Удосконалення експериментально-теоретичного методу розрахунку втомної міцності суднових корпусних конструкцій
| dc.contributor.advisor | Коростильов Л. І. | uk_UA |
| dc.contributor.author | Литвиненко, Д. Ю. | |
| dc.contributor.author | Lytvynenko, D. | |
| dc.date.accessioned | 2021-04-15T09:51:13Z | |
| dc.date.available | 2021-04-15T09:51:13Z | |
| dc.date.issued | 2019 | |
| dc.description | Литвиненко, Д. Ю. Удосконалення експериментально-теоретичного методу розрахунку втомної міцності суднових корпусних конструкцій : дис. … канд. техн. наук : 05.08.03 / Д. Ю. Литвиненко ; наук. кер. Л. І. Коростильов ; НУК. – Миколаїв, 2019. – 254 с. | uk_UA |
| dc.description.abstract | Литвиненко Д. Ю. Удосконалення експериментально-теоретичного методу розрахунку втомної міцності суднових корпусних конструкцій. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.08.03 «Конструювання та будування суден». – Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова, МОН України, Миколаїв, 2019. В дисертаційній роботі розв’язано актуальну науково-прикладну задачу з удосконалення експериментально-теоретичного методу розрахунку втомної міцності суднокорпусних конструкцій. Виконано аналіз існуючих методів розрахунку втомної міцності суднокорпусних конструкцій, в результаті чого отримала подальший розвиток їх класифікація за типом показника інтенсивності накопичення втомного пошкодження. Також в результаті аналізу виділені недоліки і переваги кожного методу, показано переваги і доцільність використання експериментально-теоретичного методу для вирішення різного типу практичних задач втомної міцності зварних конструктивних вузлів і розробки відповідних практичних методик. Вперше на основі базового варіанту експериментально-теоретичного методу, з урахуванням впливу на показники втоми основних факторів, розроблено критеріальні залежності для типового концентратора напружень, які дозволяють виконувати оцінку його втомної міцності при стохастичному навантаженні. Надійність таких критеріальних залежностей перевірялась порівнянням результатів їх застосування для визначення величини втомного пошкодження із результатами, отриманими за допомогою методів, які рекомендовані Міжнародним інститутом зварювання. Перевірка виконувалась на прикладі вузла перетину поясків рівновеликих балок. Величина втомного пошкодження вузла розрахована з використанням модифікованого експериментально-теоретичного методу, перевищувала всього на 12,5 % результат, визначений методом номінального напруження. Отриманий експериментально-теоретичним методом результат був нижчим на 10,76 % ніж величина втомного пошкодження, визначена методом фіктивного закруглення концентратора напружень, і тільки на 3,41 % перевищував результат використання методу напруження в «гарячій» точці. На основі виконаного аналізу практично не виявлено впливу середніх номінальних напружень циклу на малоциклову область кривої втоми типового концентратора. Таким чином, криві втоми для випадку регулярного навантаження прийнято будувати за базовими розрахунковими залежностями експериментально-теоретичного методу. Крива втоми суднокорпусного вузла побудована за базовими розрахунковими залежностями експериментально-теоретичного методу для імовірності руйнування конструкції Pf = 50 % мала середнє відхилення від експериментальних даних в малоцикловій області величиною 2,5 МПа в бік заниження втомної міцності, тобто в безпечний бік. Для розрахунку теоретичних коефіцієнтів концентрації напружень в конструктивних вузлах, обумовлених стиковими та кутовими зварними швами, вперше запропоновано використовувати величини радіусів та кутів нахилу профілю таких швів в місці переходу від основного до наплавленого металу, значення яких при заданому рівні забезпеченості визначаються на базі результатів статистичної обробки великої серії опублікованих у літературі даних з врахуванням виду зварювання. В результаті такої статистичної обробки побудовані гістограми та криві, що їх вирівнюють, визначені математичні сподівання, середньоквадратичні відхилення та параметри логнормального розподілу величин радіусів та кутів нахилу профілів швів в місці переходу від основного металу до металу шва. Це дозволяє отримати результат без виконання натурних замірів зазначених величин. Удосконалено метод розрахунку теоретичного коефіцієнта концентрації напружень зварного суднокорпусного вузла добутком коефіцієнта концентрації від загальної геометрії та коефіцієнта концентрації зварного шва при узагальнених значеннях його геометричних параметрів. Це дозволяє суттєво спросити розрахунки та отримати результат із незначним завищенням величини шуканого коефіцієнта. Можна виділити наступні можливі напрямки подальших досліджень за тематикою роботи. a) Уточнення розрахункових залежностей експериментально-теоретичного методу для розрахунків при навантаженні стохастичного характеру. Таке уточнення повинно базуватись на результатах експериментальних досліджень втомної міцності моделей суднокорпусних вузлів при моделюванні реального хвильового навантаження. b) Визначення параметрів логнормального розподілу радіусів і кутів у місці переходу від основного металу до наплавленого для видів зварювання, що не розглядались в дисертаційному дослідженні, а також уточнення отриманих у даній роботі параметрів. c) Розширення сфери застосування експериментально-теоретичного методу для розрахунків на втому суднокорпусних вузлів із алюмінієво-магнієвого сплаву. d) Подальше удосконалення методу визначення теоретичних коефіцієнтів концентрації напружень зварних суднокорпусних вузлів добутком коефіцієнта концентрації залежного від його загальної геометрії та коефіцієнта концентрації зварного шва. Практичне значення одержаних результатів. 1. Розроблено алгоритм оцінки втомної міцності типових осередків концентрації напружень при нерегулярному навантаженні з використанням гіпотези лінійного підсумовування втомних пошкоджень для навантаження з неперервним або ступінчастим розподілом. 2. Отримано параметри розподілу радіусів та кутів нахилу профілю стикових та кутових зварних швів для різних видів зварювання, які використовуються для визначення локального напружено-деформованого стану та концентрації напружень у зварних суднокорпусних вузлах. 3. На базі експериментально-теоретичного методу розроблено методики для розв’язку задач оцінки втомної міцності суднокорпусного вузла при регулярному і стохастичному навантаженні, а також проектування вузла та визначення параметрів допустимого навантаження за умови забезпечення заданого рівня втомної міцності. Вказані методики можуть бути застосовані на стадії проектування суден, а також для визначення залишкового ресурсу конструкцій суден, що експлуатуються. 4. Розроблено програмне забезпечення «ETM fatigue», яке дозволяє автоматизувати побудову кривих втоми суднокорпусних вузлів та розв’язок типових задач втомної міцності з використанням експериментально-теоретичного методу. Розроблені в роботі методики впроваджено у ТОВ «МАРІН ДИЗАЙН ІНЖИНІРІНГ МИКОЛАЇВ» (м. Миколаїв) для виконання оцінки втомної міцності суднокорпусних конструкцій. Результати роботи також впроваджено в навчальний процес при викладанні дисциплін студентам і аспірантам Кораблебудівного навчально-наукового інституту Національного університету кораблебудування імені адмірала Макарова. | uk_UA |
| dc.description.abstract1 | Lytvynenko D. Improvement of the experimental and theoretic method for fatigue assessment of ship structures. – Manuscript. Thesis for obtaining the scientific degree of the Candidate of Technical Sciences on speciality 05.08.03. – «Design and building of ships». Admiral Makarov National University of Shipbuilding, Mykolaiv, 2019. The relevant applied science task of improvement of the experimental and theoretic method for fatigue assessment of ship structures has been solved in the thesis. Analysis of methods for fatigue assessment of ship structures has been carried out. As result the classification of methods by the type of the fatigue damage accumulation intensity indicator has been further developed. Disadvantages and advantages of every method were revealed. The expediency and advantages of using of the experimental and theoretic method for solution of typical fatigue strength problems of ship structural assemblies and for development of the corresponding practical methodologies were showed. Relations of the experimental and theoretic method for fatigue assessment of ship structures in conditions of stochastic loading have been developed for the first time. The reliability of such dependencies have been verified by comparison of fatigue damage calculation results obtained with these dependencies and with methods recommended by the International Institute of Welding. The fatigue damage calculation result for the flange intersection joint in stochastic loading conditions obtained by use of the modified experimental and theoretic method was 12,5 % larger than the value obtained using the nominal stress approach. The mentioned result obtained with the experimental and theoretic method was 10,76 % lower than the fatigue damage result calculated by the fictitious notch 12 rounding approach and 3,41 % larger than the fatigue damage value calculated by the hot spot stress approach. The effect of mean nominal stress in the low-cycle region of the fatigue curve obtained by the experimental and theoretic method for the typical source of stress concentration was found negligible based on the performed analysis. Thus it was decided to develop fatigue curves for the case of regular loading of a ship structural assembly using the basic relations of the experimental and theoretic method. The fatigue curves for the ship structural assembly according to the basic relations of the experimental and theoretic method for the fatigue failure probability Pf = 50 % had the deviation 2,5 MPa from experimental data in the low-cycle fatigue region. The deviation was towards underestimation of the fatigue strength namely to the safe side. It was proposed for the first time to use results of the statistical treatment of published in the literature data of weld toe radii and angles in butt and fillet welds for the determination of stress concentration factors due to welds in ship structural assemblies. Values of weld toe radii and angles are determined with specified level of the exceedance probability and taking into account the influence of the type of welding. It has been found out that values of weld toe radii and angles follow the lognormal distribution law. Histograms with a fitted distribution lines, expectations, standard deviations and parameters of distributions were obtained as result of the statistical data processing. Thus, the result may be obtained without full-scale measurement of mentioned values. The method for determining theoretical stress concentration factors for ship structural welded assemblies as the product of stress concentration factors due to the overall geometry of an assembly and due to a weld have been improved through determination of the stress concentration factor due to a weld on the basis of its generalized geometric parameters. Thus, the calculations are significantly simplified and the result has insignificant overestimation. Such future areas of research may be selected. a) Elaboration of the dependencies of the experimental and theoretic method for fatigue assessment of ship structures in conditions of stochastic loading. Such elaboration should be based on fatigue tests results of models of ship structural assemblies in conditions of simulation of the real wave loading. b) Determining of lognormal distribution parameters for weld toe radii and angles for welding methods which were not considered in the research. Clarification of previously obtained parameters. c) Broadening of the scope of application of the experimental and theoretic method for fatigue assessment of ship structures made of aluminiummagnesium alloys. d) Further improvement of the method for determination of theoretical stress concentration factors for ship structural welded assemblies as the product of stress concentration factor dependent on the overall geometry and stress concentration due to the weld. Practical importance of obtained results. 1. The algorithm for fatigue damage estimation of typical sources of stress concentration in condition of irregular loading has been developed on the basis of the linear cumulative damage hypotheses for the continuously distributed loading or the block loading. 2. Distribution parameters for values of weld toe angles and radii in butt and fillet welds produced by different welding methods were obtained. These parameters are used for determining of local stress-strain states and stress concentration factors for ship structural welded assemblies. 3. The methodology for the solution of the fatigue strength assessment problem of ship structures for cases of stochastic loading have been developed. Methodologies for the solutions of the fatigue design problem and the problem of determination of the allowable loading parameter on the basis of the fatigue strength provision condition have been developed. These methodologies may be used in ship design stages and for determining of the residual lifetime of operated ships. 4. The computer program «ETM fatigue» was developed for automated plotting of fatigue curves for ship structures and for automated solution of typical fatigue problems of ship structures based on the improved experimental and theoretic method. The developed methodologies were implemented in LLC «MARINE DESIGN ENGINEERING MYKOLAYIV» (Mykolayiv) for fatigue strength calculations of ships structures. The results were also implemented in the educational process of Admiral Makarov National University of Shipbuilding. The results were used in disciplines for students and postgraduates of the institute of shipbuilding. | uk_UA |
| dc.identifier.uri | https://eir.nuos.edu.ua/handle/123456789/3875 | |
| dc.language.iso | uk | uk_UA |
| dc.relation.ispartofseries | 629.5.015.4:539.431 | uk_UA |
| dc.subject | втомна міцність | uk_UA |
| dc.subject | суднокорпусний вузол | uk_UA |
| dc.subject | крива втоми | uk_UA |
| dc.subject | втомне пошкодження | uk_UA |
| dc.subject | концентрація напружень | uk_UA |
| dc.subject | середні напруження циклу | uk_UA |
| dc.subject | стохастичне навантаження | uk_UA |
| dc.subject | 05.08.03 "Конструювання та будування суден" | uk_UA |
| dc.subject | fatigue strength | uk_UA |
| dc.subject | ship structural assembly | uk_UA |
| dc.subject | fatigue curve | uk_UA |
| dc.subject | fatigue damage | uk_UA |
| dc.subject | stress concentration | uk_UA |
| dc.subject | cycle mean stress | uk_UA |
| dc.subject | stochastic loading | uk_UA |
| dc.title | Удосконалення експериментально-теоретичного методу розрахунку втомної міцності суднових корпусних конструкцій | uk_UA |
| dc.title1 | Improvement of the experimental and theoretic method for fatigue assessment of ship structures | uk_UA |
| dc.title2 | 2019 | |
| dc.type | Other | uk_UA |
Файли
Контейнер файлів
1 - 1 з 1
Вантажиться...
- Назва:
- diss Lytvynenko.pdf
- Розмір:
- 8.04 MB
- Формат:
- Adobe Portable Document Format
- Опис:
- дисертація
Ліцензійна угода
1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
- Назва:
- license.txt
- Розмір:
- 7.05 KB
- Формат:
- Item-specific license agreed upon to submission
- Опис: