Введение
1 Анализ повреждаемости и обоснование критериев прочности корпусов судов ледового плавания и ледоколов 18
1.1 Существующие подходы к определению ледовых нагрузок и
нормированию ледовой прочности 18
1.1.1 Методы определения ледовых нагрузок ; 18
1.1.2 Требования к прочности конструкций ледовых усилений 26
1.1.3 Кривые расчетных режимов и строительной прочности 26
1.2 Анализ данных о повреждениях судов ледового плавания 29
1.2.1 Повреждаемость в условиях продленной навигации в Арктике 29
1.2.2 Перспективы снижения повреждаемости судов ледового плавания 40
1.2.3 Основные типы ледовых повреждений. Отдельные (допустимые) и массовые (недопустимые) повреждения 41
1.3 Анализ факторов повторяемости и законы распределения ледовых нагрузок 43
1.3.1 Особенности работы конструкций за пределом упругости при многократном нагружении. Принцип однократного нагружения 43
1.3.2 Законы распределения ледовых нагрузок 46
1.3.3 Метод построения матриц весовых коэффициентов расчетных ледовых нагрузок 50
1.4. Критерии и методы оценки прочности. Расчётные ледовые нагрузки. Принципы регламентации режимов движения во льдах 53
1.4.1. Основные понятия и допущения. Структура расчётных критериев 53
1.4.2. Критерий предельной прочности. Расчётные методы и модели оценки предельной прочности 55
1.4.3. Критерий ограниченной пластической деформации. Определение ледовых нагрузок. Особенности расчетных моделей 58
1.4.4. Регламентация режимов движения во льдах 65
1.5 Выводы по главе 1 70
2. Методы расчета прочности конструкций ледовых усилений при глубоком пластическом деформировании 73
2.1. Принципы построения расчетных моделей , 73
2.2. Методы расчета прочности конструкций из жестко-пластического материала в геометрически нелинейной постановке 75
2.2.1 Основные положения теории предельного равновесия конечно-мерных систем 75
2.2.2 Учет геометрически нелинейных факторов при описании запредельного деформирования конструкций 84
2.2.3 Описание работы материала в шарнирах текучести 90
2.3. Деформирование локально загруженной пластин наружной обшивки при образовании бухтины 95
2.3.1. Модель запредельного деформирования пластины 95
2.3.2. Модель упруго-пластического деформирования пластины при активном нагружении и разгрузке 107
2.3.3. Корректировка и экспериментальная проверка модели деформирования пластины 115
2.4. Деформирование локально загруженной панели при образовании вмятины 122
2.4.1. Работа материала в пластических шарнирах 122
2.4.2. Запредельное деформирование изолированной балки 125
2.4.3 Запредельное деформирование балки со сдвиговым характером перехода в предельное состояние. Учет поддерживающего влияния поясков 130
2.4.4 Приближенная модель упруго-пластического и запредельного деформирования панели 137
2.4.5 Определение эмпирических коэффициентов и проверка модели деформирования локально загруженной панели 144
2.5. Деформирование локально загруженной листовой конструкции совместно с наружной обшивкой при образовании вмятины-выпучины 147
2.5.1. Расчетная схема системы листовая конструкция - наружная обшивка 147
2.5.2. Предельное состояние и запредельное деформирование изолированного листа 149
2.5.3. Запредельное деформирование системы листовой элемент - пластина наружной обшивки 153
2.5.4. Упруго-пластическое деформирование системы листовой элемент - пластина наружной обшивки 159
2.6 Практическое использование решений об упруго-пластическом и запредельном деформировании конструкций 162
- отдельные вмятины в бортовых конструкциях а/л «Сибирь» 164
3 Методология проектирования конструкций ледовых усилений по критерию предельной прочности 168
3.1 Проектирование балок основного набора и балочных систем (бортовых перекрытий) 168
3.1.1 Иерархический принцип построения расчетных моделей бортовых перекрытий 168
3.1.2 Обобщённый метод гибкого проектирования сложных бортовых перекрытий 173
3.2 Проектирование элементов поперечных сечений балочных конструкций по критериям предельной прочности и устойчивости 194
3.2.1 Основные положения. Номенклатура расчетных требований 194
3.2.2 Система расчетных требований к предельной прочности и устойчивости балочных конструкций. Конструктивно-технологические ограничения 195
3.2.3 Оптимальное проектирование балочных конструкций 196
3.2.4 Предельная прочность кничных соединений 201
3.3. Требования к предельной прочности наружной обшивки 213
3.3.1. Существующие требования и усовершенствованная модель локально загруженной пластины 213
3.3.2. Требования к толщине наружной обшивки 215
3.4 Проектирование листовых конструкций по критериям предельной прочности и устойчивости 217
3.4.1 Существующие требования к листовым конструкциям 217
3.4.2 Расчетные схемы (варианты) листовых конструкций, подлежащих расчетной регламентации 220
3.4.3 Нормирование расчетных нагрузок на листовые конструкции 221
3.4.4 Требования к предельной прочности и устойчивости листовых конструкций 226
3.4.5 Сопоставительный анализ новых и действовавших требований. Выводы 228
3.5 Выводы по главе 3 233
4 Совершенствование методов определения ледовых нагрузок 237
4.1 Концепция модификации гидродинамической модели 237
4.1.1 Гидродинамическая модель и экспериментальные данные 237
4.1.2 Состав экспериментальных исследований 238
4.2 Исследование особенностей динамического разрушения льда с помощью DBT 239
4.2.1 Описание DBT в проекте ARCDEV 239
4.2.2 Модификация ГДМ на основании результатов DBT 243
4.2.3 Статистический анализ результатов DBT 254
4.2.4 Оценка влияния температуры и солености 256
4.2.5 Оценка влияния скорости в момент удара 257
4.3 Модификация ГДМ при ударе корпуса о лед 260
4.3.1 Определение параметра пиковости и масштабного коэффициента 260
4.3.2 Экспериментальная проверка и практическое использование
модифицированной ГДМ 264
4.4 Модель динамического разрушения льда при местном смятии 267
4.4.1 Физическая картина динамического разрушения льда при местном смятии 267
4.4.2 Дифференциальное уравнение и основные допущения МДРЛ 271
4.5 Выводы по главе 4 275
5 Методология построения ледовой классификации и требований к ледовой прочности судов и ледоколов 277
5.1 Направления совершенствования методологии регламентации ледовой прочности 277
5.1.1 Единый подход к построению ледовой классификации 277
5.1.2 Развитие ледовой классификации и уточнение соотношений эквивалентности 279
5.2 Принципы нормирования ледовой прочности и регламентации допустимых условий ледового плавания 280
5.2.1 Характерные типы движения во льдах и сценарии взаимодействия корпуса со льдом . 280
5.2.2 Диаграммы строительной прочности и расчетных режимов движения и их использование в практике нормирования 282
5.2.3 Системы базовых допустимых и опасных режимов движения - основа для нормирования ледовой прочности и регламентации допустимых условий плавания 286
5.3 Построение системы базовых опасных режимов движения 287
5.3.1 Определение расчетных значений характеристик прочности льда 287
5.3.2 Процедура построения базовых опасных режимов движения 290
5.4 Определение расчетных ледовых нагрузок на основании системы базовых опасных режимов движения 299
5.4.1 Расчетные ледовые нагрузки в районе носового заострения судов ледового плавания 299
5.4.2 Расчетные ледовые нагрузки в остальных районах ледовых усилений судов ледового плавания 306
5.4.3 Расчетные нагрузки для ледоколов 309
5.5 Регламентация допустимых условий ледового плавания 310
5.5.1 Общий подход к количественному описанию допустимых условий ледового плавания 310
5.5.2 Анализ статистических данных о толщинах и характеристиках прочности льда 311
5.5.3 Построение системы базовых допустимых режимов движения 317
5.5.4 Определение допустимых условий ледового плавания 322
5.6 Новые Ледовые Правила РМРС и Унифицированные Правила МАКО 324
5.6.1 Новые требования Правил РМРС 1999 г. издания к судам ледового плавания и ледоколам 324
5.6.2 Унифицированные Правила МАКО для полярных судов 325
5.7 Выводы по главе 5 327
Заключение 330
Список литературы 334
Приложения 353
