/>/>Введение
В данном расчете выполняется проработка возможностипереноса устройства приема жидких грузов на ходу – М450–1 со стенок ангара напродольные стенки надстройки на палубе бака в районе 54 шп., правый и левыйборт. Проверяется прочность конструкций надстройки и фундаментов под данныеустройства после переноса, также определяются перемещения вышеуказанных конструкций.
Расчет выполняется для двух вариантов установки устройстваМ450–1:
– вариант №1 – горизонтальная осьустройства находится на расстоянии 2500 мм от палубы бака;
– вариант №2 – горизонтальная осьустройства находится на расстоянии 2000 мм от палубы бака.
Кроме этого рассматриваются различные варианты приложениянагрузок к фундаментам.
В расчет включена часть конструкции надстройки выше палубыбака от 52 до 61 шп., то есть конструкции ограждающие погреб под изделие 3С-14Э.
Расчет выполнен в соответствии с «Правилами выполнениярасчетов прочности конструкций корпуса надводных кораблей» (изд. 1981 г.,Л-562с).
1. Материалы
Конструкции надстроек и фундаментов выполнены из сталимарок А40S и D40S с характеристиками:
– предел текучести материала – σт=390МПа (4000 кгс/см2)
– модуль нормальной упругости – E=2,06*105МПа (2,1*106 кгс/см2)
– плотность материала ρ=0,00785кг/см3;
2. Метод расчета и расчетные усилия
Расчет выполняется методом конечных элементов машиннымспособом в конечно-элементном пакете ИСПА (Интегрированная Система ПрочностногоАнализа).
В качестве расчетных усилий приняты нагрузки,предоставленные 52 отделом – смотри рисунок 1 (лист 7), где:
– Р1=4000 кгс;
– Р2=16000 кгс4
– Р3=4000 кгс;
– α=20°;
– β=20°.
Согласно условиям эксплуатации устройства М450–1 усилия Р1,Р2 и Р3 одновременно действовать не могут, поэтому в расчете учитываетсявоздействие на конструкции надстройки и фундаментов только от усилия Р2, как отмаксимального.
Для каждого варианта установки устройства рассматриваются 4варианта приложения усилия Р2:
– вариант I – усилие Р2 направленоперпендикулярно опорной поверхности фундамента;
– вариант II – усилие Р2 направлено внос под углами 20° относительно основной плоскости и плоскости 54 шп.,одинаково на обоих бортах;
– вариант III – усилие Р2 направленов корму под углами -20° относительно основной плоскости и плоскости 54 шп.,одинаково на обоих бортах;
– вариант IV является комбинациейвариантов II и III – на одном борту усилие Р2 под углами 20° направлено внос, на противоположном борту усилие под углами -20° направлено в корму.
Сосредоточенное усилие Р2 раскладывается на равныесоставляющие, которые равномерно распределены на площади 300х400 мм2– площади обуха приемного устройства, который приваривается к опорнойповерхности фундамента.
Допускаемые эквивалентные напряжения в конструкцияхнадстройки и фундаментов при расчете прочности равны 312 МПа (3200 кгс/см2).
/>
/>
Рисунок 1 – Схема приложения усилий к фундаменту, вариант №1(для варианта №2 усилия прикладываются аналогично)
3. Описание модели
Для построения модели моделировались наружные стенкинадстройки, поперечные переборки на 54 и 61 шп., выгородка в ДП от 52 до 54шпангоута, настил 1 яруса надстройки, пиллерсы на 57+250 мм шп. от палубыбака до палубы надстройки 1 яруса и фундаменты под устройства М450–1.
Расчетная модель набиралась с помощью плоских оболочечныхэлементов с шестью степенями свободы в узле. Ребра жесткости моделировалисьдвухузловыми стержневыми элементами с шестью степенями свободы в узле.
Всем стенкам и переборкам надстройки на уровне палубы баказапрещены перемещения в трех плоскостях – условие свободного опирания.
Составляющие силы Р2 прикладываются к узловым точкамконечных элементов фундамента на площади 300х400 мм2 – смотририсунок 16 (лист 24). Для вариантов направления усилия Р2 под углами, усилиераскладывается по осям X, Y и Z; ось X идет вдоль корабля, ось Y идет вверх, ось Z идет попереккорабля. Например, для варианта II приложения усилия составляющие по осям будутравны:
– />;
– />;
– />;
схема приложения усилий для данного варианта представленана рисунке 17 (лист 25).
Для остальных вариантов приложения нагрузки составляющиеусилия Р2 находятся аналогично, учитывая направление действия усилия.
4. Определение действующихнапряжений в конструкциях надстройки и фундаментов
В данном разделе определяются действующие напряжения вфундаментах под устройства М450–1 и в конструкциях надстройки в районеустановки фундаментов, смотри рисунки 2, 3 (листы 28,29).
Значения максимальных эквивалентных напряжений для всехвариантов расчета приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Максимальные эквивалентные напряжения вконструкциях надстройки и фундаментовВариант установки устройства М450–1 Вариант действия усилия Р2 Рассматриваемая конструкция
Напряжение, кгс/см2 1 I надстройка 204 фундамент 1260 II надстройка 196 фундамент 1300 III надстройка 292 фундамент 1270 IV надстройка 278 фундамент 1300 2 I надстройка 264 фундамент 1210 II надстройка 448 фундамент 1250 III надстройка 462 фундамент 1230 IV надстройка 448 фундамент 1250
Анализируя результаты в таблице видно, что максимальныедействующие эквивалентные напряжения в конструкциях не превышают допускаемыхнапряжений, которые равны 3200 кгс/см2.
/>
Рисунок 2 – Район определения напряжений в конструкциях дляварианта №1
/>
Рисунок 3 – Район определения напряжений в конструкциях дляварианта №2
5. Определение перемещенийконструкций надстройки и фундаментов 5.1Определение перемещений палубы надстройки 1 яруса
В данном разделе определяются перемещения палубы надстройки1 яруса в районе выреза под установку 3С-14Э – это необходимо, потому чтозначительные перемещения настила в данном районе могут повлиять на работуустановки.
Характерные точки на палубе надстройки 1 яруса, в которыхопределяются перемещения – Ux, Uy, Uz по всем трем осям представлены на рисунке 4 (лист 32).Результаты расчета приведены в таблицах 2,3.
Таблица 2 – Перемещения палубынадстройки1 яруса для варианта №1 установки устройства М450–1Номер точки Вариант приложения усилий I II III IV
Ux,
см
*10-4
Uy,
см
*10-4
Uz,
см
*10-4
Ux,
см
*10-4
Uy,
см
*10-4
Uz,
см
*10-4
Ux,
см
*10-4
Uy,
см
*10-4
Uz,
см
*10-4
Ux,
см
*10-4
Uy,
см
*10-4
Uz,
см
*10-4 1 21,0 1,8 -5,4 46,0 2,9 -7,0 -8,5 0,2 -2,4 -7,4 0,6 -7,4 2 20,0 5,6 -24,0 44,0 6,4 -31,0 -7,0 3,4 -1,1 -8,4 3,8 -13,0 3 17,0 7,6 -29,0 36,0 6,6 -33,0 -6,8 6,6 -1,8 -8,5 6,6 -1,6 4 10,0 2,2 15,0 0,1 2,9 3,7 8,8 1,9 8,1 5 17,0 7,6 29,0 36,0 6,6 33,0 -6,8 6,6 1,8 38,0 6,6 3,5 6 20,0 5,6 24,0 44,0 6,4 31,0 -7,0 3,4 1,1 44,0 6,0 2,8 7 21,0 1,8 5,4 46,0 2,9 7,0 -8,5 0,2 2,4 44,0 2,5 2,0 8 32,0 -2,6 61,0 -5.9 -5,4 1,3 27,0 -2,3 -7,2
Таблица 3 – Перемещения палубынадстройки1 яруса для варианта №2 установки устройства М450–1Номер точки Вариант приложения усилий I II III IV
Ux,
см
*10-4
Uy,
см
*10-4
Uz,
см
*10-4
Ux,
см
*10-4
Uy,
см
*10-4
Uz,
см
*10-4
Ux,
см
*10-4
Uy,
см
*10-4
Uz,
см
*10-4
Ux,
см
*10-4
Uy,
см
*10-4
Uz,
см
*10-4 1 12,0 1,8 -3,3 31,0 2,7 -4,7 -9,8 0,5 -1,1 -8,0 0,9 -4,5 2 12,0 1,5 -1,4 30,0 -4,1 -20,0 -8,9 6,7 -5,0 -8,5 7,2 -7,4 3 9,7 -4,5 -1,9 24,0 -17,0 -21,0 -7,5 8,9 -12,0 -7,7 9,1 -12,0 4 6,0 -4,3 11,0 8,7 -0,1 -1,6 5,3 -3,8 4,0 5 9,7 -4,5 1,9 24,0 -17 21,0 -7,5 8,9 12,0 25,0 -1,7 21,0 6 12,0 1,5 1,4 30,0 -4,1 20,0 -8,9 6,7 5,0 29,0 -4,6 18,0 7 12,0 1,8 3,3 31.0 2,7 4,7 -9,8 0,5 1,1 29,0 2,3 1,2 8 18,0 -1,0 41,0 -2,3 -8,7 0,6 16,0 -0,9 -4,8
Из результатов, приведенных в таблицах видно, чтоперемещения палубы надстройки 1 яруса в районе выреза под установку 3С-14Э влюбом направлении не превышают 0,1 мм.
/>
Рисунок 4 – Характерные точки для определения перемещений
палубы надстройки 1 яруса
5.2 Определение перемещений фундаментов и стенок надстройки
В данном разделе определяются перемещения фундаментов отдействия нагрузки Р2. Фундаменты перемещаясь «тянут» в свою очередь надстройку,поэтому также определяются перемещения стенок надстройки.
Результаты расчетов приведены в таблицах 4,5, (обозначенияв таблицах: н – надстройка, ф – фундамент, Ux –перемещение по оси X, Uy – перемещение по оси Y, Uz –перемещение по оси Z).
Таблица 4 – Максимальныеперемещения стенок надстройки и фундаментов для варианта №1 установкиустройства М450–1Конструкция Вариант приложения усилий I II III IV
Ux,
см
*10-2
Uy,
см
*10-2
Uz,
см
*10-2
Ux,
см
*10-2
Uy,
см
*10-2
Uz,
см
*10-2
Ux,
см
*10-2
Uy,
см
*10-2
Uz,
см
*10-2
Ux,
см
*10-2
Uy,
см
*10-2
Uz,
см
*10-3 н 0,3 -0,2 0,8 0,6 0,2 -1,0 -0,4 -0,4 0,8 0,6 -0,4 1,0 ф 0,3 -1,1 5,1 3,4 0,9 -4,3 -3,0 -2,8 5,4 3,5 -2,8 -5,4
Таблица 5 – Максимальныеперемещения стенок надстройки и фундаментов для варианта №2 установкиустройства М450–1Конструкция Вариант приложения усилий I II III IV
Ux,
см
*10-2
Uy,
см
*10-2
Uz,
см
*10-2
Ux,
см
*10-2
Uy,
см
*10-2
Uz,
см
*10-2
Ux,
см
*10-2
Uy,
см
*10-2
Uz,
см
*10-2
Ux,
см
*10-2
Uy,
см
*10-2
Uz,
см
*10-3 н 0,2 -0,2 1,4 -2,7 3,1 -21,5 2,5 -3,0 20,6 -2,6 3,0 21,0 ф 0,2 -0,7 4,7 11,1 2,9 -20,0 -11,1 -2,9 19,2 -11,1 2,9 20,0
Анализируя результаты в таблицах 4,5 видно, что дляварианта №1 установки устройства М450–1 максимальные перемещения любойконструкции не превышают 0,1 мм, что является удовлетворительным. В случаеварианта №2 установки устройства М450–1 возникают значительные перемещения пооси Z – порядка 2 мм; данные перемещения возникают в продольной стенкенадстройки в районе 55 шп. в месте «притыкания» бракеты фундамента к стенке –смотри рисунок 5. Данное значение перемещения является недопустимым, поэтому необходимостойки на 55 шп. – полособульбы №10 заменить на сварные тавры №18а на каждомборту. Замена стоек увеличивает жесткость продольной стенки и снижаетперемещения в данном районе до 1 мм.
/>
Рисунок 5 – Картина деформаций продольной стенки надстройкии фундамента (деформации увеличены в 300 раз)
Заключение
интегрированныйконструкция прочностной анализ
Выполненный расчет показывает, что с точки зрения прочностиконструкций надстройки и фундаментов под устройства М450–1 перенос устройствасо стенок ангара на продольные стенки надстройки на палубе бака в районе 54 шп.допустим для обоих вариантов установки устройства. При этом предпочтительнымявляется первый вариант установки устройства, так как при нем возникают меньшиедействующие напряжения в конструкциях и перемещения их по сравнению с вариантом№2, так же при этом варианте не требуется изменения конструкции продольныхстенок надстройки.