Часть С. Целостность конструкций

Часть С
Целостность конструкций

4.16 Общие положения

4.16.1 При проектировании конструкций должна обеспечиваться надлежащая способность танков выдерживать действие всех соответствующих нагрузок с надлежащим запасом прочности. При этом должна приниматься в расчет возможность пластического деформирования, потери устойчивости, усталости и потери непроницаемости по отношению к жидкости и газу.

4.16.2 Обеспечение целостности конструкций систем удержания груза должно быть продемонстрировано путем соблюдения положений 4.21 - 4.26, в зависимости от случая, для соответствующего типа системы удержания груза.

4.16.3 Обеспечение целостности конструкций систем удержания груза новых типов, существенно отличающихся от рассмотренных в 4.21 - 4.26, должно быть продемонстрировано путем соблюдения положений 4.27 с целью гарантии того, что сохраняется общий уровень безопасности, предусмотренный настоящей главой.

4.17 Расчеты конструкций

4.17.1 Анализ

4.17.1.1 Расчеты конструкций должны основываться на общепринятых принципах статики, динамики и прочности материалов.

4.17.1.2 Для расчета результатов действия нагрузок могут использоваться упрощенные методы или упрощенный анализ при условии, что такие методы и анализ дают достаточно осторожные оценки. В сочетании с теоретическими расчетами или вместо них могут использоваться испытания на моделях. В случаях, когда теоретические методы не обеспечивают надежности, могут потребоваться испытания на моделях либо полномасштабные испытания.

4.17.1.3 При определении реакции на динамические нагрузки должен приниматься в расчет эффект динамического воздействия, когда он может повлиять на целостность конструкций.

4.17.2 Сценарии нагружения

4.17.2.1 Для каждого района или части системы удержания груза, подлежащих рассмотрению, и для каждой из возможных форм разрушения, подлежащих анализу, должны быть рассмотрены все применимые к случаю комбинации нагрузок, которые могут действовать одновременно.

4.17.2.2 Должны быть рассмотрены наиболее неблагоприятные сценарии и условия для всех соответствующих фаз изготовления, обработки, испытаний и эксплуатации.

4.17.3 Если статические и динамические напряжения рассчитываются по отдельности и если не обосновано применение иных расчетов, общие напряжения должны быть рассчитаны в соответствии с формулами:

,

где:

, , , , и - статические напряжения; и

, , , , и - динамические напряжения,

каждое из которых должно быть определено отдельно при помощи составляющих ускорения и составляющих деформаций корпуса вследствие изгиба и кручения.

4.18 Условия расчета

Для всех релевантных сценариев нагружения и расчетных условий в процессе проектирования должны быть рассмотрены соответствующие виды разрушения. Расчетные условия приведены выше в настоящей главе, а сценарии нагружения описаны в 4.17.2.

4.18.1 Условие предельного состояния

Несущая способность может быть определена путем испытаний либо при помощи анализа с учетом как упругих, так и пластических свойств материала посредством упрощенного линейного анализа в упругой области либо следуя положениям Кодекса.

4.18.1.1 Должны рассматриваться пластическое деформирование и потеря устойчивости.

4.18.1.2 Анализ должен основываться на характеристических значениях нагрузок, как указано ниже:

Нагрузки постоянного характера: Эксплуатационные нагрузки: Нагрузки, обусловленные внешним воздействием:

расчетные значения номинальные значения для волновых нагрузок: наиболее вероятная наибольшая нагрузка из циклов нагружения волновыми нагрузками.

4.18.1.3 Для оценки прочности по предельному состоянию применяются следующие характеристики материала:

.1.1 = номинальный минимальный предел текучести при комнатной температуре (). Если кривая "напряжение-деформация" не имеет четко выраженных напряжений текучести, применяется условный предел текучести при остаточной деформации 0,2%.

.1.2 = номинальный минимальный предел прочности на растяжение при комнатной температуре ().

Для сварных соединений со швами с уступающими по прочности характеристиками, т.е. в которых сварочный металл имеет более низкий, по сравнению с основным металлом, предел прочности, если наличие таких швов неизбежно - как, например, для некоторых сплавов алюминия, должны использоваться соответствующие значения и для сварных швов, полученные после любой тепловой обработки. В подобных случаях предел прочности на растяжение сварного шва в поперечном направлении должен быть не менее фактического предела текучести основного металла. Если этого достичь невозможно, сварные конструкции из таких материалов не должны включаться в состав систем удержания груза.

.2 Указанные свойства должны соответствовать минимальным номинальным механическим свойствам материала, включая сварочный металл для конструкций в том виде, в котором они были изготовлены. Могут учитываться улучшенные предел текучести и предел прочности при низкой температуре при условии специального рассмотрения этого Администрацией или признанной организацией, действующей от ее имени. Температура, которой соответствуют свойства материалов, должна быть указана в Международном свидетельстве о пригодности судна для перевозки сжиженных газов наливом, требуемом в 1.4.

4.18.1.4 Эквивалентное напряжение (по фон Мизесу, Губеру) должно быть определено по формуле:

,

где:

= суммарные нормальные напряжения по оси х;

= суммарные нормальные напряжения по оси у;

= суммарные нормальные напряжения по оси z;

= суммарные касательные напряжения в плоскости х-у;

= суммарные касательные напряжения в плоскости x-z; и

= суммарные касательные напряжения в плоскости y-z.

Вышеприведенные величины должны быть рассчитаны, как указано в 4.17.3.

4.18.1.5 Допускаемые напряжения для материалов иных, нежели материалы, указанные в главе 6, должны быть в каждом случае предметом одобрения Администрацией или признанной организацией, действующей от ее имени.

4.18.1.6 Значения напряжений могут быть и далее ограничены как результат анализа усталости, анализа трещинообразования и критериев потери устойчивости.

4.18.2 Расчет из условий усталости

4.18.2.1 Расчетное условие усталости является условием расчета в отношении кумулятивного действия циклических нагрузок.

4.18.2.2 Если требуется анализ усталостной прочности, кумулятивный эффект вызывающей усталость нагрузки должен отвечать условию:

,

где:

= количество циклов напряжений на каждом из уровней напряжений в течение срока эксплуатации танка;

= количество циклов до разрушения для соответствующего уровня напряжений в соответствии с кривой Велера (S-N);

= количество циклов погрузки и разгрузки в ходе срока эксплуатации танка, оно должно составлять не менее 1000. Циклы погрузки и разгрузки включают полный цикл действия давления и термический цикл;

= количество циклов до разрушения для вызывающих усталость нагрузок, обусловленных погрузкой и разгрузкой; и

= максимально допустимое отношение для кумулятивной нагрузки, вызывающей разрушение.

Расчет усталостного разрушения должен быть основан на расчетном сроке эксплуатации танка, однако из условия не менее циклов волновой нагрузки.

4.18.2.3 Если требуется, система удержания груза должна подвергаться анализу на усталость, при этом должны учитываться все нагрузки, вызывающие усталость, и их соответствующие комбинации для запланированного срока эксплуатации системы удержания груза. Внимание должно уделяться различным состояниям заполнения.

4.18.2.4.1 Расчетные кривые S-N, используемые для анализа, должны быть применимыми к материалам и сварным конструкциям, узлам, процедурам изготовления и соответствующему предусмотренному напряженному состоянию конструкций.

4.18.2.4.2 Кривые S-N должны основываться на вероятности сохранения работоспособности 97,6%, отвечающей кривым соответствующих экспериментальных данных до окончательного разрушения, отвечающих условию "среднее-минус-два-стандартных-отклонения". Использование кривых S-N, полученных иным способом, требует коррекции допустимых значений , указанных в 4.18.2.7 - 4.18.2.9.

4.18.2.5 Анализ должен основываться на характеристических значениях нагрузок, как указано ниже:

	Нагрузки постоянного характера:	расчетные значения
	Эксплуатационные нагрузки: Нагрузки, обусловленные внешним воздействием:	номинальные значения либо заданная история нагружения ожидаемая история нагружения, однако не менее циклов.

Если для оценки усталостной долговечности используются упрощенные спектры динамического нагружения, они должны быть предметом специального рассмотрения Администрацией или признанной организацией, действующей от ее имени.

4.18.2.6.1 Если размеры дополнительного барьера сокращены, как это предусмотрено в 4.4.3, должен быть выполнен анализ механики разрушения роста усталостных трещин с целью определения:

.1 путей распространения трещин в конструкции;

.2 скорости роста трещин;

.3 времени, требуемого для того, чтобы растущая трещина стала причиной начала утечки из танка;

.4 размеров и формы трещин, распространяющихся на всю толщину; и

.5 времени, за которое обнаруженные трещины достигают критического состояния.

Механика разрушения основывается в общем случае на данных о росте трещин в форме данных испытаний "среднее-плюс-два-стандартных-отклонения".

4.18.2.6.2 Для целей анализа распространения трещин должно быть сделано допущение о самой крупной начальной трещине, не обнаруживаемой применимым методом проверки, с учетом допускаемых испытаний с использованием неразрушающих методов и критерия визуальной проверки, как применимо.

4.18.2.6.3 Для анализа распространения трещин при условии, указанном в 4.18.2.7, может использоваться упрощенное распределение нагрузок и последовательный период времени в течение 15 дней. Такие распределения могут быть получены, как указано на рис. 4.4. Распределение нагрузок и более продолжительные периоды времени, как, например, указанные в 4.18.2.8 и 4.18.2.9, должны быть одобрены Администрацией или признанной организацией, действующей от ее имени.

4.18.2.6.4 Должно быть обеспечено соответствие 4.18.2.7 - 4.18.2.9, в зависимости от случая.

4.18.2.7 Для разрушений, которые могут быть надежным образом обнаружены через обнаружение течи:

должно быть менее или равно 0,5.

Прогнозируемое остающееся время развития разрушения, от момента обнаружения утечки до достижения критического состояния, должно составлять не менее 15 дней, если к судам, занятым в определенных рейсах, не предъявлено иных требований.

4.18.2.8 Для разрушений, которые не могут быть обнаружены через течь, но которые могут быть надежным образом обнаружены во время проверок в ходе эксплуатации:

должно быть менее или равно 0,5.

Прогнозируемое остающееся время развития разрушения, от момента возникновения самой крупной начальной трещины, не обнаруживаемой проверкой в ходе эксплуатации, до достижения критического состояния, должно составлять не менее утроенного промежутка времени между проверками.

4.18.2.9 В отдельных районах танка, где невозможно эффективным образом обеспечить обнаружение дефекат или развитие трещины, должны применяться, как минимум, более жесткие критерии приемлемости усталости, как указано ниже:

должно быть менее или равно 0,1.

Прогнозируемое остающееся время развития разрушения, от момента возникновения предполагаемого начального дефекта до достижения критического состояния, должно составлять не менее утроенного срока эксплуатации танка.

4.18.3 Расчет по аварийному состоянию

4.18.3.1 Расчетное аварийное состояние является расчетным состоянием при действии аварийных нагрузок с исключительно низкой вероятностью возникновения.

4.18.3.2 Анализ должен основываться на следующих характеристических значениях нагрузок:

           Нагрузки постоянного характера:     расчетные значения

           Эксплуатационные нагрузки:          номинальные значения

           Нагрузки, обусловленные внешним     номинальные значения

           воздействием:

           Аварийные нагрузки:                 номинальные значения или

                                               расчетные значения.

4.18.3.3 Нет необходимости, чтобы нагрузки, упомянутые в 4.13.8 и 4.15, принимались в комбинации между собой или с нагрузками, обусловленными волнением.