Stari limita si colapsul progresiv la incovoierea longitudinala a navei

PREFATA

Cartea contine probleme ale analizei starilor limita si colapsului progresiv la incovoierea longitudinala a navei. Cunoasterea cat mai exacta a rezistentei ultime permite evaluarea corecta a marjei de siguranta, calculata fata de momentul maxim care poate apare in diferite conditii. Aceasta ofera un valoros criteriu de comparare a sigurantei si fiabilitatii navelor structural si dimensional diferite. Rezistenta ultima a fost introdusa ca standard de proiectare in Regulile Structurale Comune (CSR) ale Asociatiei Internationale a Societatilor de Clasificare (IACS), care au intrat in vigoare in ianuarie 2015. Prima parte contine cateva aspecte fundamentale. Sunt date prevederi generale asupra rezistenta structurala a navei si criterii de verificare, o clasificare a starilor limita conform CSR si un scurt istoric al incercarilor experimentale in natura si pe modele asupra rezistentei longitudinale ultime a navelor. Se analizeaza comportarea la colaps a panourilor navale la compresiune si incovoiere. Este data o clasificare a metodelor de analiza la colaps, descrierea lor sumara si cateva evaluari comparative ale acestor metode si ale unor softuri intocmite pe baza lor. Ultimul capitol este dedicat problemelor practice ale evaluarii colapsului pe baza metodei Smith, una din metodele cele mai eficiente, agreata si de CSR. Este descris un soft original numit ULTIM, care tine seama de deformatii initiale, tensiuni reziduale, presiuni laterale, coroziune si tensiuni de forfecare. In partea a doua sunt prezentate analize de stari limita si colaps progresiv efectuate cu softul ULTIM pe trei nave: un petrolier de 40,000 tdw. cu dublu invelis (DH), in varianta clasica si in varianta ADH-SLU (Advanced Double Hull cu structura in sistem longitudinal uni-directional); un Bulk-carrier de 229.4 m in stare intacta si in cateva stadii de coroziune; un feribot de 187 m si 1500 pasageri, analizat in cadrul unui proiect european care a avut scopul de a evalua mai multe softuri simplificate bazate pe metoda Smith si de a verifica metodologia aplicarii acestora la nave deteriorate. Cartea include realizari ale autorilor in cadrul unor programe de cercetare si in tezelor lor de doctorat. Fiind prima de acest fel din literatura noastra, ea este utila tuturor celor interesati de domeniul rezistentei structurilor de nave - ingineri proiectanti si cercetatori, cadre didactice, masteranzi/doctoranzi. Pentru deplina intelegerea a materialului, sunt necesare unele cunostinte de baza de la cursurile predate la specializarea Arhitectura navala.

Autorii  

CUPRINS

Partea intai - ELEMENTE FUNDAMENTALE
1. INTRODUCERE 11
1.1 Consideratii preliminare asupra starilor limita ale corpului navei 11
1.2 Prescriptii generale de registru privind rezistenta si starile limita ale navei 14
1.3 Scurt istoric 19

2. COLAPSUL PANOURILOR NAVALE 25
2.1 Incarcari ale panourilor navale si interactiunea acestora la colaps 25
2.2 Colapsul panourilor navale la sarcini care actioneaza separat 27
2.2.1 Colapsul la sarcina transversala negativa 27
2.2.2 Colapsul la sarcina transversala pozitiva 27
2.2.3 Colapsul la compresiune uniforma 28
2.2.3.1 Colapsul la compresiune a placilor lungi 28
2.2.3.2 Colapsul la compresiune a placilor late 31
2.2.3.3 Colapsul prin tripping a nervurii comprimate atasata placii 33
2.2.3.4 Colapsul la compresiune a panoului (ansamblu placa-nervura) 35
2.3 Colapsul panoului incarcat simultan cu sarcini de compresiune si transversale 35
2.3.1 Modul 1 - colapsul panoului datorat cedarii flansei nervurii 36
2.3.2 Modul 2 - colapsul panoului datorat cedarii placii 39
2.3.3 Modul 3 - colapsul panoului datorat cedarii combinate a nervurii si placii 45

3. METODE DE ANALIZA A NAVEI LA STARI LIMITA SI DE COLAPS 48
3.1 Clasificarea metodelor de analiza la stari limita si de colaps 48
3.2 Metoda Caldwell 50
3.3 Metoda Smith 52
3.4 Metoda Elementelor Finite (FEM) 56
3.5 Metoda Unitatii Structurale Idealizate (ISUM) 61
3.6 Analize de comparatie 63
3.6.1 Evaluari metode si softuri 63
3.6.2 Calcule de referinta 65
3.7 Prevederi ale unor registre 71

4. EVALUAREA STARILOR ULTIME SI A COLAPSULUI PROGRESIV LA NAVE 74
4.1 Evaluarea starilor ultime in reguli de registru 74
4.1.1 Evaluarea momentul ultim si colapsului progresiv in regulile CSR 74
4.1.1.1 Procedura incremental-iterativa 74
4.1.1.2 Modelarea sectiunii transversale a navei 76
4.1.1.3 Relatii tensiuni-deformatii specifice 77
4.1.2 Evaluarea fortei taietoare ultime in regulile GL 83
4.2 Program de analiza a colapsului progresiv la incovoierea longitudinala a navei 85
4.2.1 Schema logica a programului si pasii parcursi 85
4.2.2 Tensiuni de forfecare la incovoierea grinzii-nava 87
4.2.2.1 Tensiuni de forfecare la profile subtiri deschise - rezolvare analitica 88
4.2.2.2 Tensiuni de forfecare la profile subtiri inchise - rezolvare analitica 89
4.2.2.3 Rezolvare numerica unitara - profile subtiri inchise/deschise 93
4.2.3 Modelarea relatiilor tensiune medie - deformatie specifica medie 99
4.2.3.1 Elemente de colt 99
4.2.3.2 Elemente intarite - comportarea la compresiune 99
4.2.3.3 Elemente de placa - tensiunea ultima la compresiune 103
4.2.4 Descrierea programului 104
4.2.4.1 Modulul de calcul a tensiunilor de forfecare 104
4.2.4.2 Introducerea datelor si generarea sectiunii. Meniuri de calcul 106
4.2.5 Analize-test de colaps progresiv efectuate cu programul ULTIM 112
4.2.5.1 Nava Energie Concentration 112
4.2.5.2 Modelul de grinda cutie Dowling 2 118
4.2.5.3 Modelul de grinda cutie experimentat de Nishihara 120
4.3 Rezistenta reziduala a navelor avariate 121
4.3.1 Studii efectuate 121
4.3.2 Prevederi din regulile IACS privind rezistenta reziduala 124

Partea a doua - APLICATII
5. ANALIZE DE STARI LIMITA SI COLAPS PROGRESIV LA PETROLIERE CU DUBLU INVELIS 129
5.1 Introducere. Petroliere DH si DH-SLU 129
5.2 Stari limita si colapsul progresiv la petrolierul DH proiect PD-328 132
5.3 Stari limita si colapsul progresiv la petrolierul DH-SLU proiect ADH 137
5.4 Comparatii. Concluzii 139

6. REZISTENTA LONGITUDINALA A UNUI VRACHIER IN DIVERSE STADII DE COROZIUNE 141
6.1 Momente limita elastice, plastice si ultime la vrachierul in stare intacta 142
6.2 Masurari de grosime la vrachierul Marquise. Metodica si unele rezultate 144
6.3 Momente limita elastice, plastice si ultime la vrachierul Marquise corodat 148
6.4 Variatia cu varsta a momentelor limita elastice, plastice si ultime la vrachiere 149
6.4.1 Predictia evolutiei gradului de coroziune 150
6.4.2 Dependenta de varsta a momentelor limita limita elastice, plastice si ultime la vrachierul Marquise 154

7. ANALIZA COLAPSULUI UNEI NAVE FERRY IN STARE INTACTA SI IN STARE DETERIORATA 157
7.1 Nava in stare intacta - analiza cu softul ULTIM 157
7.2 Nava in stare deteriorata in urma unei coliziuni 160
7.2.1 Analiza cu metoda elementelor finite 161
7.2.2 Analiza cu softul ULTIM 165
7.3 Compararea rezultatelor obtinute cu diverse softuri de evaluare a colapsului progresiv 170
7.3.1 Tabele comparative cu valori 171
7.3.2 Diagrame moment-curbura 174

BIBLIOGRAFIE 179

DESPRE AUTORI

Dr. ing. Mircea MODIGA Absolvent al Facultatii de Mecanica, sectia Nave, Institutul Politehnic Galati, 1961. Teza de doctorat „Asupra fasiei aditionale a grinzilor cu platbande late din componenta structurilor de nave”, Sankt Petersburg, 1971. Profesor universitar emerit Facultatea de Arhitectura Navala, Universitatea „Dunarea de Jos“ din Galati, fost conducator de doctorat. Stagii de perfectionare: Institutul de Constructii Navale din SanktPetersburg (1967-1971), Institutul de Constructii Navale din Hamburg (1977), Scoala Tehnica Superioara din Aachen (1977), Universitatea Tehnica din Clausthal (1992). Autor al mai multor articole in reviste si simpozioane nationale si internationale, a unor contracte/granturi de cercetare stiintifica si carti in domeniul structuri de nave. Afilieri: ARTENS, SRMTA, ARMR, SIAC, AGIR. Membru corespondent al Academiei de Stiinte Tehnice din Romania. Premiul Aurel Vlaicu al Academiei Romane, 1980. Email: mircea.modiga@ugal.ro

Dr. ing. Lucian ANGHEL Absolvent al Facultatii Nave si Inginerie Electrica, Universitatea „Dunarea de Jos“ din Galati, 1993. Teza de doctorat Contributii privind analiza starilor limita in proiectarea structurilor de nave, Universitatea „Dunarea de Jos“ din Galati, (Cond. Stiint. Prof. Dr. Ing. M. Modiga), 2003. Senior Engineer, Naval Architecture & Structure ICEPRONAV Engineering SRL. Autor al mai multor articole stiintifice in domeniul nave si structuri marine in reviste si simpozioane nationale si internationale. Modelari complexe si analize structurale cu softuri evoluate, pentru noi tipuri de nave. Email: lucian.anghel@icepronav.ro

Dr. ing. Alina MODIGA Absolventa a Facultatii de Nave si Inginerie Electrica, Universitatea „Dunarea de Jos“ din Galati, 1991. Teza de doctorat Contributii privind calculul structurilor multicelulare cu aplicatii la nave de tip double skin (Cond. Stiint. Prof. Dr. Ing. L. Stoicescu), 2006. Sef de lucrari la Departamentele de Inginerie Mecanica si la Departamentul de Arhitectura Navala, Universitatea „Dunarea de Jos“ din Galati. Sef de Departament Architectura Navala. Stagiu de perfectionare la Institutul Tehnic din Lisabona (2004). Autor al mai multor articole in reviste si simpozioane nationale si internationale, carti de specialitate si contracte de cercetare stiintifica. Email: alina.modiga@ugal.ro

Ph.D Andreas IOANNOU Absolvent Facultatea de Arhitectura navala (2004) si Masterat Management in afaceri/inginerie (2008), Univ. Ovidius Constanta. Teza de doctorat Rezistenta longitudinala ultima a vrachierelor corodate si avariate, Universitatea „Dunarea de Jos“ din Galati, 2010 (cond. stiint. prof. Dr. ing. M. Modiga). Health, Safety, Quality Superintendent Intership Navigation Co. Ltd. Hartmann House, Limassol, Cyprus. Autor al unor articole in Anale ale unor universitati. Certificare/avizare documentatii tehnice, manuale de incarcare/ stabilitate/antipoluare/securizare_incarcaturi/bord_liber. Membru al Institutului Regal de Arhitectura Navala (R.I.N.A) si al Camerei de stiinta si tehnica din Cipru. Email: andreas.ioannou@intership-cyprus.com.