Удосконалення технології спуску суден з похилих поздовжніх стапелів
| dc.contributor.advisor | Рашковський О. С. | uk_UA |
| dc.contributor.author | Воленюк, Л. С. | |
| dc.contributor.author | Voleniuk, L. S. | |
| dc.date.accessioned | 2021-05-05T08:16:24Z | |
| dc.date.available | 2021-05-05T08:16:24Z | |
| dc.date.issued | 2018 | |
| dc.description | Воленюк, Л. С. Удосконалення технології спуску суден з похилих поздовжніх стапелів : дис. … канд. техн. наук : 05.08.03 / Л. С. Воленюк ; наук. кер. О. С. Рашковський ; НУК. – Миколаїв, 2018. – 203 с. | uk_UA |
| dc.description.abstract | Воленюк Л. С. Удосконалення технології спуску суден з похилих поздовжніх стапелів. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук (доктора філософії) за спеціальністю 05.08.03 «Конструювання та будування суден». – Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова, Миколаїв, 2018. В дисертаційному дослідженні представлено удосконалення технології спуску суден з похилих поздовжніх стапелів за рахунок реновації та заміни традиційних спускових пристроїв на пневматичні балони. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел та додатків. У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету і завдання роботи, визначено об’єкт і предмет дослідження, представлено наукову новизну і практичну цінність результатів роботи. У першому розділі на основі огляду вітчизняних і закордонних літературних джерел виконано аналіз стану і виявлені основні проблеми спуску суден на воду з похилих поздовжніх стапелів. Досліджена історія розвитку та використання цього спуску. Представлені основні конструктивні елементи традиційного похилого стапеля й спускових пристроїв. Також досліджені переваги та недоліки відомих методів удосконалення спускових пристроїв. Проведено дослідження інноваційного способу спуску суден – на пневматичних балонах. Для спуску суден на пневматичних балонах необхідно створити плоску похилу поверхню поздовжнього стапеля, яка може бути виконана з крупного піску, дрібного гравію, бетону, металу, дерева та інших матеріалів. Застосування такої технології не вимагає великих витрат на обладнання, дозволяє економити час і кошти на будівництві суден і ремонті будівельних місць, але неможливо використовувати на існуючих стапелях. Даний спосіб застосовується на деяких закордонних суднобудівних заводах, але в літературі відсутні матеріали з його теоретичного обґрунтування та розрахунку. Також в першому розділі розглянуто основні задачі розрахунку спуску суден з похилих поздовжніх стапелів, які необхідно розв’язати для спуску на пневматичних балонах: можливість перекидання або спливання, зіскоку зі стапеля, удару судна об стапель або ґрунт, величину баксового тиску. Обрано основні напрямки дослідження та поставлено основні задачі дисертаційної роботи. Обґрунтовано вибір теми дисертаційного дослідження, показано його важливість і актуальність, а також відповідність спеціальності 05.08.03 «Конструювання та будування суден». Визначені основні методи дослідження. У другому розділі проведено дослідження з реновації існуючих поздовжніх стапелів. На прикладі суднобудівних заводів м. Миколаїв: ПАТ «Чорноморського суднобудівного заводу» і Державного підприємства імені 61 комунара, на яких для спуску суден використовуються похилі поздовжні стапелі, проведено аналіз гідрогеологічних і конструктивних характеристик стапелів. Виявлено основні пошкодження стапелів: дерев’яне покриття спускових доріжок знаходиться у незадовільному стані і потребує заміни, підводна частина стапельних доріжок, включно поріг, вимагає 100 % заміни через тривалий термін експлуатації та знаходження під водою. Вперше розроблено ефективний метод реновації похилого поздовжнього стапеля без його руйнування – створення плоскої поверхні, що дає можливість спускати судна на пневматичних балонах. Плоска поверхня створюється за рахунок використання металевих або залізобетонних проставок, якими заповнюється простір між спусковими доріжками. На основі проведеного техніко-економічного аналізу обрані конструкції металевих та залізобетонних проставок. Розглянуто декілька типових металевих конструкцій, аналогічних конструкціям корпусу судна, які можливо виготовити на обладнанні суднобудівного заводу. Для перевірки міцності металевих конструкцій використовувався програмний комплекс SolidWorks/CosmosWorks «Інженерний аналіз методом скінченних елементів». Вибір конструкції металевих проставок проводився методом аналізу ієрархій за наступними критеріями: стійкість, трудомісткість, металоємність, технологічність. Метод полягає в декомпозиції задачі на більш прості складові частини і подальшій обробці послідовності суджень, згідно парних порівнянь. За результатами дослідження, найбільш оптимальною є конструкція, яка складається з полотнища, підкріпленого зварним повздовжнім тавровим набором. Дана форма перерізу перевершує інші в 1,1...1,5 рази. Також, розглянуто три типові залізобетонні конструкції. Проведено комплексний аналіз за наступними критеріями: технологічність процесу виготовлення, витрати матеріалу, міцність, трудомісткість та собівартість. Виявлено, що найбільш прийнятною є плита, армовану каркасом і сіткою, оскільки її проста форма спрощує технологічний процес і здешевлює собівартість виготовлення, так як не вимагає складних форм і оснастки. Проставки обраного типу є типовими для підприємств, які спеціалізуються на виготовленні залізобетонних конструкцій. Перевірки міцності залізобетонних конструкцій проводилась у розрахунково-конструкторській системі SCAD, яка використовує метод скінченних елементів (програмне додаток АРБАТ). У третьому розділі, досліджено процес спуску судна на пневматичних балонах. Вперше досліджено поведінку системи судно - пневматичні балони в процесі спуску судна на воду та розроблена математична модель спуску судна на воду з похилого поздовжнього стапеля на пневматичних балонах. Для дослідження спуску судна на пневматичних балонах у першому наближенні використовувався метод аналогії, в основі якого лежить статичний розрахунок спуску судна на традиційних спускових пристроях. При статичному розрахунку передбачається, що судно переміщується по спускових доріжках з нескінченно малою швидкістю і, отже, гідродинамічні сили нескінченно малі. Спуск судна з похилого поздовжнього стапеля умовно можна поділити на 4 періоди. Найбільш небезпечним є кінець другого періоду і початок третього, коли починається поворот судна навколо горизонтальної осі. При нормальному спуску (без перекидання) судно поступово спливає. Якщо спуск відбувається з перекиданням, тоді перед спливанням відбувається обертальний рух навколо порога стапеля. Основне завдання статичного дослідження – встановити положення судна, при якому виникає кутове переміщення (перекидання або спливання) і величину баксового тиску. Проведено статистичне дослідження спуску суден з поздовжніх похилих стапелів на традиційних спускових пристроях і на пневматичних балонах. Наведено розрахунок спуску танкера довжиною 174,6 м (вага судна 12035 т) зі стапеля «0» Чорноморського суднобудівного заводу та рефрижератора типу «Бухта русская» довжиною 133,95 м (вага судна 4850 т) зі стапеля «ІІІ» Державного суднобудівного заводу імені 61 комунара. Побудовані англійські діаграми спуску. Порівняльний аналіз показав, що при спуску судна на пневматичних балонах спливання настає раніше, та додаткова плавучість створює додатковий баксовий тиск. Але баксовий тиск, на відміну від традиційних носових копилів, сприймається більшою площею та не перевищує розрахункових навантажень на корпус. За проведеним розрахунком спуску обраних суден перекидання та стрибок відсутні. Також, у першому розділі вперше створена і апробована математична модель руху твердого тіла на пружних опорах у вигляді рівнянь механіки руху твердих тіл в квазістатичному наближенні, яка дозволяє встановити положення судна та навантаження в розрахунковий момент часу з урахуванням зміни положення судна (вертикальне та кутове переміщення) під час спуску. На основі отриманої, у другому наближенні, математичної моделі проведені розрахунки спуску суден та виявлено такі закономірності: положення максимального значення реакцій стабільно протягом спуску, зменшення ширина зіткнення між балоном і днищем судна (звуження суду) істотно зменшує реакції; максимальні реакції, протягом спуску, змінюються на 15…20%. Проведено дослідження по оптимізації вибору пневматичних балонів та виявлено, що максимальний діаметр балонів і мінімальна відстань між ними забезпечують максимально безпечне положення судна. На основі проведених досліджень удосконалена технологія спуску суден на воду з похилих поздовжніх стапелів за рахунок застосування пневматичних балонів. В четвертому розділі проведено техніко-економічне обґрунтування реновації похилого повздовжнього стапеля, порівняльний аналіз вартості спуску судна на традиційних спускових пристроях та на пневматичних балонах. Отримав подальший розвиток техніко-економічний аналіз спуску суден на воду з похилих поздовжніх стапелів. Проведено порівняння вартості ремонту похилого поздовжнього стапеля «0» Чорноморського суднобудівного заводу і реновації його для спуску на пневматичних балонах. За отриманими даними створення плоскій поверхні стапеля для спуску судна на пневматичних балонах в 2,5…3,6 рази дешевше ніж ремонт. Для проведення порівняльного аналізу вартості спуску судна розрахована вартість спуску на традиційному спусковому пристрої за даними Чорноморського суднобудівного заводу та орієнтовна вартість спуску на пневматичних балонах. Застосування пневматичних балонів для спуску суден з поздовжніх стапелів дає економію коштів в 1,64 рази при одноразовому використанні балонів, та 4,2 рази за рахунок багатократного їх використання без додаткових витрат. Наукова новизна отриманих результатів полягає в теоретичному розв’язанні задачі спуску суден з існуючих похилих поздовжніх стапелів шляхом їх реновації та заміни традиційних спускових пристроїв на пневматичні балони. У результаті дослідження: на основі техніко-економічного аналізу металоємності, міцності та технологічності обрано раціональні конструкції металевих та залізобетонних проставок для створення плоскої поверхні стапеля; вперше створено та апробовано математичну модель руху твердого тіла на пружних опорах у вигляді рівнянь механіки руху твердих тіл у квазістатичному наближенні, яка дозволяє встановити положення судна та навантаження в розрахунковий момент часу; вперше досліджено та отримано нові кількісні і якості характеристики поведінки системи «судно-балони» в процесі спуску судна на воду з похилого поздовжнього стапеля; удосконалена технологію спуску суден на воду з похилих поздовжніх стапелів шляхом використання пневматичних балонів; отримав подальший розвиток техніко-економічний аналіз спуску суден на воду з похилих поздовжніх стапелів. Практичне значення отриманих результатів: Розроблений спосіб реновації існуючих поздовжніх стапелів дозволяє спускати судна з них на пневматичних балонах без руйнування стапельної плити шляхом заповнення простору між доріжками спеціальними міцними проставками. Розроблений стандарт підприємства на спуск суден на пневматичних балонах з похилих поздовжніх стапелів може використовуватися в науководослідних і проектно-конструкторських організаціях, на суднобудівних і судноремонтних заводах України. Результати проведених досліджень впроваджені в навчальний процес у кораблебудівному інституті НУК. | uk_UA |
| dc.description.abstract1 | Voleniuk L. S. Improving the technology of ship launch from longitudinal inclined slipways. − Manuscript. Dissertation for the degree of Candidate of Technical Sciences by the specialty 05.08.03 “Design and construction of ships”. – Admiral Makarov National University of Shipbuilding, Mykolaiv, 2018. The dissertation study presents the improvement of the technology of ship launch from longitudinal inclined slipways due to replacement of traditional launching devices with air bags. The dissertation thesis consists of an introduction, four sections, conclusions, annexes and a list of references. In the introduction, the relevance of the topic of the thesis is substantiated; its aim and objectives are formulated; the object and subject of the study are identified; the scientific novelty and practical value of the results are presented. In the first section, based on the review of domestic and foreign literary sources, the analysis of the current state of the problem of ship launch from longitudinal inclined slipways is performed; its basic problems are specified. The history of development and use of this type of ship launch is studied. The main constructive elements of the traditional inclined slipway and launching devices are presented. The advantages and disadvantages of the known methods of the launching device improvement are also considered. The innovative method of ship launch is studied, namely, the launch on air bags. For the ship launch on air bags, it is necessary to create a flat inclined surface of the longitudinal slipway, which can be made of coarse sand, fine gravel, concrete, metal, wood and other materials. The use of such technology does not require high expenses for equipment, allows saving time and money for construction of ships and repair of construction sites, but cannot be used on existing slipways. This method is applied at some foreign shipbuilding plants, but there is no information on its theoretical justification and calculation in literary sources. In addition, the first section considers the main problems of calculation of ship launch from longitudinal inclined slipways, which need to be addressed for the launch on air bags: the possibility of the ship’s tipping over, floating up, going off the slipways, hitting the slipway or soil, as well as the value of the pivoting load. The main directions of the research are selected, and the main objectives of the dissertation are set. The choice of the topic of the dissertation research is substantiated, its importance and relevance are shown, as is its compliance with the specialty 05.08.03 “Design and construction of ships”. The main research methods are specified. The second section presents a study on renovation of existing longitudinal slipways. The analysis of hydro geological and structural characteristics of the slipways is carried out on the example of the shipbuilding plants of Mykolaiv, the Black Sea Shipbuilding Plant and the 61 Communard Plant, which use inclined longitudinal slipways for the ship launch. The main types of deterioration of the slipways is identified: the wooden covering of the launching tracks is in a poor condition and requires replacement, while the underwater part of the slipway tracks including the threshold requires 100% replacement due to long-term operation and location under water. For the first time ever, an effective method of renovation of the longitudinal inclined slipway without its destruction has been developed. It resides in creating a flat surface that enables ship launch on air bags. The flat surface is formed through the use of metal or concrete spacers filling the space between the launching tracks. Based on the technical and economic analysis, the designs of metal and reinforced concrete spacers have been selected. Several typical metal structures similar to the ship hull structures are considered, as they can be manufactured with the help of the equipment available at the shipbuilding plant. To test the strength of the metal structures, the SolidWorks/CosmosWorks program complex “Engineering analysis with the finite elements method” is used. The metal spacer design was selected by the hierarchy analysis method according to the following criteria: stability, labour intensity, metal content, and technological effectiveness. The method involves decomposition of the problem into simpler components and further processing of the sequence of judgments by pairwise comparisons. According to the results of the study, the most optimal is the design consisting of the sling supported with a welded longitudinal tee set. This sectional shape exceeds the other ones by 1,1...1,5 times. Furthermore, three typical reinforced concrete structures are considered. A comprehensive analysis is conducted on the following criteria: technological effectiveness of the manufacturing process, material consumption, strength, labour intensity, and production cost. It is revealed that the most acceptable is a slab reinforced with a frame and a mesh. Its simple form makes the technological process easier and reduces the production cost, as it does not require complex molds and tools. The spacers of the selected type are typical for enterprises specializing in the manufacture of reinforced concrete structures. Tests of durability of the concrete structures have been carried out in the calculation and design system SCAD, which employs the finite element method (the software application ARBAT). The third section presents a study of the process of ship launch on air bags. For the first time ever, the behavior of the system “ship – air bags” in the process of ship launch has been studied, and a mathematical model of the ship launch from the inclined longitudinal slipway on air bags has been developed. To study the ship launch on air bags in a first approximation, the analogy method was implemented. It is based on a static calculation of ship launch with the use of traditional launching devices. At a static calculation, it is assumed that the ship moves along the slipways with an infinitely small velocity, and thus the hydrodynamic forces are infinitely small. The ship launch from a longitudinal inclined slipway can be roughly divided into 4 phases. The most dangerous are the end of the second phase and the beginning of the third one, when the ship starts rotating along a horizontal axis. In case of successful launch (without tipping over), the ship floats gradually. If the ship tips over while being launched, rotational motion around the threshold occurs before floating. The main objective of the static analysis is to determine the ship’s position where the angular movement (tipping over or floating) occurs, as well as the value of the pivoting load. A statistical study of the ship launch from longitudinal inclined slipways on traditional launching devices and on air bags is performed. There is presented a calculation of the launch of the tanker 174.6 m long (ship weight of 12035 tons) from the slipway “0” of the Black Sea Shipbuilding Plant and that of the ship of the refrigerator type “Bukhta Russkaya” 133.95 m long (ship weight 4850 tons) from the slipway “III” of the 61 Communard State Shipbuilding Plant. The English diagrams of the launch are plotted. Comparative analysis has shown that during the ship launch on air bags, floating occurs earlier, and the extra buoyancy creates additional pivoting load. In contrast to traditional fore poppets, the pivoting load is perceived by a larger area and does not exceed the estimated load on the ship hull. According to the performed calculation of launch of the selected ships, there is no drop or tipping over. In addition, the first section renders creation and testing of the first-ever mathematical model of the motion of a rigid body on elastic bearings in the form of equations of the mechanics of rigid body motion in a quasi-static approximation. The model allows establishing the ship’s position and load at the specified moment of time, taking into account changes in the position (vertical and angular displacement) during the launch. The mathematical model obtained in the second approximation has served as a basis for calculation of the ship launch. The following patterns have been revealed: the position of the maximum value of reactions remains stable during the launch, a reduced collision width between the air bag and the ship’s bottom (ship narrowing) substantially diminishes the reactions; the maximum reactions alter by 15...20 % during the launch. The research on the optimization of the selection of air bags has been conducted. As it has shown, the maximum diameter of the air bags and the minimum distance between them provide the safest position of the ship. Based on the research conducted, the technology of the ship launch from inclined longitudinal slipways has been improved through the use of air bags. In the fourth section, a technical and economic substantiation of the renovation of the longitudinal inclined slipway is performed, and so is a comparative analysis of the costs of the ship launch on traditional launching devices and air bags. A further development has been given to the technical and economic analysis of the ship launch from inclined longitudinal slipways. The costs of repair of the longitudinal inclined slipway “0” at the Black Sea Shipbuilding Plant and the costs of its renovation for launch on air bags have been compared. According to the obtained data, creation of a flat surface of the slipway for ship launch on air bags is by 2.5-3.6 times cheaper than the repair. For a comparative analysis of the cost of the ship launch, the cost of the launch on a traditional launching device is calculated with the help of the data provided by the Black Sea Shipbuilding Plant. The cost of the launch on air bags is also estimated. The use of air bags for the ship launch from longitudinal slipways results in cost savings by 1.64 times at a single use of the air bags and 4.2 times at their multiple use with no extra costs involved. Scientific novelty of the obtained results resides in the theoretical solution to the problem of ship launch from available inclined longitudinal slipways through their renovation and replacement of traditional launching devices with air bags. The research results are as follows: the technical and economic analysis of specific amount of metal, strength and workability serves as a basis for selection of rational designs of metal and reinforced concrete spacers for the creation of a flat surface of the slipway; for the first time ever, there is developed and tested a mathematical model of the motion of a rigid body on elastic bearings in the form of equations of the mechanics of rigid body motion in a quasi-static approximation, which allows establishing the ship’s position and load at the specified moment of time; for the first time ever, the behavior of the system “ship – air bags” during ship launch from the longitudinal inclined slipway has been studied; its quantitative and qualitative characteristics have been obtained; the technology of the ship launch from inclined longitudinal slipways is enhanced by the use of air bags; a further development is given to the technical and economic analysis of the ship launch from inclined longitudinal slipways. Practical importance of the results is as follows: The developed method of renovation of existing inclined longitudinal slipways allows for the ship launch with the use of air bags without destroying the staple slab by filling the space between the tracks with special durable spacers. The developed enterprise standard for the ship launch on air bags from inclined longitudinal slipways can be used at scientific and research institutions, design and engineering organizations, shipbuilding and ship repair plants of Ukraine. The research results have been introduced into the educational process of the Shipbuilding Institute of NUOS. | uk_UA |
| dc.identifier.uri | https://eir.nuos.edu.ua/handle/123456789/4036 | |
| dc.language.iso | uk | uk_UA |
| dc.relation.ispartofseries | 629.5.081.532 | uk_UA |
| dc.subject | спуск судна | uk_UA |
| dc.subject | похилий поздовжній стапель | uk_UA |
| dc.subject | проставки | uk_UA |
| dc.subject | пневматичні балони | uk_UA |
| dc.subject | статичний розрахунок спуску судна | uk_UA |
| dc.subject | 05.08.03 "Конструювання та будування суден" | uk_UA |
| dc.subject | ship launch | uk_UA |
| dc.subject | inclined longitudinal slipway | uk_UA |
| dc.subject | spacers | uk_UA |
| dc.subject | air bags | uk_UA |
| dc.subject | statistical calculation of the ship launch | uk_UA |
| dc.title | Удосконалення технології спуску суден з похилих поздовжніх стапелів | uk_UA |
| dc.title1 | Improving the technology of ship launch from longitudinal inclined slipways | uk_UA |
| dc.title2 | 2018 | |
| dc.type | Other | uk_UA |
Файли
Контейнер файлів
1 - 1 з 1
Вантажиться...
- Назва:
- diss. Voleniuk.pdf
- Розмір:
- 9.45 MB
- Формат:
- Adobe Portable Document Format
- Опис:
- дисертація
Ліцензійна угода
1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
- Назва:
- license.txt
- Розмір:
- 7.05 KB
- Формат:
- Item-specific license agreed upon to submission
- Опис: