Инструменты проектирования судов из композитов: ПРОГРАММА SIGMA-LAM

Надо сказать, что программы для проектирования мы разрабатывали всегда, насколько это необходимо для обеспечения деятельности КБ. Например, мы разработали и много лет используем электронные таблицы, позволяющие производить расчеты композитных конструкций по Germanischer Lloyd, теперь по DNV. Также, используем собственные решения для расчета пропульсивных качеств и т.д.

Но несколько обстоятельств ускорили эти разработки, в части расчетов композитных конструкций.

Во-первых, в малом судостроении летом 2021 были введены новые стандарты ИСО12215-5-2019, которые были ну очень уж отличными от используемых ранее, соответственно все используемые ранее программы оказались непригодны. Причем, очевидно, что разработчики коммерческих программ "боролись" с новыми методиками, пытаясь их запрограммировать. 

Обновление (если быть точнее – полная переработка), ранее используемого нами покупного софта задерживалась, а проекты делать нужно (скажем, что мы задачу программирования нового стандарта решили до соответствующего релиза программ зарубежных разработчиков).
 

Во-вторых, мы увидели перспективы развития композитов на российском рынке судостроения. 

 

Индикатор этого - например, у Российского морского регистра судоходства (РС) появился принципиально новый раздел правил для судов из композитов. 

Правила-то появились, но как считать по ним, не вручную же? 

Родилась идея объединить опробованные нами ранее алгоритмы теории композитов с критериями прочности композитов российских классификационных обществ (КО).

Решение создать новую программу было принято в середине 2021 - начале 2022 года, и оно только окрепло в течение 2022 года. Ведь зарубежный софт стал для российских проектировщиков недоступным. Так и появилась программа SigmaLAM.

Само название программы состоит из Sigma – это общепринятое в инженерном деле обозначение для напряжений. А слово LAM — это сокращение от "ламинат", как в отрасли композитов называется сложный набор армирующих и связующих материалов.

Основная идея в том, что наша программа позволяет создавать действительно эффективные конструкции. Например, во многих правилах и методиках судостроения заложены "квази-изотропные" подходы к оценке прочности композитов, получаемые путем усреднения свойств слоев в составе ламината. Такой подход издавна применяется в ABS, его перенял IRS, присутствует он и в рекомендательной методике расчетов в новых правилах РС. Но ведь слои-то разные, и оценивать разрушение композита необходимо по разрушению наиболее слабого слоя.

В программе SigmaLAM применен пакетный анализ ламинатов (stack analysis), когда материал по всей толщине анализируется послойно. Аналогичный подход применяется в "софте" у BureauVeritas и Lloyd’s Register. 

Мы, кстати, внимательно изучили и протестировали весь зарубежный софт [1], как судостроительного, так и не судостроительного назначения. Тот, с которым мы работаем, и с которым ранее не работали. 

Преимущества нашего софта перед зарубежным видятся в следующем:

• Во-первых, SigmaLAM не привязана к расчетным нагрузкам, которые у нас определяются отдельно и вводятся пользователем. Расчетные нагрузки для различных типов отличаются, хотя материал корпуса, например, для рыболовного судна или высокоскоростного – композит, и принципы его расчета одинаковы. Все-таки раздел по расчетным нагрузкам для высокоскоростных судов РС нуждается в существенном уточнении и пользоваться им в настоящее время мы не рискуем. 

Например, расчетные нагрузки на мост и днища катамаранов отличаются от правил других КО в разы, известно, что ведутся работы по их уточнению, но тем не менее.

• Во-вторых, в SigmaLAM в одном интерфейсе, и из одного файла данных мы можем оценить один и тот же проект по разным правилам. Это огромное преимущество, ведь можно сравнить влияние правил на конструкции, сравнивать критерии, выбирать необходимую нормативную нишу для проекта… И немаловажно, что в таком новом сегменте, как судостроение из композитов, возможно избежать "детские болезни" правил и норм, путем сопоставления результатов расчетов с более проверенными подходами.

• В-третьих, в SigmaLAM чрезвычайно упрощено оформление отчетов. Результаты расчетов со всеми промежуточными величинами выводятся в многостраничный файл Excel, откуда его можно распечатать или передать заказчику. Диаграмма расчетных схем конструкций (для однокорпусного судна или катамарана) также формируется автоматически, и есть возможность вывести ее на печать.

В настоящее время, на SigmaLAM получено Свидетельство о государственной регистрации, получены сертификаты.

Здесь следует отметить действительно активное и заинтересованное взаимодействие с РС. Это не только собственно тестирование программы, но и выпущенные РС в течение 2022 года несколько бюллетеней корректировок новой переработанной редакции правил, а также доработаны трактовки имеющихcя требований [2] – уверен, без задачи разработки программы внести эти усовершенствования в правила было бы невозможно. Здесь как раз интересы и РС, и отрасли, и конечно разработчиков SigmaLAM совпали. И результат, по нашему мнению, вполне достойный.

Ну и конечно же, нельзя не отметить эффективное и полезное взаимодействие с Российским классификационным обществом (РКО), чьи правила для судов из стеклопластика довольно просты и проверены временем, и мы их без особых проблем интегрировали в SigmaLAM. В настоящее время, именно РКО, с их гибкими требованиями к негорючести композитов (для внутренних водных путей), оказываются перспективной нишей проектирования судов из композитов для рынка РФ.

В конце марта 2023 года программа SigmaLAM от АНМК получила премию "Композиты без границ" в номинации "R&D" - т.е. исследований в области композитов.

В настоящее время, в разработке находятся два дополнительных модуля – для расчета конструкций из композитов под правила Индийского Регистра Судоходства (IRS) и КО из Арабских Эмиратов ‘Tasneef Maritime’. 

Также, в планах получить признание программы от Морских Администраций ряда стран Азии. Скажем так, смотрим на перспективу работы с дружественными странами.

Для чего может быт использована SigmaLAM? Во-первых, это расчеты рекреационных судов под ГИМС. Во-вторых, это проектирование судов с классом РС или РКО коммерческого назначения, например пассажирских, служебных, рыболовных, а также прогулочных. Ну и конечно же, программа наверняка может быть использована для решения задач военного кораблестроения.

Принципы работы и применения SigmaLAM мы планируем представить конференции, проходящей в рамках грядущего Военно-морского салона 2023.

Надеемся, что разработанный нами инструмент и оказываемые с его помощью услуги расчетов "подстегнут" отечественное судостроение из композитов. А о его применении в наших проектах расскажем позже.

Библиография:

1. Королев С.А., Назаров А.Г. Автоматизация расчетов прочности судовых конструкций из композиционных материалов// "Судостроение" №2-2023 (867), с.23-29.
2. Назаров А.Г., Коляченко К.С., Назарова С.Г. О критериях минимальной толщины обшивки судов из композиционных материалов// Научные проблемы водного транспорта, №74 (1) 2023, с.50-60.