Дисертації

Постійне посилання зібрання

https://eir.nuos.edu.ua/handle/123456789/2773

Переглянути

Перегляд Дисертації за Ключові слова "135 "Суднобудування""

Зараз показуємо 1 - 1 з 1
  • Ескіз
    Документ
    Визначення навантаження, що дiє на валопровiд судна при його русi в умовах iнтенсивного нерегулярного хвилювання
    (2020) Урсолов, О. I.; Ursolov, O. I.; Нєкрасов В. О.
    Урсолов О. I. Визначення навантаження, що дiє на валопровiд судна при його русi в умовах iнтенсивного нерегулярного хвилювання. – Квалiфiкацiйна наукова праця на правах рукопису. Дисертацiя на здобуття наукового ступеня доктора фiлософiї за спецiальнiстю 135 – суднобудування. – Нацiональний унiверситет кораблебудування iменi адмiрала Макарова, Миколаїв, 2020. У разi вiдмови валопроводу у процесi експлуатацiї, судно втрачає хiд та керованiсть, що може призвести до перекидання в умовах хвилювання. З iншого боку, поломки пов’язанi з валопроводом, призводять до втрати прибутку судновласника або втрати можливостi виконувати бойову задачу, а також до великих додаткових витрат на ремонт. Бiльш точнi моделi роботи суднового валопроводу та розрахунковi схеми його напружено-деформованих станiв дозволять передбачати можливi ризики майбутньої експлуатацiї валопроводу та уточнювати його конструктивнi розмiри при проектуваннi судна або параметри центрування на iснуючих суднах. Особливо актуальною ця проблема є у зв’язку з тим, що режими роботи валопроводу в умовах хитавицi судна на хвилях, є найменш вивченими на даний час. Таким чином, актуальнiсть дисертацiйного дослiдження визначається: 1. Необхiднiстю вдосконалення моделей суднових валопроводiв для розрахункiв параметрiв їх центрування на тихiй водi та роботи в умовах хитавицi суден. 2. Необхiднiстю розробки комплексного розрахункового методу оцiнювання впливу хитавицi на сумiсну роботу системи судно–валопровiд. 3. Необхiднiстю проведення комплексних дослiджень впливу хитавицi судна на роботу валопроводу з метою визначення навантаження, яке дiє на валопровiд. Метою дисертацiйної роботи є розробка методу визначення навантажень, якi дiють на валопровiд при сумiснiй роботi системи судно–валопровiд в умовах руху судна на iнтенсивному нерегулярному хвилюваннi. Наукова новизна отриманих результатiв полягає у наступному. 1. Вперше на основi використання методiв теорiї корабля, будiвельної механiки корабля та гiдродинамiчної теорiї змащення розроблено комплексну модель динамiки системи судно–валопровiд при русi судна на хвилюваннi, яка враховує дiючi на валопровiд гiдродинамiчнi сили на гребному гвинтi, iнерцiйнi сили вiд хитавицi судна, сили вiд деформування корпусу судна на хвилях та еласто-гiдродинамiчне змащення в пiдшипниках гребного вала. 2. Вперше на основi отриманої моделi функцiонування системи судно–валопровiд розроблено комплексний метод розрахунку дiючих на валопровiд статичних та динамiчних навантажень, якi необхiдно враховувати на стадiях проектування валопроводу та вибору параметрiв його центрування. 3. На основi методу скiнченних елементiв удосконалено метод розрахунку компонентiв НДС при статичному згинаннi суднового валопроводу, пiдшипники якого представленi односторонньою неоднорiдною нелiнiйною змiщуваною пружною основою, що дозволило врахувати довжину, зазор, деформування та змiщення пiдшипникiв. 4. На основi використання методiв скiнченних елементiв та оптимiзацiї удосконалено метод розрахунку компонентiв НДС при згинаннi суднового валопроводу з урахуванням еласто-гiдродинамiчного змащення у всiх пiдшипниках, що дозволило уточнити умови його роботи. 5. Отримало подальший розвиток моделювання пружної основи пiдшипника методом скiнченних елементiв, за допомогою якого узагальнено вирази для матрицi жорсткостi стержневого скiнченного елемента пружної основи Вiнклера, що дозволило врахувати змiну коефiцiєнта жорсткостi вздовж пiдшипника. 6. На основi узагальнення та розширення виразiв для релаксацiї отримав подальший розвиток метод релаксацiї послiдовних наближень, що дозволило забезпечити надiйну збiжнiсть нелiнiйних розрахункiв суднового валопроводу. Теоретичне значення дослiдження полягає у розробцi комплексної математичної моделi функцiонування суднового валопроводу та узагальненого методу визначення дiючих на нього навантажень як при вiдсутностi руху судна, так i при його ходi на тихiй водi та в умовах iнтенсивного регулярного i нерегулярного хвилювання. Практичне значення одержаних результатiв полягає у наступному. 1. Розробленi методи розрахунку компонентiв НДС при згинаннi суднового валопроводу у статичних i динамiчних умовах навантаження можуть бути використанi для бiльш точних розрахункiв його центрування. 2. Розроблена модель роботи валопроводу при русi судна на нерегулярних хвилях може бути використана для оцiнювання компонентiв НДС при згинаннi валопроводу з метою урахування небажаних явищ, якi потребують змiни його конструктивних та технологiчних параметрiв. 3. Побудованi залежностi можуть бути використанi для оцiнювання впливу хитавицi судна на навантаження, що дiють на валопровiд. 4. Розроблений скiнченний елемент пружної основи з параболiчною залежнiстю коефiцiєнта жорсткостi за довжиною може бути застосований для бiльш точного моделювання неоднорiдних пружних основ iз використанням меншої кiлькостi скiнченних елементiв. 5. Розроблений узагальнений метод релаксацiї може бути застосований до розв’язання низки нелiнiйних задач зi зворотними зв’язками при великiй чутливостi параметрiв, в тому числi суднобудiвних. У першому роздiлi виконано аналiз публiкацiй стосовно аварiй, пов’язаних з судновим валопроводом, методiв розрахунку компонентiв його НДС при згинаннi та умов його роботи. Аналiз аварiйностi суднових валопроводiв показав, що втомнi руйнування валiв, перегрiвання, плавлення, випiнг i втомне руйнування дейдвудних пiдшипникiв з бабiту, а також iнтенсивне зношення неметалевих дейдвудних пiдшипникiв, що змащуються водою, є достатньо частими причинами аварiй на суднах. Основою цих аварiй часом є неякiсне центрування валопроводу, занадто простi розрахунковi моделi валопроводу або виборi параметрiв центрування без врахування впливу функцiонування судна в умовах хвилювання, оскiльки зазвичай розглядається лише робота валопроводу при номiнальнiй потужностi головного двигуна та експлуатацiї судна на тихiй водi. Виконаний аналiз лiтератури дозволив визначити актуальний напрям дисертацiйного дослiдження. Другий роздiл дисертацiї присвячений опису основних методiв, що використано та розроблено у дисертацiї. Розроблено матрицю жорсткостi скiнченного елементу пружної основи з параболiчним законом змiни коефiцiєнта жорсткостi за довжиною, яка бiльш точно моделює деформування пiдшипникiв судового валопроводу та дозволяє зменшити необхiдну кiлькiсть скiнчених елементiв для одного пiдшипника. Запропоновано узагальнений метод релаксацiї, що забезпечує надiйну збiжнiсть методу послiдовних наближень при розв’язаннi нелiнiйних задач визначення компонентiв НДС при згинаннi валопроводу зi зворотними зв’язками. Метод релаксацiї дозволяє в залежностi вiд особливостей математичної моделi пiдбирати його параметри для забезпечення найбiльш надiйної збiжностi розв’язкiв при мiнiмально можливому числi iтерацiй. Третiй роздiл дисертацiї присвячено опису розроблених математичних моделей для розрахунку компонентiв НДС при згинаннi валопроводу як багатопрогонної непризматичної балки в статичних умовах та з урахуванням еласто-гiдродинамiчного змащення пiдшипникiв пiд час його обертання. Розроблено метод розрахунку компонентiв НДС при статичному згинаннi валопроводу одночасно у вертикальнiй та горизонтальнiй площинах, пiдшипники якого представленi односторонньою неоднорiдною нелiнiйною змiщуваною пружною основою, який враховує довжину, зазор та деформацiю вкладишiв, а також лiнiйнi та кутовi змiщення пiдшипникiв в обох площинах. Для розв’язання нелiнiйної системи рiвнянь статичного згину валiв у роботi використано метод скiнченних елементiв та метод послiдовних наближень з релаксацiєю. Статичний згин валiв розраховується як суперпозицiя двох розв’язкiв: згин вiд жорсткого змiщення вузлових опор у межах пiдшипника на його поверхнi (пружна основа вiдсутня); згин на пружнiй основi вiд зовнiшнiх сил та реактивних навантажень вiд жорсткого змiщення пiдшипникiв (вузловi опори у межах пружної основи вiдсутнi). Розроблено модель еласто-гiдродинамiчного змащення дейдвудного пiдшипника. Поля тиску змащення визначається методом скiнченних елементiв, радiальнi перемiщення вкладишу визначаються за допомогою наближеного асимптотичного методу, а рiвновага мiж ними – методом послiдовних наближень з релаксацiєю. Розроблено метод розрахунку компонентiв НДС при згинаннi суднового валопроводу з урахуванням змащення у декiлькох або всiх його пiдшипниках. Для розв’язання нелiнiйної системи рiвнянь динамiчного згину валiв у серединi довжини кожного пiдшипника вводиться допомiжна вузлова опора, реакцiя якої мiнiмiзується методами оптимiзацiї, а саме, – рою часток та внутрiшньої точки. При кожному розрахунку цiльової функцiї, для пошуку рiвноваги мiж реактивними моментами плiвки змащення та розцентруванням валiв було застосовано метод послiдовних наближень з релаксацiєю гiдродинамiчних тискiв. Четвертий роздiл дисертацiї присвячено опису математичних моделей зовнiшнiх факторiв, що впливають на роботу валопроводу пiд час руху судна на хвилях. Описано основнi концепцiї розрахунку хитавицi судна на нерегулярному морському хвилюваннi у частотнiй та часовiй областi на основi гiдродинамiчної теорiї хитавицi та спектральної теорiї нерегулярного хвилювання. Описано метод визначення iнерцiйних навантажень механiчної природи на елементи валопроводу при повздовжнiй хитавицi на нерегулярних хвилях. Дослiджено вплив iнерцiйних навантажень на навантаження пiдшипникiв валопроводу на рiзних режимах хвилювання та в екстремальних умовах. Описано застосування теорiї несучої поверхнi до розрахунку гiдродинамiчних навантажень на гребний гвинт пiд час руху судна на тихiй водi та на хвилях. Дослiджено залежнiсть амплiтуд навантажень на гребний гвинт, спричинених регулярними хвилями та хитавицею, вiд висоти та довжини хвилi. Описано методологiю оцiнювання загальних деформацiй корпусу судна шляхом чисельного iнтегрування рiвнянь згину i зсуву непризматичної балки та мiсцевих деформацiй днищового перекриття методом скiнчених елементiв у стержневiй iдеалiзацiї вiд змiни посадки судна та хвильових навантажень. Наведено формули визначення лiнiйних та кутових змiщень пiдшипникiв, спричинених загальною та мiсцевою деформацiями корпусу судна. Проведено дослiдження величин амплiтуд стрiлок прогину корпусу судна та днищового перекриття, а також вiдповiдних змiщень пiдшипникiв на регулярних хвилях в залежностi вiд висоти та довжини хвилi. У п’ятому роздiлi дисертацiї описано загальну модель функцiонування валопроводу з урахуванням його взаємодiї з корпусом судна при його русi на тихiй водi та в умовах нерегулярного морського хвилювання, а також загальну методологiю визначення навантажень на судновий валопровiд пiд час стоянки, руху судна на тихiй водi або регулярному та нерегулярному хвилюваннi. За допомогою розробленої моделi функцiонування проведено тестовi розрахунки навантажень, що дiють на валопровiд контейнеровоза 4400 TEU довжиною 280 м. Проведено аналiз впливу окремих зовнiшнiх факторiв пiд час хитавицi на роботу валопроводу.