Определение основных элементов конструкции корпуса рыболовного судна с учетом требований обеспечения прочности и недопущения вибрации

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Определение основных элементов конструкции корпуса рыболовного судна с учетом требований обеспечения прочности и недопущения вибрации

С.В. Дятченко

Н.С. Овсеев

Н.Х. Лыонг

Рассмотрены современные тенденции проектирования конструкции корпуса судна. Расширена область применения математической модели автоматизированного проектирования конструкции корпуса, позволяющей выполнять оптимизационные расчеты массы корпуса с учетом требований обеспечения прочности и недопущения вибрации корпусных конструкций. Предложена структурно-логическая схема процесса проектирования конструкции корпуса с учетом требований обеспечения прочности и санитарных норм вибрации.

рыболовные суда, основные элементы, проектирование судов, конструкция корпуса, требования к прочности и обитаемости

прочность судно корпус вибрация

Долгие годы проектирование конструкции корпуса судна, по сути, являлось эмпирическим процессом, опиравшимся на накопленный опыт эксплуатации, выраженный в форме требований или правил различных классификационных обществ. Известны труды по проектированию конструкции корпуса морских судов [1] и рыболовных судов [2], учитывающие опыт их эксплуатации. В настоящее время происходит постепенное коренное изменение теории и практики проектирования корпусных конструкций [3]. В современном судостроении процесс проектирования конструкции корпуса предусматривает наличие двух этапов: автоматизированного конструирования (АК) и автоматизированного параметрического проектирования (АПП) [4]. АК предназначено для формирования визуальной информации об «устройстве» конструкции: ее конструктивном «облике», структурном составе. АПП служит для определения размеров конструктивных элементов, удовлетворяющих требованиям нормативных документов. Системный подход в проектировании конструкции корпуса предполагает его декомпозицию как подсистемы судна на основные корпусные конструкции и составляющие их узлы и элементы. Декомпозиция объекта проектирования приводит к декомпозиции процесса проектирования - представлению его в виде совокупности более простых проектировочных процедур различного иерархического уровня. Для решения задач автоматизированного проектирования конструкции корпуса необходим широкий круг моделей, описывающих сам корпус и составляющие его конструкции. Важно отметить, что модели могут иметь различную структуру и математическое описание и зависят от круга задач, решаемых на стадии проектирования корпуса. Для решения задач, связанных с проектированием конструкций корпуса судна, можно выделить следующие этапы:

Моделирование формы и компоновочной схемы проектируемой конструкции (геометрическое и конструктивное проектирование).

Определение расчетной схемы и построение математической модели конструкции, соответствующей принятой расчетной схеме.

Моделирование «поведения» конструкции, связанное с выбором совокупности математических зависимостей, устанавливающих связь между некоторыми характеристиками и параметрами конструкции.

Принятие решения при АПП базируется на оптимизационно-поисковых процедурах. Модель принятия решения является формализованным представлением проблемы проектирования в виде задачи математического программирования с ограничениями в виде равенств , неравенств и граничных условий:

F(X) > Extr,

Hj (X) = 0, j = 1,…, m; Gj (X) ? 0, j = m + 1,…, p;(хi)min ? хi ? (хi)max,

где X - вектор искомых n варьируемых конструктивных параметров; F(X) - функция цели в задаче поиска.

Решение задачи проектирования напрямую связано с определением минимальной массы корпуса. При решении задач проектирования конструкции корпуса в качестве целевых функций могут быть использованы: стоимость материала корпуса, строительная стоимость судна, экономический эффект эксплуатации судна за весь его жизненный цикл. Наиболее простой целевой функцией при проектировании конструкции является стоимость ее материала, которая при фиксированных значениях предела текучести материала выражает его массу. Основными ограничениями при определении основных элементов конструкции корпуса являются требования обеспечения прочности и недопущения вибрации корпуса и составляющих его конструкций. Процесс проектирования конструкции корпуса предусматривает: создание его общей структурной компоновки и определение его основных элементов в первом приближении; декомпозицию корпуса, разработку структурной компоновки его отдельных конструкций и определение оптимизированных элементов; синтез системы в целом, с оценкой ее качества и соответствия техническому заданию. На рис. 1 показана структурно-логическая схема процесса проектирования конструкции корпуса. Компонентами вектора технического задания являются: стоимость материалов, стоимость корпуса судна, требования общей и местной прочности, выраженные через коэффициенты запасов по допускаемым напряжениям, требования недопущения вибрации, выраженные через коэффициенты запасов предупреждения резонансных частот. Х(х1,…,хm) - вектор оптимизируемых переменных системы, или вектор искомых характеристик корпуса судна; где (хi) min ? хi ? (хi)max, i = 1,…,m, (хi)min - минимальные и (хi)max - максимальные допускаемые величины оптимизируемых переменных. Компонентами вектора искомых характеристик корпуса судна являются: толщина листовых элементов (обшивки корпуса, палубных настилов и настила второго дна, продольных и поперечных переборок, надстройки или рубки, фундаментов, днищевых стрингеров и вертикального киля), а также моменты инерции балок набора. Для решения задачи проектирования конструкции корпуса рыболовного судна создана база данных, состоящая из шести разделов, входящих в блок исходных данных. Таким образом, этот блок сформирован из следующих разделов: раздел 1 - данные типа размеров, стоимости и физико-механических характеристик материалов, используемых при строительстве корпусов судов и их конструкций; раздел 2 - данные по архитектурно- конструктивному исполнению известных проектов рыболовных судов; раздел 3 - данные о форме корпуса известных проектов и их теоретические чертежи; раздел 4 - Правила классификации и постройки морских судов и их дополнения; раздел 5 - расчетные модели конструкции корпуса известных проектов рыболовных судов; раздел 6 - расчетные модели конструкций корпуса. Учитывая компьютерные технологии, сегодня недостаточно проектировать корпусные конструкции, используя только экономические критерии.

Рис. 1. Структурно-логическая схема процесса проектирования конструкции корпуса

Важным показателем качества является вибрационная обитаемость. На рис.2 представлен алгоритм расчетного проектирования конструкции корпуса судна с учетом требований обеспечения прочности и недопущения вибрации.

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рис.2. Алгоритм расчетного проектирования конструкции корпуса судна с учетом требований обеспечения прочности и недопущения вибрации

Для АПП математическая модель корпуса должна быть универсальной, позволяющей определять параметры прочности, вибрации, мореходных качеств, технологичности и экономической эффективности. Математическая модель, точно описывающая конструкцию корпуса, представлена теоретическими шпангоутами с нанесенными на них элементами конструкции корпуса в соответствии с растяжкой наружной обшивки, планами палуб и днищевых перекрытий и выполнена в системе AutoCAD. Она позволяет решать весь объем технических вопросов, связанных с проектированием корпуса судна, и создать автоматизированную базу данных, выполненных в системе «Excel», включающую: распределение моментов инерции и моментов сопротивлений поперечных сечений по теоретическим шпациям, распределение нагрузки масс и присоединенных масс судна, а так же учесть и другие характеристики корпуса. Математическая модель позволяет определять частоты собственных колебаний корпуса судна, а также рассчитывать его общую прочность.

Выводы

Расширена область применения математической модели автоматизированного проектирования конструкции корпуса, позволяющей выполнять оптимизационные расчеты массы корпуса с учетом требований обеспечения прочности и недопущения вибрации корпусных конструкций.

Предложена структурно-логическая схема процесса проектирования конструкции корпуса с учетом требований обеспечений прочности и санитарных норм вибрации.

Список литературы

1. Барабанов Н.В. Конструкция корпуса морских судов/Н.В. Барабанов. - Л.: Судостроение, 1981. - 552 с.

2. Симанович А.И. Конструкция корпуса промысловых судов / А.И. Симанович, Б.А. Тристанов. - М.: Мир, 2005. - 408 с.

3. Хьюз О.Ф. Проектирование судовых корпусных конструкций /О.Ф. Хьюз. - Л.: Судостроение, 1988. - 360 с.

4. Тряскин В.Н. Методология автоматизированного проектирования конструкций корпуса судна: автореф. дисс. … докт. техн. наук /СПГМТУ; В.Н. Тряскин.- СПб., 2007. - 42 с.

Размещено на Allbest.ru