Выбор параметров накладных листов при ремонте изношенных судовых конструкций (26.04.2012)

Автор: Корявец Андрей Геннадьевич

Сопоставление величин коэффициентов (, ( и ( показало, что поскольку соотношение напряжений во всех случаях меньше 0,5, то при любом соотношении параметров пластины и накладного листа наибольшие напряжения действуют в заделке (на опорном контуре пластины), т.е. определяющим прочность пластины с накладным листом является опорный момент МR.

В работе определена зависимость относительной толщины накладного листа n от его относительной ширины b0, что позволяет рассчитать параметры накладного листа минимального веса с целью экономии материала и недопущения снижения собственной частоты колебаний подкрепляемой пластины

Рассмотрен изгиб балки-полоски переменного по длине сечения при шарнирном опирании концов. При этом установлено соотношение между моментами инерции площадей поперечных сечений эквивалентной балки-полоски постоянного сечения JЭ и исходной балки-полоски переменного по длине сечения в неподкрепленной части J

где коэффициент при свободном опирании пластины

Далее в работе проведен анализ напряженного состояния подкрепленной накладным листом пластины методом конечных элементов для контроля результатов расчетов, полученных аналитически, с целью оценки погрешностей, возникающих благодаря принятым допущениям. При аналитическом расчете не учитывались цепные напряжения и сдвиговые деформации. Часть пластины, подкрепленная накладным листом, считалась монолитной. Не учитывалась внецентренность приложения усилий в плоскости подкрепленной пластины.

Расчет МКЭ выполнен для случая цилиндрического изгиба пластины при действии поперечного давления. Схема подкрепления приведена на рисунке 3. Рассматривалось жесткое закрепление пластины на опорном контуре при учете распора.

МПа. Перерасчет напряжений и перемещений на любое реальное давление в рамках линейной задачи осуществляется умножением на его величину. Величина шпации составляет а = 600 мм, толщина пластины S0 = 10 мм, толщина накладного листа Sн = 0,5(S0 = 5 мм.

Рис. 3. Расчетная схема подкрепления пластин накладными листами

МПа. Перерасчет напряжений и перемещений на любое реальное давление в рамках линейной задачи осуществляется умножением на его величину. Величина шпации составляет а = 600 мм, толщина пластины S0 = 10 мм, толщина накладного листа Sн = 0,5(S0 = 5 мм.

Из анализа результатов расчета установлено, что при принятых соотношениях толщины пластины к ее пролету влияние распора практически не проявляется. При этом касательные напряжения на два порядка ниже нормальных, т.е. пренебрежимо малы. Кроме того, характер изменения нормальных напряжений по ширине пластины и количественно, и качественно практически совпадает с полученным аналитически.

Затем была проварьирована относительная ширина накладного листа b0 = b/a в диапазоне 0 / 1 при его постоянной относительной толщине n = 0,5.

Сопоставление результатов соответствующих расчетов напряжений в характерных сечениях методом конечных элементов с результатами аналитического расчета напряжений приведено на рисунке 4.

Рис. 4. Сопоставление результатов расчета изгибных напряжений

в характерных точках подкрепляемой накладным листом пластины,

полученных аналитическим расчетом (сплошная линия) и МКЭ (штриховая линия)

В третьей главе произведены расчеты вибрации пластин судового корпуса, подкрепленных накладными листами.

Получены формулы для определения частот собственных колебаний пластины первого тона с учетом переменной по длине балки-полоски массы при жесткой заделке концов:

– для «сухой» пластины;

– для пластины, имеющей односторонний контакт с водой;

– для пластины, имеющей двухсторонний контакт с водой.

В этих формулах

вычисляется как

Построены графики функций Fi(n; b0) при жесткой заделке концов пластины.

Получены формулы для определения частот собственных колебаний пластин первого тона с учетом переменной по длине балки-полоски массы при ее шарнирном опирании:

– для «сухой» пластины;

– для пластины, имеющей односторонний контакт с водой;

– для пластины, имеющей двухсторонний контакт с водой.

В этих формулах

вычисляется как

Построены графики функций Fi(n; b0) при шарнирном опирании пластины.

Установлено, что при установке накладного листа возрастает частота собственных колебаний подкрепленной пластины, что благоприятно с точки зрения предотвращения резонанса.

В четвертой главе выполнены сопоставительные расчеты частот колебаний пластины, подкрепленной при ремонте накладным листом, методом конечных элементов с использованием программного комплекса NASTRAN.

В качестве подкрепляемой пластины был выбран следующий вариант ее размеров: меньший размер пластины (шпация) b0 = 700 мм, больший размер пластины a0 = 2,5b0, толщина S0 = 10 мм. Катет шва, которым накладной лист приварен к подкрепляемой пластине, k = S0, но не более S – толщины накладного листа. Зазор между поверхностями подкрепляемой пластины и накладного листа 1 мм. При этом был рассмотрен вариант установки накладного листа без зазора. Расчетная схема приведена на рисунке 5.

Рис. 5. Расчетная схема подкрепляемой пластины с накладным листом

было выбрано, как максимально допустимое по Правилам Регистра судоходства.

Во всех случаях вычислялись частоты собственных колебаний первого, второго и третьего тонов для «сухой» пластины и пластины, имеющей контакт с водой с одной стороны. Построены формы колебаний первых трех тонов.

Установлено, что собственные частоты при установке накладного листа практически всегда увеличиваются. При большой относительной ширине накладного листа (более 0,8), накладной лист и пластина колеблются мало зависимо друг от друга. С увеличением зазора этот эффект усиливается.

Собственные частоты колебаний пластины с накладным листом при увеличении толщины накладного листа растут, а затем стабилизируются с тенденцией к уменьшению, вследствие роста массы накладного листа при замедлении роста жесткости пластины с накладным листом.

С ростом толщины накладного листа более явно проявляется эффект раздельного колебания пластины и накладного листа, начиная с S/S0 = 2.

Произведено сопоставление результатов расчета собственных колебаний частот первого тона пластины с накладным листом по аналитическим зависимостям, полученным в главе 3, и результатам расчета МКЭ (см. рис. 6).


загрузка...