Stress state of ship welded elements with round holes and concentric inserts

Морские суда являются специфическими конструкциями, в которых содержится относительно большое количество трубопроводов, электрических кабелей и т.п. Они имеют большую протяженность и, соответственно, многочисленные пересечения с листовыми элементами корпуса судна. Усиленные отверстия вносят изменения в напряженно-деформированное состояние плоских элементов и являются, как правило, концентраторами напряжений. Несмотря на накопленный опыт, наличие нормативно-технической документации по эксплуатации и ремонту таких конструкций, отсутствуют алгоритмы и формулы, пригодные для инженерных расчетов, учитывающих индивидуальные особенности конструкций. В данной статье решалась задача применения методов теории упругости для оценки напряжений в судовых корпусных конструкциях. Физической моделью являлась круглая пластина, имеющая концентрическое отверстие с жесткой вставкой. Приведены формулы для расчета двух нормальных и одного касательного напряжения. Использована полярная система координат. Приведены примеры расчетов по определению напряжений. В частности, показаны зависимости радиальных и тангенциальных напряжений от полярного угла, радиуса и внешнего радиуса пластины. Показано, что при удалении от отверстия напряженное состояние стремится к однородному растяжению. Отверстие с жесткой вставкой значительно изменяет локальное поле напряжений. Marine vessels are specific structures that contain a relatively large number of pipelines, electrical cables and etc. They have a large length and, consequently, numerous intersections with sheet elements of ships hull.. Reinforced holes make changes in the stress-strain state of flat elements and are, as a rule, stress concentrators. Despite the accumulated experience, the availability of normative and technical documentation for the operation and repair of such structures, there are no algorithms and formulas suitable for engineering calculations that take into account individual features of structures. This article deals with the problem of applying methods of elasticity theory to evaluate stresses in ship hull structures. The physical model was a round plate with a concentric hole with a rigid insert. Formulas for calculating two normal and one tangent stress are given. The polar coordinate system was used. Examples of calculations for determining stresses are given. In particular, the dependences of radial and tangential stresses on the polar angle, radius, and outer radius of the plate are shown. It has been shown that when moving away from the hole, the stress state tends to uniform stretching. The hard-insert version significantly changes the local stress field.