Calculation justification for replacing the strengtheing agent of the composite hull of the catamaran type vessel

Статья посвящена вопросам проектирования корпусов судов из полимерных композиционных материалов. В качестве объекта исследования рассматривается прототип судна-катамарана. Целью работы является модификация композитного корпуса прототипа, предполагающая замену армирующего элемента в композиционном материале с углеродных волокон на стеклянные в целях снижения стоимости конструкции. Основными задачами работы являются разработка модифицированной структуры элементов конструкции корпуса на основе анализа прочности, а также анализ экономической эффективности выполненной модификации.Анализ прочности композитных конструкций корпуса выполняется с помощью прямого конечно-элементного (КЭ) моделирования с применением системы КЭ анализа ANSYS Mechanical APDL. Расчётная методика основана на требованиях классификационных сообществ DNV GL и Российского морского регистра судоходства (РМРС).В результате работы на основе многовариантного конечно-элементного анализа выполнена модификация существующего проекта судна под материал с существенно отличающимися прочностными и жесткостными характеристиками при минимальном изменении геометрии корпусных элементов. Обоснована возможность уменьшения затрат на материал корпуса в 1.5-2- раза при незначительном увеличении водоизмещения и с условием обеспечения прочности корпуса в соответствии с требованиями международных и российских классификационных сообществ. The article is devoted to the issues of designing ship hulls from polymer composite materials. A prototype of a catamaran ship is considered as an object of research. The aim of the work is to modify the composite body of the prototype, which involves replacing the strengthening element in the composite material from carbon fibers to glass ones in order to reduce the cost of the structure. The main tasks of the work are the development of a modified structure of the hull structural elements based on the strength analysis, as well as the analysis of the economic efficiency of the modification.Strength analysis of composite hull structures is performed using direct finite element (FE) modeling using the ANSYS Mechanical APDL FE analysis system. The calculation method is based on the requirements of the classification associations (DNV GL) and the Russian Maritime Register of Shipping (RMRS).As a result of the work, on the basis of multivariate finite element analysis, the existing ship design has been modified for material with significantly different strength and stiffness characteristics with minimal changes in the geometry of the hull members. The possibility of reducing the cost of the hull material by 1.5-2 times with a slight increase in displacement and with the condition of ensuring the strength of the hull in accordance with the requirements of international and Russian classification associations has been substantiated.