Механизм появления нагруженных областей или мест концентрации
напряжений недостаточно исследован и зачастую не учитывается при
разработке и изготовлении конструкций из стеклопластика. Концентрация
напряжений присуща не только конструкциям стеклопластиковых судов. Она
возникает и в конструкциях деревянных судов, строящихся традиционными
методами, но благодаря значительной толщине отрицательные последствия
этого явления компенсируются. Концентрация напряжений характерна также
для судов, изготовленных из фанеры, но учитывается при их постройке
далеко не всегда.
Деформация вызывает появление напряжения. Чем острее угол деформации,
тем выше напряжения. Формованная конструкция может деформироваться в
широком диапазоне без появления высоких напряжений, если деформация
носит плавный характер, но даже незначительная деформация, если она
связана с резким изгибом, при определенных условиях вызывает
значительные напряжения. Высоконагруженные точки нарушают плавный
характер изгиба и приводят к высокой местной концентрации напряжений.
Переборка воздействует на корпус подобно лезвию ножа. Опираясь на нее,
корпус изгибается. Вблизи переборки зачастую можно увидеть на обшивке
цепочку трещин, указывающую на возникновение концентрации напряжений
вследствие резкого прогиба корпуса. Примечательно, что удар и повышение
давления, приводящие к прогибу, зачастую воздействуют на корпус не у
переборки, а на некотором удалении от нее, там, где от удара могла
остаться едва заметная царапина. Нередко повреждение появляется не
только в точке удара, но и в ближайших зонах концентрации напряжений, а
иногда лишь в этих зонах. Установка жесткого элемента конструкции может
<сместить> повреждения к участку концентрации напряжений, расположенному
на некотором расстоянии от точки удара.
Конструкция разрушается обычно в зоне наибольших напряжений. Чем выше
концентрация напряжений в какой-либо части конструкции, тем скорее эта
часть выходит из строя.
Нередко судно могло бы остаться невредимым, если бы не возникла
концентрация напряжений. Обычно это упускают из виду. Мало кто задается
вопросом о том, неизбежно ли было повреждение судна. Причиной невидимого
повреждения, из-за которого неожиданно может выйти из строя конструкция
из стеклопластика, бывает остаточная деформация в точке концентрации
напряжений. Соблюдение приводимых ниже правил позволит предотвратить
возникновение зон концентрации напряжений или, по крайней мере, снизить
их влияние:
1. Необходимо обеспечивать плавный переход одного конструктивного
элемента в другой; следует постепенно уменьшать толщину элементов в
месте соединения их со стеклопластиковой обшивкой (толщина последней в
районе перехода должна быть увеличена). Конструктивные элементы никогда
нельзя резко обрывать.
2. Изменения толщины в пределах конструктивного элемента должны быть
плавными и постепенными.
3. Острые кромки и углы необходимо закруглять.
4. При монтаже не следует допускать непосредственного контакта переборок
с корпусом. ----
5. Углы вырезов должны быть закруглены (см. рис. 20).
6. В местах креплений необходимо устанавливать подкладки или увеличивать
толщину формованной конструкции.
7. При подгонке формованных конструкций не следует применять силу.
8. Деревянные детали и арматуру нужно точно пригонять к местам их
установки; одни формованные конструкции должны полностью сопрягаться с
другими.
9. Особенно аккуратно необходимо обращаться с конструкциями типа монокок.
Грамотное применение этих правил позволит создать прочное судно и
сэкономить материалы, поскольку нет смысла делать формованную
конструкцию настолько прочной, чтобы она противостояла напряжениям,
появления которых можно избежать.
Конструкции типа монокок, известные как безнаборные, или конструкции с
несущей обшивкой, очень чувствительны к концентрации напряжений, потому
что в них любые перемещения отдельных элементов не должны встречать
препятствий. Незначительные детали могут катастрофически повлиять на
характер деформаций. Конструкторы часто оставляют решение мелких
вопросов оснащения судов на усмотрение строителей. Строитель, который не
учитывает вероятность возникновения концентрации напряжений, значительно
уменьшает прочность судна. Автор этих строк однажды насчитал 65 явных
точек концентрации напряжений на сложном по конструкции безнаборном
корпусе судна, имеющего высокие ходовые характеристики. Все эти точки
появились в процессе постройки и совершенно не фигурировали в расчетах
конструктора. Аналогичным образом владельцы судов или специалисты
верфей, услугами которых они пользуются, могут из-за невнимательности
ослабить конструкцию судна при установке дополнительной арматуры.
Чаще всего концентрация напряжений возникает там, где имеются резко
обрывающиеся опоры палубных настилов, рам и фундаментов двигателей,
острые углы выгородок, кронштейнов, полок, сплошных флоров, опор для
коек и самих коек, рундуков, заформованных деревянных деталей, а также
на участках перехода от трехслойных конструкций к однослойным. Наиболее
уязвимы следующие участки: надводный борт в носовой части парусных
прогулочных судов (особенно если в обшивке судна могут появиться
вибрации), район вокруг боковых килей или между сдвоенными килями, днище
моторного судна и все участки, уже подверженные воздействию значительных
напряжений.
Необходимо тщательно следить за появлением трещин в наружном
декоративном слое конструкции, что является первым и часто единственным
признаком концентрации напряжений, грозящей привести к разрушениям.
