Разработка САПР судовых конструкций

Работы по данному направлению были начаты в 1970-х гг. под руководством к.т.н., доцента Э.Н. Гарина, а с начала 1990-х гг. – под руководством нынешнего зав. кафедрой д.т.н., профессора В.Н. Тряскина.

Специализированные САПР корпусных конструкций, разрабатываемые на кафедре, в общем случае предназначены для решения следующих задач, связанных с проектированием корпусных конструкций:

• геометрическое описание формы корпуса судна;
• геометрическое и топологическое описание внутренних конструкций (второе дно, промежуточные палубы и платформы, поперечные и продольные переборки);
• описание помещений: геометрия, тип помещения, параметры грузов, специальные параметры для цистерн балласта, запасов и жидких грузов;
• конструктивное описание корпуса: создание библиотеки проекта по сортаментам и материалам, выделение расчётных районов, создание базы данных по конструкциям различного иерархического уровня (описание листов, балок основного и рамного набора). Визуализация введённых данных в виде схем, растяжек и трёхмерных моделей;
• формирование данных о нагрузке масс судна в первом приближении, распределение нагрузки по длине, расчёт перерезывающих сил и изгибающих моментов корпуса судна на тихой воде;
  
• определение расчётных нагрузок по требованиям Правил или по специальным методикам: волновые изгибающие и скручивающие моменты, перерезывающие силы, давления со стороны моря, перевозимого груза, запасов и балласта, аварийные и испытательные;
• проверка общей продольной прочности корпуса судна, в т.ч. предельной, и при повреждениях борта и днища, определение характеристик поперечных сечений корпуса судна;
• проверка соответствия заданных размеров конструкций (толщин листов, профилей балок набора и рёбер жёсткости) требованиям Правил к минимальным толщинам, местной прочности, устойчивости, жесткости;
• проверка размеров конструкции в районе усилений: ледовых, для восприятия нагрузок от слеминга, при швартовке в море;
• проверка усталостной долговечности узлов прохода продольных балок основного набора через стенки поперечных рамных связей;
• подготовка моделей конструкций, идеализируемых в виде статически неопределимых стержневых систем, и анализ их работы по методу конечных элементов;
• решение проектировочных задач для различных конструкций на основе оптимизационно-поисковых алгоритмов;
• подготовка пространственных конечно-элементных (КЭ) моделей конструкций в оболочечно-балочной идеализации, их закрепление и нагружение в соответствии с предписаниями Правил, их экспорт в пакеты, реализующие метод конечных элементов (МКЭ);
• определение нагрузки масс по разделу «Металлический корпус», формирование отчётных документов;
• экспорт моделей конструкции в «тяжёлые» САПР типа AVEVA-Marine или NAPA, создание файла формата *.hcm – трёхмерной модели корпуса для задач оценки технического состояния конструкций, используемой классификационными обществами;
• определение нормативов допускаемых остаточных толщин конструкций корпуса по требованиям Правил классификационных освидетельствований судов в эксплуатации, ввод пользователем данных о замерах остаточных толщин, оценка и прогнозирование технического состояния корпуса по специальной методике.

Научно-исследовательские работы (НИР) кафедры по данному направлению за последние годы:

1. «Разработка методических основ и программного обеспечения систем автоматизированного проектирования конструкций корпуса транспортных и ремонтных плавучих доков», заказчик – ФГУП «ЦМКБ «Алмаз», 2008-2009 гг.
2. «Разработка программного обеспечения по выполнению расчётов в соответствии с требованиями Гармонизированных Правил МАКО в объёме «Prescriptive Rules» и подготовки данных для расчёта методом конечных элементов (ATLAS)», заказчик – Главное управление РМРС, 2012-2018 гг.
3. «Проблемы оптимизационно-поискового проектирования корпусных конструкций транспортных судов и надводных кораблей», в рамках гранта СПбГМТУ для поддержки молодых ученых и специалистов, договор № НГ - 17/18 от 02.04.2018 г.
4. «Разработка методик, алгоритмов и программного обеспечения автоматизированной системы для проектирования конструкций корпуса судов гражданского назначения на основе требований правил Российского морского Регистра судоходства», заказчик – АО «ЦМКБ «Алмаз»,  2019 – 2021 гг.

Краткая характеристика программных продуктов, которые разработаны на кафедре по заказу промышленности, представлена в таблице ниже.

Таблица. Краткое описание разработанных за последние 25 лет в рамках НИР по договорам с промышленностью программ и программных комплексов

При создании программного обеспечения регулярно разрабатываются оригинальные алгоритмы, связанные с задачами геометрического и конструктивного моделирования корпуса, поиска замкнутых контуров, использованием математических методов оптимизации, решением задач аналитической геометрии и т.д. Подробнее ознакомиться с ними можно в публикациях сотрудников кафедры (см. подраздел «Публикации»). В настоящее время на кафедре развиваются методики автоматизированной подготовки конечно-элементных моделей для верификации размеров конструкций по требованиям правил классификационных обществ, разрабатываются оптимизационно-поисковые алгоритмы проектирования различных конструкций, выполняется анализ проектных решений для улучшения этих алгоритмов.

В конце 2021 г. на кафедре в рамках данного направления запущен проект по новой теме «Создание научных основ и разработка автоматизированных систем инженерного анализа и поддержки принятия решений при проектировании конструкций корпуса современных и перспективных морских судов и морских инженерных сооружений на стадиях концептуального (эскизного) и технического проектов, а также при обеспечении безопасной эксплуатации судов на интенсивном морском волнении и в ледовых условиях». Данные работы выполняются в рамках специальной части программы «Приоритет-2030», в которой участвует СПбГМТУ. Они позволят обобщить весь накопленный опыт кафедры в рамках данного направления, в результате будет создана новая специализированная система автоматизированного проектирования (САПР) для судостроительной промышленности, правообладателем которой станет СПбГМТУ.