Виконані розрахунки показують, що врахування ваги матеріалу ГО незначно впливає на точність визначення форми ресиверу, але дозволяє уточнити напруження в місцях концентрації напружень (вирізи і вузол кріплення антивібраційної діафрагми до ресиверу). Порівняння результатів розрахунків ГО без урахування і з урахуванням знімного елемента показує, що врахування знімного елемента значно впливає на НДС ГО, але для наближеної оцінки форми ГО і кліренсу СПП можна користуватися розрахунковою схемою, що не враховує вагомість ГО і наявність знімного елементу.

У шостому розділі розроблено методику, алгоритм проектування і розрахунку 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 НГО, трьох стрибків тиску повітря в районі повітряпроводних вирізів у ресивері, з урахуванням втрат напорів у повітряпроводах вентиляторної системи судна, визначенням тисків у ресиверах НГО і КГО залежно від параметрів повітряної подушки і осадки судна на тихій воді.

Базою для розробки вказаних методики, алгоритму проектування і розрахунку ГО служать математичні моделі визначення форми і НДС НГО і КГО, які побудовані у 2-5 розділах дисертації. Методика проектування і розрахунку ГО СППС включає 8 груп рівнянь і залежностей (82 рівняння і 82 невідомі величини): рівняння рівноваги сил, що діють у поздовжній площині СППС (вертикальні складові); систему рівнянь для кормового триярусного ГО; систему рівнянь для носового одноярусного ГО; рівняння нерозривності і витрат повітря в повітряній подушці і ресиверах СППС; рівняння напорів для витікання повітря з повітряної подушки через носове і кормове ГО з урахуванням хвильового поршня; рівняння напорів для витікання повітря з ресиверів носового і кормового ГО в повітряну подушку; рівняння, що зв'язує осереднений зазор між нижньою кромкою носового ГО і діючою ватерлінією, і осереднений зазор між нижньою кромкою кормового ГО і діючою ватерлінією; рівняння, що зв'язують геометричні параметри носового і кормового ГО з геометричними параметрами повітряної подушки.

Після вирішення зазначених рівнянь визначені продуктивності, потужності і повні напори вентиляторів правого і лівого бортів СВПС, а також їхні сумарні параметри. Розроблено алгоритм проектування НГО і КГО у складі підйомного комплексу СППС, наведені результати його реалізації і рекомендації до проектування носових і кормових ГО. 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

Розроблені автором методика, алгоритм проектування НГО і КГО у складі підйомного комплексу СПП, впровадженні у 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 їхні параметри вентиляторної установки", а також програмних продуктів, що забезпечують їх реалізацію. Крім того, результати досліджень впроваджені у навчальний процес кафедри морських технологій Національного університету кораблебудування імені адмірала Макарова і 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), використані при написанні навчального посібника з грифом "Рекомендовано Міністерством освіти і науки України як навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів".

У додатку наведені акти впровадження результатів дисертаційної роботи в промисловість, у навчальний процес вищих навчальних закладів України і науково-дослідну держбюджетну тему.

ВИСНОВКИ

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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).

13. 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.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗДОБУВАЧА ЗА ТЕМОЮДИСЕРТАЦІЇ

Проектирование общесудовых устройств: Учебное пособие с грифом "Рекомендовано Министерством образования и науки Украины в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений / В.В. Зайцев, А.Е. Еганов, Ю.Н. Коробанов, Э.В. Толышев, Вал.В. Зайцев. - Николаев: Изд. "ИЛИОН"; изд. УГМТУ, 2004. - 300 с.

Зайцев Вал. В. Расчет круглой диафрагмы гибкого ограждения судна на воздушной подушке амфибийного типа // Зб. наук. праць УДМТУ. - Миколаїв: УДМТУ, 2003. - №3 (389). - С. 3-11.

Зайцев Вал. В. Исследование напряженно-деформированного состояния бортовой секции гибкого ограждения судна на воздушной подушке с учетом съемного элемента. // Зб. наук. праць УДМТУ. - Миколаїв: УДМТУ, 2003. - №4 (390). - С. 3-9.

Зайцев Вал.В. Расчет одноярусного ресивера гибкого ограждения судна на воздушной подушке амфибийного типа. // Зб. наук. праць УДМТУ. - Миколаїв: УДМТУ, 2003. - №6 (392). - С. 3-10.

Зайцев Вал.В. Механика ресивера с диафрагмой гибкого ограждения СВПА // Судовождение: Сб. науч. тр. ОНМА. - Одесса: Феникс, 2003. - Вып. 6. - С. 46-52.

Зайцев Вал. В. Механика ресивера гибкого ограждения амфибийного судна на воздушной подушке с учетом растяжимости материала // Вестник ОНМУ. - Одесса: ОНМУ, 2003. - №12. - С. 57-64.

Зайцев Вал.В. Исследование влияния параметров воздуховодных вырезов на форму и НДС гибкого ограждения СВПА // Зб. наук. праць УДМТУ. - Миколаїв: УДМТУ, 2004. - №2 (395). - С. 38-45.

Зайцев Вал.В. Механика плоской прямоугольной диафрагмы ресивера гибкого ограждения СВП // Судовождение: Сб. науч. тр. ОНМА. - Одесса: Феникс, 2004. - Вып. 7. - С. 23-30.

Зайцев Вал.В. Исследование напряженно-деформированного состояния гибкого ограждения СВПА с учетом съемного элемента // Матеріали міжнародної конференції, присвяченій 100-річчю кораблебудівній освіти в Україні "Кораблебудування: освіта, наука, виробництво" (Україна, Миколаїв, 24 - 25 вересня 2002 р.): В 2 т, Т.ІІ - Миколаїв: УДМТУ, 2002. - С. 21-22.

Зайцев Вал.В. Информационные технологии при преподавании дисциплины "Суда с динамическими принципами поддержания" // Матеріали Всеукраїнської науково-методичної конференції "Проблеми наскрізної комп'ютерної підготовки у вищій школі": Миколаїв, 14 - 15 жовтня 2003 р. - Миколаїв: УДМТУ, 2003. - С. 109-110.

Зайцев Вал.В., Зайцев Д.В., Пономаренко О.В. Обеспечение безопасности мореплавания при проектировании комплекса технических средств создания и поддержания воздушной подушки СВП. // Безопасность мореплавания и ее обеспечение при проектировании и постройке судов (БМС-2004): Материалы международной научно-технической конференции: - Николаев: НУК, 2004. - С. 48-49.

Зайцев В.В., Зайцев Вал. В., Зайцев Д.В. Концепция проектирования подъемного комплекса СВПС. // Безопасность мореплавания и ее обеспечение при проектировании и постройке судов (БМС-2004): Материалы международной научно-технической конференции: - Николаев: НУК, 2004. - С. 47-48.

Зайцев Вал.В., Зайцев Д.В., Лукашова В.В. Проектирование подъемного комплекса судна на воздушной подушке // Вестник ОНМУ. - Одесса: ОНМУ, 2004. - №14. - С. 102-110.

Особистий внесок здобувача в працях, опублікованих у співавторстві

В [1] написана глава 8, в якій наведені загальні відомості про СВПС і СВПА, розроблено класифікацію ГО, проведено систематизацію конструкцій і схем ГО СПП, розроблена математична модель і методика проектування одноярусного ресиверу ГО з урахуванням повітряпроводних вирізів у оболонці ресиверу і трьох стрибків тиску повітря в їх районі. В [11, 13] розроблені методики, алгоритми проектування і розрахунків підйомного комплексу СППС з урахування хвильового поршня. В [12] побудовано концепцію проектування підйомного комплексу СВПС.

АНОТАЦІЯ

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.

Ключові слова: судно на повітряній подушці, повітряна подушка, гнучке огородження, гнучкий ресивер, ресивер, діафрагма, знімний елемент, проектування, конструювання, міцність, напружено-деформований стан.

АННОТАЦИЯ

Зайцев Вал.В. Определение формы и напряженно-деформированного состояния гибких ограждений судов на воздушной подушке. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.08.03 - механика и конструирование судов. - Национальный университет кораблестроения имени адмирала Макарова, Николаев, 2005.

Диссертация посвящена решению важной прикладной задачи в отечественной судостроительной науке - определению формы и напряженно-деформированного состояния (НДС) носовых и кормовых гибких ограждений (ГО) амфибийных (СВПА) и скеговых судов на воздушной подушке (СВПС), а также проектированию носового и кормового ГО в составе подъемного комплекса СВПС. При проектировании учитывается взаимное влияния всех элементов системы, участвующих в обеспечении подъема над водной поверхностью СВПС, с одновременным определением параметров вентиляторной установки СВПС, а также с учетом влияния на них воздуховодных вырезов в оболочке ресивера носового ГО, трех скачков давления воздуха в районе воздуховодных вырезов в ресивере, определением давлений в ресиверах носового и кормового ГО в зависимости от параметров воздушной подушки и осадки судна на тихой воде. При этом учтены особенности конструкции и эксплуатации СВПС - потери напоров в воздуховодах вентиляторной системы судна, поршневой эффект набегающей волны, вытесняющий воздух из воздушной подушки судна. Разработана методика, алгоритм проектирования и расчета ГО в составе подъемного комплекса СВПС.

Объектом исследования являются носовые и кормовые ГО в составе подъемного комплекса СВП. Предметом исследования являются форма и НДС носовых и кормовых ГО СВПА и СВПС. Методы исследования приняты аналитические и численные.

Исследованы вопросы определения плоской и пространственной формы, а также НДС носового одноярусного ресивера ГО СВП без учета и с учетом параметров воздуховодных вырезов, с учетом влияния на них одновременно весомости материала ГО, наличия пространственных съемных элементов, антивибрационной диафрагмы, воздуховодных вырезов в ресивере и в антивибрационной диафрагме, а также трех скачков давления воздуха в их районе, с учетом свойств материала (нерастяжимый и растяжимый) ГО, с проверкой достоверности по МКЭ. Проведено исследование механики носового одноярусного ресивера ГО СВП при разных начальных условиях, с учетом местных напряжений, которые возникают в местах стыковки съемных элементов с ресивером, проведен анализ полученных результатов.

Рассмотрены и решены задачи нахождения параметров формы и НДС кормового многоярусного (трехъярусного) ресивера ГО СВП в режиме висения и движения на тихой воде с учетом влияния на его форму и НДС двух диафрагм, у которых может быть разная длина. Созданные математические модели позволили получить зависимости для определения формы кормовых ГО без использования дополнительных графоаналитических операций.

Приведены аналитические зависимости, определяющие НДС круглых и прямоугольных антивибрационных диафрагм с воздуховодными вырезами ГО СВП, сравнение результатов их решения с расчетами, выполненными по методу конечных элементов (МКЭ).

Приведены рекомендации к проектированию и расчету НГО и КГО.

Достоверность результатов диссертационной работы подтверждена совпадением расчетов проведенных с помощью аналитических зависимостей с результатами, полученными по МКЭ.

Практическое значение диссертационной работы состоит в разработанных математических моделях, методиках, алгоритмах определения формы и НДС ГО СВП при проектировании носового и кормового ГО в составе подъемного комплекса СВПС и внедрении их результатов в промышленность и учебный процесс. Результаты работы предоставляют возможность инженерам, конструкторам, проектировщикам СВП и студентам высших учебных заведений проводить анализ НДС ГО СВП, исследовать влияние размеров и формы отверстий гибких ресиверов СВП на производительность нагнетателей, на поддержание давления в оболочке и на создание подъемной силы СВП, а также выявлять и использовать их резервы прочности.

Ключевые слова: судно на воздушной подушке, воздушная подушка, гибкое ограждение, гибкий ресивер, ресивер, диафрагма, съемный элемент, проектирование, конструирование, прочность, напряженно-деформированное состояние.

SUMMARY

Zaytsev Val.V. The process of defining the form and the tight-strained state of the hovercraft flexible skirts. - Manuscript.

Dissertation for the Master of Science Degree in the specialty 05/08/03 - ship's mechanics and design. - National University of Shipbuilding named after adm. Makarov, Nikolaev, 2005.

This dissertation is devoted to the important applied problem in the national shipbuilding science - to defining of the form and the tight-strained state of the hovercraft bow and stern flexible skirts and to designing bow and stern flexible skirt as a part of the hovercraft elevating system. Interaction of all elements of the system which take part in designing of hovercraft elevation over water surface and special features of the hovercraft structure and its operation are taken into account.

The object of this research is a bow and stern flexible skirt (FS) as a part of hovercraft elevation system. The subject of the research is the form and tight-strained state of the hovercraft bow and stern flexible skirts. Analytical and numerical methods of research are applied.

Problems of defining of flat and spatial form with tight-strained state of the hovercraft flexible skirts are investigated here. The interaction of antivibration diaphragms, the airway cut-outs in a receiver and antivibration diaphragm, weight and material properties of the skirts are taking into account.

Key words: the hovercraft, an air pillow, flexible skirt, a flexible receiver, a receiver, a diaphragm, a demountable element, design, architecture, strength, tight-strained state.

Размещено на Allbest.ru