Зайцев Валерій Володимирович. Визначення форми і напружено-деформованого стану гнучких огороджень суден на повітряній подушці

Краткое описание

Зайцев Валерій Володимирович. Визначення форми і напружено-деформованого стану гнучких огороджень суден на повітряній подушці: дис... канд. техн. наук: 05.08.03 / Національний ун-т кораблебудування ім. адмірала Макарова. - Миколаїв, 2005

Зайцев Вал. В. Визначення форми і напружено-деформованого стану гнучких огороджень суден на повітряній подушці. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.08.03 механіка та конструювання суден. Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова, Миколаїв, 2005.
Дисертація присвячена розробці важливої прикладної задачі у вітчизняній суднобудівній науці визначенню форми і напружено-деформованого стану (НДС) носових і кормових гнучких огороджень (ГО) амфібійних (СППА) і скегових суден на повітряній подушці (СППС), а також проектуванню носового і кормового ГО у складі підйомного комплексу СППС. При проектуванні враховується взаємний вплив всіх елементів системи, які беруть участь у забезпеченні підйому над водною поверхнею СППС, а також особливості конструкції та експлуатації судна.
Об’єктом дослідження є носові і кормові ГО у складі підйомного комплексу судна на повітряній подушці (СПП). Предметом дослідження є форма і НДС носових і кормових ГО СППА і СППС. Методи дослідження прийняти аналітичні і чисельні.
Досліджені питання визначення плоскої та просторової форми і НДС носових і кормових ГО СПП з врахуванням впливу на них антивібраційних діафрагм, повітряпроводних вирізів у ресивері та антивібраційній діафрагмі, вагомості та властивостей матеріалу ГО.

У теперішній час у вітчизняній науці відсутні достатній досвід проектування ГО у складі підйомного комплексу СПП і методи розрахунку ГО з урахуванням багатьох їхніх конструктивних особливостей.
На основі аналізу вітчизняних і закордонних публікацій установлено актуальність роботи, зазначено зв'язок з загальними планами наукових досліджень і темами НУК (УДМТУ), розроблені мета і задачі досліджень. Методи дослідження прийняті аналітичні і чисельні з використанням ряду наукових теорій в області розрахунків міцності м'яких оболонок і проектування суден.
Складено розрахункові моделі і отримані чисельні результати розрахунків для антивібраційних діафрагм гнучкого ресиверу з отвором з урахуванням і без урахування смуги стовщення матеріалу по периметру отвору діафрагми.
Удосконалені і проаналізовані математичні моделі визначення форми і НДС кормових багатоярусних (триярусних) ГО СПП у режимі висіння і руху на тихій воді з урахуванням впливу на їх форму і НДС двох діафрагм, у яких може бути різна довжина. Створені математичні моделі дозволили одержати залежності для визначення форми кормових ГО без використання додаткових графоаналітичних операцій, а також досліджувати вплив параметрів ГО на його НДС і форму, виробити рекомендації з проектування такого типу ГО.
Удосконалені і проаналізовані математичні моделі визначення просторової форми і просторового НДС носових одноярусних ГО СПП без урахування і з урахуванням впливу на них повітряпроводних вирізів в оболонці ресиверів, а також трьох стрибків тисків повітря в районі цих вирізів. Побудовані моделі дозволили для знаходження і дослідження просторових форми і НДС використовувати ітераційний метод разом з МКЕ, що неможливо було зробити раніше, так як неможливо було, використовуючи програми МКЕ, задати початкову форму оболонки ресиверу НГО без додаткових графічних побудов.
Удосконалені і проаналізовані математичні моделі визначення форми і НДС носових одноярусних ГО СПП з урахуванням вирізів в антивібраційних діафрагмах і з урахуванням впливу повітряпроводних вирізів в оболонці ресиверів, а також трьох стрибків тисків повітря в районі цих вирізів; моделі дозволяють точніше обмежити припустиму область довжин антивібраційної діафрагми гнучкого ресиверу.
Розроблені математичні моделі визначення форми і НДС гнучких ресиверів з антивібраційною діафрагмою (без урахування і з урахуванням розтяжності матеріалу гнучких ресиверів і діафрагм), які дозволили одержати залежності для визначення їхньої форми без виконання додаткових графічних побудов, досліджувати умови, при яких діафрагма працює на розтягнення або втрачає стійкість, а перехід до безрозмірних характеристик дозволив узагальнити отримані результати.
Вперше чисельно вирішена задача визначення просторової форми і НДС носового ГО, що враховує одночасно вагомість матеріалу і наявність у нього знімних елементів, антивібраційної діафрагми, повітряпроводних вирізів у ресивері і в антивібраційній діафрагмі. Доведено, що врахування у розрахункових схемах вагомості матеріалу ГО дозволяє уточнити зону оптимальних довжин знімного елемента ГО і виробити рекомендації з проектування знімних елементів ГО. Урахування у математичних моделях вагомості матеріалу ГО мало впливає на точність визначення форми ресивера, але дозволяє уточнити напруження в місцях концентрації напружень (вирізи і вузол кріплення діафрагми до ресиверу). Порівняння результатів розрахунків ГО без урахування і з урахуванням знімного елемента показує, що врахування знімного елемента значно впливає на картину напруженого стану ГО, але для приблизної оцінки форми ГО і кліренсу СПП можна користуватися розрахунковою схемою, що не враховує вагомість ГО і наявність знімного елемента.
Вперше визначено діапазон значень оптимальної довжини знімного елемента НГО, при якому напруження в зонах концентрації будуть найменшими, і при цьому значення максимальних напружень будуть знаходиться не в зоні кріплення знімного елементу до ресиверу.
Вперше розроблено і реалізовано методику, алгоритм проектування і розрахунку носового і кормового ГО у складі підйомного комплексу СППС з урахуванням взаємного впливу всіх елементів системи, які беруть участь у забезпеченні підйому над водною поверхнею СППС, з одночасним визначенням параметрів вентиляторної установки СППС, а також з урахуванням впливу на них повітряпроводних вирізів в оболонці ресиверу носового ГО, трьох стрибків тиску повітря в районі повітряпроводних вирізів у ресивері, з урахуванням втрат напорів у повітряпроводах вентиляторної системи судна, визначенням тисків у ресиверах носового і кормового ГО залежно від параметрів повітряної подушки і осадки судна на тихій воді. Відзначено, що використовуючи різні математичні моделі визначення форми і НДС НГО і КГО, які були побудовані у розділах 2 5 дисертації, можлива розробка різних варіантів методик проектування і розрахунків ГО у складі підйомного комплексу СППС. Наведені рекомендації до проектування і розрахунків НГО і КГО.
Практичне значення дисертаційної роботи полягає в розроблених математичних моделях визначення форми і НДС ГО СПП, методиці, алгоритмі проектування і розрахунку носового і кормового ГО у складі підйомного комплексу СППС, їхньому аналізі і рекомендаціях до проектування, які можуть бути використані в проектних і конструкторських організаціях, на суднобудівних заводах, у комерційних фірмах і студентами вищих навчальних закладів у навчальному процесі. Застосування розроблених програм аналітичного розрахунку форми і НДС ГО СПП і програм для аналізу НДС ГО СПП за МКЕ відкриває можливість для проектування ГО СПП на основі більш достовірних і сучасних методів. Результати досліджень, які отримані в роботі, надають можливість інженерам, конструкторам, проектувальникам і студентам проводити аналіз НДС ГО СПП, досліджувати вплив розмірів і форми повітряпроводних вирізів в оболонці гнучких ресиверів СПП на продуктивність нагнітачів, на підтримку тиску в оболонці ГО і на створення піднімальної сили СПП, а також виявляти і використати їхні резерви міцності.
Практичне застосування результатів дисертаційної роботи відображено в актах впровадження таких підприємств і організацій: ВАТ "Феодосійська суднобудівна компанія "Море" у вигляді розрахункових методик "Урахування параметрів повітряпроводних вирізів при визначенні форми і напружено-деформованого стану гнучкого огородження", "Проектування гнучких огороджень з урахуванням впливу на їх параметри вентиляторної установки", а також програмних продуктів, що забезпечують їх реалізацію. Крім того, результати досліджень впроваджені у навчальний процес кафедри морських технологій, використані при виконанні дипломних проектів, при написанні навчального посібника з грифом "Рекомендовано Міністерством освіти і науки України як навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів" у Національному університеті кораблебудування імені адмірала Макарова за спеціальністю 8.100.201 "Кораблі і океанотехника"; у навчальний процес кафедри "Океанотехники і кораблебудування" Севастопольського Національного технічного університету за спеціальністю 8.100.201 "Кораблі і океанотехника", у держбюджетну НДР № 9/1404 "Нові підходи до розрахунку міцності гнучких огороджень суден на повітряній подушці амфібійного типу" (№ держ. реєстрації 0100U001909).
Достовірність результатів дисертаційної роботи підтверджена збігом результатів розрахунків проведених за допомогою аналітичних залежностей з результатами, отриманими за МКЕ. Підтверджено за допомогою розроблених розрахункових моделей і МКЕ, що зношування і руйнування ГО починається в районі кріплення знімних елементів до ресиверу ГО, на що вказує практика експлуатації СППА. Це говорить про достовірність отриманих автором результатів.