Βελτιστοποίηση μορφολογίας ανοιγμάτων πρωτευόντων δομικών στοιχείων για τη διέλευση ενισχυτικών

Abstract

Η κόπωση στις ναυτικές κατασκευές είναι ένα γνωστό πρόβλημα που σχετίζεται με την φύση των φορτίων που ασκούνται στα πλοία από τη θάλασσα και ρυθμίζεται αυστηρά σήμερα από τους κανόνες που ορίζουν οι νηογνώμονες. Το πρόβλημα της κόπωσης σχετίζεται με τον τοπικό σχεδιασμό των δομικών λεπτομερειών, όπου μπορεί να εμφανιστούν υψηλές τάσεις (hot spots) λόγω συγκέντρωσης τάσεων. Η κόπωση εμφανίζεται συχνά με μικρορωγμές κατά μήκος των hot spots, οι οποίες μπορεί να διαδοθούν και να επηρεάσουν την ασφάλεια της κατασκευής. Ένα από τα πιο συνηθισμένα hot spots από τα οποία πολύ συχνά ξεκινούν ρωγμές κόπωσης είναι οι εγκοπές που ανοίγονται στα πρωτεύοντα μέλη για τη διέλευση των δευτερευόντων ενισχυτικών (διαστάσεις εγκοπής σχισμών ts) τα λεγόμενα scallops ή cut-outs. Το μέγεθος και το σχήμα των cut-outs και των σχετικών ελασμάτων collar plate (όταν είναι τοποθετημένα) εξαρτάται από τον τύπο του ενισχυτικού, τον τύπο της φόρτισης και το τοπικό επίπεδο τάσης. Τα scallops σχεδιάζονται από το ναυπηγείο και στη συνέχεια υποβάλλονται προς έγκριση στην εμπλεκόμενη Κλάση (νηογνώμονα) κατά το στάδιο της έγκρισης σχεδίου ενός νέου πλοίου υπό κατασκευή. Το αντικείμενο της παρούσας εργασίας αφορά τη βελτιστοποίηση του γεωμετρικού σχεδιασμού των cut-outs με στόχο τη μείωση των συγκεντρώσεων τάσεων και την εξάλειψη των hot spots, ώστε να αποφευχθεί η δημιουργία ρωγμών. Στο πλαίσιο αυτό σχεδιάστηκαν παραμετρικά και μελετήθηκαν με τη χρήση πεπερασμένων στοιχείων cut-outs για ενισχυτικά τύπου «Γ» για διάφορους τύπους φόρτισης, καθώς και η χρήση collar plate ή full collar plate. Πραγματοποιήθηκε ένας αριθμός αναλύσεων FEM πυκνού πλέγματος με συστηματική μεταβολή των βασικών παραμέτρων σχεδιασμού. Για κάθε περίπτωση αξιολογήθηκαν τα πεδία τάσεων και παραμορφώσεων. Τα αποτελέσματα των αναλύσεων απεικονίστηκαν σε μια σειρά χρήσιμων διαγραμμάτων που δείχνουν την επίδραση των διαφόρων παραμέτρων σχεδιασμού στα πεδία τάσεων και παραμορφώσεων για διάφορους τύπους φόρτισης. Τα παραγόμενα διαγράμματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον βέλτιστο σχεδιασμό των cut-outs σε θαλάσσιες κατασκευές.