1. Спущен на воду первый российский скоростной пассажирский катамаран с корпусом из углепластика. 2. О работах CompMechLab® по конечно-элементному моделированию и расчету прочности композитного корпуса катамарана, а также разработке методики расчетов прочности высокоскоростных судов из полимерных композиционных материалов

31 августа 2016 года Средне-Невский судостроительный завод (входит в Объединенную судостроительную корпорацию) спустил на воду первый российский пассажирский катамаран с углепластиковым корпусом. Скоростное судно нового поколения, рассчитанное на перевозку 150 человек,  призвано заменить устаревшие модели на подводных крыльях типа «Метеор», которые в настоящее время курсируют по многим туристическим маршрутам. На текущем этапе новый катамаран должен пройти достроечные работы, швартовые и ходовые испытания, после чего начнется следующая стадия  -  опытная эксплуатация.

Катамаран проекта 23290 - это 150-местное судно длиной около 25 метров; скорость — 30 узлов. Разработкой проекта занималось конструкторское бюро «Нептун», строительство катамарана осуществлялось на Средне-Невском судостроительном заводе. Фото: www.snsz.ru

«Сегодня многие судовладельцы в основном работают по программам переоборудования и модернизации своих судов, однако в целом это не решает главную проблему: отечественный пассажирский флот морально и физически устарел, не отвечает современным требованиям безопасности мореплавания и в ближайшие годы подлежит массовому списанию. В связи с чем в этом сегменте рынка сложилась благоприятная ситуация для судостроителей — запрос на развитие и создание пассажирского флота нового поколения», — отмечает генеральный директор Средне-Невского судостроительного завода Владимир Середохо.

Катамаран проекта 23290 — скоростное судно нового поколения, предназначенное для водных пассажирских перевозок не только по рекам, но и в прибрежной морской зоне. Отличается большой пассажировместимостью (150–200 человек в зависимости от модификации), скоростью (до 29,5 узла), малой осадкой (до 1,5 м), высокой мореходностью (до 4 баллов), низким уровнем шума. Впервые в российской практике при создании корпуса судна данного типа использовались композиционные материалы на основе углеволокна - углеродные ткани компании «Препрег-СКМ» (портфельная компания РОСНАНО, входит в структуру Холдинговой компании «Композит»).

Применение композиционных материалов позволяет значительно улучшить эксплуатационные характеристики, особенно в сравнении с металлами: повышается усталостная прочность и коррозионная стойкость, увеличивается длительность срока эксплутации, снижается масса судна, а следовательно, и расход топлива.

Фото: snsz.ru

«Катамаран из композитных материалов на основе углеродного волокна является уникальным продуктом на российском рынке. АО „Препрег-СКМ” разработал специальную номенклатуру тканей на основе углеродного волокна для этого судна. Наша продукция прошла сертификацию в Российском морском регистре судоходства, надеемся на то, что в обозримом будущем композитный катамаран выйдет в серию», — рассказал руководитель направления продаж в судостроение компании «Препрег-СКМ» Игорь Ласкорунский.

Об участии команды CompMechLab^® в проекте по созданию скоростного катамарана нового поколения

Создание корпусов высокоскоростных судов из углепластика – новое слово в отечественном судостроении. Но оборотная сторона инновационной составляющей проекта – отсутствие в нормах и правилах Российского Морского Регистра Судоходства методик расчета прочности таких судов.

В 2013 году по заказу Средне-Невского судостроительного завода сотрудниками Лаборатории "Вычислительная механика" (CompMechLab^®) были выполнены работы по конечно-элементному моделированию и расчету прочности композитного корпуса скоростного катамарана, которые легли в основу расчетного обоснования проекта, а также разработана методика расчетов прочности высокоскоростных судов из полимерных композиционных материалов.

Ввиду отсутствия в нормах и правилах Российского Морского Регистра Судоходства методик расчета прочности судов из полимерных композиционных материалов, сотрудники Лаборатории "Вычислительная механика" (CompMechLab^®) в своей работе опирались на основные мировые стандарты по проектированию судов, в первую очередь Det Norske Veritas (Норвегия). 

Цитата

«При разработке рекомендаций и требований по выполнению расчетов прочности композитных судов мы опирались на международный опыт. За основу были приняты правила норвежского классификационного общества Det Norske Veritas (DNV). Норвегия – одна из ведущих стран, работающих в сфере строительства судов из композиционных материалов. Правила DNV содержат в себе наибольшее количество требований и расчётных случаев для выполнения анализа прочности».

Ответственный исполнитель проекта, заместитель руководителя Инжинирингового центра (CompMechLab^®) СПбПУ

Александр Немов

 

Мировые стандарты допускают, а зачастую и рекомендуют, выполнять расчет напряженно-деформированного состояния конструкций с помощью прямого конечно-элементного (КЭ) моделирования, которое позволяет не использовать допущений, лежащих в основе упрощенных аналитических постановок (и которые могут оказаться неоправданными для уникальных композитных конструкций судов), и учесть все особенности конструкции.

В арсенале сотрудников Инжинирингового центра СПбПУ (CompMechLab^®) - уникальный набор трансдисциплинарных надотраслевых компьютерных и суперкомпьютерных технологий мирового уровня, трудоемкость разработки и сопровождения которых превышает 1 000 000 человеко-лет. Многовариантные расчеты прочности корпуса композиционного катамарана выполнялись в системе КЭ анализа ANSYS - широко известной CAE-системе мирового уровня, на протяжении последних 40 лет являющейся мировым лидером в области компьютерного инжиниринга и конечно-элементного решения линейных и нелинейных, стационарных и нестационарных задач механики деформируемого твердого тела и механики конструкций.

Для выполнения расчетов общей и местной прочности была разработана полномасштабная конечно-элементная модель корпуса катамарана с надстройкой.

Полномасштабная конечно-элементная модель катамарана, предназначенная для выполнения прочностных расчетов в системе ANSYS.

Уникальная модель, учитывающая все силовые конструктивные элементы, а также весовые нагрузки от оборудования, пассажиров, топливных цистерн, двигателей и т.д. включает более полумиллиона многослойных оболочечных элементов.

Конечно-элементная модель половины корпуса катамарана (фрагмент)	Конечно-элементная модель внутренней структуры корпуса катамарана (фрагмент)

Следует отметить, что разработанная модель основана на теории многослойных оболочек и учитывает все материалы, используемые в структуре композитного корпуса катамарана.

В процессе работы производился анализ местной и общей прочности корпуса. Были рассмотрены такие случаи нагружения как прогиб и перегиб корпуса на волне, кручение, воздействие боковых нагрузок и др.

Вертикальные перемещения при перегибе, м

В результате выполнения конечно-элементных расчетов были получены как деформированная форма всего корпуса, так и напряженно-деформированное состояние всех элементов конструкции. Кроме того были решены задачи перепроектирования отдельных конструктивных узлов и элементов в соответствии с требованиями завода изготовителя для упрощения и удешевления технологии их изготовления.

Результатом работы сотрудников Лаборатории "Вычислительная механика" (CompMechLab^®) стало:

• Расчетное обоснование прочности корпуса первого в России высокоскоростного катамарана из углепластика.
• Разработка методики выполнения расчетов прочности высокоскоростных судов из полимерных композиционных материалов на основе прямого конечно-элементного моделирования.
• Подготовка рекомендаций по разработке конечно-элементных моделей конструкций корпусов скоростных судов из композиционных материалов и постановке задач расчета прочности корпусов на основе разработанных моделей
• Перепроектирование отдельных конструктивных узлов и элементов в соответствии с требованиями завода изготовителя для упрощения и удешевления технологии их изготовления.

«Мы гордимся тем, что наша команда участвовала в создании первого российского скоростного пассажирского судна, корпус которого выполнен из углепластика, и внесла свой вклад в успешную реализацию этого амбициозного проекта».

Ответственный исполнитель проекта, заместитель руководителя Инжинирингового центра СПбПУ

Александр Немов

 

Публикация подготовлена сотрудниками CompMechLab^® по материалам сайтов snsz.ru, hccomposite.com, mbsz.ru и собственной информации