Influence of the bottom keel angle and bottom structure on the stress-strain state of the keel when the ship is docked

Abstract

При доковании судна на днищевые перекрытия со стороны килевой дорожки действуют значительные реактивные усилия, вызывающие местные деформации и напряжения в киле. С днищевых связей усилия передаются в основном на поперечные переборки и в меньшей степени на бортовые перекрытия, что вызывает общий изгиб корпуса судна. Расчеты общей прочности при постановке судов и кораблей в док показывают, что напряжения от общего изгиба корпуса незначительны. Дополнительные местные напряжения от изгиба киля, при использовании балочных моделей либо не учитываются совсем, либо определяются достаточно условно. Альтернативой является использование метода конечных элементов (МКЭ) при достаточно подробном пространственном моделировании связей судна, дока и опорного устройства. В данной работе с помощью 3D конечно-элементного моделирования судна упрощенных обводов исследуется влияние килеватости и конструкции днищевого перекрытия на деформации киля и дополнительные местные напряжения в нем при постановке в сухой док. Расчеты выполнены для восьми моделей судна, имеющих примерно равную общую продольную жесткость корпуса и доковый вес. Килеватость днища варьируется в пределах 0-15° как для моделей с одинарным, так и с двойным дном. Показано, что напряжения в киле вблизи поперечных переборок могут достигать недопустимо больших значений. Килеватость днища приводит к увеличению жесткости днищевых перекрытий и уменьшению местных деформаций киля и его локальной напряженности, причем для моделей с двойным дном указанный эффект проявляется в большей степени. Полученные в статье качественные и количественные оценки могут быть использованы при проектировании подкрепления киля у поперечных переборок. When the ship is docked, significant reactive forces act on the bottom slabs from the keel track side, causing local deformations and stresses in the keel, stringers and floras. From the bottom braces, forces are transmitted mainly to the transverse bulkheads and, to a lesser extent, to the side floors, which causes a general bending of the ship's hull. Calculations of the total strength when ships are docked show that the stresses from the general bending of the hull are insignificant. Additional local stresses from the keel bending, when using beam models, are either not taken into account at all, or are determined quite conditionally. An alternative is to use the finite element method (FEM) in a sufficiently detailed spatial simulation of the ship, dock and support connections. In this work, with the help of 3D finite element modeling of the ship of simplified contours, the influence of the bottom keel angle and the design of the bottom floor on the deformations of the keel and additional local stresses in it during dry docking is investigated. Calculations were made for eight models of the ship, having approximately equal to the total longitudinal rigidity of the hull and dock weight. The bottom keel angle varies between 0-15° for both single-bottomed and double-bottomed models. It has been shown that stresses in the keel near transverse bulkheads can reach unacceptably large values. The increasing of the bottom keel angle leads to an increase in the stiffness of the bottom floors and a decrease in local deformations of the keel and its local strength, and for models with a double bottom, this effect is manifested to a greater extent. Qualitative and quantitative estimates obtained in the article can be used in the design of keel reinforcement at transverse bulkheads.