в зазорах и соединяют с соответствующими ограждающими конструкциями» и «в процессе нагружения емкости бортов заполняют сжатым воздухом до обеспечения плотного контакта между нагружающими средствами бортов и обращенными к ним поверхностями соответствующего борта и соответствующей ограждающей конструкции» обеспечивают передачу нагрузки от нагружающих средств на борт судна при обеспечении их неизменного положения в пространстве.

Признаки «нагружающие средства бортов выполнены в виде емкостей из гибкого воздухонепроницаемого материала с возможностью подачи в них сжатого воздуха и измерения внутреннего давления воздуха в каждой емкости» описывают конструкцию и принцип работы нагружающих средств бортов.

Признак «в процессе нагружения сжатый воздух подают раздельно в каждую наполняемую емкость» обеспечивает возможность задействования в работе не всех, а лишь некоторых емкостей при обеспечении их автономной работы.

Признаки первого зависимого пункта формулы обеспечивают одинаковую величину зазоров в одной горизонтальной плоскости и как следствие позволяют моделировать однородные условия нагружения как со стороны правого, так и левого борта судна.

На фиг.1 изображен вид сбоку судна с равномерно заполненными нагружающими средствами.

На фиг.2 изображен вид сверху судна с равномерно заполненными нагружающими средствами.

На фиг.3 изображен вид спереди судна с равномерно заполненными нагружающими средствами.

На фиг.4 изображена схема нагружения корпуса для формирования изгиба в вертикальной плоскости.

На фиг.5 изображена схема нагружения корпуса для формирования изгиба в горизонтальной плоскости.

На фиг.6 изображена схема нагружения корпуса для формирования кручения.

На чертежах показаны судно 1, кильблоки 2, основание 3, нагружающие средства 4, вертикально ориентированные ограждающие конструкции 5, нагружающие средства бортов 6, зазоры 7 между бортами судна 1 и вертикально ориентированными ограждающими конструкциями 5, кроме того, система для нагружения дополнительно содержит источник рабочего тела в виде компрессора 8, ресивер 9, автоматические коммутационные клапаны 10 и блок управления 11 автоматическими коммутационными клапанами 10.

В качестве основания 3 и вертикально ориентированных ограждающих конструкций 5 можно использовать пол и стены сухого дока соответственно.

При этом вертикально ориентированные ограждающие конструкции 5 выполнены с возможностью разъемного соединения с нагружающими средствами бортов 6.

Нагружающие средства 4 и нагружающие средства бортов 6 выполнены в виде емкостей из гибкого воздухонепроницаемого материала с возможностью подачи в них сжатого воздуха и измерения внутреннего давления воздуха в каждой емкости.

Заявляемый способ осуществляют следующим образом.

Предварительно устанавливают кильблоки 2 на основание 3, а на кильбоки 2 устанавливают судно 1.

В промежутки между кильблоками 2, симметрично относительно диаметральной плоскости судна, на основание 3 укладывают нагружающие средства 4.

Также после установки судна 1 на кильблоки 2, вдоль корпуса судна 1 с образованием зазоров 7 с внешней поверхностью обращенных к ним бортов, устанавливают вертикально ориентированные ограждающие конструкции 5.

После чего в зазорах 7 размещают в соответствии со схемой нагружения нагружающие средства бортов 6 и разъемно соединяют с соответствующими ограждающими конструкциями 5.

На заключительном этапе наполняют сжатым воздухом с помощью компрессора 8 через ресивер 9 и автоматические коммутационные клапаны 10, управляемые блоком управления 11, нагружающие средства 4 и/или нагружающие средства бортов 6 в соответствии со схемой нагружения при измерении и фиксации давления в каждой емкости посредством измерительных средств (на чертежах не показаны).

При этом нагружающие средства 4 заполняют сжатым воздухом до тех пор, пока судно 1 не потеряет контакт с кильблоками 2, а нагружающие средства бортов 6 заполняют сжатым воздухом до обеспечения плотного контакта между нагружающими средствами бортов 6 и обращенными к ним поверхностями соответствующего борта и соответствующей ограждающей конструкции 5.

Например, для того чтобы сформировать изгиб судна 1 в вертикальной плоскости, необходимо обеспечить изменение внутренних давлений в нагружающих средствах 4, расположенных под носовой и кормовой оконечностями судна и размещенных под центральной частью судна, в соответствии с изменением сил поддержания по длине корпуса судна при прохождении вдоль судна профиля волны. При этом давление в нагружающих средствах 4, расположенных симметрично относительно диаметральной плоскости, меняется одинаково.

Для формирования изгиба судна в горизонтальной плоскости необходимо обеспечить изменение внутренних давлений в нагружающих средствах бортов 6, размещенных по разные стороны диаметральной плоскости судна, при этом нагружающие средства бортов 6 должны быть расположены в одной горизонтальной плоскости.

Для формирования кручения судна необходимо обеспечить кососимметричное изменение давления в нагружающих средствах 4, например, путем повышения давления в носовой оконечности по правому борту и в кормовой оконечности по левому борту с одновременным снижением давления в носовой оконечности по левому борту и в кормовой оконечности по правому борту и наоборот.

При изменении давления сжатого воздуха в емкостях в течение определенного периода времени можно моделировать динамические и нерегулярные нагрузки с переменными значениями, например волновые нагрузки.