Проработка возможности переноса устройства приема жидких грузов на ходу (стр. 1 из 2)
Введение
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 – σт=390 МПа (4000 кгс/см2)
– модуль нормальной упругости – E=2,06*105 МПа (2,1*106 кгс/см2)
– плотность материала ρ=0,00785 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=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 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 300х400 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 300х400 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 |
| 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 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 | |
| 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 | 0 | 15,0 | 0,1 | 0 | 2,9 | 3,7 | 0 | 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 | 0 | 61,0 | -5.9 | 0 | -5,4 | 1,3 | 0 | 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 | |
| 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 | 0 | 11,0 | 8,7 | 0 | -0,1 | -1,6 | 0 | 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 | 0 | 41,0 | -2,3 | 0 | -8,7 | 0,6 | 0 | 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.