Анотація до роботи:

Коростильов Л.І. Експериментально-теоретичний метод розрахунку втомної міцності суднових корпусних конструкцій. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.08.03 – Механіка та конструювання суден. – Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова, Миколаїв, 2006.

Дисертація присвячена створенню нового розрахункового методу оцінки втомної міцності корпусних конструкцій суден, який дозволяє здійснювати їх оптимізацію з урахуванням надійності, технологічності і металоємності. При розробці такого методу використано "осередковий" підхід, в якому первинним об’єктом дослідження виступає не конструктивний вузол корпусу, а присутні в ньому типові осередки концентрації напружень.

Виконано класифікацію і складено таблицю типових осередків концентрації. Створено методику, за якою отримані критеріальні залежності втоми для таких осередків з використанням критеріїв утомленості матеріалу. "Прив’язку" цих критеріїв до типового концентратора виконано в одній експериментально встановленій точці. Проведено декілька серій циклічних випробувань моделей з трьома типами осередків концентрації. Отримано великий обсяг інформації про показники довговічності таких концентраторів, що дозволило практично використати критеріальні залежності втоми експериментально-теоретичного методу і підтвердити їх надійність.

1. Аналіз виявлених втомних тріщин в корпусних конструкціях новозбудованих і старих суден показав, що основною причиною їх виникнення є концентрація напружень в конструктивних вузлах при високому рівні номінальної навантаженості.

2. Застосування методів розрахункової оцінки втомної міцності конструкцій, які нині використовуються у вітчизняному суднобудуванні, часто утруднене при вирішенні конкретних міцнісних і проектувальних задач, а інколи неможливе через велику різноманітність конструктивних вузлів та необхідність урахування локальної геометрії. Такий стан проблеми вказує на необхідність створення нового методу розрахунку втомної міцності конструктивних вузлів, який дозволяє безпосередньо оперувати із абсолютними показниками довговічності і враховує вплив на ці показники геометричних параметрів типових концентраторів напружень у вузлах.

3. Розроблені основні положення і принципи створення нового розрахункового методу. Показано, що визначальним фактором втомних пошкоджень є напружено-деформований стан у вузлі. Утомна міцність конструкції обумовлюється найслабкішим за довговічністю конструктивним вузлом з наявними в ньому осередками концентрації напружень. Для зменшення кількості об'єктів в розрахунках на втому за первинний з них приймається типовий осередок концентрації у вузлі з оточуючою його невеликою зоною ("осередковий" підхід). Напруження на границі цієї зони розглядаються як номінальні, відповідно до яких визначають показники довговічності.

4. Вперше наведена практична схема реалізації експериментально-теоретичного "осередкового" підходу для створення методу розрахунку втомної міцності конструктивних вузлів. За цією схемою виділено три основні задачі: визначення експлуатаційної навантаженості вузлів, розробка критеріальних залежностей втоми для типових осередків концентрації, оцінка втомної міцності конструктивних вузлів за експлуатаційний період судна.

5. Вперше виконана класифікація типових осередків концентрації напружень в конструктивних вузлах за формою і різновидом навантаження. Складена таблиця типових осередків концентрації, набір яких рекомендується використовувати при розрахунках втомної міцності корпусних конструкцій.

6. Розроблена процедура визначення експлуатаційної навантажуваності вузлів за діючими "Нормами міцності". Отримані розрахункові формули для параметрів номінального навантаження основних вузлів днища і палуби у поздовжньому і поперечному напрямках.

7. Вперше сформульовані принципові положення, за якими отримано критеріальні залежності втомної міцності для узагальненого типового осередку концентрації напружень в діапазоні числа циклів від 1 до 10⁸. В основу цих залежностей покладені деформаційні і силові критерії втоми матеріалу, "прив'язка" яких до типового осередку концентрації виконана в одній точці. Координати цієї точки встановлюються за результатами втомних випробувань моделі з концентраторами даного типу при конкретних геометричних параметрах. Розроблені на основі критеріїв Ленджера і Хейвуда критеріальні залежності містять спеціальну функцію, яка враховує вплив геометричних параметрів концентратора на довговічність. Вказані шляхи побудови такої функції і отримані прості формули для її розрахунку.

8. Вперше виконані серійні випробування при циклічних навантаженнях моделей з трьома типами осередків концентрації для отримання експериментальних даних про їх абсолютні показники довговічності. Накопичено великий обсяг інформації про вплив рівня навантаження і геометричних параметрів на втомну міцність досліджуваних концентраторів. Ці дані дозволили побудувати криві втоми для вказаних осередків концентрації з конкретними геометричними параметрами і підтвердити надійність розроблених критеріальних залежностей.

9. Вперше на основі результатів експериментальних і теоретичних досліджень розроблена практична формула для розрахунку коефіцієнта концентрації напружень при пружному деформуванні в типовому осередку концентрації типу "злам стінки".

10. Викладена процедура розрахункової оцінки втомної міцності конструктивних вузлів за новим експериментально-теоретичним методом з використанням лінійної гіпотези підсумовування втомних пошкоджень і лінійного закону розподілу номінальних навантажень на логарифмічній шкалі числа циклів за весь експлуатаційний період судна.

11. Вперше на основі критеріальних залежностей втоми типового осередку концентрації розроблені практичні методики визначення числа циклів до появи втомної тріщини, параметрів номінального навантаження, а також встановлення геометричних параметрів концентратора за показниками втомленості.

12. Розроблені критеріальні залежності експериментально-теоретичного методу розрахунку втомної міцності конструктивних вузлів використано для вирішення двох практичних задач, пов'язаних з пошкодженнями, що виникли в процесі експлуатації танкерів. Встановлено, що у досліджуваних вузлах з якісними зварними швами виникнення втомних тріщин за весь експлуатаційний період судна неможливе.

Практичне застосування результатів дисертаційної роботи підтверджено актами впровадження ЦКБ "Чорноморсуднопроект", Херсонського суднобудівного заводу, Національного університету кораблебудування. Новий експериментально-теоретичний метод розрахунку втомної міцності корпусних конструкцій (вузлів) суден може бути використаний спеціалізованими КБ, підприємствами суднобудівної галузі, Регістром судноплавства України при розробці нормативно-методичних матеріалів.

Основні результати дисертації, що опубліковані в спеціалізованих виданнях:

1. Суслов В.П., Коростылев Л.И., Штырев Н.А. О расчетной оценке усталостной прочности конструктивных узлов судового корпуса // Строительная механика корабля: Сб. науч. тр. – Николаев: НКИ, 1987. – С. 35-42.

2. Суслов В.П., Коростылев Л.И. О расчетном методе оценки усталостной прочности узлов судового корпуса // Конструкция и строительная механика корабля: Сб. науч. тр. – Николаев: НКИ, 1989. – С. 53-62.

3. Коростылев Л.И. Усталостная прочность узлов пересечения поясков балок судового корпуса // Конструкция и строительная механика корабля: Сб. науч. тр. – Николаев: НКИ, 1989. – С. 62-67.

4. Коростылев Л.И. Об усталостной прочности некоторых типовых очагов концентрации напряжений корпусных конструкций // Строительная механика корабля: Сб. науч. тр. – Николаев: НКИ, 1990. – С. 16-21.

5. Коростылев Л.И. О долговечности конструктивных узлов судового корпуса при циклических нагрузках // Строительная механика корабля: Сб. науч. трудов. – Николаев: НКИ, 1991. – С. 24-31.

6. Коростылев Л.И. О влиянии предварительной статической перегрузки на усталостную прочность конструктивных узлов судового корпуса // Строительная механика корабля: Сб. науч. трудов. – Николаев: НКИ, 1992-93. – С. 34-39.

7. Коростылев Л.И. Практическая реализация экспериментально-теоретического метода расчетной оценки усталостной долговечности судовых конструкций // Зб. наук. праць УДМТУ. – Миколаїв: УДМТУ, 1998. – № 3(351). – С. 3-9.

8. Коростылев Л.И. Морозов Д.Д. О кривых усталости типовых очагов концентрации напряжений в судовых конструкциях // Зб. наук. праць УДМТУ. – Миколаїв: УДМТУ, 1998. – №3(351). – С. 9-15.

9. Коростылев Л.И. О критериальных зависимостях усталостной прочности типовых очагов концентрации напряжений // Зб. наук. праць УДМТУ. – Миколаїв: УДМТУ, 1998. – № 7 (355). – С. 46-54.

10. Коростылев Л.И. Об определении нагруженности конструктивных узлов корпуса судна в условиях эксплуатации // Зб. наук. праць УДМТУ. – Миколаїв: УДМТУ, 1999. – № 1 (361). – С. 17- 22.

11. Морозов Д.Д., Коростылев Л.И. Усталостная долговечность отремонтированных узлов судового корпуса // Зб. наук. праць УДМТУ. – Миколаїв: УДМТУ, 1999. – № 2 (362). – С. 24-29.

12. Коростылев Л.И. Об использовании приближенных зависимостей для упругопластических деформаций в задачах усталости конструктивных узлов // Зб. наук. праць УДМТУ. – Миколаїв: УДМТУ, 1999. – №3(363). – С. 15-20.

13. Об особенностях построения кривых усталости типовых очагов концентрации напряжений конструктивных узлов / Л.И. Коростылев, Ю.П. Кочанов, Д.Д. Морозов, С.Е. Рынейский // Зб. наук. праць УДМТУ. – Миколаїв: УДМТУ, 2000. – № 3 (369). – С. 17-24.

14. Коростильов Л.І. Про показник асиметричності циклу напружень в елементах конструкцій при змінному навантажуванні // Зб. наук. праць УДМТУ. – Миколаїв: УДМТУ, 2000. – № 5 (371). – С. 3-7.

15. Коростильов Л.І. Вплив механічних характеристик суднокорпусних сталей на криві втоми типових концентраторів // Зб. наук. праць УДМТУ. – Миколаїв: УДМТУ, 2001. – №1(373). – С. 12-18.

16. Кочанов Ю.П., Коростылев Л.И., Морозов Д.Д. О напряженности в районе конструктивных узлов поперечных гофрированных переборок танкеров // Зб. наук. праць УДМТУ. – Миколаїв: УДМТУ, 2001. – № 2(374). – С. 3-11.

17. Коростылев Л.И., Морозов Д.Д., Алексенко В.Л. Экспериментальное исследование статической и усталостной прочности конструктивных узлов гофрированных переборок танкеров // Зб. наукових праць УДМТУ. – Миколаїв: УДМТУ, 2001. – №3 (375). – С. 49-56.

18. Коростылев Л.И. Прочность узлов тонкостенных конструкций судового корпуса // Зб. наук праць УДМТУ. – Миколаїв: УДМТУ, 2001. – №4 (376). – С. 57-64.

19. Коростильов Л.І. Утомна довговічність конструктивних вузлів з концентраторами різних типів // Зб. наук. праць УДМТУ. – Миколаїв: УДМТУ, 2002. – № 1 (379). – С. 13-17.

20. Коростильов Л.І. Утомні пошкодження корпусних конструкцій танкерів та їх наслідки // Зб. наук. праць УДМТУ. – Миколаїв: УДМТУ, 2002. – № 2(380). – С. 10-16.

21. Коростылев Л.И. Расчет усталостной прочности конструктивных узлов судового корпуса // Зб. наукових праць УДМТУ. – Миколаїв: УДМТУ, 2002. – №3 (381). – С. 3-9.

22. Коростылев Л.И. Проектирование конструктивных узлов судового корпуса с учетом усталости // Зб. наукових праць УДМТУ. – Миколаїв: УДМТУ, 2002. – №4 (382). – С. 24-31.

23. Коростильов Л.І. Аналіз і класифікація конструктивних вузлів корпусу суден і їх концентраторів напружень // Зб. наук. праць НУК. – Миколаїв: НУК, 2005. – №2(401). – С. 27-32.

Публікації автора:

1. Коростылев Л.И. Оценка усталостной прочности судовых корпусных конструкций с концентраторами напряжений // Вторая междунар. конф. по судостроению – ISC'98: Труды, Секция С. – СПб.: ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова, 1998. – С. 160-167.

2. Коростылев Л.И., Суслов В.П. Усталостная долговечность конструктивных узлов судового корпуса // Оцінка й обґрунтування ресурсу елементів конструкцій: Тр. міжнар. конф. – К.: НАН України. Ін-т проблем міцності, 2000. – Т.1. – С. 107-112.

3. Korostylov L.I. Fatigue Strength Calculation of the Ship Structural Details and Their Design // Third International Shipbuilding Conference – ISC’2002: Proceedings, Section C. – St. Petersburg: Krylov Shipbuilding Research Institute, 2002. – P. 144-148.

4. Коростылев Л.И. Построение кривых усталости для типовых очагов концентрации напряжений в конструктивных узлах судового корпуса // Проблемы прочности и эксплуатационной надежности судов: Труды междунар. конф. – Владивосток: ДВГТУ, 1996. – С. 261-266.

5. Коростылев Л.И. Об упругопластических деформациях в очагах концентрации напряжений судовых корпусных конструкций // Современные проблемы концентрации напряжений: Труды междунар. науч. конф. – Донецк: ДГУ, 1998. – С. 136-139.

6. Коростильов Л.І., Морозов Д.Д. Проектування і технологія виготовлення суднових корпусних конструкцій – найважливіші складові забезпечення їх експлуатаційної надійності // Матеріали міжнар. науково-практичного сімпозіуму “Проблеми суднобудування: стан, ідеї, рішення”. – Миколаїв: УДМТУ, 1997. – С. 424-426.

7. Коростылев Л.И. Об определении нагруженности конструктивных узлов корпуса судна в условиях эксплуатации // Кораблестроение и океанотехника. Проблемы и перспективы: Материалы междунар. конф., Часть III. – Владивосток: ДВГТУ, 1998. – С. 35-39.

8. Коростылев Л.И. О связи упругопластических деформаций в очаге концентрации напряжений конструктивного узла с силовыми и геометрическими параметрами // Кораблестроение и океанотехника. Проблемы и перспективы: Материалы междунар. конф. – Часть III. – Владивосток: ДВГТУ, 1998. – С. 40-44.

9. Морозов Д.Д., Коростылев Л.И. О долговечности конструктивных узлов корпуса после устранения усталостных повреждений // Кораблестроение и океанотехника. Проблемы и перспективы: Материалы междунар. конф., Часть III. – Владивосток: ДВГТУ, 1998. – С. 45-49.

10. Коростылев Л.И., Мартынов В.А., Морозов Д.Д. Прочность узлов корпуса судна при статических и циклических нагрузках // Проблемы прочности и эксплуатационной надежности судов: Материалы междунар. конф. – Владивосток: ДВГТУ, 1999. – С. 95-98.

11. Коростильов Л.І. Розрахунок міцності та проектування конструктивних вузлів суднового корпусу при змінному навантаженні // Кораблебудування: освіта, наука, виробництво: Матеріали міжнар. конф.: В 2 т. – Миколаїв: УДМТУ, 2002. – Т.1. – С. 196-197.

12. Коростильов Л.І. Навантаженість і надійність корпусних вузлів із концентраторами напружень в умовах експлуатації суден // Безопасность мореплавания и ее обеспечение при проектировании и постройке судов: Материалы междунар. науч.-техн. конф. – Николаев: НУК, 2004. – С. 43-45.

13. Коростылев Л.И., Суслов В.П. Разработка расчетного метода оценки усталостной прочности корпусных узлов // Проблемы прочности и снижение металлоемкости корпусных конструкций перспективных транспортных судов и плавучих сооружений: Тезисы докладов Всес. науч.-техн. конф. – Л.: Судостроение, 1990. – С. 106-107.

14. Коростылев Л.И. Усталостная прочность некоторых узлов судовых корпусных конструкций // Эксплуатационная и конструктивная прочность судовых конструкций: Тезисы докладов науч.-техн. конф. "Бубновские чтения – 91". – Нижний-Новгород: НПИ, 1991. – С. 42-44.

15. Коростылев Л.И., Суслов В.П. Усталостная долговечность конструктивных узлов судового корпуса // Оценка и обоснование продления ресурса элементов конструкций: Тезисы докладов междунар. конф. / Отв. ред. В.Т. Трощенко : В 2 т. – Киев, 2000 - Т.1.– С. 111-112.

Особистий внесок здобувача в працях, що опубліковані у співавторстві

В основних працях [1, 2] автором сформульовані і обґрунтовані окремі положення методології створення нового розрахункового методу, розроблені критеріальні залежності втоми для типового концентратора. В статтях [8, 11] відкореговано ці залежності, проведено низку експериментів і виконано аналіз результатів. У публікаціях [13, 16, 17] отримано розрахункові формули втомної міцності для узагальненого типового концентратора, розроблено програму розрахунків та експериментів, виконано частину лабораторних і натурних випробувань та проаналізовано результати.

У додаткових публікаціях [2, 13, 15] автором викладено і обґрунтовано окремі положення методології розробки експериментально-теоретичного методу, отримано формули для побудови кривих втоми типового осередку концентрації і наведені приклади. У матеріалах симпозіуму [6] і конференцій [9, 10] розроблені програми експериментальних та теоретичних досліджень, отримана низка експериментальних даних при статичних і циклічних навантаженнях моделей та виконано аналіз результатів.