ZESZYTY NAUKOWE NR 1(73) AKADEMII MORSKIEJ W SZCZECINIE. Możliwości wykorzystania kompozytów Belzona do naprawy urządzeń dokowych

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "ZESZYTY NAUKOWE NR 1(73) AKADEMII MORSKIEJ W SZCZECINIE. Możliwości wykorzystania kompozytów Belzona do naprawy urządzeń dokowych"

Oskar Kołodziejczyk
7 lat temu
Przeglądów:

1 ISSN ZESZYTY NAUKOWE NR 1(73) AKADEMII MORSKIEJ W SZCZECINIE EXPLO-SHIP 2004 Stanisław Dobrociński, Wojciech Jurczak, Bogdan Szturomski Możliwości wykorzystania kompozytów Belzona do naprawy urządzeń dokowych Słowa kluczowe: suchy dok, podnośnik lądowy, naprawa, materiał Belzona Przedstawiono kompleksowe rozwiązanie problemu eksploatacyjnego lądowego podnośnika okrętowego, w którym pod wpływem ugięć szyn transportowych będących wynikiem ubytków podłoża następowało niszczenie kół wózków transportowych. Possible Applications of Belzon's Composites to Repair and Modernise Docking Facilities Key words: dry dock, land-lift, repair, Belzon's material The article provides a comprehensive solution of an operating problem of a landlift truck. The problem is that the base beneath the track gave way causing damage to lift tracks' wheels. 181

Stanisław Dobrociński, Wojciech Jurczak, Bogdan Szturomski Wstęp Stocznia Marynarki Wojennej zwróciła się do Akademii Marynarki Wojennej z wnioskiem o rozwiązanie problemu dotyczącego dynamicznego

2 Stanisław Dobrociński, Wojciech Jurczak, Bogdan Szturomski Wstęp Stocznia Marynarki Wojennej zwróciła się do Akademii Marynarki Wojennej z wnioskiem o rozwiązanie problemu dotyczącego dynamicznego niszczenia kół sekcji podnośnika okrętowego przy transporcie jednostek pływających na suchy dok. Deformacja i pęknięcia kół były wynikiem nieliniowości powierzchni szyn stałego i ruchomego podłoża lądowego podnośnika okrętowego, co przedstawiono na rysunku 1. Rys. 1. Nieliniowość szyn przy przejściu z lądowej na ruchomą część podnośnika śrubowego z zastosowaniem podkładki przejściowej Fig. 1. Non-linearity of track rails at the connection between land and movable parts of the screw lift Rozwiązanie problemu polegało na wyznaczeniu stanu naprężenia i deformacji szyn podpartych na stałym betonowym podłożu krańca szyn lądowego podnośnika okrętowego, służącego do poziomego transportu wydokowanych okrętów. Badania prowadzono dla aktualnego stanu podłoża oraz po uzupełnieniu jego ubytków, np. wypełniaczem firmy Belzona [6]. Przeprowadzono statyczną analizę numeryczną, wykorzystując do obliczeń system MSC MARC. Okrętowy podnośnik liniowy składa się z systemu szyn stałych i ruchomych na przesuwnej suwnicy, po których przemieszczają się wózki, stanowiące podporę transportową kadłuba dokowanego okrętu. Podłoże krańców szyn stałych, ze względów konstrukcyjnych, są narażone na największe obciążenia i erozję spowodowaną zmiennymi warunkami pogodowymi, szczególnie w okresie zimowym (wilgoć i mróz, rys. 2). 182

3 Możliwości wykorzystania kompozytów Belzona do naprawy urządzeń dokowych Rys. 2. Graniczny fragment stałej części lądowego podnośnika okrętowego Fig. 2. The fixed edge of the land part of the lift Ubytki podłoża prowadzą do trwałych, plastycznych deformacji szyn, a w dalszej konsekwencji pojawienia się uskoku między szyną stałą i ruchomą podnośnika, na którym dochodzi do pęknięć kół wózków transportowych. Celem pracy było przeprowadzenie numerycznej analizy stanu naprężenia i odkształcenia szyny z podłożem w przypadku ubytku podłoża, oraz po uzupełnieniu go materiałem wypełniającym. Obciążenie stanowi ciężar własny i siła nacisku koła wózka, przenoszącego przypadający na nie ciężar transportowanego okrętu. Symulowano różne ubytki masy betonu, na różnych wymiarach sprawdzając wpływ na naprężenia i odkształcenia szyny (odpowiedź konstrukcji). 1. Obliczenia numeryczne Zadanie jest rozwiązywane metodą elementów skończonych. Koniec torowiska stałego składa się z szyny, płaskiej podkładki stalowej, betonowego podłoża i śrub mocujących. Konstrukcja jest symetryczna. Do jej opisu zastosowano płaski model tarczowy, ograniczając rozpatrywany obszar odpowiednimi warunkami brzegowymi, rozwiązując zagadnienie kontaktowe dla płaskiego stanu naprężenia. Obszar długości 1,2 m i tej samej wysokości zdyskretyzowano prostokątnymi czterowęzłowymi elementami. Przyjęto następujące warunki brzegowe: odebrano wszystkie stopnie swobody na dolnej krawędzi betonu. Powierzchnie kontaktowe przyjęto między szyną, a płaskownikiem oraz płaskownikiem i betonem. Szynę obciążono pionową siłą skupioną na jej końcu wartością 50 kn. Ciężarem własnym obciążono szynę i płaskownik. Przyjęto, że ubytek podparcia (betonu) występuje na długości 0,3 m. 183

4 Stanisław Dobrociński, Wojciech Jurczak, Bogdan Szturomski Szyna Płaskownik Beton Rys. 3. Dyskretyzacja obszaru Fig. 3. Digitising of the area Rys. 4. Stan naprężenia normalnego dla ubytku długości 0,3 m Fig. 4. The state of a normal stress for the loss of base 0.3 m long 184

Możliwości wykorzystania kompozytów Belzona do naprawy urządzeń dokowych Otrzymane wyniki stanu naprężenia normalnego, dla powyższego zadania, wykazały, że wartości ekstremalne występują w górnej

5 Możliwości wykorzystania kompozytów Belzona do naprawy urządzeń dokowych Otrzymane wyniki stanu naprężenia normalnego, dla powyższego zadania, wykazały, że wartości ekstremalne występują w górnej części szyny i wynoszą ponad 150 MPa. Pionowe przemieszczenie krańca szyny wynosi 2,2 mm. Należy się jednak spodziewać, że ubytek erozyjny betonu występuje na dłuższym odcinku, pod szyną i może przyjmować różne kształty. Zarówno długość tego ubytku jak i kształt mają wpływ na odpowiedź konstrukcji. Poniżej przedstawiono obliczenia dla kształtu ubytku betonu pod szyną, wyrażonego jako krzywa trzeciego stopnia będąca równaniem linii ugięcia dla utwierdzonej belki zginanej w postaci: 2 Flx x y 3 6EI l Rys. 5. Ubytek pod szyną w formie równania linii ugięcia belki utwierdzonej Fig. 5. The loss under a rail in the form of equation of a deflection of a constrained beam lines Dla takiego modelu podparcia szyny, naprężenia normalne przekroczyły wartość 350 MPa, a pionowe przemieszczenie krańca szyny wzrosło do 15,2 mm. Rys. 6. Stan naprężenia normalnego dla ubytku w formie równania linii ugięcia belki utwierdzonej Fig. 6. The state of a normal stress for the loss of the base in a form of equation of constrained beam lines Są to już wartości bliskie zakresu plastycznego (stal podwyższonej jakości), a więc blisko trwałych odkształceń szyn. Występowanie takich ubytków potwierdza faktyczny stan (rys. 7), na których krzywiznę deformacji widać gołym okiem. 185

Stanisław Dobrociński, Wojciech Jurczak, Bogdan Szturomski Rys. 7. Trwale odkształcony kraniec szyny stałej lądowego podnośnika okrętowego Fig. 7. A permanently strained edge of a rail of a land part of the lift 2.

6 Stanisław Dobrociński, Wojciech Jurczak, Bogdan Szturomski Rys. 7. Trwale odkształcony kraniec szyny stałej lądowego podnośnika okrętowego Fig. 7. A permanently strained edge of a rail of a land part of the lift 2. Obliczenia sprawdzające dla przyjętej technologii remontu Dotychczas ubytki betonu okresowo uzupełniano nowym betonem. Jednak dolewany beton nie łączy się z pierwotną strukturą, co objawia się powstawaniem wyraźnych granic, w które łatwo wnika woda i zamarzając ponownie kruszy beton. Naprawa taka jest bezcelowa. Ponadto nie zapewnia ona wypełnienia szczeliny pod szyną. Rys. 8. Warstwy betonu powstałe wskutek napraw Fig. 8. Layers of concrete made during repairs 186

Możliwości wykorzystania kompozytów Belzona do naprawy urządzeń dokowych Do naprawy betonowego ubytku zaproponowano kompozyt polimerowy firmy Belzona, odporny na oddziaływania atmosferyczne.

7 Możliwości wykorzystania kompozytów Belzona do naprawy urządzeń dokowych Do naprawy betonowego ubytku zaproponowano kompozyt polimerowy firmy Belzona, odporny na oddziaływania atmosferyczne. Jego właściwości mechaniczne pozyskano z prób ściskania, przeprowadzonych w Laboratorium Inżynierii Materiałowej AMW (producent nie wyraził zgody na opublikowanie wyników). Dysponując tymi danymi wykonano symulację numeryczną dla krańca szyny, w którym ubytek uzupełniono ww. polimerem (rys. 9). Wyniki otrzymane dla tego zadania przedstawiono na rysunkach 10 i 11. Rys. 9. Kraniec szyny uzupełniony polimerem Fig. 9. The edge of a rail fixed with ABS resins Rys. 10. Stan naprężenia w krańcu szyny uzupełnionej polimerem Fig. 10. The state of stress at the edge of a rail fixed with ABS resins 187

8 Stanisław Dobrociński, Wojciech Jurczak, Bogdan Szturomski Rys. 11. Stan deformacji w krańcu szyny uzupełnionej polimerem Fig. 11. The state of strain at the edge of a rail fixed with ABS resins Naprężenia w szynie dla zadanego obciążenia nie przekraczają 30 MPa, a przemieszczenia pionowe krańca szyny wynoszą 0,33 mm. Ze względu na możliwość niedokładnego wypełnienia ubytku betonu pod szyną, przeanalizowano stan naprężenia w funkcji miejsca przyłożenia obciążenia (rys. 12). Wówczas zmieni się kierunek naprężeń normalnych i wzrośnie do wartości 76 MPa. Rys. 12. Stan naprężenia w przypadku niewypełnienia szczeliny pod szyną Fig. 12. The state of stress in the case of the loss of base ground is not filled in 188

9 Możliwości wykorzystania kompozytów Belzona do naprawy urządzeń dokowych Wnioski Prowadząc badania numeryczne stwierdzono, że znaczący wpływ na stan naprężenia ma nie tylko wielkość ubytku betonu, ale również szczelina powstała pod szyną. Stan naprężenia i deformacji zależy od jej kształtu i wymiarów. Proponowany polimer spełnia stawiane mu wymagania. Jednakże remontując krańce torowisk podnośnika lądowego okrętów należy zastosować taką technologię naprawy, która umożliwi wypełnienie szczelin pod szynami. Literatura 1. Dacko M., Borkowski W., Dobrociński S., Niezgoda T., Wieczorek M., Metoda elementów skończonych w mechanice konstrukcji, Arkady, Warszawa Dobrociński S., Stabilność rozwiązań zagadnień odporności udarowej konstrukcji, Biblioteka problemów eksploatacji, Akademia Marynarki Wojennej, Gdynia Dokumentacja MSC MARC, Theory and user information, MSC Software Corporation, Santa Anna Kasprzyk Z., Rakowski G., Metoda elementów skończonych w mechanice konstrukcji, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Wyd. 1, Warszawa Kleiber M., Komputerowe metody mechaniki ciał stałych, PWN, Warszawa Recenzenci dr hab. inż. Tadeusz Jastrzębski, prof. PS prof. dr hab. inż. Stefan Żmudzki Adresy Autorów prof. dr hab. inż. Stanisław Dobrociński dr inż. Wojciech Jurczak dr inż. Bogdan Szturomski Akademia Marynarki Wojennej ul. Śmidowicza 69, Gdynia Wpłynęło do redakcji w lutym 2004 r. 189

Podobne dokumenty

ZAGADNIENIA KONTAKTOWE W ANALIZIE STANU NAPRĘŻENIA I ODKSZTAŁ CEŃ KRAŃ CA SZYN LĄ DOWEGO PODNOŚ NIKA JEDNOSTEK PŁ YWAJĄ CYCH

ZESZYTY NAUKOWE AKADEMII MARYNARKI WOJENNEJ ROK XLV NR 2 (157) 2004 Stanisł aw Dobrociń ski Wojciech Jurczak Bogdan Szturomski ZAGADNIENIA KONTAKTOWE W ANALIZIE STANU NAPRĘŻENIA I ODKSZTAŁ CEŃ KRAŃ CA