Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Проектирование и конструкция судов

Диссертационная работа:

Доан Ким Тхай. Определение расчетных волновых нагрузок при проектировании конструкций корпуса судна : диссертация... кандидата технических наук : 05.08.03 Санкт-Петербург, 2007 205 с. РГБ ОД, 61:07-5/3492

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 4

1 ОЦЕНКА ВОЛНОВЫХ НАГРУЗОК НА ОСНОВЕ НОРМАТИВНЫХ ДОКУМЕНТОВ КЛАССИФИКАЦИОННЫХ УЧРЕЖДЕНИЙ 16

1Л Общие замечания 16

1,2 Обобщенные формулы для линейных волновых нагрузок 21

13 Нормирование нагрузок, обусловленных днищевым и бортовым слемингом 30

1,4 Анализ результатов расчета по нормативным документам и по Нормам прочности 37

2 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ДЛЯ МЕТОДОВ ПРЯМОГО РАСЧЕТА ВОЛНОВЫХ НАГРУЗОК НА НЕРЕГУЛЯРНОМ ВОЛНЕНИИ 51

2.1 Общие положения. Современное состояние проблемы определения волновых нагрузок на нерегулярном волнении прямым расчетом 51

2.2 Основные положения математической модели определения линейных волновых нагрузок на нерегулярном волнении с использованием спектральной теории 62

2.3 Краткое описание математической модели поведения корпуса на нерегулярном волнении па основе имитационного моделирования 71

2.4 Общая постановка задачи прогнозирования волновых нагрузок на регулярном волнении 74

3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЛНОВЫХ НАГРУЗОК НА РЕГУЛЯРНОМ ВОЛНЕ НИИ, ПОЛУЧЕНИЕ АЧХ ВОЛНОВЫХ ПЕРЕРЕЗЫВАЮЩИХ СИЛ И ИЗГИБАЮЩИХ МОМЕНТОВ 82

3.1 Предлагаемая математическая модель оценки линейных волновых нагрузок, действующих на корпус судна на регулярном волне нии 82

3.1.1 Общие замечания 82

3.1.2 Основные зависимости для получения амплитудно-частотных характеристик вертикальной волновой перерезывающей силы и вертикального волнового изгибающего момента в сечениях корпуса 85

3.2 Определение нелинейных нагрузок, обусловленных слемингом и заливанием палубы на регулярном волнении 91

3.2.1 Общие замечания 91

3.2.2 Определение гидродинамической силы сопротивления погружению непрямостенных сечений корпуса судна в жидкость на основе уравнения Лагранжа 94

3.2.3 Нагрузки при заливании палубы 1^2

3.3 Определение дополнительных динамических перемещений при слемингеизаливаемости jqc

3.4 Динамические изгибающие моменты в сечениях корпуса судна на регулярном волнении, обусловленные воздействием нагрузки при слемнпге и заливании палубы ] 12

3.5 Приближенный метод линеаризации для прогнозирования изгибающих моментов, обусловленных слемингом и заливаемостью на нерегулярном волнении па основе спектрального подхода ц^

4 ОПИСАНИЕ АЛГОРИТМА ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА- АНА ЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТОВ 117

4.1 Алгоритм математической модели метода прямого прогнозирования величин волновых нагрузок. Краткое описание программного комплекса, реализующего расчет 117

4.2 Результаты расчета качки и волновых нагрузок в линейной постановке 124

43 Анализ результатов расчета динамических изгибающих моментов в сечениях корпуса при слеминге и заливаемости, а также сум марных изгибающих моментов 146

4.4 Сопоставительный анализ результатов прямых расчетов с норма тивными документами Классификационных обществ и Нормами прочности 187

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 200

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 201 

Введение к работе:

Актуальность темы. Современные тенденции развития мирового транспортного судостроения характеризуются интенсивностью и специализацией использования судов, многообразием архитектурно-конструктивных типов судов и, как следствие, разнообразием возможных конструктивных решений Повышаются требования к эффективности принимаемых конструктивных решений, которые связаны с необходимостью детального технического и экономического анализа вариаций принимаемых проектных решений, с борьбой за снижение аварийности судов, с необходимостью создания конкурентоспособной продукции и тд Отмеченные факторы с одной стороны, уменьшают возможность прямой экстраполяции опыта эксплуатации на вновь строящиеся суда С другой стороны приводят к необходимости более глубокого изучения физики явлений, возникающих при эксплуатации судов, то есть требуют широкого внедрения расчетных методов в практику проектирования и проверки прочности судовых конструкций

Разработка таких методов необходима как для дальнейшего совершенствования и осмысления требований правил классификационных обществ, так и для прямого использования при проектировании и проверке прочности корпусов судов новых типов, конструкции которых не охвачены действующими правилами, а также для исследовательского проектирования, которое широко развивается в настоящее время Большое место при этом занимает решение задач, связанных с определением расчетных внешних нагрузок, действующих на корпус в условиях реального нерегулярного волнения

Степень разработанности ряда вопросов, касающихся методов оценки нагрузок, обусловленных воздействием волнения на корпус, до настоящего времени еще недостаточна для исчерпывающего решения проблемы внешних усилий

Поэтому работа, посвященная рассмотрению вопросов, связанных с решением этой проблемы на современном уровне в рамках Системы автоматизированного параметрического проектирования (САППР) с учетом фактических особенностей архитектурно-конструктивного типа судна, а также реальных условий его эксплуатации, несомненно, является актуальной и представляет научный и практический интерес

Объект исследования - конструкции корпуса транспортных судов

Предмет исследования - математические модели расчета волновых нагрузок, действующих на корпус транспортных судов разных архитектурно-конструктивных типов в процессе эксплуатации, и вопросы приложения этих моделей к расчету линейных волновых нагрузок, действующих на корпус, и нелинейных нагрузок при днищевом, бортовом слеминге и накате волны на палубу, а также к оценке реакций корпуса на эти воздействия

Цель и задачи исследования. Целью работы является совершенствование методики прогнозирования величин расчетных волновых нагрузок на нерегулярном волнении с учетом явлений днищевого, бортового слеминга и заливания палубы для использования в рамках САППР при исследовательском проектировании, выполнении проверочных расчетов, при определении

безопасных условий плавания по различным параметрам с помощью борто вого компьютера

Для достижения поставленной цели требуется рассмотреть совокуп ность вопросов, которые могут быть сформулированы, как задачи исследо вания

  1. Выявление требований по определению волновых нагрузок, опреде ляющих общую прочность судовых конструкций, в нормативных документа различных классификационных учреждений Оценка этих требований для ряда транспортных судов различных типов и сравнительный анализ результатов,

  2. Развитие математической модели для учета влияния наката волны на верхнюю открытую палубу на величину волнового воздействия на нерегулярном волнении,

  3. Обоснование метода прямого расчета (direct calculation), модернизация и тестирование алгоритмов и программного обеспечения для прогнозирования линейных и нелинейных волновых нагрузок (при слеминге и заливании палубы) на нерегулярном волнении при едином подходе на основе корреляционного варианта спектральной теории волнения,

  4. Расчет стандартов, краткосрочных и долговременных распределений линейных волновых, нелинейных динамических и суммарных с учетом фазы действия изгибающих моментов в сечениях по длине корпуса, а также ряда других процессов для судов разных типов Оценка величин искомых процессов с заданной вероятностью превышения (обеспеченностью) Анализ зависимостей рассмотренных процессов от параметров волнения, характера движения судов и индивидуальных особенностей корпусов судов Оценка влияния упругости корпуса, слеминга в корме корпуса, заливания палубы,

  5. Сопоставительный анализ результатов расчета, полученных с использованием программного комплекса и по требованиям нормативных документов

Методы исследования. Для решения задач, поставленных в работе, потребовалось привлечение следующих методов исследования

Линейной гидродинамической теории качки - как аппарата для оценки кинематических параметров корпуса и волновых нагрузок в линейной постановке в предположении прямостенности корпуса в районе действующей ватерлинии и неограниченности осадки и высоты борта,

Комбинации метода Вагнера и энергетического метода на основе уравнения Лагранжа для решения задачи определения дополнительной нелинейной внешней нагрузки при бортовом и днищевом слеминге,

Метода Бубнова-Галеркина для решения задачи определения реакций корпуса при воздействии нагрузок в условиях наличия слеминга и заливания палубы в виде разложения общего перемещения в ряд по формам колебаний с сохранением двух форм перемещений корпуса как твердого тела и одной формы упругих колебаний,

Метода наименьших квадратов для задачи линеаризации при переходе к расчету нелинейных нагрузок с учетом нерегулярности волнения,

Спектральной теории линейных преобразований случайных процессов для расчета статистических характеристик волновых и динамических нагрузок на нерегулярном волнении,

Полновероятностной схемы для определения долговременных распределений нагрузок

Программное обеспечение решения поставленных задач реализовано с использованием аппарата объектно-ориентированного программирования в среде Borland Delphi, Digital Fortran и средств Microsoft Office и функционирует под управлением операционной Системы Windows/XP

Научная новизна работы состоит в следующем

  1. Выполнен сопоставительный анализ современных требований по определению волновых нагрузок, определяющих общую прочность судовых конструкций, в нормативных документах классификационных учреждений и получены численные оценки этих требований для ряда судов различных типов и размеров,

  2. Развита математическая модель, обоснован метод прямого расчета, выполнена модернизация и тестирование общего программного обеспечения для прогнозирования линейных и нелинейных волновых нагрузок (при слеминге и заливании палубы) на нерегулярном волнении при едином подходе на основе корреляционного варианта спектральной теории волнения Метод и программное обеспечение позволяют производить на стадии проектирования конструкций многовариантный анализ величин волновых нагрузок и других реакций корпуса на нерегулярном волнении,

  3. Выполнены расчеты краткосрочных и долговременных распределений линейных волновых, нелинейных динамических и суммарных с учетом фазы действия изгибающих моментов в сечениях по длине корпуса для судов разных архитектурно-конструктивных типов Получены расчетом величины указанных процессов с заданной обеспеченностью, которые сопоставлены с требованиями нормативных документов

  4. Дан анализ учета кормового слеминга и наката волны на верхнюю палубу на величину динамического и суммарного изгибающего момента в сечениях корпуса Также дана оценка влияния упругости корпуса и коэффициента корреляции динамического и волнового моментов

Практическая ценность работы определяется созданием алгоритмического и прикладного программного обеспечения, реализующего предложенный в диссертации метод прямого расчета и позволяющего производить в процессе проектирования корпуса судна численный эксперимент по оценке величин волновых изгибающих моментов в сечениях корпуса с учетом слеминга в носу и в корме судна и заливания палубы, а также других реакций корпуса, при вариации индивидуальных архитектурно-конструктивных параметров корпусов судов, вариантов распределения весовой нагрузки судна, условий плавания

На зашиту выносятся следующие основные результаты работы Метод прямого расчетного прогнозирования линейных волновых нагрузок, а также нагрузок при слеминге и заливании палубы на нерегулярном

волнении, базирующийся на математической модели, содержащей последо вательное рассмотрение линейной гидродинамической задачи качки судна и задачи оценки линейных волновых нагрузок, нелинейной задачи оценки ди намических погонных нагрузок при слеминге, нелинейной задачи оценки нагрузки при накате волны на палубу, задачи определения реакций корпуса судна на волновое воздействие Математическая модель обеспечивает единый подход к определению линейных и нелинейных по высоте волны нагрузок и реакций корпуса на нерегулярном волнении

Алгоритмы и прикладное программное обеспечение численной реализации предложенного метода для его использования в процессе проектирования корпуса транспортных судов, в частности, на базе САППР

Результаты численного моделирования и сопоставления с нормативными документами величин волновых нагрузок, представляющие собой основные закономерности зависимостей волновых, динамических и суммарных изгибающих моментов в сечениях корпуса судов различных архитектурно-конструктивных типов при вариации характеристик системы волнение-судно

Апробация работы. Основные положения и результаты докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях 1) «Конференция по строительной механике корабля памяти академика Ю А Шиманского», СПб ЦНИИ им акад А Н, Крылова, декабрь 2003г, 2) «Конференция по строительной механике корабля памяти академика ЮА Шиманского», СПб ЦНИИ им акад А Н Крылова, ноябрь 2006г, 3) «Четвертая международная конференция молодых ученых и специалистов по морским интеллектуальным технологиям - МОРИНТЕХ-ЮНИОР», ноябрь 2006г

Публикации. По теме диссертации опубликованы 4 научно-технические работы, из них 1 в соавторстве - доля автора 60% В изданиях из Перечня ВАК опубликована одна научная статья, выполненная без соавторов

Объем и структура работы. Работа состоит из введения, 4 глав и заключения, содержит 199 страниц основного текста (включая 70 рисунков и 16 таблиц), 2 страницы оглавления, список литературы из 70 наименований

Подобные работы
Тряскин Владимир Николаевич
Методология автоматизированного проектирования конструкций корпуса судна
Лам Ван Хунг
Методические основы, алгоритмы и программное обеспечение задач проектирования и контроля технического состояния конструкций корпуса судна
Хо Куанг Туан
Прогнозирование ударных волновых нагрузок на конструкции корпуса судна
Нан Вай
Расчетное проектирование конструкций машинного отделения по условиям вынужденной вибрации и металлоемкости
Козляков Виталий Витальевич
Вопросы проектирования корпусных конструкций судов-газовозов с мембранными и вкладными призматическими цистернами. Том 1
Петинов Сергей Владимирович
Обоснование расчетного проектирования судовых конструкций с учетом усталости
Францев Михаил Эрнстович
Разработка методики проектирования верхних строений малых судов на основе многослойных оболочковых конструкций
Кузнецова Татьяна Александровна
Обоснование конструкции корпуса танкеров внутреннего и смешанного плавания для повышения их безопасности при столкновении
Клименко Григорий Васильевич
Исследование путей повышения точности определения места судна по фазовой РНС "ДЕККА"
Клюева Светлана Федоровна
Совершенствование методов определения места судна с использованием судовых гидроакустических навигационных приборов

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net