ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΚΑΝΟΝΙΣΜΩΝ ΝΗΟΓΝΩΜΟΝΩΝ

Transcript

1 ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΚΑΝΟΝΙΣΜΩΝ ΝΗΟΓΝΩΜΟΝΩΝ Ενότητα 04: Διαστασιολόγηση των στοιχείων της μεταλλικής κατασκευής Α. Θεοδουλίδης

2 Σχέδιο Μέσης Τομής Αποτελεί ένα από τα βασικώτερα κατασκευαστικά σχέδια του πλοίου. Είναι αντιπροσωπευτικό της δομής της μεταλλικής κατασκευής στην περιοχή φορίου (cargo area). Περιέχει πολλές χρήσιμες πληροφορίες για το πλοίο και τη φόρτωσή του Δείχνει σημαντικές κατασκευαστικές λεπτομέρειες.

3 Βασικά κατασκευαστικά σχέδια πλοίου Midship Section Shell expansion Profile and Decks Bulkheads Transverse Sections Double Bottom Construction Fore End Construction Aft End Construction Engine Room Construction

4 Chemical Tanker

5 Oil Tanker-Typical Web Frame

6 Oil Tanker-Ordinary Frame

7 Double Hull Bulk Carrier

8 Single Hull Bulk Carrier

9 Container Ship

10 LPG Carrier

11 Asphalt Carrier

12 Πληροφορίες που περιλαμβάνονται στο Σχέδιο Μέσης Τομής Κύριες Διαστάσεις Χαρακτηρισμός κλάσης (Class Notation) Μηχανικές ιδιότητες χρησιμοποιούμενων χαλύβων (Steel Grades) Βύθισμα αντοχής (scantling draft) Αντοχή διπυθμένου Ροπή αντίστασης και ροπή αδράνειας της διατομής Μέγιστη καμπτική ροπή και τέμνουσα δύναμη σε ήρεμο νερό Διάρκεια ζωής έναντι κωπώσεως Πάχη αντικατάστασης ελασμάτων Κάτασκευαστικές λεπτομέρειες κρισίμων περιοχών (critical areas)

13 Διαστασιολόγηση στοιχείων μεταλλικής κατασκευής Οι κανονισμοί όλων των Νηογνωμόνων περιέχουν σχέσεις για τη διαστασιολόγηση των στοιχείων της μεταλλικής κατασκευής (ελάσματα και ενισχυτικά). Οι σχέσεις αυτές διακρίνονται σε δύο κατηγορίες: Γενικές σχέσεις που εφαρμόζονται σε όλους τους τύπους των πλοίων Ειδικές σχέσεις που εξαρτώνται από τον τύπο του πλοίου. Οι σχέσεις αυτές είναι ημι-εμπειρικές, δηλ. στηρίζονται εν μέρει στις αρχές της μηχανικής και εν μέρει στην εμπειρία. Οι σχέσεις για τη διαστασιολόγηση των στοιχείων της μεταλλικής κατασκευής μας δίνουν κυρίως το ελάχιατο απαιτούμενο πάχος για τα ελάσματα και την ελάχιστη ροπή αντίστασης ή/και αδράνειας για τα ενισχυτικά.

14 Συνήθης δομή των κανονισμών διαστασιολόγησης Longitudinal strength Απαιτήσεις για την ελάχιστη ροπή αντίστασης και τη ροπή αδράνειας των διατομών του πλοίου Design Principals-Structural Details Απαιτήσεις για τη σχεδίαση και τον υπολογισμό κατασκευαστικών λεπτομερειών Shell Plating Απαιτήσεις διαστασιολόγησης των ελασμάτων του εξωτερικού περιβλήματος Bottom Structure Διαστασιολόγηση ελάσματος και ενισχυτικών εσωτερικού πυθμένα και ενισχυτικών εξωτερικού πυθμένα Decks Διαστασιολόγηση ελασμάτων και ενισχυτικών καταστρώματος(-των) Watertight Bulkheads Διαστασιολόγηση ελασμάτων και ενισχυτικών υδατοστεγών φρακτών Rudder Σχεδίαση και διαστασιολόγηση πηδαλίου Equipment Βάρος αγκυρών, μήκος και διαστασιολόγηση αλυσίδων άγκυρας.

15 Ημι-εμπειρική προσέγγιση -κάμψη δοκού υπό ομοιόμορφη φόρτηση p p M max = p L2 12 σ max = M max SM M max = p L2 8 SM = k p L2 σ

16 Ημι-εμπειρική προσέγγιση - κάμψη ορθογωνικού ελάσματος σ = k p b2 t 2 t= b k p b σ b = η μικρότερη διάσταση του ελάσματος, p = το ομοιόμορφα κατανεμημένο φορτίο, k = συντελεστής που εξαρτάται από τον τρόπο στήριξης και τον λόγο των πλευρών του ελάσματος σ = η αναπτυσσόμενη τάση

17 Ημι-εμπειρική προσέγγιση - Ροπή αντίστασης ενισχυτικού (παράδειγμα από τους κανονισμούς του ABS) SM = k p L2 σ h l p L

18 Ημι-εμπειρική προσέγγιση - Πάχος ελάσματος (παράδειγμα από τους κανονισμούς του ABS) t= b k p b σ h s p b

19 Βασικές υποθέσεις για την ισχύ των Κανονισμών CSR Πρέπει να πληρούνται όλες οι σχετικές απαιτήσεις των Διεθνών Συμβάσεων. Η λειτουργία του πλοίου είναι σύμφωνή με τα όρια που θέτουν οι Κανονισμοί (π.χ. Βύθισμα, κατάσταση φόρτωσης, ταχύτητα, κλπ). Το πλήρωμα του πλοίου είναι κατάλληλα εκπαιδευμένο και πιστοποιημένο. Η κατασκευή του πλοίου γίνεται με βάση πρότυπα αποδεκτά από τον Νηογνώμονα (π.χ. IACS Rec. No 47) Η παρακολούθηση της κατασκευής γίνεται από κατάλληλα εκπαιδευμένους επιθεωρητές του Νηογνώμονα Το ναυπηγείο εφαρμόζει εγκεκριμένο σύστημα ποιότητας. Το πλοίο συντηρείται σε όλη τη διάρκεια της ζωής του σύμφωνα με τις προβλέψεις των κανονισμών.

20 Βασικοί ορισμοί Μήκος Κανονισμών: Μήκος Εξάλων: Βύθισμα αντοχής Συντελεστής γάστρας

21 Τεχνικές προϋποθέσεις για την ισχύ των Κανονισμών CSR Οι Κανονισμοί εφααρμόζονται σε Bulk Carriers άνω των 90 μ και Oil Tankers άνω των 150 μ. Το πλοίο έχει την απαιτούμενη γεωμετρική μορφολογία L < 500 m CB > 0.6 L/B > 5 B/D < 2.5 Η σχεδιαστική διάρκεια ζωής του πλοίου είναι 25 έτη. Το θεωρούμενο περιβάλλον σχεδίασης είναι η θαλάσσια περιοχή του Βορείου Ατλαντικού. Η πυκνότητα του θαλασσινού νερού λαμβάνεται ίση με t/m3. Οι επιδράσεις του ανέμου και των θαλασσίων ρευμάτων δεν λαμβάνονται υπόψη. Οι φορτίσεις λόγω πάγου δεν λαμβάνονται υπόψη. Η ανάπτυξη θερμικών τάσεων δεν λαμβάνεται υπ οψη.

22 Έλεγχος αντοχής μεταλλικής κατασκευής με χρήση των CSR

23 Εξεταζόμενα σενάρια σχεδιαστικών φορτίσεων (Design Load Scenarios) Static Design Load Scenario (S) Static plus Dynamic Load Scenario (S+D) Impact Load Scenario (I) Sloshing Design Scenario (SL) Fatigue Design Load Scenario (F) Accidental Design Load Scenario (A)

24 Οριακές καταστάσεις/ τρόποι αστοχίας (Limit States/Failure Modes) Serviceability Limit State (SLS) Ultimate Limit State (ULS) Fatigue Limit State (FLS) Accidental Limit State (ALS) Yielding Plastic deformations Plastic collapse Local permanent lateral deflection Buckling Instable Failure Rupture Braking due to large tensile stress (beyond the yield stress) Brittle fracture Depends on material, temperature and thickness Fatigue cracking Cracking due to fatigue degradation of the material

25 Μέθοδοι σχεδίασης (Design Methods) Working Stress Design Method (WSD) Applicable in all cases except Ultimate Strength Διαρροή (σ < SF σ y ) (σ y όριο διαρροής) Λυγισμός (σ < SF σ cr ) (σ cr κρίσιμη τάση λυγισμού) Κόπωση (σ < SF σ end ) (σ y όριο αντοχής σε κόπωση) Partial Safety Factor Design Method (PSF) Applicable to Ultimate Strength assessment

26 Έλεγχος αντοχής Ο έλεγχος αντοχής με χρήση των CSR πραγματοποιείται σε δύο επίπεδα: 1. Διαστασιολόγηση με βάση τις περιγραφικές απαιτήσεις (Prescriptive Requirements) (Η διαστασιολόγηση που προκύπτει με βάση τις περιγραφικές απαιτήσεις δεν μπορούν να μειωθούν με κανένα εναλλακτικό τρόπο υπολογισμού π.χ. απ ευθείας υπολογισμό με αρχές τις μηχανικής ή πεπερασμένα στοιχεία) 2. Επιβεβαίωση του αρχικού σχεδιασμού με εφαρμογή της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων (Finite Elements) (Κατασκευή μοντέλου(-ων) τριών αμπαριών, Τοπική λεπτομερής ανάλυση)

27 Κριτήρια αποδοχής περιγραφικές απαιτήσεις

28 Κριτήρια αποδοχής Ανάλυση FEM

29 Επιλογή ποιότητας χαλύβων (steel grades)

30 Προσέγγιση καθαρού πάχους The net required thickness, treq, is obtained by rounding the net thickness calculated according to the Rules to the nearest half millimeter.

31 Προσαυξήσεις λόγω διάβρωσης

32 Αξιολόγηση κατασκευαστικής επάρκειας (Structural Assessment)

33 Υπολογισμός φορτίσεων Static Loads Still water hull girder loads (Ch 4, Sec 4). External loads (Ch 4, Sec 5). Internal loads (Ch 4, Sec 6). Dynamic Loads Dynamic hull girder load components (Ch 4, Sec 4). External loads (Ch 4, Sec 5). Internal loads (Ch 4, Sec 6).

34 Φορτίσεις Οι κανονισμοί περιλαμβάνουν σχέσεις για τον υπολογισμό των παρακάτω φορτίσεων: Ship Motions and Accelerations Hull Girder Loads External Loads Sea Pressure Εxternal Pressures on Exposed Decks External Impact Pressures for the Bow Area External Pressures on Superstructure and Deckhouses External Pressures on Hatch Covers Internal Loads Pressures Due to Liquids Pressures and Forces Due to Dry Bulk Cargo Pressures and Forces Due to Dry Cargoes in Flooded Conditions Steel Coil Loads in Cargo Holds of Bulk Carriers Loads on Non-Exposed Decks and Platforms Sloshing Pressures in Tanks Design Pressure For Tank Testing

35 Εξεταζόμενες περιπτώσεις δυναμικών φορτίσεων (dynamic load cases)

36 Εξεταζόμενες περιπτώσεις δυναμικών φορτίσεων (dynamic load cases)

37 Εξεταζόμενες περιπτώσεις δυναμικών φορτίσεων (dynamic load cases)

38 Συντελεστές συνδυαστικών φορτίσεων (Load Combination Factors)

39 Υπολογισμός πιέσεων για τον έλεγχο τοπικής αντοχής

40 Hull Girder Bending Assessment Minimum required values:

41 Hull girder shear capacity Shear Force calculation: Permissible Shear Force:

42 Έλεγχος μέσης τομής Hull Girder Analysis Hull Girder Yielding Strength: (σ<σ al, τ<τ al ) Hull Girder Ultimate Strength : Hull Girder Residual Strength: Local strength Analysis Plates: Stiffeners Primary supporting members

43 Ελάχιστες (εμπειρικές) απαιτήσεις

44 Βιβλιογραφία IACS, Common Structural Rules for Bulk Carriers & Oil Tankers, 2018.