Повреждения судовых конструкций

В разделе обобщен отечественный я зарубежный опыт борьбы с повреждениями судовых корпусных конструкций. Рассматриваются результаты теоретических и экспериментальных исследований условий работы конструкций, возможности улучшения их работоспособности. Особое внимание уделено выбору оптимальных методов проектирования судовых конструкций. Раздел предназначен для проектировщиков и научных работников судостроительной промышленности.

Иллюстраций: 256. Таблиц: 19. Литература - 240 названий. 

Обеспечение надежной работы корпусных конструкций во время эксплуатации судов — одна из важнейших проблем, которая должна решаться в процессе проектирования судна. Материалы для решения этой проблемы даёт, в. частности, опыт эксплуатации судов транспортного и промыслового флотов в наиболее тяжелых условиях плавания.

Северные моря Тихого океана и Северная Атлантика являются районами с наиболее тяжелыми условиями зимнего плавания. В Северной Атлантике транспортные суда и суда рыбопромыслового флота в зимних условиях плавают с давних пор, плавание зимой в водах северных морей Тихого океана началось сравнительно недавно. Условия плавания на севере Тихого океана более тяжелые, чем в Северной Атлантике [14]. Об этом свидетельствуют результаты многолетнего сбора сведений о погодных условиях.

Особенно большую опасность для мореплавания в Беринговом и Охотском морях и в заливе Аляска представляют зимние циклоны, которые часто: неожиданно изменяют направление, могут появляться «совершенно внезапно, и суда не успевают покинуть опасную зону.  Циклоны сопровождаются резким падением температуры, ураганными ветрами  и интенсивными снегопадами. Срываемые ветром с вершин волн брызги каскадом накрывают надпалубные конструкции, такелаж, рангоут и устройства, и вскоре все, что расположено на судне выше верхней палубы, превращается в сплошную глыбу льда от кормы до носа. В этих условиях скалывание льда экипажем часто не дает положительных результатов, и только счастливой случайностью можно объяснить благополучное возвращение некоторых подвергшихся обледенению судов в порт или укрытие. Даже в водах Японского моря происходит обледенение крупнотоннажных судов, которые часто можно видеть возвышающимися ледяными глыбами над причалами Владивостока. Суда по нескольку дней не могут приступить к грузовым операциям, пока не будет убран лед, мешающий работе устройств и открытию грузовых люков.

Известны случаи гибели судов в результате опрокидывания. Так, 19 января 1965 г. в Беринговом море вследствие обледенения опрокинулось три рыболовных траулера. Спасся только один человек, снятый с киля плавающего вверх дном судна. Спасенный сообщил, что всю ночь экипаж безуспешно скалывал лед.

Можно привести еще примеры суровых условий плавания судов. В начале 1973 г. всем судам, находящимся в Беринговом и Охотском морях, было дано предупреждение о нависшей над ними опасности. Предупреждение повещало о возможности встречи с гигантскими волнами, которые могли возникнуть в результате зарегистрированного девятибалльного подводного землетрясения, происшедшего восточнее южной оконечности Камчатки. На этот раз все обошлось благополучно.

В это же время теплоход Н. Карамзин был настигнут у Тихоокеанского побережья Японии рядом крутых десятиметровых волн, шедших на судно отвесной стеной и вызвавших крен судна до 35—40°. Натиск продолжался около четырех минут. Ученые предполагают, что судно встретилось с так называемыми «атмосферными волнами», которые возникли из-за резкого изменения давления над океаном, являющегося следствием разности температур.

Такие очень крутые волны наблюдались однажды зимой и в районе Исландии. Были зарегистрированы волны высотой 21,3 м при длине 220 м, а также и более крутые, высотой 16,7 м при длине около 50 м. Волны были зарегистрированы судном, производившим специальные эксперименты в море.

Весной 1959 г. у берегов Камчатки пароход Кулу испытал водотрясение, вызванное Подводным землетрясением. На море вздымались фонтаны, и поверхность его покрывалась кипящей пеной. Судно содрогалось от носа до кормы. Вышло из строя рулевое устройство.

В подобных же условиях оказались спасательный буксир Решительный во время землетрясения в 1964 г. на Аляске, пассажирское судно М. Урицкий в 1964 г. у Курильских островов, китобаза Дальний Восток вблизи Алеутских островов. Во всех случаях у команды и пассажиров создавалось впечатление, что судно внезапно село на подводную скалу.

Возникновение волн  вследствие подводных землетрясений в Тихом океане — нередкое явление. Иногда наблюдались крупные волны высотой до 25 м.

В 1973 г. каравану из четырех судов под зимней проводкой ледокола Москва, следовавшему во льдах Охотского моря, было дано предупреждение о возможности попадания его в центр циклона. Под чудовищным напором ураганного ветра началась передвижка льда, представляющая собой грозную опасность для корпусов транспортных судов. В таких же условиях и часто без помощи ледоколов оказываются многочисленные промысловые суда в Бристольском заливе, спасающиеся во время жестокого шторма от обледенения в сплошных полях льда, покрывающего зимой этот залив. Однако куски и отдельные поля льда, которые отрываются под действием волнения и ветра, могут нанести судну пробоины в наружной обшивке еще до того, как удастся войти в сплошные поля через образовавшиеся от волнения трещины и уйти по ним дальше в лед от его кромки. Эта операция, кроме того что таит в себе опасность получения повреждений корпуса, не всегда выполнима, так как маневрирование во льдах без ледокола встречает большие трудности.

Зимние плавания во льдах Охотского моря в последние годы стали регулярными, и их совершает большое число транспортных судов. Северные моря и моря Тихого океана с их чрезвычайно тяжелыми условиями плавания стали своеобразным полигоном для испытания вновь построенных судов.

Экспериментальные плавания в сплошных льдах Баренцева и Карского морей последние два года совершают транспортные суда под проводкой мощных ледоколов во главе с атомоходом Ленин. В 1973 г. в конце января благополучно пришли в Мурманск через льды два транспортных судна из устья Енисея.

Плавания судов в районах с суровыми погодными условиями позволяют быстрее, чем в других районах, выявить недостаточно надежные конструкции.

Многолетние наблюдения за эксплуатацией судов со сварными корпусами и статистические данные свидетельствуют о том, что повреждения получают в основном одни и те же конструкции. Наиболее часто судно получает повреждения в районе связей с резко изменяющимися поперечными сечениями (прерывистые связи), а также в таких районах корпуса, как днище в носовой части, фальшборты, продольные комингсы.

Несмотря на то что с начала массовой постройки судов с цельносварными корпусами прошло много лет, до сих пор остаются до конца не решенными многие вопросы, связанные с прочностью наиболее повреждаемых конструкций. Поэтому в разделе уделяется внимание именно тем конструкциям, при проектировании которых конструкторы не располагают еще достаточными данными для надлежащего решения вопросов прочности.

Авторы начали заниматься анализом повреждений конструкций корпуса в 1940 г., когда исследовались причины повреждения клепаных конструкций парохода Дальстрой [13, с. 105]. Повреждения были отмечены в районе прерывистых связей в виде трещин в углах грузовых люков, в карлингсе у угла люка и в других местах. Работы были продолжены при введении в эксплуатацию судов с цельносварными корпусами типа Либерти.

Многолетние наблюдения за эксплуатационными повреждениями этих судов дали богатый материал, на базе которого была предложена и осуществлена модернизация ряда дефектных конструкций.

В последние годы авторами проводится изучение конструкций и качества материала корпуса судов Либерти при разделке их на металлолом. Первое из этих судов, Декабрист, было разделано во Владивостоке в 1973 г., после 30 лет беспрерывной эксплуатации.

Начиная с 50-х годов в морях Дальнего Востока появились новые сварные суда, построенные в различных странах. На этих  судах также наблюдались многочисленные повреждения, которые изучались. Дефектные конструкции модернизировались.

Изучение повреждений корпусных конструкций имело целью выяснить общие закономерности работы дефектных конструкций для совершенствования их форм и размеров, а также повышения их надежности.

Резкое увеличение в последние годы скоростей судов способствовало заметному увеличению числа повреждений от ударов носовой оконечностью о воду. Поэтому уточнение внешних нагрузок и вопросы обеспечения требуемой прочности днищевых перекрытий представляют Чрезвычайный интерес как для конструкторов, так и для исследователей.

Большое количество повреждений наблюдается в фальшбортах, при конструировании которых имеется много неясных вопросов. Актуальность их решения особенно возросла в связи с увеличением количества промысловых судов, работающих вдали от своих баз. Снабжение этих судов и снятие с них рыбопродукции производится в условиях волнения, вследствие чего возникают серьезные повреждения бортовых конструкций.

Другим обстоятельством, способствующим росту числа аварий фальшбортов, является увеличение палубных караванов леса на лесовозах.

Анализу условий работы судовых конструкций и возможностей повышения их работоспособности и посвящен настоящий раздел. Большое внимание уделяется вопросам, связанным с распределением напряжений в районе прямоугольных вырезов в палубе, бортах и надстройках. Приводятся также некоторые случаи образования отверстий в напряженном корпусе судна при ремонте?

Результаты исследований, представленные в виде графиков, дадут конструкторам возможность наметить правильный путь компенсации повышенных напряжений и надлежащим образом решить вопрос о выборе конструкций в районе вырезов.

Исследователи могут использовать разработанные алгоритмы для решения ряда новых вопросов.