Оценки безопасных условий ледового плавания судов с применением cae -систем
Скачать 2.57 Mb.
|
| Федеральное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Волжская государственная академия водного транспорта» (ФБОУ ВПО «ВГАВТ») На правах рукописи Лобанов Василий Алексеевич Оценки безопасных условий ледового плавания судов с применением CAE-систем Специальность 05.22.19 – Эксплуатация водного транспорта, судовождение Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук Н.Новгород - 2014 Содержание
Введение В настоящее время сохраняется необходимость в ледовом плавании судов. Она обусловлена рядом причин как объективного, так и субъективного характера. Ледовая навигация всегда связана с повышенной вероятностью получения повреждений судами. Снижение рисков таких повреждений – первоочередная задача научно-оперативного обеспечения судоходства во льдах. Основная научно-техническая деятельность автора связана с оценками безопасных условий ледового судоходства на внутренних водных путях России и в прибрежном плавании. Необходимо отметить, что планомерная кампания по продлению периода физической навигации на внутренних судоходных водоёмах, активно проводимая в период 70-х – 80-х годов прошлого века, к началу 90-х годов была свёрнута по причинам экономического характера. Кроме того, речной флот «поредел» (много судов было реконструировано для условий смешанного плавания), а оставшийся – «постарел» (сейчас его средний возраст составляет около 30 лет), поэтому его «ледовая» активность невелика. К настоящему времени сохранились потребности лишь в эпизодических ледовых транспортных операциях, обычно сопутствующих весеннему периоду развёртывания навигации. И хотя проблемы обеспечения безопасности ледового плавания (или зимнего отстоя судов) на внутренних водных путях сохраняются, о них не заявлено ни на уровне разрозненных мелких судоходных компаний, ни на уровне Министерства транспорта. В лучшем случае дело ограничивается редкими анализами ледовых аварий при судебных разбирательствах. Но в отношении отечественного флота смешанного река-море плавания негативная ситуация уже переломлена. За последнее десятилетие в дополнение к реконструированным он ощутимо пополнился новыми грузовыми судами [46,68]. В настоящее время активно расширяются транспортные коридоры «Север-Юг» и «Запад-Восток», внутренние водные пути России открываются для прохода иностранных судов. Интенсивное освоение новых выгодных грузопотоков, нежелание потерь фрахта, выполнение договорных обязательств различными судовладельцами, арендаторами флота, стивидорными компаниями вынуждают их эксплуатировать свои суда максимально интенсивно и по возможности круглогодично. Последнее, как правило, связано с риском работы судов во льдах. Недостаточная компетентность судовладельцев, арендаторов, агентов и судоводительского состава в оценке ледовых качеств своих судов и интерпретации ледовых явлений дополнительно провоцирует попадание флота в нежелательные ледовые обстоятельства. Таким образом, задача обеспечения безопасности ледового плавания данного флота в различных прибрежных регионах России является актуальной, что подтверждается достаточно высоким уровнем его ледовой аварийности [42]. Особо остра эта проблема для грузового флота, эксплуатируемого в битых льдах, потому что более 90% ледовых повреждений связано именно с данным видом плавания. В последние годы под эгидой Международной морской организации ведётся формирование Полярного Кодекса. Принятие этого документа призвано узаконить общие нормы, требования и правила эксплуатации, обеспечения безопасности плавания судов, охраны человеческой жизни и предотвращения загрязнения в полярных водах, покрытых льдами. Главным условием обеспечения безопасности ледового судоходства является соответствие ледовых качеств судов ледовым условиям и режимам плавания. Ледовые качества нормируются классификационными обществами (в России – Регистрами судоходства) и присваиваются судну в виде ледового класса (ледовой категории). Однако значительная пространственно-временная изменчивость ледовых условий и явлений в сочетании со сложностью их надёжного прогнозирования часто не позволяет соблюдать этот основополагающий принцип. При этом знание характеристик судна в рамках ледового класса не является гарантией принятия обоснованного решения в оперативной обстановке. Поэтому следует ожидать, что принятие Кодекса повлечёт за собой разработку ряда национальных нормативов, регламентирующих ледовое плавание судов (в том числе и в неарктических водах). Первый шаг в создании подобных документов уже сделан. Так в декабре 2011 года Российский морской регистр судоходства (РМРС) издал циркулярное письмо [70], согласно которому судам ему поднадзорным и осуществляющим ледовые плавания рекомендуется иметь специальный документ – Свидетельство о допустимых условиях ледового плавания (Свидетельство). Рекомендательное наличие Свидетельства со временем приведёт к его «добровольной обязательности», ибо его отсутствие наверняка будет связано с дискриминационными мерами (скорее всего, в явно не выраженном виде) при организации ледовых проводок. Поэтому уже сейчас заинтересованные и дальновидные судовладельцы подтверждают свои намерения в обеспечении Свидетельствами, по крайней мере, вновь построенных и имеющих ледовые категории судов. Этот документ призван уточнить и конкретизировать ледовые качества судна и условия его безопасной эксплуатации во льдах. Он выдаётся РМРС по заявке судовладельца после освидетельствования судна. При этом освидетельствованию должна предшествовать обязательная экспертная оценка его ледовых качеств. Она выполняется компетентной организацией, признанной для этих целей РМРС (ВГАВТ имеет такой статус). Результаты экспертизы, оформленные, например, в виде ледового паспорта судна [47,59], направляются для согласования в ГУ РМРС и учитываются при составлении Свидетельства. Для современного судовладельца процедура получения экспертного заключения о ледовых качествах судна на основе натурных или модельных экспериментов, как правило, неприемлема по причинам экономического характера. Применение для этих целей классических полуэмпирических методик ограничено. Поэтому для решения экспертных ледовых проблем в настоящее время начинают использоваться CAE-системы [103,105]. Инженерная практика автора была неоднократно связана с экспертной оценкой последствий ледовых аварий или происшествий на объектах водного транспорта, разработкой проектов оптимизации защиты судов от возможного ледового воздействия [18,48]. Опыт показал, что существует обширный круг частных задач маневрирования судов в различных ледовых условиях, взаимодействия гидротехнических сооружений с ледяным покровом, решения которых на базе традиционных аналитических методик неадекватны. Подобные процессы сравнительно непродолжительны, как правило, конкретизированы или оговорены дополнительными условиями, а поставленные задачи в конечном итоге сводятся к анализу ледовых качеств при указанных ограничениях. Поэтому для повышения достоверности выводов в достаточном ряде случаев эксперты также вынуждены были прибегать к моделированию ситуации с помощью САЕ-систем. CAE-системы – это программные комплексы, обеспечивающие численные (чаще в конечноэлементной постановке) решения в задачах механики твёрдых тел и различных сред. Трудоёмкость описания и относительная длительность выполнения задач в большой степени окупается высокой достоверностью, наглядностью, детализацией рассматриваемых процессов. Реализация методов строительной механики на базе современных высокопроизводительных вычислительных комплексов, дающая адекватный отклик, является признанным инструментом прогнозирования поведения конструкций в ряде отраслей науки и техники. Применение здесь упомянутых систем является не только средством анализа, но источником получения и контроля статистических данных и особенно в тех случаях, когда постановка эксперимента невозможна или экономически неоправданна. Применительно к численным экспериментам по оценке основных ледовых качеств судов они позволяют вводить обоснованные критерии безопасности, корректировать традиционные аналитические методы или определять границы их применимости. В общем случае, традиционные решения, поверенные контрольным численным моделированием с помощью CAE-систем – это инструмент, обеспечивающий оптимальное соотношение затрат судовладельца на проведение анализа ледовых качеств судов с достоверностью получаемых результатов. Цель работы – это адаптация CAE-систем для прогнозирования основных ледовых качеств судов при решении задач безопасности ледового судоходства на основе современных многоядерных персональных вычислительных систем. 1.Ледовые качества флота 1.1.Общие понятия. Ледовые качества и навигационная аварийность флота Степень безопасности судна во льдах определяется уровнем его ледовых качеств. В классической трактовке ледовые качества – это способность судна противостоять ледовым явлениям как водного, так и атмосферного характера с целью обеспечения безопасности плавания и поддержания своих эксплуатационно-технических характеристик. Необходимо отметить, что в свете последних требований в рамках разработки Полярного Кодекса [50] этот термин следует толковать шире, так как касается он не только судна, но и его экипажа. Поэтому современное понятие ледовых качеств расширяется до границ знания экипажем этих качеств, умения их использовать и поддерживать для обеспечения безопасности собственного судна, судоходства вообще и эффективности ледовых транспортных операций с участием собственного судна. Хотя обязательные требования к компетентности команды для условий ледовой эксплуатации судна ещё не утверждены Международной морской организацией, в последнее время начинают использовать ледовые тренажёры [76] для обучения ледовых экипажей. К сожалению, математические модели, реализуемые в таких тренажёрах, не подлежат обсуждению, так как являются «know how» их разработчиков. С высокой вероятностью можно предположить их полуэмпирическое происхождение, периодически корректируемое методом «экспертных оценок». И хотя специализированная подготовка ледовых экипажей не является предметом исследования в данной работе, CAE-системы как инструмент оценки и корректировки моделей подобных тренажёров не стоит отвергать. В состав традиционного набора ледовых качеств входят: местная ледовая прочность корпуса и элементов движительно-рулевого комплекса, ледовая ходкость и маневренность судна, а также работоспособность судовых систем, устройств и механизмов в ледовых условиях и при отрицательных температурах воздуха. Прочность корпусных конструкций является основополагающим параметром судна, определяющим его безопасность во льдах. Пока это единственное нормируемое ледовое качество. По его оценкам классификационные общества устанавливают судну ледовую категорию (ледовый класс) [53,60], согласно которой регламентируются базовые допустимые ледовые условия и режимы его эксплуатации. Научные интересы автора настоящей работы связаны с изучением ледовых качеств грузовых судов внутреннего и смешанного река-море плавания, работающих в неарктических судоходных водоёмах. Этот флот поднадзорен как Российскому речному регистру, так и Российскому морскому регистру судоходства. Соответствие ледовых категорий этих классификационных обществ в отношении названного флота приведено в табл. 1. Таблица 1 |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Общие правила плавания и стоянки судов в морских портах Российской Федерации и на подходах к ним Омский институт водного транспорта (филиал) фбоу впо «Новосибирская государственная академия водного транспорта» |  | Отчет о научно-исследовательской работе Разработка критериев оценки качества очистки внутренних поверхностей трубопроводов систем теплоснабжения жилого фонда г. Красноярска... |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Обеспечить усвоение учащимися особенностей экономико-географического положения, природных условий и природных ресурсов района, акцентировать... | | Объединение специалистов по охране труда прошлое, настоящее, будущее Президент Межрегиональной Ассоциации содействия обеспечению безопасных условий труда «эталон» |
| Рабочая программа по дисциплине «Элементы систем автоматики судов» Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования | | Задачи автоматизированного проектирования 4 развитие cad/cam/cae-систем 10 Остальные, так называемые косвенные проектные работы, занимающие примерно одну треть общего времени на конструирование, могут быть... |
| Положение о режиме работы гоу сош №1173 Положение разработано для регламентирования безопасных условий воспитательно-образовательного процесса и четкой организации труда... | | О назначении ответственных лиц за организацию безопасной работы В целях обеспечения здоровых и безопасных условий труда и проведения учебно – воспитательного процесса, во исполнение ст ст. 212,... |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Распределение обязанностей в работе по созданию безопасных условий труда и предупреждению детского травматизма между членами администрации... | | 1 История развития спортивного плавания Построить график рекордов... Кафедра теории и методики спортивного и синхронного плавания, аквааэробики, прыжков в воду и водного поло |
| 1 История развития спортивного плавания Построить график рекордов... Кафедра теории и методики спортивного и синхронного плавания, аквааэробики, прыжков в воду и водного поло | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Цель урока: Добиться усвоения учащимися условий плавания тел на основе изученного понятия об архимедовой силе |
| Задачами контрольно-пропускного режима в образовательном учреждении... Оу и создание безопасных условий для обучающихся и работников оу и других лиц, находящихся в здании и на территории оу | | Процедуры контроля судов государством порта Ссылаясь на статью 15 (j) Конвенции о Международной морской организации, касающуюся функций Ассамблеи в отношении правил и руководств,... |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... В связи с установлением электронного прибора учета посещения обучающихся и работников школы, а также в целях создания безопасных... | | Город окружного значения нижневартовск В целях эффективной организации образовательного процесса, обеспечения безопасных условий для жизнедеятельности школы, в соответствии... |
