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 – σ_т=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

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 – U_x, U_y, U_z 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

Таблица 3 – Перемещения палубы надстройки1 яруса для варианта №2 установки устройства М450–1

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, U_x – перемещение по оси X, U_y – перемещение по оси Y, U_z – перемещение по оси Z).

Таблица 4 – Максимальные перемещения стенок надстройки и фундаментов для варианта №1 установки устройства М450–1

Таблица 5 – Максимальные перемещения стенок надстройки и фундаментов для варианта №2 установки устройства М450–1

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.