Условия размещения и площадки для размещения статей смотрите здесь
Глава 3 Общие вопросы проектирования корпуса
3.4 Принципы оптимизации корпусных конструкций
Процесс проектирования судового корпуса сводится к решению большого
количества взаимосвязанных вопросов. При этом возможны многочисленные
варианты решений, в различной степени удовлетворяющие требованиям,
предъявляемым к корпусным конструкциям.
Из всего многообразия принципиально возможных конструктивных решений
отбираются те, которые не противоречат заданию на проектирование судна и
удовлетворяют ряспространяющимся на данную конструкцию требованиям
Правил Регистра СССР и других нормативных документов. Оптимальным
является решение, наилучшим образом удовлетворяющее всем требованиям
эксплуатации и постройки судна.
При решении задач по оптимизации необходимо обоснованно установить
критерий оптимальности. Критерии должен быть обобщенным показателем
технико-экономических характеристик конструкции корпуса проектируемого
судна и основываться на показателях массы конструкции, стоимости
материала, трудоемкости постройки и эксплуатационной эффективности.
Критерий выбирают с учетом назначения и основных требований,
предъявляемых к судну.
Для судов, главным качеством которых считается скорость, можно
оптимизировать конструкцию по критерию минимальной массы. Но минимальную
массу можно получить использованием легких, но дорогих материалов,
применением малой шпации и других мер, приводящих к существенному
увеличению строительной стоимости, что не для всех быстроходных судов
оправдано. Поэтому минимальной массы конструкции следует добиваться при
разумном ограничении затрат на постройку.
Выбор системы и схемы набора, а также профилей балок набора может
оцениваться критерием минимальной потери объема судовых помещений,
размеры которых определяют их функциональные качества.
С этими двумя критериями тесно связана эффективность эксплуатации судна.
Снижением массы судна можно повысить его грузоподъемность, увеличить
скорость или уменьшить мощность главного двигателя. Увеличением объема
помещений можно увеличить вместимость судна, улучшить обитаемость и т.
п.
В качестве основного критерия для промысловых, грузовых и некоторых
других малых судов может быть принята строительная стоимость корпуса.
Однако первоначальная стоимость корпуса не является единственным
экономическим критерием. Надо учитывать и эксплуатационные расходы на
содержание корпуса (очистка, окраска и т. д.), и стоимость его ремонта,
которая может быть снижена в результате повышения надежности и
долговечности корпуса. Наиболее простой мерой увеличения долговечности
судна является увеличение толщин связей с расчетом на износ, что,
однако, ведет к увеличению массы корпуса. Поэтому экономический критерий
должен быть обобщенным.
Ввиду разнотипности малых судов и требований к ним трудно предложить
какой-то единый обобщенный критерий оценки оптимальности. В ряде случаев
оценка производится по эстетическим показателям, обитаемости,
возможности выиграть гонку и другим показателям, которые экономически
оценить невозможно.
Одним из основных показателей оптимальности корпусных конструкций
является их технологичность. Под технологичностью понимается
совокупность свойств корпусных конструкций, обеспечивающих возможность
их качественного изготовления при минимальной затрате труда, материалов,
энергии и средств с использованием современных методов выполнения работ
с максимально возможным применением механизации и автоматизации.
Технологический процесс сборки и сварки отдельных корпусных конструкций
или корпуса в целом должен обеспечивать достаточную прочность и
работоспособность, надежность, ремонтопригодность и другие
эксплуатационно-технические качества судна. Технологичность отдельных
конструкций нельзя оценивать вне связи с технологичностью корпуса в
целом.
Вопросы технологичности корпусных конструкций должны решаться с учетом
возможностей завода-строителя, т. е. с учетом имеющегося на данном
заводе оборудования для выполнения разметки, резки и гибки листов и
профилей, технологической оснастки для сбора узлов и секций, сварочного
оборудования, подъемно-транспортных средств и т. п. Конструкция,
технологичная для одного завода, для другого может оказаться
нетехнологичной.
Вопросы технологичности решаются на всех этапах проектирования судна,
при подготовке производства и во время постройки. Как правило,
конструкция серийных судов получается более технологичной, чем
конструкция головного судна, благодаря усовершенствованиям, приведенным
на основе опыта постройки головного судна или первых судов серии, а
также на основе использования новых изобретений, результатов научных
работ и т. п.
Технологичность корпуса определяется многими факторами: выбором
материала (см. гл. 1) и формы корпуса; заменой криволинейных участков
поверхности наружной обшивки на плоские или разворачиваемые на
плоскость;
выбором рационального метода формирования корпуса на стапеле;
степенью использования стандартных и унифицированных элементов;
ограничением числа типоразмеров листовой и профильной стали;
выбором схемы набора, шпации балок поперечного и продольного набора и
схемы набора для перекрытий корпуса;
конструктивным оформлением узлов, в частности, рациональным выбором
конструкции пересечений балок набора разного направления, креплением их
концов, использованием нахлесточных соединений;
степенью использования гофрированных листов, трехслойных панелей и
других безнаборных конструкций;
преемственностью конструкций и другими мерами. Если раньше оптимизация
корпусных конструкций проводилась в основном по минимальной массе
конструкции, то в настоящее время все большее значение придается
экономическим факторам, что находит свое отражение в нормативных
документах, при составлении которых учитывается весь комплекс требований
к конструкции. Однако Правила Регистра СССР и нормативные документы не
дают ответа на все вопросы, возникающие при проектировании корпуса
малого судна, и предоставляют конструктору достаточную свободу
творческой работы по оптимизации конструкций.
Оптимизация корпусных конструкций [7, 13] сводится либо к выбору лучшего
варианта конструкции, либо к определению экстремального значения функции
цели, т. е. к нахождению совокупностих переменных, при которых функция
цели, рассматриваемая только в области допустимых пределов изменения
переменных (или допустимых дискретных значений), достигает оптимальной
величины.
Оптимизация конструкции корпуса начинается с изучения технического
задания на проектирование судна в целом и формулировки на основе этого
задания исходных требований к проектируемому корпусу и его элементам. На
этом этапе должны быть установлены характер и величина действующих на
корпус сил, влияние условий эксплуатации на интенсивность износа
корпуса, требования к сроку его службы, размерам судовых помещений и
участков палубы и пр.
Проектирование, как правило, начинается с выбора марки стали, систем и
схем набора перекрытий, шпации набора, профилей балок, с проработки
вопроса о комбинированном использовании конструктивных элементов
(фундаментных балок вместо стрингеров комингсов-карлингсоь и т. д.) и с
решения других вопросов, многие из которых требуют комплексного решения.
Например, выбор марки стали влияет на систему набора, а система набора
связана с габаритами помещений, с эксплуатационной эффективностью судна
и т. д.
Некоторые вопросы на основе накопленного опыта, статистики или на основе
ограничений, предусмотренных ГОСТами, ОСТами, Правилами
классификационных обществ и другими нормативными документами, решаются
однозначно. Но в ряде случаев на основе предварительного рассмотрения
вопроса без подробного качественного анализа нельзя утверждать, что
какой-то определенный вариант конструкции лучше других. В этом случае
корпус или корпусная конструкция должны быть выполнены в нескольких
вариантах. При разработке чертежей, выполнении расчетов прочности,
оценке технологичности, экономичности и других показателей конструкции
необходимо добиваться оптимального решения по каждому варианту, а затем
сопоставлять варианты и выбирать лучший.