Wyniki wyszukiwania - BazTech

Ograniczanie wyników

Znaleziono wyników: 2

Liczba wyników na stronie

Wyniki wyszukiwania

Wyszukiwano:
w słowach kluczowych: kołysanie statków

Sortuj według:

Ogranicz wyniki do:

Szacowanie okresu kołysań własnych statków kontenerowych : porównanie metody uproszczonej z wynikami badań symulacyjnych

Krata P., Wawrzyński W.

Autobusy : technika, eksploatacja, systemy transportowe

2016

R. 17, nr 4

72--77

Artykuł przedstawia porównanie wartości okresu kołysań swobodnych statku wyznaczonego na podstawie wzorów uproszczonych zalecanych przez IMO w Kodeksie Stateczności Statku Nieuszkodzonego oraz uzyskanych w toku przeprowadzonych symulacji numerycznych. Do wykonania analizy wykorzystano dane trzech statków kontenerowych różnej wielkości i różnej generacji. Przyjęto po cztery typowe stany załadowania dla każdego ze statków. Wyniki porównania zestawiono na wykresach okresu kołysań w funkcji amplitudy dla szerokiego zakresu amplitud kołysania bocznego.

The paper deals with the matter of estimation of ship’s free rolling period. The comparison of calculations based on the IMO-recommended method versus numerical simulations is presented. The particulars of three container vessels of different sizes and generation were used to perform simulations of their free rolling. Four typical loading conditions of each ship were taken into account. The results of comparison are presented in the form of plots presenting obtained rolling periods versus rolling amplitude for a wide range of such amplitude of ship rolling.

Wpływ kołysań statku na niezawodność elementów konstrukcji okrętowych

Rosochacki W.

Prace Naukowe Politechniki Szczecińskiej. Wydział Techniki Morskiej

2006

Nr 590 (1)

5-102

Kołysania statku są dla wielu elementów konstrukcji okrętowych dominującym zjawiskiem prowadzącym do ich uszkodzeń. Dla takich właśnie elementów opracowano metodę opisującą wpływ kołysań statku na ich niezawodność. W tym celu określono model niezawodnościowy oraz zaproponowano metody jego badań. Wskazano, że użyteczną miarą niezawodności w takim modelu może być prawdopodobieństwo niewystąpienia uszkodzenia w zakładanych warunkach i czasie eksploatacji statku. Uszkodzenia utożsamiono z przypadkami, gdy naprężenia w procesie eksploatacji osiągają poziom granicy plastyczności lub występuje pęknięcie zmęczeniowe. W odróżnieniu od propozycji spotykanych w literaturze proponowane w niniejszej pracy ujęcie pozwala na analizę niezawodności z jednoczesnym uwzględnieniem obu procesów uszkodzeń. Prezentowana metoda ma charakter uniwersalny i może być jednym z punktów wyjścia do opracowania podstaw racjonalnego oddziaływania na niezawodność różnych elementów konstrukcyjnych funkcjonujących w warunkach losowych procesów obciążeń. Oryginalnym elementem pracy jest propozycja sposobu uwzględniania stochastycznych zależności łączących cechy zdatności. Zwrócono tu uwagę nie tylko na związki wynikające z wpływu na wartości obu cech wspólnego dla nich procesu obciążeń, ale również na zależności wynikające z korelacji granic: plastyczności i zmęczenia elementu oraz z wpływu procesu kumulacji zmęczenia objętościowego na poziom granicy plastyczności. W analizach uwzględniono również: sekwencję procesów naprężeń wynikającą z procesu eksploatacji statku. Rezultaty analiz obejmujących taki obszar zagadnień nie były dotychczas publikowane. Przedstawiono dwie metody badań modelu niezawodnościowego: analityczną oraz symulacyjną. W przypadku metody analitycznej rozwiązanie w postaci funkcji opisujących wartości poszukiwanych miar uzyskano przyjmując założenie o braku zależności stochastycznych pomiędzy cechami zdatności. Uwzględnienie takich zależności, jak wykazano, jest możliwe po zastosowaniu do badań metody symulacji komputerowej. W tym celu zaproponowano oryginalny algorytm łączący proces losowy naprężeń oraz parametry wytrzymałościowe materiału z zasadą kumulowania uszkodzeń zmęczeniowych Cortena-Dolana i modelem zmęczeniowym określonym zmodyfikowaną krzywą Wohlera. Algorytm ten dał podstawę budowie komputerowego programu narzędziowego umożliwiającego określenie wpływu kołysań statku na niezawodność elementów jego konstrukcji w przypadku, gdy kołysania można uznać za dominujące zjawisko prowadzące do wymienionych wyżej uszkodzeń. Zaproponowana metodyka pozwala na prowadzenie analiz obejmujących zdarzenia typu: uszkodzenie zmęczeniowe lub przeciążenie z wykorzystaniem tych samych zbiorów realizacji naprężeń. W efekcie możliwe są badania wpływu różnych czynników na poziom niezawodności z uwzględnieniem zależności stochastycznych między cechami zdatności. Przytaczany w pracy przykład był, dla przejrzystości wywodów, znacznie uproszczony. Istnieje jednak wiele ważnych konstrukcji okrętowych, jak np.: sterowe, ratunkowe czy zamknięcia otworów kadłubowych oczekujących na opracowanie charakterystyk, dających możliwość prowadzenia analiz niezawodnościowych z uwzględnieniem wpływu kołysań statku. W analizowanym przykładzie dokonano oceny wpływu na wartości miar niezawodności: procesu naprężeń oraz losowego charakteru granic plastyczności i zmęczenia elementu. Uwzględniono zależności stochastyczne między cechami zdatności. Podjęto również próbę oceny takiego wpływu z uwzględnieniem korelacji obu granic oraz zależności granicy plastyczności od procesu zmęczenia objętościowego. Na podstawie uzyskanych rezultatów badań symulacyjnych stwierdzono między innymi, że: - szacowanie prawdopodobieństwa bezuszkodzeniowej pracy z uwzględnieniem faktu, że oba procesy analizowanych tu uszkodzeń powiązane są z tym samym procesem naprężeń prowadzi do uzyskania wartości nieznacznie większych niż określonych bez uwzględniania takiej zależności, - uwzględnienie silnej zależności stochastycznej granicy plastyczności i granicy zmęczenia prowadzi do kilkuprocentowego wzrostu wartości prawdopodobieństwa bezuszkodzeniowej pracy w stosunku do określonej przy braku takiej zależności, - wpływ wariancji liczby cykli zmian naprężeń w cyklach eksploatacyjnych na wartości rozważanych miar jest pomijany, - prawdopodobieństwo pęknięcia zmęczeniowego może przyjmować wysoką wartość nawet przy stosunkowo niewielkiej wartości względnego uszkodzenia zmęczeniowego, - uwzględnienie w analizach zależności granicy plastyczności od wartości względnego uszkodzenia zmęczeniowego (traktowanego tu jako miara zmian zmęczenia objętościowego) może prowadzić do znacznego obniżenia prawdopodobieństwa pracy bez uszkodzeń; należy jednak podkreślić, że w tym zakresie badania mają charakter rozpoznawczy i bazują na ograniczonej liczbie danych literaturowych. W badanym przykładzie wpływ zależności stochastycznych wiążących cechy zdatności ma istotne znaczenie dla poziomu prawdopodobieństwa wystąpienia uszkodzenia. Pominięcie tych związków prowadzi nawet do kilkuprocentowego obniżenia wartości miar niezawodności. Rezultat taki, przy realnych poziomach wartości tych miar, może oznaczać znaczny wzrost prawdopodobieństwa wystąpienia uszkodzenia. Powyższe stwierdzenie, zdaniem autora, można uznać za dorobek wnoszący istotny wkład w rozwój nauki o niezawodności elementów konstrukcji okrętowych. Istnieje jednak potrzeba rozstrzygnięcia, czy stwierdzone wpływy są właściwe tylko analizowanemu w pracy przykładowi obliczeniowemu, czy też podobne zależności istnieją w innych przypadkach, dla innych klas elementów konstrukcyjnych, materiałów oraz warunków obciążenia. Ograniczony zakres i liczba przeprowadzonych badań nie pozwalają jednak na wyciągnięcie zbyt daleko idących wniosków. Z tego też względu konieczne jest, zdaniem autora, kontynuowanie tego typu badań na zróżnicowanych próbach statystycznych. Istnieje jednak istotne utrudnienie w realizacji takiego celu. Wynika ono z niedostępności odpowiednich danych doświadczalnych, które mogłyby służyć identyfikacji parametrów statystycznych wielkości ujętych w modelu. Przedstawione w opracowaniu zagadnienia są szczególnie istotne wobec znanych wyników badań zmian właściwości mechanicznych materiału elementów wstępnie cyklicznie obciążonych [26, 102, 117]. Jak wykazano na przykładzie obliczeniowym, jednym z istotnych zjawisk mających wpływ na poziom prawdopodobieństwa uszkodzenia jest zmienność granicy plastyczności będąca skutkiem cykliczności naprężeń. Niestety autorowi nie udało się przeprowadzić badań, które pozwoliłyby na sformułowanie zależności opisującej w dostatecznym stopniu wpływ procesu kumulowania zmian zmęczeniowych na wartość granicy plastyczności w warunkach działania losowego procesu obciążeń. Przyjęty do przykładowych analiz niezawodnościowych opis takiej zależności (2.39) niestety nie jest oparty na dostatecznych podstawach, zarówno eksperymentalnych, jak i teoretycznych, aby mógł stanowić propozycję do sformułowania ogólnej postaci do tego typu związku. Możliwość wystąpienia istotnego obniżenia granicy plastyczności wskutek działania naprężeń zmiennych, podrozdział 2.3, oraz rezultaty analiz prezentowane w rozdziale 5 wyznaczają, zdaniem autora, jeden z przyszłościowych celów prac laboratoriów wytrzymałościowych. Powinny go stanowić badania zmian granicy plastyczności materiałów konstrukcyjnych wstępnie cyklicznie obciążonych dla warunków, gdy obciążenia te mają charakter losowy. Postulat prowadzenia takich badań przedstawiono między innymi w publikacji [102]. Możliwie szczegółowe rozpoznanie wspomnianego zjawiska dla jak najliczniejszej grupy materiałów konstrukcyjnych, w tym stosowanych w okrętownictwie, znacząco poszerzy podstawę prowadzenia analiz nieuszkadzalności i udokładni ich rezultaty. Dla innych, niż rozpatrywany w niniejszym opracowaniu, modeli niezawodnościowych może być ważne określenie wpływu naprężeń zmiennych na zmiany różnych właściwości mechanicznych. Na istnienie takich wpływów wskazują rezultaty opublikowane między innymi w pracy [26]. W pracy poddano analizom procesy naprężeń, dla których oczekiwana wartość maksymalnej amplitudy nie przekraczała wartości oczekiwanej granicy plastyczności. Niewątpliwie interesującym zagadnieniem z punktu widzenia analiz niezawodnościowych jest rozpatrzenie sytuacji, gdy prawdopodobieństwo wystąpienia naprężeń większych od granicy plastyczności (przy tylko częściowym uplastycznieniu przekroju) może być znaczne. Analiza powinna wówczas uwzględniać zagadnienie zmęczenia niskocyklowego, a do oceny trwałości elementu należałoby zastosować kryterium kumulacji odkształceń całkowitych. Podstawą podjęcia tematyki nieuszkadzalności w takim ujęciu może być na przykład publikacja [73], w której autorzy przedstawili ocenę wartości oczekiwanej względnego uszkodzenia zmęczeniowego również z uwzględnieniem zmęczenia niskocyklowego. Prezentowany w niej model matematyczny, zdaniem autora niniejszej pracy, może stanowić jedną z podstaw rozbudowy przedstawionego tu modelu symulacyjnego. W niniejszym opracowaniu problem degradacji elementów konstrukcji okrętowych został przeanalizowany tylko w aspekcie wpływu kołysań statku na proces zmęczenia materiału. Nie rozważano zatem innych, ważnych procesów degradacyjnych takich jak: starzenie się materiału, zużycie powierzchniowe czy procesy korozyjne. Nie poruszono również zagadnienia wpływu na niezawodność elementów konstrukcji okrętowych drgań kadłuba statku. Uwzględnienie takich procesów jak również zmęczenia niskocyklowego jest ambicją autora w dalszych pracach nad doskonaleniem modelu niezawodności elementów konstrukcji okrętowych.

The work includes a definition of reliability model to be used for ship structure elements whose reliability is influenced in a significant way by the ship rolling motions. The methods for the research of this model characteristics are proposed, and it is pointed out that an effective measure of reliability is a probability of damage not taking place in the assumed circumstances occurring during the service of a ship. The damage is defined as the cases when stress in service reaches the level of yield point or a fatigue crack occurs. The proposed approach features an attempt to comprehensively analyse the problem of shaping the reliability of ship structure elements during their design phase. The original part of the work is a proposal for a method of accounting for stochastic relations between the fitness-for-use characteristics. Attention is paid not only to relations stemming from the influence exerted by the loading process (common for both characteristics) on their values, but also to the relations stemming from the correlation of limits : yield point and element fatigue limit, as well as the influence exerted by the volumetric fatigue accumulation process on the yield point value. The analysis also accounts for the sequence of stress processes brought about by the operation of the ship. Two methods of research into the reliability model behaviour are presented: the analytical one and a simulation-based one. In case of analytical method the solution (functions describing the values of sought measures) has been obtained assuming the non-existence of stochastic relations between fitness-for-use characteristics. Accounting for such relations has been shown to be possible when computer simulation is used as a research tool. An original algorithm has been proposed for this purpose, combining stochastic stress process and material strength parameters with the Corten-Dolan fatigue damage accumulation law and the fatigue model defined by the modified Wohler curve. The work presents an example of analysis, which has been done to evaluate the impact of stress process and a stochastic nature of yield point and element fatigue limit on the values of reliability measures. The stochastic relations between fitness-for-use characteristics are accounted for. An attempt has also been undertaken to evaluate such an influence accounting for the correlation of both limits as well as the dependence of yield point on the volumetric fatigue process. The analysed example features a significant importance of the impact exerted by stochastic relations, combining the fitness-for-use characteristics, on the damage occurrence probability levels. Leaving these relations out of the equation leads to the values of reliability measures getting underestimated by up to a few percent. Such a result, for the actual values of these measures, may lead to the increased probability of damage occurrence. The problems presented in the paper are particularly important due to the fact that element material mechanical properties change when the elements are periodically pre-loaded. As has been shown, one of the important phenomena influencing the damage occurrence probability values is a variability of yield point value brought about by the existence of variable stress. Possible detailed reconnaissance into the aforementioned phenomenon, when carried out for a possibly numerous group of construction materials, shall significantly broaden the basis for the conduction of damage prevention margin analyses and make their results more accurate. The analysis of the problem of degradation of ship structure elements, included in underlying work, is based only on the impact that ship rolling motions have on the progress of material fatigue process. No other, important degradation-related processes are discussed, such as the material ageing process, surface abrasion or corrosion processes. The impact of ship hull vibration on the reliability of ship structure elements has also been left out of discussion. Accounting for these processes, as well as for the low-cycle fatigue, is the ambition of the author in his further work on the perfecting of reliability models used for ship structure elements.