§ 15. Результаты определения концентрации напряжений в районе прямоугольных вырезов в борту с помощью экспериментальных методов
Достоинством теоретических методов при исследовании прочности судовых конструкций является возможность аналитического представления ряда интересующих исследователя зависимостей, а также быстрая реализация их на ЭЦВМ при достаточно многочисленном варьировании исходных данных. В задачах изучения концентрации напряжений это позволяет установить влияние на напряженное состояние конструкций изменения основных геометрических параметров вырезов, экспериментальный учет которых не всегда поддается точной оценке. В то же время точный теоретический метод для пластин с вырезами не позволяет еще в некоторых случаях достаточно просто учесть влияние таких важных факторов, как конечность размеров перекрытий, влияние соседних перекрытий, а также некоторых подкрепляющих конструкций. Так как это влияние может быть иногда довольно существенным, приходится пользоваться и экспериментальными методами.
В судостроении используются в основном тензометрический и фотооптический методы экспериментального изучения прочности конструкций [76, 119].
С помощью тензометрирования проводятся испытания как модельных, так и натурных конструкций, а также непосредственно испытания исследуемой конструкции в составе корпуса при плавании судна. Тензометрический метод удобен при измерении деформаций в рассматриваемой точке конструкции. Однако его использование для определения максимальных коэффициентов концентрации на кромке вырезов может привести к большим погрешностям, так как градиент изменения напряжений в зонах максимальной концентрации очень велик, и даже малобазные тензометры дают только осредненные величины деформаций. Кроме того, сами погрешности метода не всегда поддаются контролю.
Испытания натурных конструкций дают возможность получить величины действующих напряжений в исследуемых объектах.
Испытаний модельных конструкций позволяют без больших затрат изучить влияние на концентрацию напряжений изменения отдельных параметров конструкции, подобной реальной.
Фотооптическим методом можно установить местоположение повышенных напряжений на кромке выреза и определить их максимальные величины. Для этого вполне достаточно использовать модели сравнительно небольших размеров. Однако применение этого метода для определения напряжений в поле исследуемых пластин с вырезами, а также при наличии подкрепляющих конструкций вызывает большие трудности.
Достоинством моделирования при изучении напряженного состояния судовых конструкций в районе вырезов является возможность осуществления условного конструктивного подобия, а также подобия по виду напряженного состояния. Поскольку при исследовании определяются в основном относительные величины деформаций — коэффициенты концентрации напряжений, дающие и количественную, и качественную оценку напряженного состояния, — то данные опытов могут быть использованы и для прогноза напряженности действительных конструкций.
Рассмотрим результаты исследований, проведенных с помощью различных экспериментальных методов в лаборатории «Прочность судовых конструкций» ДВПИ с целью определения влияния на напряженное состояние в районе бортовых и других прямоугольных вырезов их геометрических и конструктивных параметров.