Пред.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358 359 360 361 362 363 364 365 366 367 368 369 370 371 372 373 374 375 376 377 378 379 380 381 382 383 384 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 395 396 397 398 399 400 401 402 403 404 405 406 407 408 409 410 411 412 413 414 415 416 417 418 419 420 421 422 423 424 425 426 427 428 429 430 431 432 433 434 435 436 437 438 439 440 441 442 443 444 445 446 447 448 449 450 451 452 453 454 455 456 457 458 459 460 461 462 463 464 465 466 467 468 469 470 471 472 473 474 475 476 477 478 479 480 481 482 483 484 485 486 487 488 489 490 491 492 493 494 495 496 497 498 499 500 501 502 503 504 505 506 507 508 509 510 511 512 513 514 515 516 517 518 519 520 521 522 523 524 525 526 527 528 529 530 След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO
2. НАГРУЗКИ, ВЫЗЫВАЮЩИЕ КОЛЕБАНИЯ СУДОВЫХ КОНСТРУКЦИЙЦелесообразно выделить три вида нагрузок, вызывающих установившиеся и неустановившиеся колебания судовых конструкций и корпуса в целом: 1) нагрузки, связанные с неполной уравновешенностью главных и вспомогательных механизмов, с дефектами изготовления гребных винтов, неточностями центрирования и монтажа гребных валов; 2) нагрузки, связанные с работой гребных винтов вблизи корпуса; 3) нагрузки, вызванные воздействием на судно морского волнения. Нагрузки первого вида. В качестве главных двигателей на современных судах используют турбины или многоцилиидровые дизели. В таких механизмах достигается высокая степень уравновешенности, и они создают весьма незначительные вибрационные нагрузки. Судно всегда испытывает вибрацию с частотой, соответствующей частоте вращения гребного вала. Ее основные причины — гидродинамическая несбалансированность гребного винта и дефекты изготовления валопровода. Гидродинамическая несбалансированность гребного винта вызывается различиями в форме и размерах отдельных его лопастей и, следовательно, в величине профильного сопротивления лопастей и развиваемого ими упора. Вследствие этих различий на гребной винт действуют неуравновешенные гидродинамическая сила и момент, векторы которых перпендикулярны оси гребиого вала. Вращаясь вместе с валом, эти сила и момент, передающиеся через подшипники на корпус, создают периодическую нагрузку, изменяющуюся с частотой, соответствующей частоте вращения гребиого виита. К вибрационной нагрузке такой же частоты приводят также неточности, допускаемые при изготовлении гребного вала. Упомянутые дефекты гребного винта и валопровода имеют случайный характер, и соответствующая им вибрационная нагрузка может быть оценена с использованием нормативных требований к точности изготовления и монтажа движительного комплекса судна [2]. К рассматриваемому виду следует также отиести вибрационные нагрузки, появляющиеся вследствие действия опрокидывающих моментов и активных сил в судовых дизелях. Эти нагрузки возбуждают незначительную вибрацию судна на частотах, кратных частоте вращения гребного вала. В целом, соблюдение требований к качеству изготовления и монтажа механизмов, валопроводов и гребных винтов обеспечивает с высокой вероятностью, что вибрационная нагрузка первого вида не превзойдет допустимую [10]. Нагрузки второго вида — наиболее существенные источники вибрации судовых конструкций, Вибрационные нагрузки, возбуждаемые идеальным гребным винтом, работающим за корпусом, можно разделить: а) на нагрузки вследствие изменения упора и профильного сопротивления лопасти в течение каждого оборота винта, что обусловлено неравномерностью поля скоростей потока, набегающего на винт, и экранизирующим влиянием корпуса; эти нагрузки передаются на корпус через подшипники; б) на нагрузки, возбуждаемые также работающим винтом, и определяемые давлениями на поверхности корпуса и выступающих частей судна. Неоднородность потока, набегающего на винт, создается вследствие нескольких причин, среди которых главную роль играет так называемый попутный поток за корпусом — вызываемое движением судна сложное поле скоростей. Это поле имеет как регулярную составляющую, обусловленную потенциальной частью потока, так и случайную, связанную с турбулентностью, вызванной влиянием пограничного слоя судна. Осевая
Рис. 1 Осевую составляющую удобно представить в виде
где В качестве примера на рис. 1 показаны изменения составляющих поля скоростей попутного потока за один оборот лопасти двухвинтового судна. Величины соответствуют точкам на окружности радиуса Функции
При вращении лопасти винта каждая После обращения определение периодической нагрузки на винт сводится к задаче окружных и осевых гармонических колебаний лопастей в однородном потоке жидкости. При решении такой задачи лопасть следует рассматривать как закрученное относительно толстое крыло конечного размаха и сложной формы в плане и, кроме того, учитывать эффект решетки. Решение подобных задач отличается значительной сложностью, поэтому при расчетах находят применение различные приближенные методы. Для получения приближенных решений применяют гипотезу стационарности и принимают допущение о двумерном обтекании лопасти и замене ее тонкой колеблющейся пластинкой [2, 15, 19, 22]. Экранизирующее влияние корпуса приводит к дополнительным периодическим изменениям нагрузки на лопасть винта, поскольку при вращении меняется расстояние лопастей от корпуса. Приближенный учет этого обстоятельства выполняется с помощью упрощенного представления формы экрана, например, при замене корпуса бесконечной пластиной [2]. Периодическая составляющая нагрузки на гребной винт с достаточной для практических целей точностью может быть представлена как моногармоническая, изменяющаяся с частотой Динамическая нагрузка на гребной винт наряду с рассмотренной детерминированной имеет случайную составляющую, связанную с влиянием морского волнения, качки судна и турбулентности попутного потока, Расчет статистических характеристик этой составляющей нагрузки возможен на основе спектральных методов, однако весьма трудоемок и в настоящее время еще не достаточно разработан. Нелинейные эффекты, обусловленные выходом лопастей из воды при качке судна и кавитацией, значительно усложняют задачу определения динамической нагрузки на винт. Возмущающая нагрузка второго из отмеченных выше типов, связанных с работой идеального гребного винта за корпусом, имеет вполне детерминированный характер и рассчитывается с использованием имеющихся решений задачи о движении лопасти винта вблизи экранов, создаваемых корпусом судна и выступающими частями [15, 19, 22]. В целом расчеты возмущающей нагрузки второго вида имеют низкую точность вследствие приближенности определения поля скоростей набегающего потока, неучета истинной геометрии винтов и экранов, влияния нелинейных факторов. Поэтому важны натурный и модельный эксперименты. Нагрузки третьего вида. Динамические нагрузки, связанные с воздействием на судно морского волнения, можно разделить: а) на нагрузки, линейно зависящие от кинематических параметров волнения; б) на нагрузки, определяемые нелинейными эффектами (выходом оконечности судна из воды при качке и последующим ударом днища, погружением носовой оконечности в воду до уровня, на котором имеется значительный развал шпангоутов, заливанием палубы, ударами воли в борта судна и кормовую оконечность). При определении нагрузок третьего вида морское волнение представляется как последовательность стационарных процессов, спектральная плотность которых зависит от интенсивности волнения, характеризуемой высотой волн
Поскольку упругие колебания корпуса вызываются высокочастотными составляющими спектра волнения, расчет амплитудно-частотной характеристики вибрационной нагрузки первого из отмеченных выше типов производится на основе следующих допущений [3]: а) судно не испытывает качки, а его поступательная скорость изменяет лишь частоту нагрузки и не сказывается на ее величине; б) принимаются во внимание только две составляющие: нагрузка, зависящая от давлений в волнах, не возмущенных присутствием судна, и инерционная часть нагрузки, связанной с дифракцией волн возле судна; в) гидродинамические усилия для каждого сечения судна определяются из решения двумерной задачи. При движении судна навстречу синусоидальным волнам интенсивность нагрузки на корпус может быть найдена по приближенной зависимости
где X — длина волны; Абсцисса х отсчитывается от середины длины судна (связанная с судном и неподвижная системы координат показаны на рис. 2). Частота нагрузки со связана со скоростью судна
где
Рис. 2
Рис. 3 Значения коэффициента и можно определять по рис. 3 в зависимости от отношений
где V — объем;
Рис. 4
Рис. 5 Коэффициент 1. Значения коэффициента при (см. скан) При расчете вибрации, вызываемой нагрузкой
где
где
После определения Необходимое условие появления нагрузок второго типа при движении навстречу Двумерным волнам
где Во многих случаях, например при изучении ударов днищем о воду, помимо необходимого условия (8) должно быть сформулировано дополнительное (достаточное) условие, поскольку удар следует не за каждым выходом носовой оконечности из воды. В качестве дополнительного может быть в этих случаях использовано условие превышения некоторого порогового значения относительной скорости
Величины Процессы
Рис. 6
Рис. 7
Рис. 8 Амплитуды относительных смещений и скоростей подчиняются закону распределения Рэлея, что позволяет найти вероятность появления рассматриваемой нагрузки (вероятность удара) на данном стационарном режиме волнения;
где Средний интервал между ударами
Определение закона распределения нагрузок второго типа связано с преодолением значительных трудностей из-за нелинейности процесса нагружения. Известные в настоящее время решения [4] имеют низкую достоверность и пока не проверены на практике. В практических расчетах применяется условный метод, в рамках которого определяется ударная нагрузка для некоторых экстремальных условий. При этом реальное волнение заменяется регулярным с длиной волны, равной длине судна, и высотой, составляющей нормированную долю длины. Рассчитываются качка судна, скорости и перемещения сечений судна относительно невозмущениой поверхности волны. Динамическая нагрузка определяется на основе известных приближенных решений двумерной задачи о погружении тел в жидкость [17].
|
1 |
Оглавление
|