Реферат: Проработка возможности переноса устройства приема жидких грузов на ходу - Refy.ru - Сайт рефератов, докладов, сочинений, дипломных и курсовых работ

Проработка возможности переноса устройства приема жидких грузов на ходу

Рефераты по транспорту » Проработка возможности переноса устройства приема жидких грузов на ходу
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.

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.