Оценки безопасных условий ледового плавания судов с применением cae -систем






НазваниеОценки безопасных условий ледового плавания судов с применением cae -систем
страница1/19
Дата публикации19.02.2015
Размер2.57 Mb.
ТипАвтореферат
e.120-bal.ru > Документы > Автореферат
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   19
Федеральное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Волжская государственная академия водного транспорта»

(ФБОУ ВПО «ВГАВТ»)


На правах рукописи


Лобанов Василий Алексеевич


Оценки безопасных условий ледового плавания судов с применением

CAE-систем

Специальность 05.22.19 – Эксплуатация водного транспорта, судовождение
Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук

Н.Новгород - 2014

Содержание


Введение

4

1.Ледовые качества флота

8

1.1.Общие понятия. Ледовые качества и навигационная аварийность флота

8

1.2.Современные методы оценок ледовых качеств судов

21

1.3.Ледовые качества судов как предмет специального рассмотрения. Частные задачи ледовой безопасности


44

2.Технология решения задач с применением CAE-систем

52

2.1.Основные сведения о CAE-системах

52

2.2.Препроцессинг

53

2.3.Процессинг

60

2.4.Постпроцессинг

64

3.Моделирование ледовых воздействий с применением CAE-систем

67

3.1.Основные сведения о свойствах льда

67

3.2.Обоснование реологической модели льда

70

3.2.1.Физико-механические характеристики и определяющие соотношения для льда

70

3.2.2.Результаты моделирования ползучести

77

3.2.3.Результаты моделирования разрушения

85

3.3. Выбор алгоритмов контактного взаимодействия тел со льдом

91

3.3.1.Моделирование контакта льда с конструкцией

92

3.3.2.Моделирование контакта льдин

101

4.Гидродинамика тел во льдах

108

4.1.Моделирование гидродинамического воздействия с применением CAE-систем

108

4.2.Влияние льда на гидродинамику судна и его движителей

117

4.3.Приближённый учёт гидродинамического воздействия в ледовых условиях

122

5.Сравнительный анализ оценок достижимых режимов эксплуатации судов во льдах

131

5.1.Общие сведения

131

5.2.Ходкость

132

5.3.Поворотливость

158

5.4.Устойчивость на курсе

165

6.Сравнительный анализ оценок допустимых режимов эксплуатации судов во льдах

178

6.1.Прочность корпуса при ударных ледовых нагрузках

178

6.2.Прочность корпуса при ледовых сжатиях

192

6.3.Ледовая прочность судовых движителей

200

7.Разработка нормативных документов по безопасности ледового плавания судна с применением CAE-систем

211

7.1.Структура ледового паспорта и Свидетельства о допустимых условиях ледового плавания судна


211

7.2.Особенности использования CAE-систем при разработке ледового паспорта судна

213

7.2.1.Достижимые режимы ледовой эксплуатации судна

213

7.2.2.Допустимые режимы ледовой эксплуатации судна

219

Заключение

224

Библиографический список

226

Приложения

238


Введение
В настоящее время сохраняется необходимость в ледовом плавании судов. Она обусловлена рядом причин как объективного, так и субъективного характера. Ледовая навигация всегда связана с повышенной вероятностью получения повреждений судами. Снижение рисков таких повреждений – первоочередная задача научно-оперативного обеспечения судоходства во льдах.

Основная научно-техническая деятельность автора связана с оценками безопасных условий ледового судоходства на внутренних водных путях России и в прибрежном плавании. Необходимо отметить, что планомерная кампания по продлению периода физической навигации на внутренних судоходных водоёмах, активно проводимая в период 70-х – 80-х годов прошлого века, к началу 90-х годов была свёрнута по причинам экономического характера. Кроме того, речной флот «поредел» (много судов было реконструировано для условий смешанного плавания), а оставшийся – «постарел» (сейчас его средний возраст составляет около 30 лет), поэтому его «ледовая» активность невелика. К настоящему времени сохранились потребности лишь в эпизодических ледовых транспортных операциях, обычно сопутствующих весеннему периоду развёртывания навигации. И хотя проблемы обеспечения безопасности ледового плавания (или зимнего отстоя судов) на внутренних водных путях сохраняются, о них не заявлено ни на уровне разрозненных мелких судоходных компаний, ни на уровне Министерства транспорта. В лучшем случае дело ограничивается редкими анализами ледовых аварий при судебных разбирательствах.

Но в отношении отечественного флота смешанного река-море плавания негативная ситуация уже переломлена. За последнее десятилетие в дополнение к реконструированным он ощутимо пополнился новыми грузовыми судами [46,68]. В настоящее время активно расширяются транспортные коридоры «Север-Юг» и «Запад-Восток», внутренние водные пути России открываются для прохода иностранных судов. Интенсивное освоение новых выгодных грузопотоков, нежелание потерь фрахта, выполнение договорных обязательств различными судовладельцами, арендаторами флота, стивидорными компаниями вынуждают их эксплуатировать свои суда максимально интенсивно и по возможности круглогодично. Последнее, как правило, связано с риском работы судов во льдах. Недостаточная компетентность судовладельцев, арендаторов, агентов и судоводительского состава в оценке ледовых качеств своих судов и интерпретации ледовых явлений дополнительно провоцирует попадание флота в нежелательные ледовые обстоятельства.

Таким образом, задача обеспечения безопасности ледового плавания данного флота в различных прибрежных регионах России является актуальной, что подтверждается достаточно высоким уровнем его ледовой аварийности [42]. Особо остра эта проблема для грузового флота, эксплуатируемого в битых льдах, потому что более 90% ледовых повреждений связано именно с данным видом плавания.

В последние годы под эгидой Международной морской организации ведётся формирование Полярного Кодекса. Принятие этого документа призвано узаконить общие нормы, требования и правила эксплуатации, обеспечения безопасности плавания судов, охраны человеческой жизни и предотвращения загрязнения в полярных водах, покрытых льдами. Главным условием обеспечения безопасности ледового судоходства является соответствие ледовых качеств судов ледовым условиям и режимам плавания. Ледовые качества нормируются классификационными обществами (в России – Регистрами судоходства) и присваиваются судну в виде ледового класса (ледовой категории). Однако значительная пространственно-временная изменчивость ледовых условий и явлений в сочетании со сложностью их надёжного прогнозирования часто не позволяет соблюдать этот основополагающий принцип. При этом знание характеристик судна в рамках ледового класса не является гарантией принятия обоснованного решения в оперативной обстановке. Поэтому следует ожидать, что принятие Кодекса повлечёт за собой разработку ряда национальных нормативов, регламентирующих ледовое плавание судов (в том числе и в неарктических водах). Первый шаг в создании подобных документов уже сделан. Так в декабре 2011 года Российский морской регистр судоходства (РМРС) издал циркулярное письмо [70], согласно которому судам ему поднадзорным и осуществляющим ледовые плавания рекомендуется иметь специальный документ – Свидетельство о допустимых условиях ледового плавания (Свидетельство).

Рекомендательное наличие Свидетельства со временем приведёт к его «добровольной обязательности», ибо его отсутствие наверняка будет связано с дискриминационными мерами (скорее всего, в явно не выраженном виде) при организации ледовых проводок. Поэтому уже сейчас заинтересованные и дальновидные судовладельцы подтверждают свои намерения в обеспечении Свидетельствами, по крайней мере, вновь построенных и имеющих ледовые категории судов. Этот документ призван уточнить и конкретизировать ледовые качества судна и условия его безопасной эксплуатации во льдах. Он выдаётся РМРС по заявке судовладельца после освидетельствования судна. При этом освидетельствованию должна предшествовать обязательная экспертная оценка его ледовых качеств. Она выполняется компетентной организацией, признанной для этих целей РМРС (ВГАВТ имеет такой статус). Результаты экспертизы, оформленные, например, в виде ледового паспорта судна [47,59], направляются для согласования в ГУ РМРС и учитываются при составлении Свидетельства.

Для современного судовладельца процедура получения экспертного заключения о ледовых качествах судна на основе натурных или модельных экспериментов, как правило, неприемлема по причинам экономического характера. Применение для этих целей классических полуэмпирических методик ограничено. Поэтому для решения экспертных ледовых проблем в настоящее время начинают использоваться CAE-системы [103,105].

Инженерная практика автора была неоднократно связана с экспертной оценкой последствий ледовых аварий или происшествий на объектах водного транспорта, разработкой проектов оптимизации защиты судов от возможного ледового воздействия [18,48]. Опыт показал, что существует обширный круг частных задач маневрирования судов в различных ледовых условиях, взаимодействия гидротехнических сооружений с ледяным покровом, решения которых на базе традиционных аналитических методик неадекватны. Подобные процессы сравнительно непродолжительны, как правило, конкретизированы или оговорены дополнительными условиями, а поставленные задачи в конечном итоге сводятся к анализу ледовых качеств при указанных ограничениях. Поэтому для повышения достоверности выводов в достаточном ряде случаев эксперты также вынуждены были прибегать к моделированию ситуации с помощью САЕ-систем.

CAE-системы – это программные комплексы, обеспечивающие численные (чаще в конечноэлементной постановке) решения в задачах механики твёрдых тел и различных сред. Трудоёмкость описания и относительная длительность выполнения задач в большой степени окупается высокой достоверностью, наглядностью, детализацией рассматриваемых процессов. Реализация методов строительной механики на базе современных высокопроизводительных вычислительных комплексов, дающая адекватный отклик, является признанным инструментом прогнозирования поведения конструкций в ряде отраслей науки и техники. Применение здесь упомянутых систем является не только средством анализа, но источником получения и контроля статистических данных и особенно в тех случаях, когда постановка эксперимента невозможна или экономически неоправданна.

Применительно к численным экспериментам по оценке основных ледовых качеств судов они позволяют вводить обоснованные критерии безопасности, корректировать традиционные аналитические методы или определять границы их применимости. В общем случае, традиционные решения, поверенные контрольным численным моделированием с помощью CAE-систем – это инструмент, обеспечивающий оптимальное соотношение затрат судовладельца на проведение анализа ледовых качеств судов с достоверностью получаемых результатов.

Цель работы – это адаптация CAE-систем для прогнозирования основных ледовых качеств судов при решении задач безопасности ледового судоходства на основе современных многоядерных персональных вычислительных систем.
1.Ледовые качества флота
1.1.Общие понятия. Ледовые качества и навигационная аварийность флота
Степень безопасности судна во льдах определяется уровнем его ледовых качеств. В классической трактовке ледовые качества – это способность судна противостоять ледовым явлениям как водного, так и атмосферного характера с целью обеспечения безопасности плавания и поддержания своих эксплуатационно-технических характеристик. Необходимо отметить, что в свете последних требований в рамках разработки Полярного Кодекса [50] этот термин следует толковать шире, так как касается он не только судна, но и его экипажа. Поэтому современное понятие ледовых качеств расширяется до границ знания экипажем этих качеств, умения их использовать и поддерживать для обеспечения безопасности собственного судна, судоходства вообще и эффективности ледовых транспортных операций с участием собственного судна. Хотя обязательные требования к компетентности команды для условий ледовой эксплуатации судна ещё не утверждены Международной морской организацией, в последнее время начинают использовать ледовые тренажёры [76] для обучения ледовых экипажей. К сожалению, математические модели, реализуемые в таких тренажёрах, не подлежат обсуждению, так как являются «know how» их разработчиков. С высокой вероятностью можно предположить их полуэмпирическое происхождение, периодически корректируемое методом «экспертных оценок». И хотя специализированная подготовка ледовых экипажей не является предметом исследования в данной работе, CAE-системы как инструмент оценки и корректировки моделей подобных тренажёров не стоит отвергать.

В состав традиционного набора ледовых качеств входят: местная ледовая прочность корпуса и элементов движительно-рулевого комплекса, ледовая ходкость и маневренность судна, а также работоспособность судовых систем, устройств и механизмов в ледовых условиях и при отрицательных температурах воздуха. Прочность корпусных конструкций является основополагающим параметром судна, определяющим его безопасность во льдах. Пока это единственное нормируемое ледовое качество. По его оценкам классификационные общества устанавливают судну ледовую категорию (ледовый класс) [53,60], согласно которой регламентируются базовые допустимые ледовые условия и режимы его эксплуатации. Научные интересы автора настоящей работы связаны с изучением ледовых качеств грузовых судов внутреннего и смешанного река-море плавания, работающих в неарктических судоходных водоёмах. Этот флот поднадзорен как Российскому речному регистру, так и Российскому морскому регистру судоходства. Соответствие ледовых категорий этих классификационных обществ в отношении названного флота приведено в табл. 1.

Таблица 1
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   19

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Оценки безопасных условий ледового плавания судов с применением cae -систем iconРазвитие нормативной базы регистра по обеспечению безопасности судов ледового плавания
Целью настоящего доклада является обзор существующих требований Регистра к безопасности судов ледового плавания и выявление перспективных...

Оценки безопасных условий ледового плавания судов с применением cae -систем iconПроектное обоснование технических и экономических характеристик ледоколов...
Диссертационная работа выполнена на кафедре Проектирования судов фгбоу впо «Санкт-Петербургский государственный морской технический...

Оценки безопасных условий ледового плавания судов с применением cae -систем iconТаблица оценки условий труда
Условия труда существенно влияют на состояние здоровья трудящихся, производительность труда, на экономические показатели деятельности...

Оценки безопасных условий ледового плавания судов с применением cae -систем iconПравила Российского Речного Регистра в сопоставлении с европейскими...
Уверен, что результаты этого анализа, изложенные в настоящей книге, будут использованы в дальнейшей работе по совершенствованию документов...

Оценки безопасных условий ледового плавания судов с применением cae -систем iconМетоды оценки риска столкновения в системах управления движением судов
Владивостокский государственный университет экономики и сервиса, Владивосток, Россия (690014, Владивосток, ул. Гоголя, 41 ауд. 1448),...

Оценки безопасных условий ледового плавания судов с применением cae -систем iconКлименко оксана алексеевна
Совнет, сертифицированный аудитор систем и оценки систем менеджмента качества по iso 9001, старший преподаватель кафедры управления...

Оценки безопасных условий ледового плавания судов с применением cae -систем iconВопрос 59 Основные элементы национальной и мировой валютных систем
Ее возникновение и последующая эволюция отражают объективное развитие процессов интернационализации капитала, требующих адекватных...

Оценки безопасных условий ледового плавания судов с применением cae -систем iconПриложение Проект Подготовлен ОАО «роснано» иооо «Институт проблем...
Настоящий Федеральный стандарт оценки разработан с учетом международных стандартов оценки и федеральных стандартов оценки и содержит...

Оценки безопасных условий ледового плавания судов с применением cae -систем iconВопросы вступительного экзамена по специальной дисциплине
Основные положения теории систем. Определение системы. Свойства системы. Классификация систем. Модели экономических систем

Оценки безопасных условий ледового плавания судов с применением cae -систем iconЗадачи, объект и предмет судебной психофизиологической экспертизы с применением полиграфа
Комиссарова Я. В. Задачи, объект и предмет судебной психофизиологической экспертизы с применением полиграфа // Библиотека криминалиста....






При копировании материала укажите ссылку © 2016
контакты
e.120-bal.ru
..На главную