XXVIII Sympozjum "Zmęczenie i Mechanika Pękania" - Selected Problems and Current Practice of Analysis of Fatigue Life of Ship Welded Joints in the Requirements of Classification Societies

Marian Bogdaniuk

Polski Rejestr Statków S.A., Gdańsk

Email: marian.bogdaniuk@prs.pl

Krzysztof Wołoszyk

Polski Rejestr Statków S.A., Gdańsk

Email: krzysztof.woloszyk@prs.pl

Proces opracowywania Przepisów budowy konstrukcji okrętowych i offshore jest wciąż wymagający. Z jednej strony wytyczne powinny skutkować bezpiecznie zaprojektowaną konstrukcją, tak aby w okresie eksploatacji nie doszło do wypadków związanych z poważnymi uszkodzeniami konstrukcji. Aby to zapewnić, należy przyjąć procedury obliczeniowe i analityczne oparte na aktualnym stanie wiedzy. Z drugiej strony, proponowane procedury nie powinny być zbyt skomplikowane i wyrafinowane, aby zapewnić ich wykorzystanie w procesie projektowania. Niedawno Międzynarodowe Stowarzyszenie Towarzystw Klasyfikacyjnych (IACS) wydało wspólne przepisy konstrukcyjne dla masowców i zbiornikowców (CSR), a jeden z rozdziałów zawiera skonsolidowane procedury oceny trwałości zmęczeniowej. W wielu przypadkach, ich implementacja w praktyce projektowej wciąż stanowi wyzwanie.

W prezentowanej pracy przedstawiono pokrótce wytyczne oceny zmęczenia wymagane przez Common Struktural Rules. Wyjaśniono metodę uproszczoną wraz z zaawansowanym podejściem opartym na Metodzie Elementów Skończonych. Do ilościowego określenia poziomów zakresów naprężeń przyjęto podejście tzw. ekwiwalentnej fali projektowej i nakreślono podstawowe założenia tej metodologii. Aby pokazać trudności, z jakimi można się zmierzyć podczas analiz, przedstawiono dwa przykłady obliczeniowe oceny trwałości zmęczeniowej połączeń spawanych kadłuba zbiornikowca. Pierwszy dotyczy połączenia pomiędzy wzdłużnym usztywnieniem dna wewnętrznego a dennikiem, zaś połączenie jest analizowane przy użyciu podejścia uproszczonego. W drugim przykładzie przedstawiono model MES składający się z trzech ładowni zbiornikowca oraz pokazano obszary podatne na pękanie. W tych regionach przyjęto bardzo drobną siatkę i zidentyfikowano zakresy naprężeń w punktach koncentracji naprężeń. Przedstawiono wyniki oceny trwałości zmęczeniowej jednego z tych połączeń. Referencyjny zbiornikowiec zbudowano w oparciu o przepisy sprzed CSR, a uzyskana trwałość zmęczeniowa była niższa od docelowej. Doprowadziło to do wniosku, że obecne przepisy są bardziej konserwatywne z punktu widzenia oceny trwałości zmęczeniowej.

Zasadniczo CSR mają zastosowanie tylko do masowców i zbiornikowców i tylko dla określonych wymiarów głównych statku. W przypadku zbiornikowców i masowców, które są poza zakresem CSR i innych typów statków, wymagania dotyczące oceny trwałości zmęczeniowej złączy spawanych są prerogatywą każdego indywidualnego Towarzystwa Klasyfikacyjnego (CS), takiego jak Polski Rejestr Statków. W celu wykazania różnic między poszczególnymi wytycznymi, badanie porównawcze zostało przeprowadzone przez Międzynarodowy Kongres ISSC. W tym badaniu porównawczym, przeprowadzono uproszczoną ocenę trwałości zmęczeniowej typowego połączenia między wzdłużnym usztywnieniem pokładu a poprzecznym wiązarem pokładu masowca z wykorzystaniem różnych przepisów. W prezentowanej pracy krótko przedstawiono i omówiono wyniki tego badania.

Chociaż TK przygotowują wytyczne, które powinny zapobiegać pękaniu elementów konstrukcyjnych, takie uszkodzenia nadal występują podczas eksploatacji statku. Może to być spowodowane błędną konstrukcją, która nie zapobiega koncentracji naprężeń i wciąż naszą ograniczoną wiedzą na temat wytrzymałości zmęczeniowej. W prezentowanej pracy przedstawiono i omówiono studium przypadku uszkodzenia zmęczeniowego.

Pokrótce wyjaśniono wpływ przemysłu na przygotowanie CSR i wyprowadzono kilka wniosków.