Разработка методов проектного обеспечения нормативных характеристик вибрации на судах промыслового флота

Дятченко, Сергей Васильевич

Проектирование и конструкция судов

автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.03, диссертация на тему:Разработка методов проектного обеспечения нормативных характеристик вибрации на судах промыслового флота

доктора технических наук: Дятченко, Сергей Васильевич
город: Калининград
год: 2011
специальность ВАК РФ: 05.08.03

Автореферат по кораблестроению на тему «Разработка методов проектного обеспечения нормативных характеристик вибрации на судах промыслового флота»

Автореферат диссертации по теме "Разработка методов проектного обеспечения нормативных характеристик вибрации на судах промыслового флота"

УДК 629.5.01. (043)

ДЯТЧЕНКО СЕРГЕЙ ВАСИЛЬЕВИЧ

4859092

уу-

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПРОЕКТНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ НОРМАТИВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ВИБРАЦИИ НА СУДАХ ПРОМЫСЛОВОГО ФЛОТА

Специальности: 05.08.03 - Проектирование и конструкция судов

05:08.01 - Теория корабля и строительная механика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

1 О НОЯ 2011

Калининград 2011

4859092

Диссертационная работа выполнена на кафедре «Кораблестроение» ФГБОУ ВПО «Калининградский государственный технический университет»

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Демешко Геннадий Федорович

доктор технических наук, доцент Сутырин Валерий Игоревич

доктор технических наук, профессор Тимофеев Олег Яковлевич

Ведущая организация:

ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет»

Защита состоится « 15 » декабря 2011 г. в 14 часов ауд. 1258 на заседании диссертационного совета Д.212.165.08 при Нижегородском государственном техническом университете им. P.E. Алексеева по адресу: 603950, г. Нижний Новгород, ГСП-41, ул. Минина, 24.

С диссертацией . можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного технического университета.

Автореферат разослан «<=£¿7 »¿З&^и&^бЁ011 г.

Ваши отзывы на автореферат, заверенные печатью предприятия, просим направлять Ученому секретарю диссертационного совета по адресу: 603600, ГСП-41, г. Н. Новгород, ул. Минина, 24. Факс: (8312) 36-94-75.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук

Грамузов Е.М.

ОБШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Создание конкурентоспособного российского'промыслового флота является важнейшей государственной задачей. Концепция развития флота предусматривает финансовую поддержку государством судостроительных предприятий и судовладельческих компаний, а также широкое внедрение инновационных технологий, включающих проектное и технологическое обеспечение судну необходимых качеств на стадиях его жизненного цикла. Приоритетным направлением совершенствования методов определения характеристик и элементов судов различного назначения становится комплексное решение проблемных задач, обеспечивающее новым судам высокий уровень экономической эффективности, мореходных качеств, безопасности мореплавания и условий обитаемости. Значимым фактором, определяющим условия обитаемости на судах, стала проблема сверхнормативной вибрации, которая является причиной нарушения целостности корпусных конструкций, снижения ресурсов оборудования и механизмов, ухудшения здоровья и снижения работоспособности экипажа. Для промысловых судов решение проблемы повышенной вибрации особенно актуально в связи с различными режимами эксплуатации судна и длительным пребыванием экипажа под воздействием вибрации опасной для здоровья. Исследования вибрационного состояния на промысловых судах выявили комплекс технических проблем, связанных с высоким уровнем санитарной вибрации и обусловили необходимость решения проблемных задач направленных на разработку проектного обеспечения норм вибрации. Решать проблему повышенной вибрации необходимо на ранних стадиях проектирования судна, обеспечивая выбор его основных элементов и характеристик с учетом нормативных требований вибрации. Для поддержания проектного вибрационного состояния на последующих стадиях его жизненного цикла должна быть создана современная методическая база прогнозирования и мониторинга. Решение проблемы вибрации на ранних стадиях проектирования судна, тесно связано с решением проблем металлоемкости корпусных конструкций и обеспечения проектных характеристик судна, удовлетворяющих нормам прочности. Анализ состояния нормативной базы, методов проектирования судов, способов определения проектных характеристик вибрации, а также системный анализ характеристик и элементов промыслового судна позволили создать научно-методические основы решения этой проблемы. Сформирован комплекс методов, направленных на обеспечение норм вибрации на стадиях жизненного цикла судна, определена структура и содержание доминантных методов проектного обеспечения норм вибрации на промысловых судах.

Цель работы

Целью работы является создание методов проектного обеспечения нормативных характеристик вибрации на стадиях жизненного цикла промыслового судна с разработкой комплекса методик, включающих прогнозирование параметров общей вибрации, расчетно-инструментальный мониторинг,

определение характеристик и элементов судна, отвечающих нормативным требованиям вибрации на ранних стадиях его проектирования или модернизации, определение проектных характеристик антивибрационных покрытий.

Для достижения поставленной' цели необходимо рассмотреть и решить совокупность проблемных задач исследования:

1. Создать научно-методические основы проектного обеспечения нормативных характеристик вибрации на судах промыслового флота.

2. Разработать методику прогнозирования параметров общей вибрации промыслового судна на стадиях его жизненного цикла, создав математическую модель и алгоритм прогнозирования, и определить влияние доминирующих проектных факторов на параметры общей вибрации корпуса судна.

3. Разработать методику расчетно-инструментального мониторинга для исследования влияния проектных характеристик и элементов промыслового судна на его вибрационное состояние, выполнить анализ вибрационного состояния БМРТ по результатам натурных исследований и гармоник возмущающих сил, передаваемых на корпус судна от главного двигателя и гребного винта.

4. Разработать методику определения оптимальных проектных характеристик и элементов промыслового судна, обеспечивающую выполнение нормативных требований прочности и вибрации на ранних стадиях его проектирования, создав соответствующие алгоритмы и математические модели, включающие математическую модель конструктивного мидель-шпангоута.

5. Разработать методику определения оптимальных проектных характеристик и элементов промыслового судна, обеспечивающую выполнение нормативных требований прочности и вибрации на ранних стадиях его размерной модернизации, создав соответствующие алгоритмы и математические модели.

6. Разработать методическое обеспечение для определения проектных характеристик полимерных композиционных материалов и покрытий на промысловых судах, включающее определение характеристик рассеяния энергии и динамического модуля упругости этих покрытий в диапазоне частот, регламентируемых санитарными нормами вибрации, и выполнить оценку их демпфирующих характеристик при нормальных и пониженных температурах.

Объектом исследования являются открытая сложная система «Промысловое судно», ее характеристики и элементы, методы проектирования и модернизации судов, методы борьбы с вибрацией на судах, методы определения вибрационных характеристик корпуса и его конструкций, методы инструментальных исследований вибрации и определения характеристик вибропоглощающих покрытий.

Теоретическая база исследования

Теоретической базой диссертационных исследований являются труды отечественных и зарубежных ученых. По общей теории проектирования судов большое практическое и научное значение имеют работы В.В. Ашика, A.B. Бронникова, В.А. Зуева, Л.М. Ногида, В.М. Пашина, Б.А. Царева. Основы теории проектирования сложных технических систем изложены в работах А.И. Гайковича. В области проектирования отдельных типов судов важны работы

Е.М. Грамузова, Г.Ф. Демешко, Н.К. Дормидонтова, Г.В. Егорова, С.И. Логачева, В.И. Любимова, В.И. Поспелова, А.И. Ракова, В.Н. Разуваева, Е.П. Роннова, Г.в! Савинова, Б.М. Сахновского, Н.Б. Севастьянова, А.Н. Суслова, H.A. Тара'нухи. Методические основы исследовательского проектирования корабля изложены в работах И.Г. Захарова, Н.В. Никитина, В.В. Родионова, О.В. Третьякова, В.Б. Фирсова, Л.Ю. Худякова, П.А. Шауба. Для обеспечения мореходных качеств судов большое значение имеют работы M .Я. Алферьева, А.Ш. Ачкинадзе, A.M. Басина, Р.В. Борисова, Я.И. Войткунского, Ю.И. Нечаева, A.B. Пустотного, A.A. Русецкого. Обеспечению прочности и надежности корпусов судов посвящены работы Е.М. Апполонова, Г.В. Бойцова, В.М. Волкова, Я.И. Короткина, В.А. Кулеша, Д.М. Ростовцева, A.A. Родионова, А.И. Максимаджи, В.А. Постнов'а, В.И Сутырина, О.Я, Тимофеева. Расчетам нагрузки масс водоизмещения судна в его состоянии порожнем посвящены работы Е.В. Маслюка. Методические основы модернизации судов изложены в работах В.В. Ашика и A.A. Гундобина. Проектированию конструкции корпуса посвящены работы Ю.Н. Горбачева, В.Н. Тряскина, О.Ф. Хьюза. Созданию расчетных методик определения параметров вибрации морской техники посвящены работы B.C. Акулаева, H.H. Бабаева, И.М. Белова, Э.И. Иванюты, Г.Б. Крыжевича, В.Г. Лентякова, О.М. Палия' С В Тананыкина. Для решения проблемы вибрации на судах, практическое и научное значение имеют труды В.Л. Александрова, А.И. Короткина, А.П. Матлаха, В.И. Полякова. Разработке методик исследования свойств полимерных материалов посвящены работы C.B. Буйлова, С.И. Корягина, А.П. Яковлева.

Методы исследования

Для решения проблемных задач, поставленных в работе, использовались методы общей теории проектирования и оптимизации судов, теории колебаний и технической теории вибрации судов, математического моделирования, способы натурных исследований и экспериментальные методы, а также программные продукты и приборное обеспечение для расчетных и натурных исследований.

Научная новизна полученных результатов

В результате исследований получены следующие новые результаты:

1. Созданы научно-методические основы проектного обеспечения нормативных характеристик вибрации промыслового судна.

2. Разработана методика прогнозирования параметров общей вибрации промыслового судна на стадиях его жизненного цикла, содержащая структурную схему, алгоритм и математическую модель прогнозирования. Созданы расчетные модели для определения параметров вибрации ряда промысловых судов, определены частоты их собственных колебаний с учетом влияния нагрузки масс, деформации сдвига, номера тона и изменения проектных толщин конструкции корпуса. Получены зависимости для учета изменения частоты собственных колебаний корпуса от деформации сдвига и номера тона, а также определения частот высших тонов колебаний корпуса по частоте первого тона применительно ко всему размерному ряду промысловых судов. Определен диапазон изменения частот собственных колебаний корпуса при изменении построечной толщины его

истовых элементов.

3. Разработана методика расчетно-инструментального мониторинга, обеспечивающая повышение точности определения общей вибрации судна и местной вибрации его конструкций. Определены доминантные гармоники возмущающих сил от главного двигателя и гребного винта для РТМС, БМРТ и СРТМ. Выполнен анализ влияния конструкции нерегулярного исполнения и вариации ее элементов (на примере двух палубных перекрытий БМРТ типа «ПРОМЕТЕЙ» в районе жилых помещений) на спектр частот их собственных колебаний. Результаты инструментальных замеров параметров вибрации на УПС «ПРИЗВАНИЕ» позволили впервые оценить влияние проектных факторов (ходовой режим и режим траления, состояние загрузки судна) на распределение уровней вибрации в обитаемых помещениях промыслового судна.

4. Разработана методика определения оптимальных проектных характеристик и элементов промыслового судна на ранних стадиях его проектирования, общий алгоритм и математическая модель которой обеспечивают нормы прочности и вибрации. Созданы расчетные алгоритмы и математические модели, позволяющие определить характеристики прочности и вибрации при вариациях главных размерений и конструкции корпуса и выполнить оптимизацию подсистем «корпус-двигатель-движитель» для исключения резонансных режимов корпуса. Получены формулы для определения моментов инерции конструктивного мидель-шпангоута и аппликаты нейтральной оси для РТМС, БМРТ и средних промысловых судов. Получены расчетные формулы для определения частот собственных колебаний корпуса для всего размерного ряда промысловых судов.

5. Разработана методика определения оптимальных проектных элементов и характеристик промыслового судна на ранних стадиях его размерной модернизации, общий алгоритм и математическая модель которой обеспечивают нормы прочности и вибрации. Созданы расчетный алгоритм и математическая модель, позволяющие определить характеристики прочности и вибрации при вариациях расчетной длины судна. Получены расчетные формулы для проектного определения частот собственных колебаний корпуса по первому тону и нормальных напряжений в связях конструктивного мидель-шпангоута на ранних стадиях размерной модернизации РТМС и БМРТ.

6. Разработано методическое обеспечение для определения проектных характеристик полимерных композиционных материалов и вибропоглощающих покрытий на судах, включающее методы исследования и определения характеристик рассеяния энергии и динамического модуля упругости материалов при колебаниях в диапазоне частот, регламентируемых санитарными нормами вибрации (получены авторские свидетельства). Получены авторские свидетельства на технические решения, связанные с исследованием адгезионной прочности клеевых композиций и оценки прочности полимерных покрытий при воздействии ударных нагрузок.

Практическая значимость

Практическая значимость диссертационного исследования заключается в применении разработанных диссертантом методик, способов, технических решений и изобретений для решения проектных задач организациями и

предприятиями, связанными с судостроением и судоремонтом. Основные результаты, имеющие практическую значимость, включают следующие позиции:

1. Разработаны и проверены на практике методы проектного обеспечения нормативных характеристик вибрации на судах промыслового флота, которые имеют существенную научно-техническую, экономическую и социальную значимость.

2. Внесен существенный вклад в решение важной народно-хозяйственной задачи, связанной с разработкой методики определения оптимальных элементов и характеристик судов промыслового флота, позволяющей обеспечить нормативные характеристики прочности и вибрации на ранних стадиях проектирования судна.

3. Предложена и внедрена методика определения оптимальных проектных элементов и характеристик промыслового судна, с обеспечением нормативных требований прочности и вибрации при его размерной модернизации, которая имеет важное практическое значение для судовладельческих компаний.

4. Разработана методика прогнозирования, позволяющая определить изменения параметров общей вибрации промыслового судна на стадиях его жизненного цикла. Методика может быть использована и для других типов судов.

5. Разработана методика расчетно-инструментального мониторинга для судов промыслового флота. Результаты инструментальных замеров параметров вибрации на УПС «ПРИЗВАНИЕ» и СРТМ пр. 502 вошли в Атлас вибрационной обстановки на судах флота рыбной промышленности.

6. На основе проведенных исследований для БМРТ типа «ПРОМЕТЕЙ» были разработаны рекомендации по улучшению их вибрационной обстановки, которые были использованы на судах этой серии.

7. Разработан комплекс методов, защищенных авторскими свидетельствами, для определения проектных характеристик полимерных материалов и вибропоглощающих покрытий. Исследованы прочностные и демпфирующие характеристики полиэфирных и эпоксидных клеевых композиций и покрытий на их основе и даны рекомендации по их применению.

Достоверность полученных результатов подтверждается: анализом состояния современных достижений и тенденций в области проектирования, модернизации и борьбы с вибрацией на судах, результатами натурных исследований их вибрационных условий обитаемости, использованием известных методов и компьютерных программных продуктов для определения частот собственных колебаний корпуса и его конструкций, оценкой погрешностей расчетов, авторскими свидетельствами на изобретения.

На защиту выносятся следующие основные результаты работы:

1. Научно-методические основы проектного обеспечения нормативных характеристик вибрации промыслового судна, определяющие: проблемы связанные с повышенной вибрацией, цели, задачи и методы решения этих задач, основные направления, последовательность и этапы решения проблем вибрации, структуру методов обеспечивающих выполнение норм вибрации на стадиях жизненного цикла судна и их обоснование.

2. Результаты системного анализа основных элементов судна и его конструкции корпуса и оценка их влияния на величины моментов инерции конструктивного мидель-шпангоута РТМС, БМРТ и средних промысловых судов. Математические модели для проектного определения моментов инерции и аппликаты нейтральной оси конструктивного мидель-шпангоута РТМС, БМРТ, СРТ и СТМ.

3. Методика прогнозирования параметров общей вибрации промыслового судна на стадиях его жизненного цикла, включающая математическую модель и алгоритм прогнозирования. Расчетные модели для исследования параметров вибрации промысловых судов и результаты расчета частот их собственных колебаний, учитывающих влияние деформации сдвига, нагрузки масс, номера тона и проектных толщин конструкции корпуса. Функциональные зависимости изменения частот собственных колебаний корпуса от влияния деформации сдвига и номера тона для РТМС, БМРТ, СРТ и МРТР. Функциональные зависимости, позволяющие определить частоты высших тонов собственных колебаний корпуса по частоте первого тона для всего размерного ряда промысловых судов.

4. Методика расчетно-инструментального мониторинга, включающая логико-математическую модель и алгоритмы расчетных и натурных исследований. Результаты расчетов частот собственных колебаний палубных перекрытий БМРТ типа «ПРОМЕТЕЙ», анализа доминантных гармоник возмущающих сил на промысловых судах и инструментальных замеров параметров вибрации в жилых помещениях УПС «ПРИЗВАНИЕ» (для режимов траления и свободного хода при двух вариантах загрузки масс) и СРТМ пр. 502 (для режима свободного хода).

5. Методика определения оптимальных проектных характеристик и элементов промыслового судна, обеспечивающая нормативные характеристики прочности и вибрации на ранних стадиях его проектирования, включающая общую математическую модель и алгоритм проектирования. Математическая модель и алгоритм определения характеристик прочности при вариациях главных размерений и параметров конструкции корпуса. Математическая модель и алгоритм оптимизации подсистем «корпус-двигатель-движитель» для исключения резонансных режимов колебаний корпуса. Алгоритм оптимизации конструкции корпуса и формулы для определения частот его собственных колебаний.

6. Методика определения оптимальных проектных характеристик и элементов промыслового судна, обеспечивающая нормативные характеристики прочности и вибрации на ранних стадиях его размерной модернизации, включающая математическую модель и алгоритм проектного обеспечения. Математическая модель и алгоритм определения характеристик прочности и вибрации при вариациях длины судна и расчетные формулы для определения частот собственных колебаний его корпуса по первому тону.

7. Методики исследования и определения характеристик рассеяния энергии и динамического модуля упругости клеевых композиций и покрытий на их основе в диапазоне частот, регламентируемых санитарными нормами вибрации. Результаты исследования демпфирующих характеристик клеевых композиций и покрытий при нормальных и пониженных температурах, с оценкой их прочности.

Внедрение результатов работы

Результаты исследований нашли отражение и внедрены:

1. В проектно-конструкторской практике ЗАО «ПКЦ-ФЛОТ» для проектного обеспечения нормативных характеристик прочности и вибрации на судах промыслового флота;

2. В проектно-конструкторской практике и совершенствовании технологии постройки судов на предприятии ОАО «ПСЗ «ЯНТАРЬ»;

3. В проектно-конструкторской практике и совершенствовании технологии ремонта судов на предприятиях ООО «Судоремонтное предприятие Преголь» и ООО «Судоремонт-Балтика»;

3. В «Атлас вибрационной обстановки на судах ФРП»;

4. В отраслевой документ - «РЕКОМЕНДАЦИИ по улучшению виброакустической обстановки на супертраулерах типа «ПРОМЕТЕЙ».

5. В технологических инструкциях «Методы ремонта корпусных конструкций с применением полимерных композиционных материалов» и «Временная технологическая инструкция по ремонту корпусов и механизмов судов с применением армированных полимерных покрытий на основе клеевых композиций»;

6. В практике ремонта на промысловых судах, судах Московского речного пароходства и Азовского пароходства;

7. В «Методике проектного обеспечения нормативных характеристик прочности и вибрации на судах промыслового флота»;

8. В учебном процессе, при чтении курсов «Теория колебаний» и «Ремонт корпусных конструкций с применением полимерных материалов», в дипломном проектировании ФГБОУ ВПО «Калининградский государственный технический университет»;

9. В учебном процессе, при чтении курса «Проектирование судов различных типов», в курсовом и дипломном проектировании на кораблестроительном факультете ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. P.E. Алексеева».

Апробация

Результаты работы докладывались и получили положительную оценку:

1. На всесоюзной конференции «Всесоюзная конференция по вибрационной технике», г. Тбилиси (1987);

2. На 14-й республиканской научной конференции «Рассеяние энергии при колебаниях механических систем», г. Чернигов (1987);

3. На 15-й республиканской научной конференции «Рассеяние энергии при колебаниях механических систем», г. Каменец-Подольский (1989);

4. На всесоюзном научно-техническом симпозиуме «Динамика и прочность автомобиля», г. Москва (1988);

5. На 1, 3 и 4-й научно-технической конференции «Совершенствование эксплуатации и ремонта корпусов судов», г. Калининград (1979, 1984,1986);

6. На международной НТК «Балттехмаш-98» Прогрессивные технологии, машины и механизмы в машиностроении», г. Калининград (1988);

7. На 17-й межвузовской научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, научных инженерно-технических работников, аспирантов калининградских вузов Минрыбхоза СССР, г. Калининград (1989);

8. На 4-й научно-технической конференции «Вибрация - 2003. (Вибрационные машины и технологии)», г. Курск (2003);

9. На международной научной конференции «Инновации в науке и образовании», г. Калининград (2003-2010);

10. На международной научно-технической конференции «ЕХРЬО-БШР» и «ОМШО 2005» г. Щецин (2004,2005,2009);

11. На всероссийском научно-техническом форуме «Технологическое и кадровое обеспечение развития судостроительной отрасли», г. Санкт-Петербург (2005г.);

12. На международной научно-технической конференции «ЕХРЬО-ЭШР 2006», г. Свиноустье (2006);

13. На всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии в кораблестроительном и энергетическом образовании, науке и производстве», г. Нижний Новгород (2006,2009);

14. На конференции по строительной механике корабля, посвященной памяти профессора П.Ф. Папковича, СПб. (2009).

Публикации

По теме диссертации использованы 61 публикация, в том числе девять в изданиях, входящих в перечень ВАК. В число публикаций входят 47 статей, восемь изобретений, три депонированных отчета, одни отраслевые рекомендации и два учебных пособия с грифом УМО по образованию в области кораблестроения и океанотехники для студентов вузов.

Структура и объем работы

Основное содержание диссертации изложено на 361 листе, и 74 листах приложения. Работа включает 105 таблиц и 122 иллюстрации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и трех разделов приложения, включающие исходные данные для расчетных исследований и акты внедрения. Список литературы включает 267 наименований.

Содержание работы

Во введении обоснованы актуальность темы, определены цели и задачи исследования, предмет исследования, методы исследований и решений, выносимые на защиту, информационная база исследования, научная новизна и практическая значимость результатов, апробация работы, внедрение и публикации, структура и объем работы. Структурная схема диссертационной работы представлена на рис.1.

В первой главе диссертации выполнен анализ состояния проблемы повышенной вибрации на промысловых судах и определена структура технических проблем, обусловленных необходимостью ее решения. Рассмотрено состояние проектного обеспечения и нормативной базы для выполнения требований вибрации на морских и речных судах по Правилам РМРС и РРР.

1. Анализ состояния проблемы вибрации на промысловых судах

2. Постановка основных задач и целей исследования

Г 3. Разработка научно-методических основ проектного обеспечения норм ^ Ч _вибрации на промысловых судах_)

4. Создание структуры системы «Промысловое судно», разработка математических моделей эквивалентного бруса, определение закономерностей _изменения характеристик и элементов судна

5. Методика прогнозирования параметров общей вибрации промыслового судна на стадиях его жизненного цикла

5.1. Создание математической модели и алгоритма прогнозирования параметров _общей вибрации судна

6. Методика расчетно-инструментальнопО мониторинга для определения вибрационного состояния промыслового судна

5.2. Создание расчетных моделей и оценка влияния доминирующих факторов на частоты собственных колебаний корпуса

6.1. Создание структурных схем, алгоритмов

расчетных и натурных исследований и ^ определение тонов колебаний палуб БМРТ

6.2. Определение влияния характеристик

судна и режима его эксплуатации на параметры вибрации в жилых помещениях

( 7. Методика определения оптимальных характеристик и элементов промыслового ^ ^ судна с обеспечением норм прочности и вибрации на ранних стадиях проектирования J

7.1. Создание математической модели и алгоритма определения оптимальных проектных характеристик судна с обеспечением норм прочности и вибрации

7.3. Разработка математической модели и алгоритма оптимизации характеристик подсистем «корпус-двигатель-движитель», удовлетворяющих нормам вибрации

7.2. Разработка математической модели и алгоритма определения характеристик и элементов корпуса, удовлетворяющих нормам прочности

7.4. Разработка алгоритмов определения оптимальных проектных характеристик корпуса и его конструкций с обеспечением _норм прочности и вибрации_

Рис. 1. Структурная схема диссертационной работы 11

Для разностороннего учета источников вибрации и наиболее чувствительных к ней подсистем судна разработана детальная структура системы «Промысловое судно». Выполнен системный анализ основных элементов и характеристик промысловых судов, влияющих на параметры вибрации. Получены закономерности изменения их элементов, соотношения элементов и коэффициентов полноты. Выполнен анализ архитектурно-конструктивного исполнения промысловых судов. Для определения вертикальных и горизонтальных моментов инерции конструктивного мидель-шпангоута РТМС и БМРТ на ранних стадиях проектирования разработана математическая модель, имеющая вид:

/в = 2-(С-Л-22); (1)

С = | ■ ¿д[®2 + + ^ЯВ2П + С1 + С2+С3 + С4] + С, (2)

где

С, = 2(Явп + Лее)2; С2 = ■ * [(Явп + Л«)2 + ^(Явп - /1да)2];

где

для РТМС для БМРТ

С4 = . (о,707 + Ь + 2 *-*}, С4 = ^' (г + г);

4 2 В V 1д гА) 2 8 \'« д/

В- = \ ■ гл + /1дд + ^нгп + ^Явп + + В2 + В3 + + В5,

Вг = 21^(Явп + Ь6б); ' Д2 = ± ■*(НВ2П - Л2,);

(3)

(4)

для РТМС для БМРТ

В4 = — • (0,707 + — + 2^); + (5)

в \ tл 1д/ в сд/

л = it.il + + + + + лЛ + Л2, (6)

2 д \ 1а 1а 3 гд ед в в у

где В - ширина, м; Явп, Ягп - соответственно высота борта до верхней и главной палуб, м; Ьл, ¿вп, Сп6, £6, г6б, евк, едс - соответственно толщина днищевой обшивки, главной, верхней и палубы бака, борта и борта бака, вертикального киля и днищевого стрингера, м; Л2 - суммарная площадь стенок связей набора; Аг -сумма площадей вертикального киля, днищевых стрингеров и днищевой части обшивки, не вошедшей в площадь борта. Расчетные значения Л2 и Аг имеют вид:

Л2 = Е?=1Л;;

для РТМС для БМРТ

Л, = 2^.(0,707+^+2^); Л, = 2^ ■ + . (7)

Координата нейтральной оси конструктивного мидель-шпангоута может быть определена с использованием формулы:

Момент инерции в горизонтальном направлении имеет вид: ^ = + ^ + + (9)

4 L° \ 'дн 'дн 'да/ и Сдн Ö 'дн J

где

к _ U(B-U)2 U, _1Ябб\3£м.

1 в3 t^' 2 з1в У t/

+ K4 = 2T}mlAjzf. (10)

Математическая модель использована для определения моментов инерции и аппликаты нейтральной оси известных проектов РТМС и БМРТ. Результаты расчетов по этой модели, сопоставлены с результатами расчетов конструктивных мидель-шпангоутов, полученных с использованием традиционной методики. Погрешность в расчетах моментов инерции не превысила 6,5%, а аппликаты нейтральной оси - 1,3%. Используя разработанную математическую модель, для двух проектов РТМС и БМРТ построены функциональные зависимости изменения моментов инерции их конструктивного мидель-шпангоута от изменения относительной величины водоизмещения судна, соотношения Н/В и относительной толщины листовых элементов. На рис. 2 показано изменение моментов инерции конструктивного мидель-шпангоута от относительной величины водоизмещения РТМС пр. Атлантик 488, а на рис. 3 - изменение его моментов инерции от изменения относительной толщины листовых элементов. Для средних судов разработана математическая модель определения вертикальных и горизонтальных моментов инерции и аппликаты нейтральной оси конструктивного мидель-шпангоута, имеющая структурную схему, подобную РТМС и БМРТ.

Изменение моментов инерции конструктивного мидель-шпангоута РТМС пр. Атлантик 488 при изменении относительной величины его водоизмещения

0 1 1,1 1,2 1,3

—ряд 1-й 42,37 46,18 50,29 54,38

—ряд 2-й 66,29 72,73 78,99 85,39

Рис. 2. Изменение моментов инерции конструктивного мидель-шпангоута РТМС пр. Атлантик 488 от относительной величины его водоизмещения: ряд 1-й - момент инерции в вертикальном направлении, м4; ряд 2-й - момент инерции в горизонтальном направлении, м4

Изменение моментов инерции конструктивного мидель-шпангоута РТМС пр. Атлантик 488 при изменении относительной толщины листовых элементов

100 X § 80 а £ 60 X 5 40 | 20 0 г - рс„

_—--—'7? 'ю~ ".........79,25

---------- .ппо------- 53,78

42,37- 46*9--

1 | 1,1 1,2 1,3

—-ряд 1-й 42,37 | 46,09 49,98 53,78

—ряд 2-й 66,29 | 72,62 79,25 85,73

Рис. 3. Изменение моментов инерции конструктивного мидель-шпангоута РТМС пр. Атлантик 488 от изменения относительной толщины его листовых элементов: ряд 1-й - момент инерции в вертикальном направлении, м4; ряд 2-й - момент инерции в горизонтальном направлении, м4

Разработаны научно-методические основы проектного обеспечения нормативных характеристик вибрации на судах промыслового флота. Структурная схема логико-функциональной модели проектного обеспечения нормативных характеристик вибрации на стадиях жизненного цикла промыслового судна представлена на рис. 4. Определены основные направления решения проблемы повышенной вибрации, основные задачи, стадии и этапы решения поставленных задач и предложен комплекс методов и способов, обеспечивающих нормативные характеристики вибрации на стадиях жизненного цикла судна.

Для оценки вибрационных условий жизнедеятельности экипажа на промысловом судне вводится функциональное требование обитаемости:

Ф>Ф<, . (Н)

где Ф - фактические условия жизнедеятельности экипажа; Ф^ - допускаемые вибрационные условия жизнедеятельности экипажа.

Для проектного обеспечения норм вибрации на ранних стадиях проектирования судна обоснована необходимость нескольких этапов борьбы с повышенной вибрацией, включающих решения проблем общей и местной вибрации. Задача первого этапа - исключить появление резонансных режимов для первых трех тонов колебаний корпуса. Это условие имеет вид:

^Гд,в «А((Д|). (12)

где 0)глв - частоты гармоник возмущающих сил от главного двигателя и гребного винта, Гц; Я,— частота собственных колебаний корпуса для ¡-го тона, Гц; Я; - области исключения резонансных режимов для ¡-го тона; 4 = 1,2,3 - номер тона.

Задача второго этапа - оптимизация конструкций корпуса с обеспечением норм прочности и вибрации. Условие обеспечения норм вибрации имеет вид:

*>гд,в « Ау(Яу) (13)

где шгдв - частоты возмущающих сил, Гц; Яу- частота собственных колебаний конструкции, ¿; -го тона, Гц; Лу - области исключения резонансных режимов.

Правила классификации постройки морских судов

Нормативные документы по | I Г

(Применению силовых установок | | Санитарные нормы вибрации:

„оборудования на судах и £11-2^2.048-96 , .

оценка их виброактивности

| Системный анализ основных | характеристик и элементов шромысловых судов, влияющих | на параметры вибрации

I_____

КОМПЛЕКС МЕТОДИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ' ' Методика определения ' ' оптимальных характеристик и элементов промыслового судна с обеспечением норм прочности и вибрации на ранних стадиях ^ проектирования

Методика определения 1 оптимальных характеристик и | элементов промыслового судна, с обеспечением норм прочности! и вибрации на ранних стадиях |

размерной модернизации I ______

I |\

I Методика прогнозирования ' параметров обшей вибрации | промыслового судна

I________I

Методика прогнозирования параметров вибрации

конструкции корпуса

Л]огяко-функц1юналышя\ модель проектного обеспечения нормативного вибрационного состояния^ на этапах жизненного цикла промыслового ^__судна__^

[ Совокупность методов и | технических решении обеспечивающих нормы вибрации на стадиях изготовления судна

|Совокугаюстьметодов итехническйх| решений обеспечивающих нормы вибрации на стадиях эксплуатации и | ремоша судна |

Г'

Методика определения оптимальных проектных характеристик и элементов конструкций корпуса

Р Методика ^

I расчетно-инструментального [ ' мониторинга для исследования | | влияния проектных | характеристик и элементов на

Совокупность способов { определения характеристик г вибропоглошаюших материалов I и покрытий и разработка рекомендаций по их

_I ^вибрационное состояние судна | ' применению на судах

РЕЗУЛЬТАТЫ ПРИМЕНЕНИЯ ( ВЫПОЛНЕНИЯ ЦЕЛЕВЫХ ФУНКЦИИ)

- достижение вибрационного состояния, соответствующего нормам вибрации на судах;

- обеспечение здоровья и условий комфортной жизнедеятельности экипажа;

- безаварийная работа энергетической установки, механизмов и оборудования в соответствии с их нормативным ресурсом и виброастивностъю;

- обеспечение целостности и работоспособности корпусных конструкций и их элементов на период функционирования судна;

- совершенствование нормативно-методического обеспечения вибрационного состояния на судах

Рис. 4. Структурная схема логико-функциональной модели проектного обеспечения нормативного вибрационного состояния на промысловых судах

Во второй главе диссертации разработана методика прогнозирования параметров вибрации промыслового судна. Созданы структурная схема методики прогнозирования, математическая модель и алгоритм прогнозирования, структурная схема которого представлена на рис. 5. Структурная схема методики прогнозирования объединяет:

1. Систематизацию факторов, влияющих на параметры общей вибрации судна и выявление факторов, являющихся доминантными при определении амплитуд и частот собственных колебаний корпуса.

2. Создание алгоритма для исследования изменения амплитуд и частот собственных колебаний корпуса на стадиях жизненного цикла судна.

3. Определение доминантных гармоник возмущающих сил от главного двигателя и гребного винта.

4. Разработку моделей для прогнозирования параметров общей вибрации корпуса судна.

5. Определение величины рассеяния энергии при резонансных колебаниях корпуса и амплитуд возмущающих сил от главного двигателя и гребного винта.

6. Получение закономерностей, определяющих изменения параметров вибрации корпуса промыслового судна и создание расчетных зависимостей для прогнозирования его общей вибрации на стадиях жизненного цикла судна.

Математическая модель промыслового судна для определения параметров вибрации, представлена следующими подмножествами: совокупность входных данных

х1еХ ,1=1,2, совокупность воздействий внешней среды г1 еу ,1=1,2, ..., п2; совокупность внутренних параметров подсистемы корпус

Р; 6 Р , 1=1,2,..., пр; совокупность выходных характеристик системы

К = / (М, Мг, 1,1-ах, Ф ) " Кг Кг •... -К,; (14)

у„(х) =/(М,МГ>*0,о,Р, Ф)-К,-К2-... -К,. (15) где 1а - частота собственная колебаний корпуса судна, соответствующая номеру тона, Гц; п - номер тона; / - функция; М - масса судна, соответствующая его водоизмещению, т; Мг - присоединенные массы судна, т; I - момент инерции, определяющий жесткость судна в вертикальном или поперечном направлениях, м; Ь±±- расчетная длина судна; Ф - форма колебаний, соответствующая номеру тона; К - коэффициенты редуцирования, учитывающие влияние деформации сдвига и инерции вращения, перераспределение нагрузки масс, изменение жесткости, расчетной длины, присоединенных масс воды и водоизмещения судна от принятых в проекте; у„(х) - амплитуда резонансных колебаний корпуса судна; а -коэффициент динамичности; Б - амплитудные значения внешней силы; К; -коэффициенты редуцирования, учитывающие влияние других внешних сил или моментов, изменение амплитуды внешней силы при изменении технического состояния источника вибрации, изменение коэффициента динамичности, связанного с изменением частоты колебаний и величины рассеяния энергии при колебаниях.

Для прогнозирования параметров общей вибрации промысловые суда объединены в три размерных ряда однотипных судов с учетом их архитектурного исполнения. Использованы балочные расчетные модели, построенные с использованием метода конечных элементов. Для расчета присоединенных масс судна принято методическое обеспечение, разработанное А.И. Короткиным.

[ 1 Техническое задание на проектирование )

(К

Блок исходных данных

Выбор расчетной модели и режима эксплуатации судна

Елок независимых переменных ]

(^5__Определение нагрузки масс )

[6 Определение присоединенных масс судна

Определение моментов инерции поперечных сечении

Определение площадей стенок связей работающих на сдвиг

Определение основных тонов колебаний корпуса

-—<^Расчеш параметров вибрации продатжить^> Гда

Определение влияния нагрузки масс на частоты и формы собственных колебаний корпуса

^Функциональная зависимость получена?^> Гда

Определение влияния присоединенных масс на частоты и формы собственных колебаний корпуса

-<^Функциональная зависимость получена?^»

Определение влияния конструкции корпуса на частоты и формы его собственных колебаний

- ^-<^^нкциональная зависимость получена?^>

Определение влияния основных элементов и коэффициента общей полноты на частоты собственных колебаний корпуса

<^Функционалы1ая зависимость получена?

Прогнозирование тонов катебагатй корпуса с учетом возможных изменений элементов и характеристик судна и воздействия среды

<^Расчеты параметров вибрации продолжшъ^>^-

Выбор гармоник возмущающих сил и величины рассеяния энергии

Определение величины возмущающих :ил от гребного винта и главного двигателя

Определение коэффициентов динамичности для основных гармоник

Определение амплитудных значений перемещений и виброскорости по корпусу

<Рает.

;еты параметров

Определение влияния рассеяния энергии на амплитуды колебаний корпуса

•^Функциональная зависимость получена?"' Гда

Определение влияния величины возмущающих сил на амплитуды перемещении и виброскоросто корпуса

<^Функциональнаязависимость получена? Гда

Прогнозирование параметров вибрации с учетом возможных изменений характеристик и элемезпов судна и влияния внешней среды

Результаты расчетов

Рис. 5. Структурная схема алгоритма прогнозирования параметров общей вибрации промыслового судна на стадиях его жизненного цикла

Исследованы формы собственных колебаний корпуса при различном состоянии нагрузки масс судна. Установлено, что изменение состояния загрузки

судна, оказывает малое влияния на формы колебаний его корпуса (рис. 6). Равномерное уменьшение построечных толщин листовых элементов корпуса, на 3 мм для БМРТ, практически не оказывает влияния на формы его колебаний.

Формы вертикальных колебаний третьего тона

— Судно порожнем

- Судно без груза, 100% запасов

Рис. б. Сопоставление форм вертикальных колебаний корпуса судна по третьему тону проекта «ПУЛКОВСКИИ МЕРИДИАН» при двух состояниях его загрузки

Определено влияние деформации сдвига на частоты собственных колебаний корпуса промысловых судов (рис. 7-9). Получены коэффициенты для определения частот высших тонов корпуса с учетом деформации сдвига по частоте первого тона его собственных колебаний, см. рис. 10-12. Исследовано влияние построечных толщин на изменение частот собственных колебаний корпуса, для всего размерного ряда судов. Выполнена оценка изменения присоединенных масс БМРТ на частоты его собственных колебаний. Определены частоты собственных колебаний корпуса известных проектов промысловых судов.

Учет деформации сдвига от номера тона для РТМС и БМРТ

■& 3-

■е- &

т ^

О «I

X О.

1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 ОД 0

-ряд 1-1

-ряд 2-й

0,908

0,645

0,521

0,908

0,89

0,819

0,8

0,728

0,71

0,663

0,645

0,601

0,582

0,536

0,521

Рис. 7. Коэффициенты редуцирования для определения частот собственных колебаний корпуса РТМС и БМРТ при учете деформации сдвига от номера тона: ряд 1-й - вертикальные колебания; ряд 2-й - горизонтальные колебания

1 0,8 0,6 0,4 0,2

Учет деформации сдвига от номера тона для средних промысловых судов

0,855-«««

—.Н25Г

—а;47.......... ""В/П ""

1 2 3 4 5 6

-ряд 1-й 0,875 0,76 0,65 0,57 0,505 0,45

ряд 2-й 0,855 0,73 0,62 0,53 0,47 0,41

Рис. 8. Коэффициенты редуцирования частот собственных колебаний корпуса средних промысловых судов, учитывающие деформацию сдвига в зависимости от номера тона: ряд 1-й -вертикальные колебания; ряд 2-й - горизонтальные колебания

Рис. 9. Коэффициенты редуцирования частот собственных колебаний корпуса МРТР, учитывающие деформацию сдвига в зависимости от номера тона: ряд 1-й - вертикальные колебания; ряд 2-й - горизонтальные колебания

Рис. 10. Коэффициенты для определения проектных значений частот высших тонов собственных колебаний РТМС и£МРТ по частоте первого тона: ряд 1-й - вертикальные колебания; ряд 2-й - горизонтальные колебания

Коэффициенты для определения частот собственных колебаний корпуса средних промысловых судов

8 -?Т35—

£ 1 с I 1 6 «3 ч

4,/

о . ?й 4 М 2 (П Ч ^ О 91 1 ас о. 1 0 1,4

-2.15

1 2 3 4 5 6

-ряд 1-Й 1 2,15 3,4 4,7 б 7,35

-ряд 2-Й 1 2,1 3,2 4,4 5,6 6,8

Рис. 11. Коэффициенты для определения проектных частот высших тонов собственных колебаний средних промысловых судов по частоте первого тона: ряд 1-й - вертикальные колебания; ряд 2-й - горизонтальные колебания

Коэффициенты для определения частот собственных колебаний корпуса малых промысловых судов

Коэффициенты редуцирования О М N и Л 1Л П • 5,51 ___■ 6,63

4 ЧЧ .....——С"

3.17

1 2 3 4 5 б

-ряд 1-Й 1 2,1 3,17 4,35 5,51 6,63

-ряд 2-й 1 1,94 2,87 3,9 4,9 5,81

Рис. 12. Коэффициенты для определения проектных частот высших тонов собственных колебаний малых промысловых судов по частоте первого тона: ряд 1-й - вертикальные колебания; ряд 2-й - горизонтальные колебания

В третьей главе диссертации разработана методика расчетно-инструментального мониторинга, включающая логико-математическая модель и алгоритмы расчетных и инструментальных исследований. Выполнен расчетный анализ частот и форм собственных колебаний двух перекрытий БМРТ. Представлены результаты инструментальных исследований санитарных норм вибрации промыслового судна и выполнен анализ гармоник возмущающих сил (от главного двигателя и гребного винта) индуцируемых на корпус промысловых судов. Структурная схема логико-математической модели расчетно-инструментального мониторинга вибрационного состояния промыслового судна показана на рис. 13 и 14. Методика обеспечивает достоверное определение вибрационного состояния судна за счет полного модального анализа корпуса, его конструкций, источников вибрации и сопоставления параметров вибрации расчетных и натурных исследований. Предусмотрены два этапа. На первом -выполняются расчетные исследования, на втором - инструментальные.

БЛОК ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ АНАЛИЗА Характеристики подсистем: корпус судна;

главная энергетическая установка; движитель

Характеристики крутильных колебаний силовых

установок Характеристики конструкций: надстройка;

днищевые перекрытия машинного отделения;

палубные перекрытия Характеристики элементов: балки; пластины

СИСТЕМЫ "ПРОМЫСЛОВОЕ СУДНО"

("Совокупность моделей для определения"! | параметров вибрации корпуса судна, его | ^основных конструкций и элементов _|

| определения I . параметров . I общей вибрации!

"Л

I Модели для |

| определения I

, местной .

I вибрации |

|_конструкций |

[ корпуса судна |

|~Модель для расчета крутильных] | колебаний силовых установок |

Блок определения основных тонов _колебаний корпуса

Блок определения частот собственных крутильных колебаний силовых установок

Блок сопоставления частот собственных колебаний корпуса с частотами возмущающих сил

Блок определения основных тонов колебаний надстройки

Блок определения основных тонов колебаний днищевых перекрытий машинного отделения

Логико-математическая модель расчетно -инструментального мониторинга для исследования влияния проектных элементов и

характеристик на вибрационное состояние промыслового судна

(I этап - расчетные исследования)

Блок определения усилий,

вызывающих общую вибрацию корпуса судна

Блок сопоставления частот

собственных колебаний надстройки и собственных колебаний корпуса с частотами возмущающих сил

Блок сопоставления частот основных тонов колебаний днищевых перекрытий машинного отделения с частотами собственных колебаний корпуса и с частотами возмущающих сил

Блок определения основных тонов колебаний палубных перекрытий

Блок сопоставления частот основных тонов колебаний палубных перекрытий с частотами возмущающих сил

__БЛОК ВЫХОДНЫХ ДАННЫХ ВИБРАЦИОННОГО СОСТОЯНИЯ СИСТЕМЫ "ПРОМЫСЛОВОЕ СУДНО"

[Графикточек замеров] I Прогнозирование"! [Гармонический анализ] [Гармонический анализ! I Гармонический | I для проведения I I усилий, вызывающих!. вибрации надстройки , I параметров обшей I I анализ крутильных! инструментальных I I общую вибрацию N палубных и днищевых | вибрации корпуса II колебаний соловых!

_ исследований _| {__ корпуса судна_|. перекрытий .|__судна _] |_установок_|

__I машинного отделения [ "

Ожидаемые параметры вибрации промыслового судна по результатам расчетных исследований

Рис. 13. Структурная схема логико-математической модели расчетно-ииструмеитального мониторинга для определения вибрационного состояния промыслового судна. I этап - расчетные

исследования

I Совокупность методов спектрального I

| оценивания параметров вибрации сложных I

I систем, обработки результатов натурных I

I Методы спектральной I

БЛОК ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ АНАЛИЗА СИСТЕМЫ "ПРОМЫСЛОВОЕ СУДНО"

Характеристики окружающей срезы ______

Характеристики состояния судна и режима его эксплуатации Характеристики измерительного комплекса Программа испытаний, включающая:

-спектральную оценку параметров вибрации корпуса судна, его конструкций, энергетической установки и движителя; • оценку санитарных норм вибрации; - оценку норм вибрационной прочности

Расчетные параметры вибрации корпуса и его основных конструкции

Ожидаемые параметры вибрации энергической установки Нормативные параметры вибрации

оценки параметров вибрации корпусных конструкций и энергетической | установки

I вибрации корпусных I I конструкций, I | энергетической I ] установки и I |_ оборудования _|

I Метод оценки санитарных норм вибрации в I I обитаемых помещениях I

Блок оценки санитарных норм вибрации в жилых и общественных помещениях

Блок спектральной оценки параметров вибрации энергетической установки

Блок оценки санитарных

норм вибрации в служебных помещениях

fiлoк оценки санитарных орм вибрации в рабочих помещениях

Блок оценки норм

вибрационной прочности корпусных конструкций

Блок оценки норм вибрации энергетической установки и оборудования

характеристик на вибрационное состояние промыслового судна

(П этап - инструментальные исследования)

Блок спектральной оценки параметров вибрации корпуса судна

Блок спектральной оценки параметров вибрации надстройки

Блок спектральной оценки параметров вибрации днищевых перекрытий машинного отделения

Блок спектральной оценки параметров вибрации палубных перекрытий

_ БЛОК ВЫХОДНЫХ ДАННЫХ ВИБРАЦИОННОГО СОСТОЯНИЯ СИСТЕМЫ "ПРОМЫСЛОВОЕ СУДНО"__

[Анализ соответствия санитарным нормам] I Гармонический анализ || Определение II Определение путей I вибрации 11 вибрации надстройки, 11 источников вибрации I' распространения

| «г 11 днищевых перекрытий II и их гармоник, 11 вибрации от источников

| Анализ соответствия нормам вибрации 11 машинного отделсния „ | Определяющих общую 11 к обитаемым | корпусных конструкдаи,™^^ вибрацию корпуса II помещениям

установки и оборудования__11 ' __ ____|_____11_____

Вибрационное состояние промыслового судна по результатам инструментальных исследований

Рис. 14. Структурная схема логико-математической модели расчетно-инструмеигального мониторинга для определения вибрационного состояния промыслового судна. II этап -инструментальные исследования

Алгоритм расчетных исследований предусматривает создание расчетных моделей корпуса судна с использованием метода конечных элементов двух видов -балочной и пространственной. Такой подход обеспечивает достоверность расчетных результатов и позволяет перейти к модальному анализу корпусных конструкций с использованием пространственной модели, учитывающей влияние доминантных факторов на их вибрационные параметры. Алгоритм содержит этапы исследований, последовательность расчетов, состав расчетных результатов и их системный анализ. Укрупненные этапы исследований включают:

1. Построение расчетных схем моделей корпуса судна, дискретизацию расчетных схем с помощью конечных элементов и формирование ансамбля конечных элементов корпуса судна;

2. Определение частот и форм собственных колебаний корпуса, построение частотной зависимости колебаний корпуса от номера тона, определение наличия возможных резонансных режимов и построения амплитудных значений колебаний корпуса для этих режимов;

3. Построение (использование) расчетных схем моделей конструкций корпуса, дискретизация расчетных схем с помощью конечных элементов и формирование ансамбля конечных элементов конструкций корпуса;

4. Определение частот и форм собственных колебаний конструкций, определение наличия резонансных колебаний и их амплитудных значений;

5. Определение точек замеров параметров вибрации на этапе инструментальных исследований.

Выходным результатом мониторинга является паспорт вибрационного состояния судна, который содержит: частоты собственных колебаний корпуса и его основных конструкций; уровень санитарной и технической вибрации; источники вибрации и их гармонический анализ; наличие или отсутствие резонансных режимов колебаний корпуса и его основных конструкций; заключение о соответствии вибрации на судне техническим и санитарным нормам; рекомендации по обеспечению норм вибрации.

Выполненные инструментальные замеры на УПС «ПРИЗВАНИЕ» позволили впервые сопоставить санитарные нормы вибрации в обитаемых помещениях для двух основных режимов эксплуатации промыслового судна - режим свободного хода на промысел (а также с промысла) и режим траления. На рис. 15 показаны уровни горизонтальной вибрации палуб в жилых помещениях УПС «ПРИЗВАНИЕ» на режиме траления при состоянии нагрузки, соответствующей приходу на промысел, Замеры выполнены с использованием виброанализатора 3513, включающий виброметр 2511 и фильтр 1621 («Брюль и Къер», Дания). В качестве предельно допустимых величин вибрации в местах пребывания экипажа и пассажиров приняты логарифмические (дБ) уровни средних квадратичных значений виброскорости в октавных полосах частот со средними геометрическими частотами 2, 4, 8, 16, 31,5, 63 Гц, и представлены на рисунках предельным спектром вибрации (ПСВ).

О 10 20 30 40 50 60 70

Частота колебаний, Гц

♦ 2 Гц И 4 Гц Л 8 Гц О 16 Гц ж 31.5 Гц » 63 Гц —о— ПСВI

Рис.15. Уровень горизонтальной вибрации палубы в жилых помещениях на УПС «ПРИЗВАНИЕ» в режиме траления и состояния загрузки, соответствующей приходу на промысел

Для модального анализа нерегулярных перекрытий верхней и главной палубы на БМРТ типа «ПРОМЕТЕИ» использован метода конечных элементов. Установлено, что спектр частот собственных колебаний перекрытий густой, распределение амплитудных значений зависит от номера тона, а толщины листовых элементов этих перекрытий мало влияют на частоты и формы их собственных колебаний. На рис. 16 показана одна из форм колебаний перекрытия в районе жилых помещений, расположенных на главной палубе.

Рис.16. Форма колебаний перекрытия главной палубы (частота 20.47 Гц)

В четвертой главе диссертации выполнены следующие исследования и работы: методика определения оптимальных проектных характеристик и элементов промыслового судна с обеспечением норм прочности и вибрации на ранних стадиях его проектирования, включающая алгоритм и математическую модель оптимизационного проектирования промыслового судна. Учитывая важность решения проблемы повышенной вибрации и обеспечения норм прочности при вариациях главных размерений и элементов конструкции корпуса, разработаны: алгоритм и математическая модель определения элементов и характеристик, удовлетворяющих нормам прочности, алгоритм и математическая модель оптимизации доминирующих подсистем «корпус - двигатель - движитель», алгоритм оптимизации конструкции корпуса.

Представленный на рис. 17 алгоритм определения оптимальных проектных характеристик и элементов промыслового судна позволяет применить как однокритериальные модели с доминантным учетом проблемных факторов, так и модели с многокритериальной оценкой эффективности проектных решений. В этом случае, для оценки эффективности принимаемых проектных решений используют обобщенный комплексный показатель, имеющий вид:

Кпр = /(Кэ, Кт, Кс) -» шах , (16)

где Кэ, Кт, Кс - совокупность экономических, технических и социальных факторов, определяющих полезный результат.

Оптимальное решение определяется по максимальному значению критерия эффективности. Например, в рамках выбора лучшего варианта промыслового судна, может использоваться показатель максимального ЧДД:

ЧДЦ =Е?=0(Pt - 3t) • at - Кдиск max, (17)

где Pt - результаты, достигаемые на t-м шаге расчета; 3, - затраты на t-м шаге при условии, что в них не входят амортизационные начисления, at- коэффициент дисконтирования; Кякск - сумма дисконтированных капиталовложений. •

Известные величины задачи проектирования определены техническим заданием (ТЗ): грузоподъемность, грузовместимость, скорость хода, автономность плавания по запасам, нормативные величины, представленные Правилами РМРС. По результатам системного анализа промысловых судов, получены условно известные величины (параметры): характеристики архитектурно-конструктивного исполнения и соотношения главншх размерений. В качестве параметров приняты измерители весов и вместимости.

К числу неизвестных, отнесены: водоизмещение судна, главные размерения судна, коэффициенты формы корпуса, мощность главных двигателей, осадка при водоизмещении судна порожнем и с полным грузом, запасы, определяющие автономность плавания, характеристики конструктивного мидель-шпангоута, величины, характеризующие прочность и вибрацию судна. Для определения неизвестных величин проектируемого судна принят метод последовательных приближений, а для определения оптимальных элементов и характеристик - метод вариаций. Выбирают прототипы и обосновывают форму корпуса (коэффициенты формы корпуса из разряда неизвестных переводят в разряд параметров).

^ 1 | Техническое задание на проектирование

СЕ

Блок исходных данных

Выбор критериев

4 | Блок независимых переменных

Прототип задан?

Определение основных характеристик судна в первом приближении

'_^ 6 | Обоснование характеристик формы корпуса]

[7 Определение основных элементов судна )

( 8 | Определение высоты надводного борта Требование Н-Т > Р* выполнено?

Разработка принципиальной схемы общего размещения

(щ| Определение параметров вместимости судна] —Требование вместимости выполнено?^»

Определение основных элементов конструкции корпуса

Определение нагрузки масс и координат центра тяжести судна

нет / Проверка нагрузки масс и водоизмещения

СУДИЛ

Определение геометрических характеристик конструктивных сечений корпуса

Определение параметров общей прочности корпуса

' Проверка общей прочности корпуса

Гда

Определение параметров местной прочности конструкций

Проверка местной прочности корпуса^>Щ^

Определение частот собственных колебаний корпуса

Определение частот собственных колебаний корпусных конструкций

Определение сопротивления и рачегной мощности главного двигателя

Выбор главного двигателя и определение элементов движителя

Оптимизация параметров доминирующих [нет подсистем для снижения общей вибрации

Оптимизация конструкции корпуса для [нет снижения местной вибрации

221 Блок проверочных расчетов

Проверка остойчивости

Проверка качки

Оптимизация по критериям, определяющим] нет экономическую эффективность

(К

Результаты оптимизации

Рис. 17. Структурная схема алгоритма определения оптимальных проектных характеристик и

элементов промыслового судна

В разряд параметров вводят относительную длину судна и определяют две характеристики формы корпуса:

- коэффициент продольной полноты

<р = 8/р; (18)

- относительную длину судна

I = 1/ЧО. (19)

Для определения водоизмещения судна в первом приближении, использованы уравнение масс и уравнение мощности:

- уравнение масс:

О = Опор + 01У = . (20)

где £) - массовое водоизмещение судна, т; Опор - массовое водоизмещение судна порожнем, т; ОIV - дедвейт, т; Х{=1Щ - сумма масс, составляющих нагрузку судна, т; ] - разделы нагрузки масс судна в соответствии с принятым стандартом;

- уравнение мощности:

N = кВт, (21)

где О - водоизмещение, м3; V - скорость, уз; т, п - показатели степени; С ^г, I, В/Т, <р,...) - коэффициент, определяемый для выбранного типа судов.

Для определения главных размерений судна в первом приближении использовано уравнение плавучести, и соотношения главных размерений Ь/В, В/Т, Н/Т, которые были получены на основе системного анализа однотипных проектов промысловых судов.

- уравнение плавучести:

О = кр81ВТ, (22)

где к - коэффициент выступающих частей; р = 1,025 - плотность морской воды, т/м3.

Определив главные главные размерения, проверяют высоту надводного борта проектируемого судна. Используя выбранный архитектурный тип судна, разрабатывают принципиальную схему общего расположения и решают задачу размещения в корпусе и надстройках экипажа, оборудования, судового и промыслового снабжения, грузов и запасов в соответствии с ТЗ:

- уравнение вместимости:

УК з (23)

где Ук - вместимость корпуса, м3; - вместимость надстроек, м ; -требуемые составляющие вместимости судна, м3.

Уточняют основные элементы судна за счет более точного расчета массы корпуса. Определяют основные элементы конструкции корпуса, нагрузки масс его статей и водоизмещение во втором приближении. Пересчитывают главные размерения, мощность, определяют коэффициенты полноты ватерлинии и мидель-шпангоута и выполняют расчет координат центра тяжести судна, для регламентируемых РМРС состояний загрузки судна. Решают задачу по определению геометрических характеристик конструктивных сечений корпуса:

- моменты инерции конструктивного мидель-шпангоута и координата нейтральной оси:

= (24) = (25)

2о =/(¿UL.fi. Я), (26)

где /в, /г - моменты инерции в вертикальном и горизонтальном направлениях, м4; г0 - аппликата нейтральной оси, (м);

Определяют характеристики прочности корпуса и его конструкций (если определено ТЗ) и сопоставляют с нормативными значениями: - нормальные напряжения в верхней палубе и днище

мр мр

аРп = £ГРД=^' (27>

где №рп, Щ>д - расчетные моменты сопротивления верхней палубы и днища, м3; Мр - расчетный изгибающий момент в миделевом сечении, (кН-м);

Решают задачу по определению частот собственных колебаний корпуса и его основных конструкций:

- частоты собственных колебаний корпуса по первому тону

= 1 н ; ¿1Г = ~7= > (28)

зг„

где Я1в, Я1г - частоты собственных колебаний корпуса в вертикальном и горизонтальном направлениях по первому тону, Гц; кх, к2 - числовые коэффициенты;

- частоты колебаний корпуса высших тонов

-^пв = св„Я1в; Япг = сгпЯ1г, (29)

где Хпв, Япг - частоты собственных колебаний высших тонов, Гц; л - номер тона; свп, ст - числовые коэффициенты, зависящие от номера тона и типа судна.

Определяют сопротивление воды движению судна, буксировочную мощность и необходимую мощность главного двигателя. - уравнение ходкости:

где Ыгд - суммарная мощность главных двигателей, кВт; - буксировочная мощность судна, кН; т] - пропульсивный коэффициент; т]5 - коэффициент, учитывающий потери на валопроводы, редуктора и т.д.

Определив требуемую мощность главного двигателя, выбирают главный двигатель, с запасом по мощности не менее 15%. Уточняют массы судовой энергетической установки и судовых энергетических запасов, водоизмещение и главные размерения судна полученные во втором приближении. Строят теоретический чертеж и определяют элементы и характеристики движителя. Выполняют расчеты по проверке остойчивости и качки: - уравнение остойчивости промысловых судов имеет вид:

/1 = 2 Вл[^.2д, (31)

где к - начальная метацентрическая высота, м; ЦхДг - величины, связанные функциональной зависимостью с коэффициентами полноты, определяющими форму корпуса.

Рис. 18. Структурная схема алгоритма определения элементов и характеристик судна, удовлетворяющих нормам прочности

Для РТМС и БМРТ моменты инерции конструктивного мидель-шпангоута и координата нейтральной оси имеют следующий вид:

/„ = [20,18- 4,08^ + 1,48^ -48,065 + 0,148^) - 0,244+ 48.3152

Ь Ь /Ь /Ь \ ^

/г= 9,57 + 7.0-¿¿-5,93~~ 8,595 + 0,964+ 0,827(-±4 + 40.0452

= 29,866 - 0,498ЬХ1 + 0,226В - 0,835Н - 0,001731^ - 0Д75В2 - 0.568Я2 - 0,0164(Ь1±В) + 0,171 (ВН) + 0,1069(¿ХХЯ) ± ск

(32)

Для обеспечения норм вибрации, разработана структурная схема алгоритма оптимизации доминирующих подсистем «корпус-двигатель-движитель» (рис. 19).

Исходные данные:

- частоты собственных колебаний корпуса

- необходимая мощность двигателя,

его элементы и характеристики (1-е приближение)

- элементы и характеристики гребного

винта (1-е приближение)

UC1 ——----S4

—( Блок независимых переменных V, 1да Q Выбор ГД по каталогам j

Определение частот Л возмущающих сил от ГД та, J

Определение характеристик V. гребных винтов у"

Определение частот возмущающих сил от гребного винта со., Ши., 0)1.

Сопоставить частота собственных I колебаний корпуса с частотами I | возмущающих сил по I тону |

| / Мл > КгХ<1); №■ 2 I \ ю, > Кг)л1); ш. > Кг?*<и

-1---ч

VLm; со» < К rXrtu X \-hti,; т. < К'гХци У

да

Выходные оптимальные параметр^ доминирующих подсистем по первому тону

(Сопоставить частоты собственных"] колебаний корпуса с частотами возмущающих сил по 2 тому

Шд> Ка-Хн»; (О., > КгХо Сй.> К:'Х«2>; ГО. > К;'Хг(Л | нет

со»< К':'Л»<!1; сй> < КУ?»<к'

Ш.<КУ?чД|; СО. < КУХ.П;/_|

Выходные параметры доминирующих нодсисгем, ош'имировашгых только по первомутону

Выходные оптимальные параметры доминирующих подсистем по второму тону

[Сопоставить частоты сооственных I колебаний корпуса с частотами ' возмущающих сил по 3 тому

(Ornl > КУХзС;(Й»1 > KvXiffl

и«) > ü>*¿> Ю'Хс

l'Xl <Ц\/

да|

Выходные оптимальные параметры доминирующих подсистем только до второго тона

Выходные параметры оптимальные доминирующих подсистем по третьему тону V----:-^

(да

{^"Результаты оптимизации^>-

Рие. 19. Структурная схема алгоритма оптимизации подсистем «корпус-двигатель-движитель» для исключения резонансных колебаний корпуса по первым трем тонам

Частота собственных колебаний корпуса по первому тону для РТМС и БМРТ

ь.

л)2 ЗГ

- для средних промысловых судов

—

Ятг —

Л-1Г —

Е'г .

т '

- для МРТР

3.0

г1г ■

(32)

(34)

(36)

Л/2 ЗГ

Математическая модель определения оптимальных проектных характеристик и элементов подсистем содержит векторы, равенства и неравенства, обеспечивающие исключение вибрации корпуса судна по первым трем его тонам:

- вектор оптимизируемых переменных, определенных множеством А, описан в виде:

А = (ХКХДХВ) -> ЕхЬг, (37)

где Хк - вектор искомых характеристик корпуса судна (объединяет варианты главных размерений и конструкции корпуса); Хд - вектор переменных характеристик двигателя, его компонентами являются - мощность и частота вращения, габаритные размеры; Хв - вектор переменных характеристик движителя, его компонентами являются - диаметр винта и частота его вращения, число лопастей и их наклон.

- требования исключения резонансной вибрации корпуса по первым трем его тонам:

1) сопоставление частот собственных колебаний корпуса по' первому тону с частотами гармоник возмущающих сил:

сод £ ^ ■ Лв(1), 0)д £ Ку • Яг(1),

шв€К1- Лв(1), шв<£Кх- Яг(1) (38)

2) сопоставление частот собственных колебаний корпуса по второму тону с частотами гармоник возмущающих сил:

ыд£К2- Л„(2), сод$К2- ДГ(2),

0)в е К2 • Дв(2), шв€К2- яг(2) (39)

3) сопоставление частот собственных колебаний корпуса по третьему тону с частотами гармоник возмущающих сил:

швл1 £ ■ ^в(2). <°ВЛ1 ё Кз • ^г(2).

шъл2 г к3 ■ Яв(3), й)вл2 € к3 ■ Яг(3) (40)

где &>д,й)в, <увл1,0)вл2 - соответственно частоты гармоник гармоник возмущающих сил от главного двигателя и гребного винта винта, Гц;

В пятой главе диссертации разработана методика определения оптимальных проектных характеристик и элементов промыслового судна с обеспечением норм прочности и вибрации на ранних стадиях его модернизации, включающая алгоритм

и математическую модель размерной модернизации судна. Учитывая важность решения проблемы повышенной вибрации и обеспечения норм прочности при вариациях размеров цилиндрической вставки, в алгоритм введены этапы определения параметров прочности и вибрации', а в математическую модель -расчетные формулы для их определения. На рис. 20 представлена структурная схема алгоритма определения оптимальных проектных характеристик и элементов промыслового судна. Для определения функционального изменения частот собственных колебаний корпуса от расчетной длины судна при его размерной модернизации, построены расчетные модели корпуса РТМС типа «МООНЗУНД» и БМРТ типа «ПУЛКОВСКИЙ МЕРЕДИАН». Расчеты частот их собственных колебаний выполнены на балочных расчетных моделях, построенных с применением метода конечных элементов. По результатам исследований получена расчетная формула, отражающая изменение первого тона собственных колебаний корпуса от изменения расчетной длины исходного судна.

В математической модели используются уравнения, имеющие вид:

- уравнение плавучести

£> = кр80^ВТ0 + ДЦ,, (41)

где £> - массовое водоизмещение модернизированного судна, отвечающее расчетному случаю нагрузки, т; АО; - массовое водоизмещение цилиндрической вставки, т; £0 - расчетная длина исходного судна, м; В - ширина исходного судна, м; 7*0- осадка исходного судна, м; 50 —исходный коэффициент общей полноты; р -плотность морской воды, т/м3; к - коэффициент выступающих частей;

- уравнение масс

О = О0+£Цтг, (42)

где Д О0 - массовое водоизмещение модернизируемого и исходного судна, т; £(=1 т1' сумм3 масс, устанавливаемого и демонтируемого оборудования, механизмов, устройств, систем, масса груза и вставки, т.

Массовое водоизмещение цилиндрической вставки состоит:

ДО„ = ДОг + ДОп, (43)

где ДОг- дополнительное массовое водоизмещение для поддержания грузов, т; ДОп - потерянное массовое водоизмещение от повышения высоты надводного борта при увеличении длины судна, т.

Массовое водоизмещение вставки, выраженный через ее размеры, имеет вид: ДО = Д 1ТВр, (44)

где Т - осадка судна после удлинения; /? - коэффициент полноты мидель-шпангоута по осадку Т.

Осадка судна после удлинения определяется по формуле:

Тх = Т0 - а6Д£, (45)

где а6 - увеличение высоты борта при удлинении судна на 1 м, которое определяется по таблицам «Правил о грузовой марке морских судов». Потерянное массовое водоизмещение имеет вид:

Д0П = р50ДГ = ра010Ва6М, (46)

где - площадь трузовой ватерлинии до удлинения; а0 - коэффициент полноты площади ватерлинии.

^ 1 [ Техническое задание на модернизацию

(К

Блок исходных данных

Выбор критериев

| Елок независимых переменных

Определение основных характеристик судна в первом приближении

Определение основных размерений судна и коэффициентов полноты

^ 7 | Определение высоты г

э борта ^

Требование Н-Т > Р* выполнено? _

[8|Опре;

деление параметров вместимости судна

^ Требование вместимости выполнено? Гда

Определение основных элеметггов конструкции корпуса

Определение нагрузки масс и координат центра тяжести судна

¿гст /Проверка нагрузки масс и водоизмещения4 _судна_

Определение геометрических характеристик конструктивных сечений корпуса

Определение параметров обшей прочности корпуса

Проверка общей прочности корпуса^ Гда

Определение параметров местной прочности конструкций

Проверка местной прочности корпуса^>-н^-[да

Определение частот собственных колебаний корпуса_

Определение частот собственных колебаний корпусных конструкции

Определение сопротивления и рачетной мощности главного двигателя

Проверка исходной энергетической установки требованиям ходкости

Выбор главного двигателя и определение элементов движителя

—Проверка общей вибрации корпуса

Гда

- -----у

Проверка местной вибрации корпуса

18 Блок проверочных расчетов

Проверка остойчивости

1 да

<С

Проверка качки

Оптимизация по критериям, определяющим экономическую эффективность

да

Ш.

Результаты оптимизации

Рис.20. Структурная схема алгоритма определения оптимальных проектных характеристик и элементов промыслового судна на ранних стадиях размерной модернизации

Дополнительное массовое водоизмещение имеет вид:

ЛД- = 1,05Дтк + Дтг + Дтгц. + £ ту - £ тд + Агп6ал, (47)

где 1,05Дт71к - масса вставки с насыщением и запасом равным 5% от массы вставки; £тл - масса демонтируемого оборудования, механизмов, устройств и систем, т; £ту- масса устанавливаемого оборудования, механизмов, устройств, систем, т; Дтг, Дтгц., Дт6ал - дополнительные массы груза, топлива, балласта, т.

Определяют коэффициент обшей полноты при удлинении судна, используя уравнение плавучести (41) и выражение водоизмещающего объема вставки (43). Коэффициент общей полноты для БМРТ и РТМС будет иметь вид:

где Ро * коэффициент полноты мидель-шпангоута исходного судна, принятого в предположении, что для БМРТ и РТМС /?0 = /?.

Определяют высоту надводного борта по формуле:

Р = + а6М, (49)

Решают задачу размещения в корпусе и надстройках экипажа, оборудования, судового и промыслового снабжения, грузов и запасов в соответствии с ТЗ:

- уравнение вместимость

+ + (50)

где Ук0 - вместимость корпуса до удлинения, м3; Ц, - вместимость надстроек, м3; Ув - вместимость корпуса цилиндрической вставки, м3; - требуемые составляющие вместимости судна, м3.

Выполняют расчет координат центра тяжести судна, для регламентируемых РМРС состояний загрузки судна и решают задачу по определению геометрических характеристик конструктивных сечений вставки. Определяют моменты инерции конструктивного мидель-шпангоута исходного и модернизированного судна и координаты нейтральной оси. Рассчитывают нормальные напряжения в связях корпуса:

- при перегибе судна

- при прогибе судна

Выполняют проверку обеспечения норм общей прочности по нормальным напряжениям. Определяют частоты собственных колебаний корпуса модернизируемого судна:

- частоту собственных колебаний модернизируемого судна по первому тону

Ам = А0-(£)0,0/Ю2; (56)

- частоты колебаний корпуса высших тонов

Апв =: свпЛ1в; Апг = сгпД1г, (57)

где Лпв, Япг - частоты собственных колебаний высших тонов, Гц; и - номер тона; к0, к - коэффициенты редуцирования, учитывающие влияние деформации сдвига.

Определяют сопротивление воды движению судна, буксировочную мощность и необходимую мощность главного двигателя:

- уравнение ходкости:

Проверяют исходную энергетическую установку требованиям к ходкости. При условии обеспечения требования к ходкости, выполняют проверку на отсутствие резонансных колебаний корпуса и его основных конструкций. Неудовлетворение требований к ходкости и отсутствию резонансной вибрации предусматривают выбор новой расчетной длины судна или замену энергетической установки. Выполняют расчеты, связанные с проверкой остойчивости и качки.

В шестой главе диссертации выполнены следующие исследования и работы: методическое обеспечение для определения проектных характеристик полимерных покрытий на судах (рис. 21), методы исследования и определение характеристик рассеяния энергии и динамического модуля упругости, в диапазоне частот регламентируемых санитарными нормами вибрации, определения характеристик адгезионной и ударной прочности. На эти технические решения получено восемь авторских свидетельства на изобретения. Определены демпфирующие характеристики клеевых композиций и покрытий при нормальных и пониженных температурах.

Разработан метод исследования динамических характеристик материала покрытий при заданной частоте колебаний и деформированном состоянии материала покрытия близким к однородному. Такое состояние материала может быть получено, при использовании образца в виде консольной балки постоянной толщины и переменной ширины с инерционным грузом в крайней точке. Ширина балки равного сопротивления динамическому изгибу определяется из выражения:

В'(х) = Л [С^уХк) + С2ВД)] , (58)

где Сг и С2 - постоянные; /у, (к), КУл(к) - модифицированные функции Бесселя х2 _

первого и второго рода; к = —УС - аргумент функций; - параметр функций.

2 4

Значения констант Схи С2 определяют из граничных условий:

-цВп)— СгКуХк\) 12

г - у I__к - —лГг ■

01 - /*№х) ' кг ~ 2 ^ '

■ *(«)

I (ъ л _ АбС^г)

—+ 1УГ

21 ¡уХк,.)

со; Г с

г сил '^М-чг п- л ,

в' ~ ~ жЛи^л*' (59)

где В|* и (В(*У- ширина образца и значение ее первой производной в точке крепления инерционного груза

Для реализации разработанного метода изготовлены образцы, см. рис.21, характеристики которых представлены в табл.1.

Рис. 21. Образец для испытания полимерных покрытий

Табл.1 Характеристики образцов

Номер Длина Толщина Ширина Ширина Масса Момент Частота

образца балки, образца. в корне конца груза, инерции колебаний.

1, м мм балки. балки, М, кг груза, Гц

В(о), м В(/). м кгхм

1 0,4 0,855x10 0,0711 0,0058 1,970 0,0158 16

2 0,3 0,987x10 0.0551 0,0074 1,377 0,0102 32

3 0,3 1,129x10 0,0652 0.0060 0,595 0,0032 63

4 0,25 1,036x10 0,0704 0,0048 0,188 0.0006 125

Исследовано влияние состава, амплитуды относительной деформации, частоты колебаний и пониженной температуры на демпфирующие характеристики ряда клеевых композиций, долгие годы используемых в судостроении и судоремонте. На рис. 22 показано изменение величины декремента колебаний от амплитуды относительной деформации клеевых композиций типа «Спрут», а на рис. 23 - от частоты колебаний клеевой композиции «Спрут-9М».

* 25 »о « 1 20 га VD си § 15 Рассейние энергии как функция амплитуды относительной деформации

---1ЛЛ---™ _ 18,5

X ь I 10 О) а. —-—Tis

9,5 9,8 ......ГОД...............-.............. 9,5

о) 5 Ч "- 5,6

5 10 15 20 25 30

¡—ряд 1-й 13 13,7 13,6 14,5 16 20

| —ряд 2-й 9,5 9,8 10,4 11,8 14,2 18,5

[— ряд 3-й 5,5 5,6 6,5 7,5 9,5

Рис. 22. Зависимость декремента для клеевых композиций

толщиной 4 мм: ряд 1-й - «Спрут-9М»; ряд 2-й - «Спрут -5М»; ряд 3-й - «Спрут-МП»

2 35 1 30 | 25 | 20 г и 1 10 о. 4 5 0 ———-

20 —--~--20

16 32 63 125

—ряд 1-й 13,5 17,5 20 22

—ряд 2-й 20 24,5 27,5 30

—ряд 3-й 27,5 32 35 38

Рис. 23. Зависимость декремента 3 = /(<у) для клеевой композиции «Спрут-9М» при уровне относительной деформации еа соответственно: Ряд1 -1 • 10~4; Ряд2 - 3 • 10~4; РядЗ - 6 • 10~4

Разработана методика исследования динамических характеристик материала покрытий при заданной частоте колебаний и совместном действии нормальных и касательных напряжений. Методика позволяет определять оптимальные демпфирующие характеристики при создании трехслойных конструкций. Исследовано влияние температуры на прочностные и диссипативные характеристики покрытий, разработанных на основе клеевых композиций. Разработана методика определения адгезионной прочности клеевых композиций при совместном действии нормальных и касательных напряжений. Получены технические решения по испытанию полимерных материалов и покрытий на действие ударной нагрузки.- Исследованы диссипативные характеристики использованных в судоремонте полиэфирных и эпоксидных клеевых композиций и покрытий на их основе при изгибных и крутильных колебаниях и даны рекомендации по их применению.

Основные результаты диссертационной работы

1. Научно-методические основы проектного обеспечения нормативных характеристик вибрации на судах промыслового флота.

2. Системный анализ основных элементов судна и его конструкции корпуса и оценка их влияния на величины моментов инерции конструктивного мидель-шпангоута РТМС, БМРТ и средних промысловых судов. Математические модели для проектного определения моментов инерции и аппликаты нейтральной оси конструктивного мидель-шпангоута РТМС, БМРТ, СРТ и СТМ.

зависимости изменения частот собственных колебаний корпуса от влияния деформации сдвига и номера тона для РТМС, БМРТ, СРТ и МРТР. Функциональные зависимости для определения частот высших тонов собственных колебаний корпуса по частоте пёрвого тона для всего размерного ряда промысловых судов.

4. Методика расчетно-инструментального мониторинга, включающая логико-математическую модель и алгоритмы расчетных и натурных исследований. Результаты расчетов частот собственных колебаний палубных перекрытий БМРТ типа «ПРОМЕТЕЙ», с использованием метода конечных элементов. Результаты анализа доминантных гармоник возмущающих сил на промысловых судах и инструментальных замеров параметров вибрации в жилых помещениях УПС «ПРИЗВАНИЕ» (для режимов траления и свободного хода при двух вариантах загрузки масс), и СРТМ пр. 502 (для режима свободного хода со 100% груза). Результаты инструментальных замеров параметров вибрации на УПС «ПРИЗВАНИЕ» и СРТМ пр. 502.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

Публикации в изданиях Перечня ВАК РФ:

1. Влияние наполнителей на прочностные характеристики клеев / C.B. Буйлов, C.B. Дятченко, С.И. Корягин // Пластические массы. - М., 1985. - №7. - С. 58-59 (автор - 30%).

2. Влияние низких температур на демпфирующие характеристики полимерных покрытий / С.И. Корягин, C.B. Дятченко // Пластические массы. - М., 1997. - № 1. -С. 8-10 (автор - 50%).

3. Оценка влияния загрузки промыслового судна на вибрационные условия обитаемости / C.B. Дятченко // Труды НТО судостроителей им. акад. А.Н. Крылова / Мор Вест. - СПб., 2005. - №1(3). - С. 15-16 (автор-100%).

4. Результаты исследования вибрационного состояния крупных и больших промысловых судов / C.B. Дятченко, С.В.Тананыкин, A.A. Королев // Труды НТО судостроителей им. акад. А.Н. Крылова / Мор Вест. - СПб., 2008. - №3(27). - С. 111115 (автор-40%).

5. Определение основных элементов и характеристик средних рыболовных траулеров на начальных этапах проектирования /C.B. Дятченко, Н.Х. Лыонг // Вестник АГТУ. Морская техника и технология. - Астрахань, 2009. - №1. -С. 38 - 43 (автор-50%).

6. Оценка параметров общей прочности и вибрации при размерной модернизации рыболовных судов /C.B. Дятченко, H.C. Овсеев C.B. Тананыкин // Труды НТО судостроителей им. акад. А.Н.Крылова / Мор Вест. - СПб., 2009. -№4(32). - С. 112-114 (автор-35%).

7.0ценка влияния конструкции корпуса и загрузки промыслового судна на его вибрационные характеристики / В.В. Бородин, В.П. Куликов, C.B. Дятченко // Труды НТО судостроителей им. акад. А.Н. Крылова / Мор Вест. - СПб., 2007. -№3(6). - С. 40-45 (автор-50%).

8. Прогнозирование параметров общей вибрации корпуса рыболовного судна / C.B. Дятченко // Судостроение. - СПб., 2009. - № 4. - С.- 15-19 (автор-100%).

9. Математическая модель для определения основных проектных характеристик средних рыболовных траулеров / C.B. Дятченко, Н.Х. Лыонг II Вестник АГТУ. Морская техника и технология. - Астрахань, 2009. - №2.. - С. 19-25 (автор-50%).

- Статьи, труды, авторские свидетельства, автореферат, учебные пособия:

10. Разработка метода и определение динамических характеристик полимерных вибропоглощающих покрытий: автореф. дисс. на соиск. степ. канд. техн. наук / C.B. Дятченко. - Киев, 1988. - 17 с.

11. Расчетное проектирование днищевых перекрытий промысловых судов / C.B. Дятченко, Б.И.Пименов А.Е.Элкснис // Известия КГТУ. - Калининград, 2005.

- №7. - С. 111-115 (автор - 40%).

12.0ценка влияния уменьшения толщины листов корпуса судна на его вибрационные и прочностные характеристики /C.B. Дятченко, A.A. Королев // Известия КГТУ. - Калининград. - 2005, №8. - С. 15-22 (автор-50%).

13. Комплексная модернизация как основной путь повышения экономической эффективности промысловых судов / C.B. Дятченко, Е.В. Маслюк, Н.С.Овсеев // Известия КГТУ. - Калининград, 2006. - №9. - С. 113-117 (автор - 35%).

14. Исследование влияния загрузки среднетоннажных промысловых судов на их вибрационные характеристики / C.B. Дятченко, C.B. Тананыкин // Известия КГТУ. - Калининград, 2007. - №11. - С. 152-157 (автор-50%).

15. Исследование влияния конструкции корпуса и загрузки промыслового судна на его вибрационные характеристики / C.B. Дятченко, C.B. Тананыкин // Известия КГТУ. - Калининград, 2007. - №12. - С. 36-41 (автор-50%).

16. Прогнозирование вибрационного состояния промысловых судов при их постройке и эксплуатации / C.B. Дятченко, C.B. Тананыкин // Известия КГТУ. -Калининград, 2008. - №13. - С. 94-104 (автор-50%).

17. Проектирование конструкций днищевых перекрытий промысловых судов с учетом требований снижения вибрации / C.B. Дятченко // Известия КГТУ. -Калининград, 2008. - №14. - С. 109-117 (автор-100%).

18. Пути повышения эффективности эксплуатации промысловых судов за счет размерной модернизации / Н.С. Овсеев, C.B. Дятченко // Известия КГТУ. -Калининград, 2009. - №15. - С. 114-119 (автор-50%).

19. Методика проектирования промысловых судов, соответствующих заданному вибрационному состоянию / C.B. Дятченко // Известия КГТУ. -Калининград, 2009. - №15. - С. 108-113 (автор-100%).

20. Оценка параметров общей прочности и вибрации на ранних этапах проектирования средних рыболовных траулеров / C.B. Дятченко, Н.Х. Лыонг // Известия КГТУ. - Калининград, 2009. - №16. - С. 68-73 (автор-50%).

21. Определение общих закономерностей появления повышенной вибрации на больших рыболовных траулерах типа «ПРОМЕТЕЙ» / C.B. Дятченко // Известия КГТУ. - Калининград, 2009. - №16. - С. 74-82 (автор-100%).

22. Определение основных элементов конструкции корпуса рыболовного судна с учетом требований обеспечения прочности и недопущения вибрации / C.B. Дятченко, Н.С. Овсеев, Н.Х. Лыонг // Известия КГТУ. - Калининград, 2010. - №17. -С. 99-103 (автор- 35%).

23. Проектная оценка общей прочности и вибрации на начальной стадии проектирования рыболовного судна / C.B. Дятченко, Н.Х. Лыонг, C.B. Тананыкин // Известия КГТУ. - Калининград, 2010. - №18. - С. 210-219 (автор- 35%).

24. Динамические свойства полимерных покрытий / C.B. Буйлов, C.B. Дятченко, С.И. Корягин И Вибрационные машины и технологии. - Курск, 2003. -С. 309-312 (автор 35%).

25. Исследование влияния гребных винтов на вибрацию судов типа СРТМ / C.B. Дятченко, В.Р. Загацкий, B.C. Пухов: сборник научных трудов NR 1(73) EXPLO-SHIP 2004 / Щецин, 2004. - С. 171-179 (автор 50%).

26. Исследование вибрационных условий обитаемости жилых помещений промысловых судов / C.B. Дятченко, В.Р. Загацкий, B.C. Пухов: сборник научных трудов NR 5(77) OMiUO 2005. - Щецин, 2005. - С. 215-226 (автор-50%).

27. Оценка влияния конструктивного исполнения и загрузки промыслового судна на вибрационные условия обитаемости / C.B. Дятченко, В.Р. Загацкий, B.C. Пухов: сборник научных трудов EXPLO-SHIP 2006. - Щецин, 2006. - С. 69-79 (автор 50%).

28. Проектирование рыболовных судов соответствующих заданному вибрационному состоянию / C.B. Дятченко, В.Р. Загацкий, B.C. Пухов //

SCIENTIFIC JOURNALS Maritime University of Szczecin 2009. - Szczecin, ZESZYTY NAUKOWE Akademia Morska w Szczecinie, 2009. - 17(89). - C. 32-37. (автор 50%).

29. Оценка источников вибрации на крупных и больших рыболовных судах / C.B. Дятченко, В.Р. Загацкий, B.C. Пухов // Надежность и эффективность технических систем: международный сборник научных трудов / Изд-во ФГОУ ВПО «КГТУ». - Калининград, 2010. - С. 27-34.

30. Проектирование промысловых судов с улучшенными вибрационными характеристиками / C.B. Дятченко // Юбилейный сборник научных трудов факультета судостроения и энергетики Калининграда / Изд-во КГТУ. -Калининград, 2004.- С. 142-146 (автор 100%).

31. Комплексная модернизация больших промысловых судов с целью повышения их экономической эффективности / C.B. Дятченко, Е.В. Маслюк, H.C. Овсеев // Современные технологии в кораблестроительном и энергетическом образовании, науке и производстве: Всесоюзная научно-техническая конференция: материалы НГТУ им. P.E. Алексеева. - Нижний Новгород, 2006. - С. 19-25 (автор -35%).

32. Исследование влияния нагрузки промысловых судов на их вибрационные характеристики / C.B. Дятченко, C.B. Тананыкин // Современные технологии в кораблестроительном и энергетическом образовании, науке и производстве: Всесоюзная научно-техническая конференция: материалы НГТУ им. P.E. Алексеева. - Нижний Новгород, 2006. - С. 419-424 (автор - 50%).

33. Прогнозирование параметров местной вибрации палубных перекрытий рыболовных судов / C.B. Дятченко, C.B. Тананыкин // Современные технологии в кораблестроительном и энергетическом образовании, науке и производстве: Всесоюзная научно-техническая конференция: материалы НГТУ им. P.E. Алексеева. - Нижний Новгород, 2009. - С. 96-99 (автор - 50%).

34. Прогнозирование параметров общей вибрации рыболовного судна / C.B. Дятченко, C.B. Тананыкин // Современные технологии в кораблестроительном и энергетическом образовании, науке и производстве: Всесоюзная научно-техническая конференция: материалы НГТУ им. P.E. Алексеева. - Нижний Новгород, 2009. - С. 259-264 (автор - 50%).

35. Демпфирующие свойства листовых материалов с нанесенными армированными полимерными покрытиями / C.B. Дятченко, С.И. Корягин, А.П. Яковлев // Проблемы прочности. - Киев, 1986. - №4, С. 114-118 (автор 40%).

36. Влияние низких температур на демпфирующие свойства полимерных покрытий из клеевых композиций «СПРУТ» / C.B. Дятченко, А.П. Яковлев // Проблемы прочности. - Киев, 1989. - №5. - С. 102-105 (автор 50%).

37. К методике определения динамических характеристик материалов демпфирующих покрытий / C.B. Буйлов, C.B. Дятченко, С.И. Корягин А.П. Яковлев // Проблемы прочности. - Киев, 1988. - №11. - С. 115-117 (автор 30%).

38. Методика испытания прочности клеевых соединений при совместном действии нормальных и касательных напряжений / C.B. Буйлов, Е.А. Власенко, C.B. Дятченко, А.Ф. Шабанов // Проблемы прочности. - Киев, 1989. - №4 - С. 112113 (автор 30%).

39. Методика определения демпфирующих характеристик полимерных покрытий при изгибных колебаниях / C.B. Буйлов, C.B. Дятченко, А.П. Яковлев // Проблемы прочности. - Киев, 1990. - №2. - С. 107-110 (автор- 40%).

40. Исследование демпфирующих свойств полимерных материалов при изгибных колебаниях / А.П. Яковлев, C.B. Дятченко // Рассеяние энергии при колебаниях механических систем: Материалы XIV Республиканской научной конференции / Наукова Думка. - Киев, 1989. - С. 214-217 (автор-50%).

41. Методика исследования демпфирующих свойств полимерных материалов при совместном действии нормальных и касательных напряжений / C.B. Дятченко, А.П. Яковлев // Российскому флоту 300 лет: сборник научных трудов / КГТУ. -Калининград, 1996. - С. 222-229 (автор 50%).

42. Расчет характеристик упругости (модуля упругости) материалов покрытий при изгибных колебаниях слоистых стержней I C.B. Дятченко, А.П. Яковлев // Российскому флоту 300 лет: сборник научных трудов / КГТУ. - Калининград, 1996. - С. 238-242 (автор 50%).

43. Методика определения частот собственных колебаний корпусов промысловых судов / C.B. Дятченко, C.B. Тананыкин // V международная научная конференция « ИННОВАЦИИ В НАУКЕ И ОБРАЗОВАНИИ - 2009»: сборник научных трудов. - Калининград. - 2009. - Часть 2. - С. 20-21(автор - 50%).

44. Оценка местной вибрации палубных перекрытий корпуса рыболовного судна / C.B. Дятченко, C.B. Тананыкин // Сборник тезисов докладов конференции по строительной механике корабля, посвященной памяти профессора П.Ф. Папковича / ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова. - СПб., 2009. - С. 113-114 (автор-50%).

45. Методическое обеспечение и комплекс технических мероприятий, направленных на улучшение вибрационных условий в обитаемых помещениях рыболовных судов / C.B. Дятченко // VII юбилейная международная научная конференция « ИННОВАЦИИ В НАУКЕ И ОБРАЗОВАНИИ - 2009»: сборник научных трудов. - Калининград. - 2009. - 4.2. - С. 27-29 (автор-100%).

46. Расчетное исследование вибрации палубных перекрытий на БМРТ типа «ПРОМЕТЕЙ» / C.B. Дятченко, C.B. Тананыкин // VII юбилейная международная научная конференция « ИННОВАЦИИ В НАУКЕ И ОБРАЗОВАНИИ - 2009»: сборник научных трудов. - Калининград. - 2009. - 4.2. - С. 29-31(автор - 50%).

47. Разработка методического обеспечения и комплекса технических мероприятий по улучщению вибрационных условий обитаемости на промысловых судах / C.B. Дятченко, Н.С. Овсеев // IV международная научная конференция «ИННОВАЦИИ В НАУКЕ И ОБРАЗОВАНИИ - 2006»: сборник научных трудов. -Калининград. - 2006. - 4.2. - С. 19-21 (автор - 60%).

48. Оценка влияния доминирующих факторов на изменение частот собственных колебаний больших и крупных рыболовных траулеров / C.B. Дятченко, C.B. Тананыкин, Н.С. Овсеев // VIH международная научная конференция, посвященная 80-летию образования университета « ИННОВАЦИИ В НАУКЕ И ОБРАЗОВАНИИ - 2010»: сборник научных трудов. - Калининград. -2010. - Часть 2. - С. 197-200 (автор - 40%).

49. Оценка влияния доминирующих факторов на изменение частот собственных колебаний средних рыболовных траулеров / C.B. Дятченко, C.B. Тананыкин, Н.Х. Лыонг // VIII международная научная конференция, посвященная 80-летию образования университета « ' ИННОВАЦИИ В НАУКЕ И ОБРАЗОВАНИИ - 2010»: сборник научных трудов. - Калининград. - 2010. -Часть 2. - С. 194-197 (автор - 40%).

50. Рекомендации (организационно-технические и лечебно-профилактические) по улучшению виброакустической обстановки на супертраулерах типа «ПРОМЕТЕЙ» / И.И. Варенников, C.B. Дятченко, В.П. Зайцев, Л.Г. Нехорошкина, Ю.А. Короткин, С.А. Радзиевский, H.A. Струнилин //МРХ СССР, КТИРПиХ, НИИ ГВТ. - Калининград, 1982. - 40 с (автор-25%).

51. Способ исследования демпфирующих свойств материалов при поперечных колебаниях. A.c. 1363004 СССР, МКИ G 01 N 3/32 Бюл. №48 (в соавторстве с C.B. Буйловым, С.И. Корягиным, А.П. Яковлевым).

52. Способ определения модуля упругости материала. A.c. 1416891 СССР, МКИ G 01N 3/32 Бюл. №30 (в соавторстве с C.B. Буйловым, А.П. Яковлевым).

53. Устройство для определения прочности адгезионных соединений. A.c. 1337736 СССР, МКИ G 01 N 19/04 Бюл.№34 (в соавторстве с C.B. Буйловым, Е.А. Власенко).

54. Способ определения прочности адгезионного соединения, A.c. 1357801 СССР, МКИ G 01 N 19/04 Бюл. №45 (в соавторстве с C.B. Буйловым, С.И. Корягиным).

55. Установка для динамических испытаний изделий. A.c. 1169430 СССР, МКИ G 01 M 7/00 Бюл. №27 (в соавторстве с C.B. Буйловым, С.И. Корягиным, Б.А. Ляшенко).

56. Установка для испытания изделий на ударное воздействие. A.c. 1077448 СССР, МКИ G 01 M 7/00 Бюл. №8 (в соавторстве с C.B. Буйловым, С.И. Корягиным, Б.А. Ляшенко).

57. Установка для испытаний объектов на воздействие ударной нагрузки. A.c. 993079 СССР, МКИ G 01 M 7/00 Бюл. №4 (в соавторстве с C.B. Буйловым, С.И. Корягиным, Б.А. Ляшенко).

58. Установка для ударных испытаний изделий. A.c. 1056714 СССР, МКИ G 01 M 7/00 Бюл. №4 (в соавторстве с C.B. Буйловым, С.И. Корягиным, Б.А. Ляшенко).

59. Ремонт корпусных конструкций с применением полимерных материалов: учебное пособие рекомендовано УМО по образованию в области кораблестроения и океанотехники для студентов высших учебных заведений / А.П. Иванов, C.B. Дятченко // Изд-во ФГОУ ВПО «КГТУ». - Калининград, 2005. - 180 с (автор -50%).

60. Технология изготовления корпусов судов из полимерных композиционных материалов: учебное пособие. Рекомендовано УМО по образованию в области кораблестроения и океанотехники для студентов высших учебных заведений / C.B. Дятченко, А.П. Иванов // Изд-во ФГОУ ВПО «КГТУ». - Калининград, 2007. -156 с (автор-50%). '

Подписано в печать 18.10.2011. Формат 60 х 84 Vi6. Бумага офсетная. Печать офсетная. Уч.-изд. л. 2,0. Тираж 100 экз. Заказ 712.

Нижегородский государственный технический университет им. P.E. Алексеева.

Типография НГТУ. Адрес университета и полиграфического предприятия: 603950, г. Нижний Новгород, ул. Минина, 24.

Похожие работы

Кораблестроение
05.08.00