Проработка возможности переноса устройства приема жидких грузов на ходу
Расчетная модель набиралась с помощью плоских оболочечных элементов с шестью степенями свободы в узле. Ребра жесткости моделировались двухузловыми стержневыми элементами с шестью степенями свободы в узле. В данном разделе определяются перемещения фундаментов от действия нагрузки Р2. Фундаменты перемещаясь «тянут» в свою очередь надстройку, поэтому также определяются перемещения стенок надстройки… Читать ещё >
Проработка возможности переноса устройства приема жидких грузов на ходу (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
В данном расчете выполняется проработка возможности переноса устройства приема жидких грузов на ходу — М450−1 со стенок ангара на продольные стенки надстройки на палубе бака в районе 54 шп., правый и левый борт. Проверяется прочность конструкций надстройки и фундаментов под данные устройства после переноса, также определяются перемещения вышеуказанных конструкций.
Расчет выполняется для двух вариантов установки устройства М450−1:
вариант № 1 — горизонтальная ось устройства находится на расстоянии 2500 мм от палубы бака;
вариант № 2 — горизонтальная ось устройства находится на расстоянии 2000 мм от палубы бака.
Кроме этого рассматриваются различные варианты приложения нагрузок к фундаментам.
В расчет включена часть конструкции надстройки выше палубы бака от 52 до 61 шп., то есть конструкции ограждающие погреб под изделие 3С-14Э.
Расчет выполнен в соответствии с «Правилами выполнения расчетов прочности конструкций корпуса надводных кораблей» (изд. 1981 г., Л-562с).
1. Материалы
Конструкции надстроек и фундаментов выполнены из стали марок А40S и D40S с характеристиками:
предел текучести материала — ?т=390 МПа (4000 кгс/см2)
модуль нормальной упругости — E=2,06*105 МПа (2,1*106 кгс/см2)
плотность материала ?=0,785 кг/см3;
2. Метод расчета и расчетные усилия
Расчет выполняется методом конечных элементов машинным способом в конечно-элементном пакете ИСПА (Интегрированная Система Прочностного Анализа).
В качестве расчетных усилий приняты нагрузки, предоставленные 52 отделом — смотри рисунок 1 (лист 7), где:
Р1=4000 кгс;
Р2=16 000 кгс4
Р3=4000 кгс;
?=20°;
?=20°.
Согласно условиям эксплуатации устройства М450−1 усилия Р1, Р2 и Р3 одновременно действовать не могут, поэтому в расчете учитывается воздействие на конструкции надстройки и фундаментов только от усилия Р2, как от максимального.
Для каждого варианта установки устройства рассматриваются 4 варианта приложения усилия Р2:
вариант I — усилие Р2 направлено перпендикулярно опорной поверхности фундамента;
вариант II — усилие Р2 направлено в нос под углами 20° относительно основной плоскости и плоскости 54 шп., одинаково на обоих бортах;
вариант III — усилие Р2 направлено в корму под углами -20° относительно основной плоскости и плоскости 54 шп., одинаково на обоих бортах;
вариант IV является комбинацией вариантов II и III — на одном борту усилие Р2 под углами 20° направлено в нос, на противоположном борту усилие под углами -20° направлено в корму.
Сосредоточенное усилие Р2 раскладывается на равные составляющие, которые равномерно распределены на площади 300×400 мм2 — площади обуха приемного устройства, который приваривается к опорной поверхности фундамента.
Допускаемые эквивалентные напряжения в конструкциях надстройки 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 стенки надстройки, поперечные переборки на 54 и 61 шп., выгородка в ДП от 52 до 54 шпангоута, настил 1 яруса надстройки, пиллерсы на 57+250 мм шп. от палубы бака до палубы надстройки 1 яруса и фундаменты под устройства М450−1.
Расчетная модель набиралась с помощью плоских оболочечных элементов с шестью степенями свободы в узле. Ребра жесткости моделировались двухузловыми стержневыми элементами с шестью степенями свободы в узле.
Всем стенкам и переборкам надстройки на уровне палубы бака запрещены перемещения в трех плоскостях — условие свободного опирания.
Составляющие силы Р2 прикладываются к узловым точкам конечных элементов фундамента на площади 300×400 мм2 — смотри рисунок 16 (лист 24). Для вариантов направления усилия Р2 под углами, усилие раскладывается по осям X, Y и Z; ось X идет вдоль корабля, ось Y идет вверх, ось Z идет поперек корабля. Например, для варианта II приложения усилия составляющие по осям будут равны:
;
;
;
схема приложения усилий для данного варианта представлена на рисунке 17 (лист 25).
Для остальных вариантов приложения нагрузки составляющие усилия Р2 находятся аналогично, учитывая направление действия усилия.
4. Определение действующих напряжений в конструкциях надстройки и фундаментов
В данном разделе определяются действующие напряжения в фундаментах под устройства М450−1 и в конструкциях надстройки в районе установки фундаментов, смотри рисунки 2, 3 (листы 28,29).
Значения максимальных эквивалентных напряжений для всех вариантов расчета приведены в таблице 1.
Таблица 1 — Максимальные эквивалентные напряжения в конструкциях надстройки и фундаментов
Вариант установки устройства М450−1 | Вариант действия усилия Р2 | Рассматриваемая конструкция | Напряжение, кгс/см2 | |
I | надстройка | |||
фундамент | ||||
II | надстройка | |||
фундамент | ||||
III | надстройка | |||
фундамент | ||||
IV | надстройка | |||
фундамент | ||||
I | надстройка | |||
фундамент | ||||
II | надстройка | |||
фундамент | ||||
III | надстройка | |||
фундамент | ||||
IV | надстройка | |||
фундамент | ||||
Анализируя результаты в таблице видно, что максимальные действующие эквивалентные напряжения в конструкциях не превышают допускаемых напряжений, которые равны 3200 кгс/см2.
Рисунок 2 — Район определения напряжений в конструкциях для варианта № 1
Рисунок 3 — Район определения напряжений в конструкциях для варианта № 2
5. Определение перемещений конструкций надстройки и фундаментов
5.1 Определение перемещений палубы надстройки 1 яруса
В данном разделе определяются перемещения палубы надстройки 1 яруса в районе выреза под установку 3С-14Э — это необходимо, потому что значительные перемещения настила в данном районе могут повлиять на работу установки.
Характерные точки на палубе надстройки 1 яруса, в которых определяются перемещения — Ux, Uy, Uz по всем трем осям представлены на рисунке 4 (лист 32). Результаты расчета приведены в таблицах 2,3.
Таблица 2 — Перемещения палубы надстройки1 яруса для варианта № 1 установки устройства М450−1
Номер 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 | ||
21,0 | 1,8 | — 5,4 | 46,0 | 2,9 | — 7,0 | — 8,5 | 0,2 | — 2,4 | — 7,4 | 0,6 | — 7,4 | ||
20,0 | 5,6 | — 24,0 | 44,0 | 6,4 | — 31,0 | — 7,0 | 3,4 | — 1,1 | — 8,4 | 3,8 | — 13,0 | ||
17,0 | 7,6 | — 29,0 | 36,0 | 6,6 | — 33,0 | — 6,8 | 6,6 | — 1,8 | — 8,5 | 6,6 | — 1,6 | ||
10,0 | 2,2 | 15,0 | 0,1 | 2,9 | 3,7 | 8,8 | 1,9 | 8,1 | |||||
17,0 | 7,6 | 29,0 | 36,0 | 6,6 | 33,0 | — 6,8 | 6,6 | 1,8 | 38,0 | 6,6 | 3,5 | ||
20,0 | 5,6 | 24,0 | 44,0 | 6,4 | 31,0 | — 7,0 | 3,4 | 1,1 | 44,0 | 6,0 | 2,8 | ||
21,0 | 1,8 | 5,4 | 46,0 | 2,9 | 7,0 | — 8,5 | 0,2 | 2,4 | 44,0 | 2,5 | 2,0 | ||
32,0 | — 2,6 | 61,0 | — 5.9 | — 5,4 | 1,3 | 27,0 | — 2,3 | — 7,2 | |||||
Таблица 3 — Перемещения палубы надстройки1 яруса для варианта № 2 установки устройства М450−1
Номер 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 | ||
12,0 | 1,8 | — 3,3 | 31,0 | 2,7 | — 4,7 | — 9,8 | 0,5 | — 1,1 | — 8,0 | 0,9 | — 4,5 | ||
12,0 | 1,5 | — 1,4 | 30,0 | — 4,1 | — 20,0 | — 8,9 | 6,7 | — 5,0 | — 8,5 | 7,2 | — 7,4 | ||
9,7 | — 4,5 | — 1,9 | 24,0 | — 17,0 | — 21,0 | — 7,5 | 8,9 | — 12,0 | — 7,7 | 9,1 | — 12,0 | ||
6,0 | — 4,3 | 11,0 | 8,7 | — 0,1 | — 1,6 | 5,3 | — 3,8 | 4,0 | |||||
9,7 | — 4,5 | 1,9 | 24,0 | — 17 | 21,0 | — 7,5 | 8,9 | 12,0 | 25,0 | — 1,7 | 21,0 | ||
12,0 | 1,5 | 1,4 | 30,0 | — 4,1 | 20,0 | — 8,9 | 6,7 | 5,0 | 29,0 | — 4,6 | 18,0 | ||
12,0 | 1,8 | 3,3 | 31.0 | 2,7 | 4,7 | — 9,8 | 0,5 | 1,1 | 29,0 | 2,3 | 1,2 | ||
18,0 | — 1,0 | 41,0 | — 2,3 | — 8,7 | 0,6 | 16,0 | — 0,9 | — 4,8 | |||||
Из результатов, приведенных в таблицах видно, что перемещения палубы надстройки 1 яруса в районе выреза под установку 3С-14Э в любом 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 от действия нагрузки Р2. Фундаменты перемещаясь «тянут» в свою очередь надстройку, поэтому также определяются перемещения стенок надстройки.
Результаты расчетов приведены в таблицах 4,5, (обозначения в таблицах: н — надстройка, ф — фундамент, Ux — перемещение по оси X, Uy — перемещение по оси Y, Uz — перемещение по оси Z).
Таблица 4 — Максимальные перемещения стенок надстройки и фундаментов для варианта № 1 установки устройства М450−1
Конструкция | 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 — Максимальные перемещения стенок надстройки и фундаментов для варианта № 2 установки устройства М450−1
Конструкция | 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 для варианта № 1 установки устройства М450−1 максимальные перемещения любой конструкции не превышают 0,1 мм, что является удовлетворительным. В случае варианта № 2 установки устройства М450−1 возникают значительные перемещения по оси Z — порядка 2 мм; данные перемещения возникают в продольной стенке надстройки в районе 55 шп. в месте «притыкания» бракеты фундамента к стенке — смотри рисунок 5. Данное значение перемещения является недопустимым, поэтому необходимо стойки на 55 шп. — полособульбы № 10 заменить на сварные тавры № 18а на каждом борту. Замена стоек увеличивает жесткость продольной стенки и снижает перемещения в данном районе до 1 мм.
Рисунок 5 — Картина деформаций продольной стенки надстройки и фундамента (деформации увеличены в 300 раз)
Заключение
интегрированный конструкция прочностной анализ Выполненный расчет показывает, что с точки зрения прочности конструкций надстройки и фундаментов под устройства М450−1 перенос устройства со стенок ангара на продольные стенки надстройки на палубе бака в районе 54 шп. допустим для обоих вариантов установки устройства. При этом предпочтительным является первый вариант установки устройства, так как при нем возникают меньшие действующие напряжения в конструкциях и перемещения их по сравнению с вариантом № 2, так же при этом варианте не требуется изменения конструкции продольных стенок надстройки.