Домашняя яхт-верфь.

Сайт создан для тех, кто мечтает построить яхту своими руками — яхту своей мечты…

Ирбенский колосс.

001

Мы восхищаемся гигантскими сооружениями древних строителей, но непростительно равнодушны к не менее грандиозным творениям наших современников. А ведь подчас они по смелости замысла, техническому новаторству и эстетическому совершенству превосходят, к примеру, того же легендарного Колосса Родосского. Основным морским путем из Балтийского моря в Рижский залив еще с ганзейских времен служил северный фарватер Ирбенского пролива, с юга ограниченный низменным материковым берегом, а с севера – каменистой отмелью полуострова Сырве. Неровное дно щедро усыпано «наследством» двух мировых войн – тысячами мин, торпед и затонувших судов с боеприпасами. В самом оживленном месте угрозу судоходства испокон веку создавала мель Михайловская.

Ее неоднократно пытались оградить плавучим маяком, но каждый раз убеждались, что это не решает проблемы, поскольку в самый опасный осенне-зимний период судоходства маяк приходилось убирать, чтобы его не раздавили ледовые подвижки. В этом месте нужен был стационарный маяк. К 1979 году проект такого маяка был готов. Работы по его сооружению начались в 1980 году одновременно на двух строительных площадках, под руководством талантливого инженера-гидростроителя Игоря Олеговича Алексеева, ныне доктора технических наук, Президента Корпорации GT.

На банке Михайловской выбрали место, произвели топопривязку будущего маяка и в течение двух навигационных сезонов на глубине 12.5 метров отсыпали каменно-щебенчатую постель диаметром 100 и толщиной 3 метра. На слипе Гидроавиационной гавани Таллинского порта в это время отливали бетонный монолит-гигант. Частично готовую 2000-тонную махину по бокам обшили стальными листами и спустили на воду, подсоединив понтон с подвижным бортом, исключавшим при достройке на плаву контакт свежеуложенного бетона с морской водой.

К июню 1984 года работы завершили. Готовое к буксировке сооружение массой 5000 тонн с осадкой более 8 метров представляло пустотелый 9-гранный цилиндроконический массив, в центре которого возвышалась монолитная 14-метровая цокольная часть ствола маячной башни диаметром 7.5 метров. Теперь предстояла буксировка этого монстра морем на расстояние более двухсот миль из Таллинского порта к Михайловской мели.

002

На перегон отводилось 9 суток и 5 часов при скорости буксировки 3–4 узла, волнении моря до 5 баллов и ветре до 16 м/с. Плавучесть и остойчивость бетонного «колосса» обеспечивали навесные понтоны. Для проведения уникальной операции создали специальный отряд из трех морских буксиров суммарной мощностью до 10 000 лошадиных сил, гидрографического судна, пожарного катера, нескольких водолазных ботов, 300-тонного плавучего крана и вспомогательных плавсредств.

Буксировка, несмотря на свежую погоду, прошла успешно. Отряд прибыл к месту установки маяка в расчетное время. Там 26 июля 1984 года после тщательной проверки водолазами состояния отсыпки, и ориентировки массива-гиганта относительно центра гидротехнического основания, началось его погружение на каменно-щебенчатую постель. Поставленный на грунт массив заполнили песчано — гравийной смесью и приступили к обкладке всего сооружения 30-тонными монолитами для предохранения всей конструкции от сдвигов.

Рано начавшиеся штормы прервали работы. Для обеспечения навигации в осенне-зимний период и весну 1985 года на закрытой площадке перекрытия установили изотопные генераторы, автоматически действующие дизель-электрические агрегаты и временный светооптический аппарат.

003

Весной следующего года, убедившись, что монолит и все сооружения в полном порядке, продолжили монтаж. Из Таллина сначала доставили и смонтировали пять железобетонных колец ствола башни общим весом более ста тонн, на которых установили 240-тонный служебно-бытовой отсек в форме перевернутого усеченного конуса и 150-тонное стальное каркасное фонарное сооружение с решетчатой вертолетной площадкой диаметром 12.4 метра. Буксировка крупногабаритов длилась месяц, а монтаж доставленного оборудования занял не более десяти суток.

Впервые в инженерной практике строительства маячных башен в открытом море была произведена уникальная операция: с плавучего крана на высоту до 50 метров поднимали огромные элементы и там монтировали с допусками не более пяти миллиметров. Такое стало возможным благодаря четкой организации работ, высочайшей квалификации монтажников и команды плавучего крана. Одновременно с монтажом крупногабаритов производили укладку к основанию монолитов; облицовывали цокольную часть башни чугунными тюбингами на высоту 14 метров для защиты ствола от повреждения льдом и ударов штормовых волн; вели отделку ствола и внутренних помещений, устанавливали и отлаживали техническое оборудование.

004

Маяк (высота над морской поверхностью 38 метров) оснастили мощным энергетическим оборудованием (три изотопные установки типа ИЭУ-1, два автоматических дизель-электрических агрегата); новейшим светооптическим аппаратом АСА-500М в открытом фонарном сооружении, радиомаяком и мощным радиолокационным маяком-ответчиком, обеспечивающим руглосуточную работу всего комплекса при любой погоде и любом состоянии атмосферы. 25 декабря 1985 года государственная комиссия с оценкой «отлично» приняла маяк в эксплуатацию, а в «Извещениях мореплавателям» появилось сообщение: «В Ирбенском проливе в широте 57°45′ N и долготе 21°43′ Е в северной части мели Михайловская начал действовать маяк Ирбенский. Дальность видимости огня 17 миль, радиомаяка 35 миль, радиолокационного маяка-ответчика 16 миль». Так в очередной раз талант, помноженный на инженерный расчет, оправданный риск и упорство человека, позволили одержать еще одну важную победу над необузданными силами морской стихии.

Автор выражает благодарность техническому директору НПФ «ГТ– ИНСПЕКТ» (Санкт-Петербург) Мищенко Сергею Максимовичу за любезно предоставленные материалы о строительстве Ирбенского маяка.

Сергей Аксентьев.

Источник:  «Катера и Яхты»,  №243.

05.08.2013 Posted by | Навигационные маяки. | , , , , | Оставьте комментарий

«Генетическая теория» морских узлов.

00 00

Долгое время считалось, что все морские узлы уже завязаны и изобретение нового маловероятно и практически невозможно. Случайное изобретение в 1978 году английским пенсионером Хантером нового узла для связывания двух веревок вызвало в морских кругах своего рода сенсацию. С тех пор новых узлов изобрели еще два десятка. Впрочем, слово «изобрели», на мой взгляд, здесь не совсем уместно. Узлы вообще и морские в частности отражают фундаментальные свойства нашего пространства. Их существование объективно и не зависит от того, знаем мы что-нибудь о них или нет. Потому их можно «открыть» и описать, но невозможно изобрести.

Причин того, что некоторые узлы до сих пор не были обнаружены – много. И, очевидно, не последнюю роль в этом играет отсутствие системной классификации морских узлов. В настоящее время существует разбиение узлов на довольно крупные группы: стопорные, петли, узлы для связывания, декоративные. Некоторые группы дополнительно разделены на подгруппы. Так, например, есть подгруппы: узлы для связывания двух веревок приблизительно одинаковой толщины и узлы для связывания веревок разной толщины. И все. Как же так? Объект, само название которого является метафорой систематизации (узел, связь, сеть), сам до сих пор не систематизирован? Почему?

Казалось бы все просто. Ведь все авторы книг по морским узлам утверждают, что узлы состоят из одинаковых элементов: называют концы коренной и ходовой, петли открытую (рис. 1) и закрытую (рис. 2), еще  обнос (рис. 3), шлаг (рис. 4), полуузел (рис. 5) и полуштык (рис. 6). Если элементов так мало, где же классификация узлов по элементному составу? Дело, видимо, в том, что разделение на такие элементы нечетко. Закрытая петля, шлаг и полуузел – по сути одно и то же, обнос равен половине шлага, а полуштык – сложная конструкция, включающая последовательные обносы сначала собственного коренного конца, а затем коренной части ходового, а может быть шлаг и обнос.

Ошибки выделения возникают из-за того, что узлы обладают свойством изотопии. То есть они и их элементы склонны к изменчивости через непрерывную последовательность малых деформаций. Из-за этого незатянутый узел, представленный обычно своей плоской диаграммой, изотопически может быть изменен до полной неузнаваемости, и в принципе, один и тот же узел может быть описан несколькими плоскими диаграммами. Кроме того, в затянутом узле элементы склонны к взаимопроникновению и разделить их практически невозможно. Взаимопроникновение это обусловлено тем, что в объемном узле элементарный отрезок веревки имеет двойную кривизну, и то, что выглядит и является, к примеру, продолжением шлага в одной плоскости, одновременно является обносом в другой перпендикулярной ей плоскости.

Разобраться в этом хитросплетении без математики очень сложно. Математики завязали все возможные узлы с количеством пересечений до девяти включительно, поместили их в таблицу и пронумеровали (см. рисунок выше). Узлов с малым количеством пересечений немного: с тремя пересечениями – один, с четырьмя тоже один, с пятью – два, с шестью – три, с семью – семь, а вот с восьмью уже двадцать один. Но понятие математического узла не совпадает с понятием морского узла.

001

002

Так, у математических узлов нет концов, они соединены встык, то есть закольцованы. Кроме того, математические узлы, изотопически сводимые к одной и той же плоской диаграмме, считаются эквивалентными. Для морских узлов концы необходимы, а изотопически эквивалентные узлы оказываются разными морскими. Так юферсный узел (рис. 7) в математическом смысле эквивалентен беседочному (рис. 8) и альтернирующей замкнутой трехпрядной косе (рис. 9) с индексом Эшли #569; все эти узлы соответствуют внешне совершенно не похожему на них математическому узлу «63» (рис. 10).

Узлы для связывания двух веревок в математике называются зацеплением двух компонент. Теория их пока еще очень далека от практического применения. Что же делать?

Большинство узлов для связывания двух веревок симметричны в том смысле, что в затянутом узле все изгибы одной веревки в точности или зеркально повторяются на второй. Если рассматривать только симметричные варианты преобразования узлов, область исследования существенно сузится. Анализ большого числа описанных морских узлов выявил целый ряд интересных закономерностей.

1. Некоторые узлы для связывания двух веревок (далее СдВ) могут быть получены из стопорных узлов путем рассечения их в центральной точке и последующего встречного протаскивания образовавшихся ходовых концов через центр оставшейся структуры.

2. Большинство узлов СдВ могут быть разделены на две части: базовую центростремительную коренную и надстроечную центробежную ходовую.

3. Симметричный морской узел может быть преобразован в любой другой симметричный узел симметричным изменением надстроечной и/или базовой частей исходного узла непосредственно или через цепочку элементарных и поэтому легко формализуемых изменений.

4. Большинство простых узлов СдВ могут быть использованы для создания более сложных узлов, к примеру, довязыванием до двух сцепленных «восьмерок».

5. Для всех симметричных узлов существует хотя бы один синхронный встречный способ вязки по принципу «две руки, две веревки, два симметричных элемента».

6. Базовая часть существующего узла может быть упрощена заменой типов зацепления в ее плоской диаграмме и использована для создания на этой основе новых узлов.

На основе обнаруженных закономерностей можно создать «генетическую» (по происхождению) классификацию морских узлов СдВ, построенную по принципу сети, в узлах которой располагаются узлы, а связи между ними представляют собой цепь симметричных преобразований.

Элементарное симметричное преобразование назовем процедурой и формализуем. В качестве отправной точки может быть выбран любой узел, для простоты возьмем всем известный прямой узел (рис. 11). Процедуру превращения прямого узла в разносторонний шкотовый (рис. 12) назовем перекрещиванием. Она заключается в извлечении одного из ходовых концов из петли и последующей укладке его под собственный коренной конец скрестно ему. Результирующий узел называется разносторонним или разносторонним шкотовым, потому что в нем ходовые концы расположены по разные стороны от продольной оси. Перекрещивание является несимметричной процедурой, она порождает несимметричный узел.

003

004

005

006

Существует вторая процедура перекрещивания, приводящая результирующий узел к состоянию симметрии, назовем ее перекрещивание-2; процедуру, содержащую сразу оба перекрещивания, назовем двойным перекрещиванием или просто 2-перекрещивание. 2-перекрещивание прямого узла в зависимости от способа укладки ходовых концов в отверстии между коренными концами порождает либо травяной (рис. 13), либо тещин узел (рис. 14).

С этим вопросом необходимо тщательно разобраться, так как травяной узел – это рабочий морской узел. Он рекомендуется в частности для связывания ремней и лент. Тещин узел является узлом-табу, узлом-недоразумением, «ошибкой природы». Он вообще не держит нагрузки. Немного позже я расскажу, как можно с пользой применить это свойство тещиного узла. Чем же эти узлы отличаются?

В травяном узле ходовой конец одной стороной касается собственного коренного, а другой прижат ко второму ходовому и только на выходе из узла касается чужого коренного конца. В тещином узле наоборот ходовой конец сначала касается чужого коренного конца, затем второго ходового, и только на выходе из узла касается собственного коренного конца. На практике для получения травяного узла ходовые концы следует укладывать скрестно коренным и параллельно друг другу (рис. 15) без перехлеста или сцепления, концы должны торчать в разные стороны.

При малейшей нагрузке такая конструкция однозначно трансформируется в травяной узел. При укладке ходовых концов скрестно с зацеплением (рис. 16) узел трансформируется в «тещин». Укладка с параллельным расположением всех четырех концов (рис. 17) – это общеизвестная плоская диаграмма тещиного узла, существует только при полном отсутствии нагрузки; при малейшей тяге она трансформируется во вторую скрестную укладку, которая, как и положено тещиному узлу, нагрузки совершенно не держит. Процедура переукладки концов из скрестно-параллельного положения в параллельно-параллельное переводит травяной узел в тещин.

Существует еще одна процедура, однозначно превращающая прямой узел в травяной, называется она выворачивание: в ослабленном прямом узле нужно раскрыть отверстие между коренными концами («окно», рис. 18) и вывернуть ходовую часть узла в это отверстие, сохранив первоначальную укладку концов. Выворачивание бабьего узла однозначно превращает его в тещин.

Умножением шлагов (витков) будем называть процедуру, приводящую к увеличению угла взаимного обноса (свивания) веревок в базовой либо в надстроечной его части. Удвоение шлагов в базовой части прямого узла превращает его в хирургический (рис. 19). Удвоение шлагов в надстроечной части хирургического узла превращает его в академический (рис. 20). Удвоение шлагов в надстроечной части шкотового образует брамшкотовый узел (рис. 21). Обратная процедура должна называться делением шлагов. Кстати количество шлагов в узле может быть дробным, так как обнос равен половине шлага, а он часто встречается в узлах.

Уменьшение числа шлагов до нуля назовем расцеплением. Увеличение угла от нуля до одного обноса – сцеплением, а до одного шлага – сшиванием. Следует запомнить, как выглядят обнос (рис. 22, 23), шлаг (рис. 24, 25), три обноса (рис. 26) в разных проекциях узла на плоскость. Процедура расцепления ходовой части прямого узла превращает его в структуру, которую можно назвать незавершенным прямым узлом (НПУ, рис. 27). В нем ходовые концы лежат так же, как и в прямом: параллельно собственным коренным концам, но не сцеплены между собой, а просто уложены параллельно один поверх другого.

007

008

009

0010

0011

Это сохранение укладки концов не позволяет назвать описанную процедуру развязыванием. Применив к НПУ процедуру встречного довязывания, получим ложный встречный узел (рис. 28). Посмотрим на НПУ со стороны ходовых концов сверху (рис. 29), обратим внимание на правило «дорожного движения»: получается, что при встрече «противника» ходовой конец (в данном конкретном случае) отвернул влево.

Процедуру изменения правила «дорожного движения» концов назовем инверсией укладки, она превращает НПУ в незавершенный бабий узел (НБУ, рис. 30). Инверсия шлага (полуузла) состоит в последовательности процедур: расцепление, инверсия укладки, сшивание.

Реверсированием называется процедура, превращающая коренной конец узла в ходовой и, одновременно, ходовой в коренной. Достичь этого можно тремя способами. Можно протащить всю веревку через узел или извлечь одну веревку из узла и, не нарушая структуры, провязать ее по тому же пути встречно, либо придумать новую схему вязки узла, реализующую реверсирование.

Для того чтобы двигаться дальше, нужно научиться синхронной встречной вязке всех уже названных симметричных морских узлов.

Травяной узел.

Начните со встречного взаимного обноса; увидев «окно», раскройте его, продолжайте обносить ходовыми концами чужие коренные, пока они не лягут поверх «окна» скрестно коренным концам, параллельно и встречно друг другу; прошейте «окно» ходовыми концами, вбив их средины внутрь, так чтобы концы согнулись и проскочили в отверстие и, распрямившись, восстановили то же положение с другой стороны «окна»; потяните коренные концы, придержав ходовые.

Тещин узел.

Начните со встречного взаимного обноса; увидев «окно», раскройте его, ходовые концы уложите поверх «окна» скрестно коренным с зацеплением между собой, вбейте средину ходовых концов в «окно» так, чтобы они, спружинив, сформировали ту же структуру по другую сторону «окна». Второй способ: завяжите синхронно травяной узел и переложите его ходовые концы продольно-параллельно между собой и коренными концами.

Узел Хантера.

Начните с попутного обноса (рис. 39а), увидев «окно», раскройте его и зафиксируйте образовавшиеся сцепленные петли в положении (рис. 39б), помогите ходовым концам естественным образом опуститься вниз, каждому по своей стороне узла (рис. 39в). Если рассматривать верхнюю точку базовой части узла Хантера, то ближний к вам ходовой конец должен опуститься по ближней стороне узла, а дальний – по дальней.

Это называется началом прямого исполнения синхронно симметричных встречных обносов коренных концов ходовыми. Обносы продолжайте до тех пор, пока ходовые концы не встретятся в центре «окна» и не пройдут через него без зацепления между собой (рис. 39г). Затягивайте узел Хантера поочередно за ходовые и коренные концы.

0012

0013

0015

0014

Процедура «скручивание» представляет собой перекручивание центрального окна в базовой структуре узла. Применение скручивания к травяному узлу и последующее доспрямление (укладка ходовых концов, подобная таковой в прямом узле) порождают «спрямленный Голдобин».

2-перекрещивание спрямленого узла Голдобин порождает собственно Голдобин (рис. 40).

Существует более короткий синхронный способ вязки узла «Голдобин», он заключается в переплетении базовой структуры «Бетман» (рис. 41), представляющей собой встречный обнос с раскрытыми «глазами» (очками) и ходовыми концами, торчащими вверх; другими словами – это базовая часть прямого узла с раскрытыми «глазами» и разведенными ходовыми концами. Переплетение совершается следующим образом: нужно совершить обносы ходовыми концами чужих коренных и прошить синхронно и встречно «очки» сначала ближнего «глаза», а затем дальнего в верхнюю область. Если в Голдобине продолжить переплетение «очков», получится каскадированный Голдобин.

Если в Голдобине произвести встречное удвоение последнего обноса, а результирующий узел доспрямить, получится очень декоративный узел с длинным классификационным названием, который я назвал «Торнадо» (рис. 42, 42а). Этот новый узел интересен тем, что представляет собой сложное зацепление двух восьмерок. В настоящее время описано не более пяти таких узлов. Описанных узлов, состоящих из ввязанных друг в друга простых узлов, набирается более двадцати. Вывод: «восьмерочных» узлов для связывания должно быть десятка три, не менее.

Гипотеза.

Любой симметричный узел для связывания двух веревок можно довязать до двух восьмерок симметричной процедурой довязывыание «28». В результате довязывания «28» травяного узла получается узел, который я назвал самарским (рис. 43).

Василий Смирнов, г. Самара.

Источник:  «Катера и Яхты»,  №238.

05.08.2013 Posted by | Такелаж | , , , , | Оставьте комментарий

Ресурс композитов – новые данные.

00 00При проектировании судовых конструкций из композитных материалов (КМ; сейчас в основном стеклопластик в сочетании с другими материалами) допускаемые напряжения нормируются так, как это принято в строительной механике – через назначаемые коэффициенты запаса, учитывающие разнообразные факторы снижения величины допустимых напряжений относительно предела прочности данного КМ по мере выработки его рабочего ресурса. Среди этих неблагоприятных факторов – особенности рассчитываемой конструкции (степень ответственности, наличие концентраторов напряжений, характер нагрузок), схема армирования пластика, его неизбежное увлажнение и старение. Однако мы мало знаем о механизме действия этих факторов вследствие их многочисленности, трудностей учета и скудости статистических данных по ним.

Применение методов неразрушающего контроля (МНК) в процессе эксплуатации композитного судна позволяет достоверно учесть всю гамму влияющих на ресурс корпуса факторов. По данным о динамике развития дефектов в конструкциях близких прототипов уже на стадии проектирования можно делать выводы о долговечности судна. Наблюдение процессов усталостного развития внутренних дефектов (микротрещин, расслоений) с помощью различных МНК позволяет оценить изменения механических свойств КМ в процессе эксплуатации и выдвинуть ряд теорий и критериев прочности, основанных на концепции накопления повреждений.

В 2007–2010 годах с помощью МНК было обследовано 118 корпусов судов из КМ длиной от 6 до 27 м (Францев М. Э., Эксплуатационные дефекты корпусов стеклопластиковых судов, «КиЯ» № 212, с. 90). Обследованные корпуса имели ресурс использования в среднем не более 200 ч движения в навигацию или не более 1000 ч за 5 лет. Дефекты эксплуатационной природы возникновения классифицированы с учетом причины возникновения, характера развития, а также способа устранения (табл. 1).

На основании обследований сделан вывод, что частой причиной возникновения дефектов типа расслоения 1 рода в корпусных конструкциях являются аварийные повреждения, даже при отсутствии нарушения непроницаемости обшивки, а в некоторых случаях – и без повреждений декоративного слоя. Наибольшее количество дефектов выявлено в районе пе ременной ватерлинии

(ПВЛ, рис. 1). Достаточно часто расслоения выявляются в районах постоянных сосредото ченных нагрузок – вблизи выступающих частей, особенно кронштейнов нижних опорных подшипников гребных валов, а также дейдвудов, гельмпортов и водозаборников (рис. 2). По всей видимости, их главная причина – избыточные касательные напряжения между слоями КМ, приводящие к нарушению адгезионных связей, что и является непосредственной причиной возникновения дефектов типа расслоение 1-го рода.

Ослабленная дефектами конструкция хуже работает при действии штатных нагрузок, ее прочность понижена по сравнению с расчетной. Согласно новейшим научным исследованиям в области разрушения КМ, при достижении предела прочности на растяжение сначала происходит продольное растрескивание материала, начинающееся с полимерной матрицы, которое затем инициирует разрыв более прочных армирующих волокон. Продольная трещина проходит не строго вдоль волокон и перерезает часть из них.

001

Группы перерезанных волокон могут отслаиваться, в результате чего появляется вторичная продольная трещина и новые перерезанные волокна; как следствие, происходит лавинообразное разрушение материала на мелкие фрагменты. Считается, что отслоение развивается, когда растягивающее напряжение  достигает некоего порогового значения  бс При этом исходная трещина поворачивает на 90° и начинает расти вдоль волокон. Таким образом, параллельно развиваются два конкурирующих процесса – рост трещины поперек и вдоль волокон (Баженов С. Л. и др., Полимерные композиционные материалы, Изд. дом «Интеллект», 2010).

Принятая основная модель разрушения судовой корпусной конструкции из КМ, которая находит подтверждение в соответствующих источниках, обладает следующими чертами: ударные нагрузки вызывают первичные микроповреждения КМ; образовавшиеся дефекты в окрестности разрушенных элементов структуры становятся зародышами макроскопических трещин; скорость накопления микроповреждений зависит от величины действующих местных напряжений; характер роста макроскопического дефекта зависит от распределения микроповреждений в окрестности его фронта;

при изгибе пластины под действием рабочей нагрузки происходит ее постепенное продольное расслаивание с последующим снижением прочности;

уменьшенная изгибная жесткость в районе дефекта учитывается как суммарная жесткость независимо работающих слоев уменьшенной толщины, на которые разделяется ламинат;

отношение размеров дефекта типа расслоение к размерам пластины влияет на устойчивость пластины, при этом устойчивость пластины с дефектом зависит не только от площади расслоения, но и от его линейных размеров и толщины отслоившейся части;

развитие расслоения имеет циклический характер, включающее стадию накопления микроповреждений на фронте формирования расслоения и затем скачкообразный рост за счет объединения микроповреждений на фронте;

усталостное поведение конструкции из КМ, содержащей дефект типа расслоение, в большой степени зависит от типа и схемы армирования, при этом КМ на основе тканей демонстрируют повышенную усталостную прочность по отношению к КМ на основе матов;

002

для описания поведения КМ при разрушении корректно применима трехкомпонентная схема его разрушения, учитывающая три моды разрушения: отрыв, продольный и поперечный сдвиги; при этом удельная работа разрушения КМ не зависит от моды;

достижение напряжениями критических значений по любой из мод свидетельствует о достижении дефектом предельно допустимых размеров. Таким образом, оценка прочности и долговечности находящегося в эксплуатации корпуса судна из КМ может производиться через учет количества и плотности возникших внутренних дефектов типа расслоение.

Несмотря на то, что в положениях действующей нормативной документации осмотические изменения поверхностей корпуса из КМ не рассматриваются, возникновение внутренних дефектов типа расслоение 2-го рода также существенно влияет на характеристики прочности корпусной конструкции. При этом необходимо помнить, что межнавигационный поверхностный ремонт корпусных конструкций, ликвидирующий внешние проявления осмоса, не устраняет образовавшиеся расслоения и, повидимому, не прерывает дальнейшего развития процесса осмотических изменений. Последние в виде расслоений 2-го рода встречаются на судах, находящихся в эксплуатации 8 и более лет («КиЯ» №212).

Исследования типов и размеров дефектов, статистическая обработка полученных данных открывают путь к разработке количественных методов определения связи концентрации дефектов с основными факторами эксплуатации – ее продолжительностью и интенсивностью. В связи с тем, что обследованные суда невозможно сгруппировать по конструктивным и технологическим признакам, полученные количественные зависимости непригодны для полноценного математического анализа, однако качественные зависимости концентрации внутренних дефектов типа расслоение 1 рода от основных эксплуатационных характеристик судна из КМ проследить можно, что тоже немаловажно.

003

Критерий ресурса должен учитывать возраст судна (фактор старения и деградации материала в результате воздействия внешней среды) и интенсивность нагрузок в процессе эксплуатации, оцениваемую через удельную энерговооруженность судна (кВт/т). Произведение энерговооруженности на время эксплуатации дает комплексный ресурсный параметр, который легко вычислить для исследуемых судов.

Анализ размерности критерия ресурса [N·t/D] = кВт·ч/кг показывает, что, поскольку энерговооруженность с точностью до общего пропульсивного коэффициента (примерно стабильного для глиссирующих судов) определяет достижимую судном абсолютную скорость, то N/D, умноженное на время эксплуатации, даст оценку пройденного за это время расстояния. Нет сомнений, что степень концентрации дефектов напрямую связана с ним, как это отмечается, например, в дорожной технике.

С другой стороны, размерность критерия ресурса допускает его энергетическую интерпретацию – как отношение работы внешних сил, деформирующих конструкции (и напрямую зависящих от энерговооруженности) к массе этих конструкций. Очевидно, что количество накапливающихся дефек тов будет расти вследствие работы переменных нагрузкок пропорционально числу циклов нагружения.

На основании данных по исследованным судам выполнен расчет концентрации внутренних дефектов типа расслоение в соответствии со статистическим критерием Бейли (Францев М. Э., Проектная оценка эксплуатационных нагрузок и характеристик долговечности корпусов судов из композиционных материалов, Морской вестник, 2007, № 28). Для анализа выбирались расслоения 1 рода, расположенные на поверхности корпуса в районе ПВЛ пятном, напоминающим по своей конфигурации ленту. Средней линией этой ленты приближенно является действующая статическая ватерлиния. Для каждого из корпусов подсчитывались суммарное количество и площадь дефектов.

004

Выполненный расчет подтверждает принципиальную возможность применения для КМ гипотезы линейного суммирования повреждений в варианте Бейли при анализе и прогнозировании изменения характеристик долговечности корпусов под действием эксплуатационных нагрузок. Он также подтверждает предположение о наличии зависимости между концентрацией дефектов и эксплуатационными характеристиками судна (рис. 3).

Как видно, корреляция концентрации дефектов с ресурсом (N/D) t не слишком явная, связь здесь носит скорее качественный характер. Для получения более достоверного результата необходимо обследование и сопоставление данных по судам, конструктивно и технологически схожим между собой. На состояние конструкций, особенно в таком проблемном районе наружной обшивки как ПВЛ, влияют не только их возраст и претерпеваемые ими нагрузки, но также технологии изготовления конструкций, схемы армирования, качество материалов, история межсезонного хранения корпусов и т. п.

Все это факторы, усложняющие картину явления и усиливающие разброс результатов исследования. Тем не менее, выявленные зависимости позволяют сделать некоторые важные выводы, ко торыми следует руководствоваться при проектировании новых судов из КМ:

при разработке конструкции корпуса проектанту необходимо учитывать картину эксплуатационных дефектов типа расслоение, выявленных на близком прототипе;

005

при выборе материалов, схем армирования, толщин отдельных элементов конструкции – предусматривать меры против возникновения внутренних дефектов типа расслоение в наружной обшивке корпуса, палубе, элементах верхних строений и местах их соединений;

предпринимать меры, направленные на уменьшение фильтрации воды сквозь декоративный слой с целью минимизации осмотических явлений в процессе эксплуатации;

предпринимать меры по снижению вероятности возникновения внутренних дефектов типа расслоение в местах соединения с наружной обшивкой закладных деталей, обеспечивающих крепление дейдвудов, опорных подшипников и других элементов ДРК;

при выборе цветовых решений учитывать воздействие солнечного излучения на конструкции надводного борта и верхних строений.

Большинство приведенных выводов очевидны и хорошо известны специалистам, тем не менее, вновь получаемые экспериментальные данные снова и снова требуют внимания конструкторов, технологов и эксплуатационников, занятых в сфере стеклопластикового судостроения.

Михаил Францев, к. т. н., Москва.

Алексей Даняев.

Источник:  «Катера и Яхты»,  №235.

05.08.2013 Posted by | Ремонт яхт. | , , , , , , , | Оставьте комментарий

Протекторная защита: все аргументы «за».

00 00

Роберт Буллер  Ежегодные профилактические работы на судне для большинства судовладельцев-любителей включают подъем, быструю помывку днища, возможно где-то с применением скребка, а незадолго до очередного спуска – покраску свежей «необрастайкой», и – замену отработанных защитных анодов. Большинство владельцев, не исключая автора, стараются каждый год приобретать «расходники» привычной проверенной марки и максимально экономить затраты труда и времени. Мы все хотим получать от наших лодок удовольствие, а не лишние заботы.

Между тем успехи современной бытовой химии таковы, что впору остановиться и подумать: все ли ее достижения одинаково хороши для окружающей среды? Хоть вода и выглядит голубой, нам все же стоит сохранить ее «зеленой». Производители судовых красок не дремлют, и в то время как мы ищем способы надежно защитить корпуса от обрастания – уже предлагают варианты снижения количества попадающих при этом в воду ядов. Подходы к защите от коррозии также требует переосмысления.

Недавние исследования показали, что цинк – наиболее распространенный анодный материал – ядовит в больших концентрациях, скапливающихся, например, на дне лодоч-ных стоянок. Кроме того, цинк анодов содержит некоторое количество кадмия – тяжелого металла, токсичность которого даже в малых дозах хорошо известна (использование кадмия сейчас запрещено европейским законодательством). Это важно, поскольку аноды по сути – расходный материал, частицы которого неминуемо осядут на дно, откуда и проникнут в живые организмы, и будут их отравлять. Природоохранное законодательство прямым образом ограничивает воздействие этих металлов на среду – так зачем нам загрязнять наши гавани?

Для чего нам протекторная защита?

Аноды нужны для предотвращения вредной электрохимической коррозии, возникающей при контакте разнородных металлов в среде электролита, т. е. морской воды. Большинство лодок имеет по меньшей мере два различных металла под днищем, например нержавеющую сталь в гребных валах и их кронштейнах и латунную забортную арматуру, а также латунные и бронзовые гребные винты. Подвесные моторы и откидные колонки также имеют в своем составе нержавеющую сталь и алюминий. Два любых металла, различных по своей электрохимической активности, при контакте образуют гальваническую пару, один из компонентов которой начинает разрушаться.

001

Однако мы в состоянии защитить важные детали металлических конструкций от разрушения. Электрический ток, текущий из одного из металлов в гальванической паре оказывает на него коррозионное действие, втекающий же в него – не оказывает. Чтобы избежать коррозии на металлической детали, которую мы собираемся защитить, мы научились присоединять к ней дополнительную деталь, которая станет анодом, или отрицательным полюсом в паре – проводя ток, она начнет интенсивно корродировать, вести себя в буквальном смысле героически ради сохранения другого, более ценного металла.

В отличие от бронзовых винтов и нержавеющих валов, протекторы недороги и их легко можно заменить. Судовладельцы уже много десятилетий пользуются протекторной защитой и будут нуждаться в ней до тех пор, пока в составе судового корпуса будут одновременно сосуществовать металлы, различные по свойствам.

Альтернативы цинку

С недавнего времени производственники начали изготавливать аноды-протекторы из сплавов, компоненты которых обладают высокой электрохимической активностью, но при этом не ядовиты. Новые сплавы на основе алюминия намного более дружественны окружающей среде, чем обычные цинково-кадмиевые, применявшиеся ранее. Они не содержат не то чтобы токсичных металлов – даже их примесей. У алюминиевого анода при равной массе с цинковым конкурентом электроотрицательный потенциал выше вдвое.

Тестирование выявило, что равный по весу цинковому протектор из алюминия работает в полтора раза дольше, и при этом не выделяет ядовитых веществ. Токсичность цинковых анодов – предмет внимания местного природоохранного законодательства, но им есть альтернативы, менее опасные для морских организмов. К примеру, в штате Мериленд цинковые протекторы уже запрещены, и законотворческие инициативы в других регионах постепенно движутся в этом же направлении.

Пресные и солоноватые воды

Капитаны малых судов, периодически плавающих то в соленой, то в пресной воде, просто не смогут обойтись без алюминиевых протекторов, поскольку цинк и близко к ним не стоял по эффективности работы в условиях смешанных слабосоленых вод (например, в устьях крупных рек, на Балтике). В пресной воде необходимо применять магниевые протекторы, другие металлы для анодов в этих условиях просто не работают.

Разработанные в последние годы, алюминиевые протекторы обретают все большую популярность и включены в списки поставляемых запчастей, одобренных к применению многими производителями судовой техники. Моторостроители в плановом порядке рекомендуют алюминиевые аноды для своих подвесников и откидных колонок, работающих в морской воде. Ничто не подвергается коррозии быстрее «ноги» подвесного мотора, лишенной протекторной защиты – при этом последствия коррозии для ее наиболее важных деталей неустранимы.

002

Рынок

На региональном уровне бескадмиевые алюминиевые протекторы продаются под именем «Martyr». Известны они также по бренду «Performance Metal», но в то же время они продаются и через сеть распространителей оригинальных запчастей для подвесных моторов Mercury, Yahama, Suzuki, и BRP, то есть под всеми наиболее влиятельными торговыми марками.

Некоторые важные моменты, которые стоит запомнить

Защитные аноды необходимо регулярно осматривать – слишком быстрый их расход, так же как и слишком медленный, свидетельствует о проблемах в протекторной защите. Медленное расходование анода может быть вызвано неправильной его установкой, в частности, отсутствием электрического контакта с защищаемой поверхностью, либо тем, что тип анода выбран неправильно. В пресной воде работают только магниевые аноды, алюминиевые подходят и для пресной, и для соленой, и для солоноватых вод.

Обязательно обрабатывайте места контакта протекторов наждачкой либо проволочной щеткой. Бронзовая проволока в щетке предпочтительнее стальной – она не оставляет частиц металла, под которыми начинается коррозия. Морские обрастания усиливают процесс коррозии – очистка от них мест контакта обязательна. Если протектор полностью растворился за сезон эксплуатации – значит, его размер недостаточен. Первое время необходимо поэкспериментировать с размером анода, особенно на гребных валах.

003

Протекторы можно менять и на плаву, но специалисты рекомендуют для этого поднять судно, чтобы как следует зачистить место контакта и правильно закрепить анод. Для наибольшей эффективности аноды должны располагаться непосредственно вблизи от защищаемой поверхности.

Для уверенной защиты аноды стоит подключать через контактные шины; предпочтительны большие сечения шин.

www.martyranodes.com

Историческая справка

Ученые знают о явлениях, происходящих между парами разнородных металлов, с середины XVIII века, по работам Луиджи Гальвани (1737–1798) и Алессандро Вольта (1745–1827), оба считаются основателями электрохимии.

Примерно в то же время Сэмюэл Пепис, секретарь британского Адмиралтейства, описал явление непонятной коррозии железа и мягкой стали в присутствии меди и бронзы. Эксперты не смогли тогда объяснить преждевременного появления дефектов, но казна понесла значительные убытки из-за слишком быстрого списания боевых кораблей вследствие потери крепежом прочности.

Ученые познали на опыте, что разные металлы обладают различными электрическими характеристиками и порождают ток как при непосредственном контакте, так и внутри любой электропроводящей среды, при этом один из них интенсивно корродирует. Это открытие привело к изобретению гальванического элемента, в котором металлы с существенно разными свойствами создают ЭДС величиной до 1.5 В.

004

«Шкала благородства»

В процессе взаимодействия один из металлов гальванической пары постепенно разрушается, тогда как другой, более благородный (термин, принятый для характеристики свойств металлов в ряду электрохимических потенциалов), остается невредимым. В судостроении любые пары из различных по свойствам металлов – источник проблем. Морская вода представляет собой прекрасный электролит, но даже и пресная вода обычно содержит достаточное количество примесей, чтобы процесс разрушения необратимо пошел.

Ряд электрохимических потенциалов был выстроен по измерениям ЭДС, развиваемой различными парами. Магний, цинк и алюминий находятся на «активной» его стороне, тогда как нержавеющая сталь, титан и графит – на менее активной, «благородной» стороне. Электрический потенциал наиболее высок между веществами, находящимися на противоположных концах ряда, но в любом случае ЭДС возникает между любыми двумя из них, даже соседями.

Роберт Буллер.

Источник:  «Катера и Яхты»,  №235.

05.08.2013 Posted by | Ремонт яхт. | , , , , , | Оставьте комментарий

   

profiinvestor.com

Инвестиции и заработок в интернет

SunKissed

мое вдохновение

The WordPress.com Blog

The latest news on WordPress.com and the WordPress community.

Домашняя яхт-верфь.

Сайт создан для тех, кто мечтает построить яхту своими руками - яхту своей мечты...

Twenty Fourteen

A beautiful magazine theme