ОЦЕНКА УСТАЛОСТНОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ И СРОКА СЛУЖБЫ НАРУЖНОЙ КОМПОЗИТНОЙ ОБШИВКИ КОРПУСА СУДНА

Предметом исследования в работе являются широко применяемые в течение многих лет при проектировании и производстве элементов конструкции судов полимерные композиционные материалы. Отмечается, что расчетный срок службы современных судов составляет, как правило, не менее 20 лет, в течение которых должен быть обеспечен необходимый уровень усталостной прочности таких элементов. Подчеркивается, что проблема обеспечения расчетного срока службы композитных элементов в корпусах судов в настоящее время решается в основном обеспечением пониженного уровня расчетных напряжений и анализом опыта эксплуатации, при этом какие-либо расчетные оценки усталостной долговечности рассматриваемых элементов, как правило, не выполняются. Вместе с тем необходимость подобных оценок в настоящее время очевидна. С целью формирования метода, пригодного для подобных оценок, рассмотрены основные положения способов расчета на усталость элементов, изготовленных из слоистых композитов, используемых в авиационных конструкциях. На основе анализа этих положений предложен метод расчета усталостной долговечности и срока службы наружной композитной обшивки корпуса судна. С использованием предложенного метода выполнен тестовый расчет наружной композитной обшивки корпуса судна длиной около 60 м из неповрежденного стеклопластика типа rovimat с укладкой слоев 45° и из того же стеклопластика с ударными повреждениями. Полученные результаты показали, что срок службы обшивки с ударными повреждениями значительно меньше расчетного срока службы неповрежденного судна, которыйсоставляет 20 лет. Сделан вывод о том, что полученный результат показывает необходимость введения периодических осмотров и контроля наружной композитной обшивки в процессе эксплуатации судна.

полимерные композиционные материалы, усталостная долговечность, срок службы, гипотеза суммирования повреждений, коэффициент надежности, наружная композитная обшивка, ударные повреждения, корпус судна

1. Davies P. Fatigue and durability of marine composites / P. Davies, D. Choqueuse // Fatigue in composites. Ed. by Harris B. - Woodhead Publishing Ltd and CRC Press LLC, 2003. - Pp. 709-729.

2. Smith C. S. Design of Marine Structures in Composite Materials / C. S. Smith. - London: Elsevier, 1990. - 389 p.

3. Reinforced Plastics Durability / G. Pritchard, ed. - Woodhead Publishing, 1998. - 384 p.

4. ГОСТ 25.101-83. Методы схематизации случайных процессов нагружения элементов машин и конструкций и статистического представления результатов. - СССР, 1984. - 25 с.

5. Mandell J. F. Fatigue behaviour of fibre-resin composites / J. F. Mandell // Developments in Reinforced Plastics-2; edited by G. Pritchard. - Springer, 1982. - Pp. 67-108.

6. Kawai M. Fatigue life prediction of composite materials under constant amplitude loading / M. Kawai // Fatigue life prediction of composites and composite structures; Edited by A. P. Vassilopoulos. - Woodhead Publishing, 2020. - Pp. 425-463. DOI: 10.1016/B978-0-08-102575-8.00012-7.

7. Buimovich Y. Examination of the KAWAI CLD method for fatigue life prediction of composites / Y. Buimovich, D. Elmalich // International Committee on Aeronautical Fatigue. - Springer, Cham, 2019. - Pp. 399-409. DOI: 10.1007/978-3-030-21503-3_31.

8. Стрижиус В. Е. Особенности диаграмм постоянной усталостной долговечности слоистых композитов / В. Е. Стрижиус // Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки. - 2019. - Т. 25. - № 3. - С. 120-132. DOI: 10.18721/JEST.25309.

9. Phillips E. P. Effects of truncation of a predominantly compression load spectrum on the life of a notched graphite/epoxy laminate / E. P. Phillips // Fatigue of Fibrous Composite Materials; Edited by K. N. Lauraitis. - ASTM International, 1981. - Pp. 197-212. DOI: 10.1520/STP27621S.

10. Strizhius V. Fatigue damage accumulation under quasi-random loading of composite airframe elements / V. Strizhius // Mechanics of Composite Materials. - 2016. - Vol. 52. - Is. 4. - Pp. 455-468. DOI: 10.1007/s11029-016-9597-9.

11. Strizhius V. E. Fatigue life prediction of CFRP laminate under quasi-random loading / V. E. Strizhius // International Committee on Aeronautical Fatigue. - Springer, Cham, 2019. - Pp. 423-431. DOI: 10.1007/978-3-030-21503-3_33.

12. Рекомендательный циркуляр РЦ-АП25.571-1А. Оценка допустимости повреждений и усталостной прочности конструкции. - М.: ЦАГИ, 2015.

13. Advisory Circular AC 20-107B. Composite Aircraft Structure. - U. S. Department of Transportation Federal Aviation Administration, 2009. - 37 p.

14. Tomblin J. Determining the Fatigue Life of Composite Aircraft Structures Using Life and Load-Enhancement Factors. Final Report (DOT/FAA/AR-10/6) / J. Tomblin, W. Seneviratne. - U. S. Department of Transportation Federal Aviation Administration, 2011. - 155 p.