Процесс совершенствования требований Общих правил Мако и выполнение регистром проверочных расчетов при рассмотрении проектной документации

Алексашин Димитрий Александрович; Бойко Максим Сергеевич; Кутейников Михаил Анатольевич; Сотсков Сергей Александрович

д.а. алексашин, м.с. бойко, м.а. кутейников, с.а. сотсков

ФАУ «Российский морской регистр судоходства», Санкт-Петербург

ПРОЦЕСС СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТРЕБОВАНИЙ ОБЩИХ ПРАВИЛ МАКО И ВЫПОЛНЕНИЕ РЕГИСТРОМ ПРОВЕРОЧНЫХ РАСЧЕТОВ ПРИ РАССМОТРЕНИИ ПРОЕКТНОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ

Исследуется вопрос применения Общих правил МАКО Российским морским регистром судоходства при рассмотрении проектной документации судов в постройке. Проведен анализ структуры требований данного нормативного документа, представлено специализированное программное обеспечение.

Ключевые слова: Общие правила МАКО, Российский морской регистр судоходства, ПО ATLAS, нефтеналивные суда, навалочные суда.

Авторы заявляют об отсутствии возможных конфликтов интересов.

Для цитирования: Алексашин Д.А., Бойко М.С., Кутейников М.А., Сотсков С.А. Процесс совершенствования требований Общих правил МАКО и выполнение Регистром проверочных расчетов при рассмотрении проектной документации. Труды Крыловского государственного научного центра. 2018; Специальный выпуск 2: 59-63.

УДК 629.5.011 DOI: 10.24937/2542-2324-2018-2-S-I-59-63

d.a. aleksashin, m.s. boyko, m.a. kuteynikov, s.a. sotskov

Russian Maritime Register of Shipping, Dvortsovaya nab., 8, St. Petersburg, Russia

IACS COMMON STRUCTURAL RULES DEvELOPMENT AND RS DESIGN vERIFICATION DURING SHIP PLAN APPROvAL

Application of IACS CSR by Russian Maritime Register of Shipping in plan approval process is considered. The structure of requirements under this regulatory document is analyzed and special-purpose software is presented.

Key words: IACS Common Structural Rules, Russian Maritime Register of Shipping, software ATLAS, oil tankers, bulk carriers. Authors declare lack of the possible conflicts of interest.

For citations: Aleksashin D.A., Boyko M.S., Kuteynikov M.A., Sotskov S.A. IACS Common Structural Rules development and RS design verification during ship plan approval. Transactions of the Krylov State Research Centre. 2018; Special issue 2: 59-63 (in Russian).

UDC 629.5.011 DOI: 10.24937/2542-2324-2018-2-S-I-59-63

Российский морской регистр судоходства как классификационное общество и член Международной Ассоциации Классификационных Обществ (МАКО) выполняет большой объем научно-исследовательских работ, направленных на совершенствование нормативных документов МАКО. Основной целью МАКО является повышение стандартов мореплавания, обеспечение гарантии морской безопасности через разработку и внедрение технических норм, а также результатов научных исследований и разра-

боток. Результатом многолетней совместной работы классификационных обществ стало вступление 1 июля 2015 г. в силу Общих правил МАКО [1], которые являются достаточно сложным нормативным документом и предполагают комплексный подход к анализу прочности и надежности судовых корпусных конструкций. Структурно Правила подразумевают два этапа расчета конструкции - предварительный (англ. prescriptive) этап, на котором при помощи относительно простых аналитических зависимостей

проектант может оценить размеры будущей конструкции, а также этап прямого расчета прочности (устойчивости, усталостной долговечности) при помощи метода конечных элементов (англ. direct strength/buckling/fatigue analysis), на котором проектант верифицирует размеры конструкции, полученные на первом этапе. Общие правила МАКО как нормативный документ постоянно совершенствуются, и РМРС активно принимает участие в этом процессе.

Выполнение проверочных расчетов корпусных конструкций на соответствие требованиям Общих правил МАКО требует использования специализированного программного обеспечения. Ведущие классификационные общества мира имеют в своем распоряжении собственные программные комплексы: DNV-GL - Nauticus Hull, Bureau Veritas -VeriSTAR Hull, ABS и LR - Common CSR Software, RINA - Leonardo Hull. Российский морской регистр судоходства использует собственный программный комплекс ATLAS.

ATLAS состоит из двух программных модулей: ATLAS PRESCRIPTIVE и ATLAS 3D. Модуль ATLAS PRESCRIPTIVE позволяет формировать поперечное сечение корпуса рассматриваемого судна и выполнять проверку общей и местной прочности, устойчивости и усталостной долговечности продольных элементов конструкции корпуса по требованиям части prescriptive Общих правил МАКО [2]. Также данный модуль дает возможность проводить расчет поперечных и продольных гофрированных и плоских переборок, расчет нагрузок от слеминга. На рис. 1 представлен общий вид окна интерфейса, реализующего проверку общей прочности.

После выполнения расчета в комплексе ATLAS PRESCRIPTIVE созданная модель корпуса импортируется в модуль ATLAS 3D для проверочного расчета методом конечных элементов (МКЭ) при помощи MSC NASTRAN. МКЭ позволяет приближенно численно решать широкий спектр физических проблем, которые математически формулируются в виде системы дифференциальных уравнений. В настоящее время данный метод широко используется для анализа напряженно-деформированного состояния судовых корпусных конструкций. Модуль ATLAS 3D позволяет производить МКЭ-расчет корпусных конструкций согласно требованиям Общих правил МАКО в полуавтоматическом режиме [3]. В процессе формирования геометрии модели должны быть сформированы все основные продольные и поперечные элементы конструкции корпуса, такие как:

• внутренняя и внешняя обшивка;

• палуба;

• флоры и стрингеры;

• балки основного и рамного набора;

• продольные и поперечные переборки;

• другие связи, включаемые в эквивалентный брус. Для получения приемлемого результата необходимо произвести моделирование как минимум трех грузовых отсеков по длине рассматриваемого судна, а также смоделировать переборки и рамный набор на концах модели. Модель должна повторять форму корпуса судна в рассматриваемом районе и покрывать всю ширину и высоту судна для того, чтобы имелась возможность прикладывать несимметричные случаи нагружения.

Рис. 1. Модуль atlas prescriptive. Модуль расчета общей прочности

Рис. 2. Модуль ATLAS 3D. Доработка модели

Рис. 3.Граничные условия типа Rigid links

С использованием различных встроенных инструментов модель корректируется, устанавливаются поперечные связи и местные подкрепления. Пример окна модуля корректировки и доработки модели представлен на рис. 2.

Согласно требованиям Общих правил, все листовые элементы конструкции должны моделироваться конечными элементами (КЭ) типа Shell. Для моделирования балок основного набора, ребер жесткости и свободных поясков балок рамного набора необходимо использовать КЭ типа Beam. Минимальный размер КЭ выбирается таким образом, чтобы между продольными балками размещался как минимум один КЭ, однако в любом случае он должен иметь размер не меньше чем 50 мм.

Для задания граничных условий в месте пересечения нейтральной оси поперечного сечения судна и диаметральной плоскости размещается независимая точка (анг. independent point), которая соединяется жесткими стержнями (анг. rigid links) с каждым узлом продольных связей корпуса на границе модели. На перемещение и поворот сформированной точки

накладываются ограничения согласно соответствующей главе Общих правил, что ограничивает передвижение и поворот сечения корпуса и выполнение гипотезы плоских сечений (рис. 3).

Помимо этого на границе модели создаются дополнительные балки, соединяющие между собой продольные элементы конструкции корпуса судна в рассматриваемом районе (англ. end beams) (рис. 4). Геометрические характеристики данных дополнительных балочных элементов рассчитываются по методике, представленной в Правилах. Также на переднюю границу модели, на узел, находящийся на пересечении диаметральной плоскости и настила второго дна, накладывается ограничение на перемещение вдоль оси X.

После завершения формирования геометрии и закрепления модели к ней необходимо приложить расчетные нагрузки. Нагрузки, определяющие общую прочность, представляются перерезывающей силой и изгибающим моментом, которые прикладываются к концам модели. Местные нагрузки представлены так называемыми комбинациями (анг. pattern), моде-

___________________««—к—— __Рис. 4. Граничные условия

1 * Ы ■ ifH __• * л * * W ■- -. -У ■ * __- : Т а » » I -I ___ , ,

.■ типа End beams

Рис. 5. Приложение расчетных нагрузок к модели в ПО ATLAs 3D

Рис. 6. Напряжения в корпусных конструкциях, комбинация нагрузок В1

лирующими различные комбинации загрузки судна и внешних нагрузок (рис. 5). Необходимые для расчета случаи пронумерованы и занесены в соответствующую таблицу Общих правил.

После приложения расчетных нагрузок может быть выполнена проверка прочности модели в соответствии с требованиями Общих правил. Для каждого из случаев загрузки результат расчета можно представить как в виде полей распределения напряжений по конструктивным элементам (рис. 6), так и в виде таблиц с указанием соответствия конкретного конструктивного элемента требованиям Общих правил.

Программный комплекс ATLAS успешно прошел апробацию на тестовых проектах и каждые пять лет проверяется в ходе работы проектной команды МАКО Cross-check, что в настоящее время позволяет специалистам РМРС использовать комплекс ATLAS для рассмотрения проектов судов на соответствие требованиям Общих правил МАКО.

Библиографический список

1. IACS Common Structural Rules for Bulk Carriers and Oil Tankers. IACS, 2017.

2. Тряскин В.Н., Рюмин С.Н., Кутейников М.А., Бойко М.С. Автоматизированная подготовка исходных данных для расчета общей и местной прочности судна в соответствии с требованиями Общих правил МАКО при разработке программного обеспечения // Научно-технический сборник Российского морского регистра судоходства. 2017. № 46/47. С. 112-118.

3. Тряскин В.Н., Рюмин С.Н., Смирнов Ю.А., Матросов А.В., Неверовская Л.П., Кутейников М.А., Бойко М.С. Методические основы программного обеспечения подготовки данных для выполне-

ния прямых расчетов прочности корпусных конструкций нефтеналивных и навалочных судов в соответствии с требованиями Общих правил МАКО // Научно-технический сборник Российского морского регистра судоходства. 2011. № 34. С. 81-96.

Сведения об авторах

Алексашин Димитрий Александрович, инженер ФАУ «Российский морской регистр судоходства». Адрес: 191186, Россия, г. Санкт-Петербург, Дворцовая наб., 8. Телефон: +7 (812) 312-85-72. E-mail: aleksashin.da@rs-class.org.

Бойко Максим Сергеевич, к.т.н., начальник отдела ФАУ «Российский морской регистр судоходства». Телефон: +7 (812) 312-85-72. E-mail: boyko.ms@rs-class.org. Кутейников Михаил Анатольевич, д.т.н., начальник отдела ФАУ «Российский морской регистр судоходства». Телефон: +7 (812) 312-85-72. E-mail: kuteynikov.ma@rs-class.org.

Сотсков Сергей Александрович, главный специалист ФАУ «Российский морской регистр судоходства». Телефон: +7 (812) 312-85-72. E-mail: sotskov.sa@rs-class.org.

Process of updating IACS Common Structural Rules and RS verification calculations in plan approval of ship design documentation