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:

Бурменский Андрей Дмитриевич. Методика определения главных размерений безлюковых контейнеровозов на начальных стадиях проектирования : диссертация ... кандидата технических наук : 05.08.03 / Бурменский Андрей Дмитриевич; [Место защиты: Дальневост. гос. техн. ун-т].- Комсомольск-на-Амуре, 2009.- 230 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/2424

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ СИМВОЛОВ И СОКРАЩЕНИЙ 5

ВВЕДЕНИЕ 6

ГЛАВА 1. ОБЗОР И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. . . 10

  1. Этапы и тенденции развития контейнеровозов 10

  2. Развитие безлюковых контейнеровозов и анализ их эффективности 14

  3. Обзор'методов проектирования контейнеровозов 27

  4. Обзор методов расчета общей прочности судна 35

1.5. Постановка задачи исследования 39

ГЛАВА 2. ВЫБОР РАСЧЕТНОЙ МОДЕЛИ ТИПОВОЙ

КОНСТРУКЦИИ КОРПУСА БЕЗЛЮКОВОГО
КОНТЕЙНЕРОВОЗА 41

  1. Архитектурно-конструктивные особенности без люковых контейнеровозов '. 41

  2. Выбор расчетного варианта архитектурно-конструктивного типа безлюкового контейнеровоза 45

  3. Типовая расчетная модель конструкции корпуса безлюкового контейнеровоза 52

2.4. Выводы по главе 62

ГЛАВА 3. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ БЕЗ ЛЮКОВЫХ

КОНТЕЙНЕРОВОЗОВ 64

  1. Определение длины судна 64

  2. Определение ширины судна 73

  3. Особенности определения высоты надводного борта. Учет заливаемости судна 76

  4. Определение коэффициентов формы корпуса 86

  5. Определение мощности энергетической установки 89

3.6. Определение осадки судна. Уравнение нагрузки 92

  1. Особенности решения уравнения нагрузки 92

  2. Определение водоизмещения порожнем 94

  3. Определение дедвейта 100

  4. Определение независимых моделируемых масс 103

  5. Уравнение нагрузки в функции главных размерений . . 108

3.7. Выводы по главе 109

ГЛАВА 4. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА МОДУЛЬ-ЭЛЕМЕНТОВ НА

НАЧАЛЬНЫХ СТАДИЯХ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

БЕЗЛЮКОВОГО КОНТЕЙНЕРОВОЗА ПО

  1. Критерии жесткости при проверке прочности 111

  2. Метод модуль-элементов в применении к расчетам прочности безлюковых контейнеровозов на начальных. стадиях проектирования 114

4.2.1. Основные зависимости метода модуль-элементов .... 115

4.2.21 Типовой модуль-элемент безлюкового контейнеровоза . 119

  1. Выбор координатных функций 122

  2. Матрица жесткости призматического модуль-элемента . 125

  3. Матрица жесткости непризматического модуль-элемента 132"

  4. Матрица жесткости плоскостного модуль-элемента ... 134

  5. Матрица жесткости рамного модуль-элемента 139

4.3. Методика автоматизации расчетов НДС корпуса судна
методом модуль-элементов 142

  1. Принципы автоматизации разбиения корпуса судна на модуль-элементы и формирования матрицы индексов . . 144

  2. Автоматизация формирование общей матрицы жесткости 150

  3. Автоматизация формирование вектора обобщенных сил 159

4.4. Выводы по главе 163

ГЛАВА 5. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ И МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ БЕЗЛЮКОВЫХ КОНТЕЙНЕРОВОЗОВ НА НАЧАЛЬНЫХ СТАДИЯХ .... 165

5.1. Математическая модель проектирования 165

  1. Исходные принципы разработки математической модели начального проектирования БЛКВ 166

  2. Исходные данные и основные ограничения ММП БЛКВ 167

  3. Методика'определения.основных проектных элементов БЛКВ в первых приближениях 171

  1. Принципы оптимизационного проектирования на основе разработанной методики начального проектирования БЛКВ 174

  2. Реализация математической модели начального проектирования БЛКВ и обработка результатов исследования на тестовых примерах 180

  1. Программная реализация расчетной модели начального проектирования БЛКВ 180*

  2. Тестовый расчет по модели начального проектирования БЛКВ и анализ результатов 183

  3. Программная реализация методики автоматизации

расчета НДС корпуса судна ММЭ 186

5.3.4. Тестовый расчет НДС по ММЭ и анализ результатов . . 191

5.4. Выводы по главе 200

ЗАКЛЮЧЕНИЕ : 201

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 203

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Свидетельства о регистрации программ 215

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Листинги программных модулей ММП БЛКВ 218

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Акты внедрения 228

5 ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ СИМВОЛОВ И СОКРАЩЕНИЙ

L, В, Т, Н - главные размерения судна, соответственно, длина между перпендикулярами, ширина, осадка, высота борта соответственно; К— контейнеровместимость; прк> пкР> пяр ~ параметры контейнерного груза, соответственно,

количество контейнерных рядов по длине судна, количество контейнеров по ширине трюма, количество ярусов контейнеров;

х, у, z — декартовы координатные точки;

x,s - продольная и поперечная (контурная) координаты в методе модуль-элементов;

u(x,s), v(x,s), w(x,s) - перемещения, соответственно, продольное, поперечное касательное (контурное) и поперечное нормальное;

х, ss, со^, т - относительные деформации, соответственно, продольная, поперечная (контурная), угловая (сдвиговая), кручение;

U(x), V(x) - обобщенные перемещения метода модуль-элеменов;

- продольная, поперечная контурная и поперечная нормальная координатные функции метода модуль-элеменов;

нормальные и касательные напряжения;

Е, G - модуль упругости и модуль сдвига изотропного материала;

v - коэффициент Пуассона изотропного материала;

БЛКВ — безлюковый контейнеровоз;

АКТ — архитектурно-конструктивный тип;

Правила МРС - Правила классификации и постройки морских судов Российского Морского Регистра Судоходства;

ММЭ - метод модуль-элементов

МЭ - модуль-элемент;

ММП - математическая модель проектирования.

Введение к работе:

Актуальность темы. В современных экономических условиях мировой контейнерный флот, с учетом темпов строительства новых судов, характеризуется избытком контейнеровместимости. Этот фактор усиливает конкуренцию на фрахтовом рынке. Единственный путь завоевания позиций на рынке перевозки контейнеров - это улучшать существующие проекты судов и создавать новые. Одним из таких новых типов судов, является безлюковый тип контейнеровоза (БЛКВ). По своим эксплутационно-экономическим показателям БЛКВ более экономичны по сравнению с традиционными контейнеровозами. Введение их в состав отечественного контейнерного флота, повысило бы его конкурентоспособность. Но если за рубежом интенсивно проводятся исследования в этой области и в последние годы сдано в эксплуатацию более семидесяти БЛКВ, то в нашей стране ощущается пробел в научных и конструкторских исследованиях по этой тематике.

Процесс проектирования судов является многоэтапным и отличается своей сложностью. Однако в настоящее время на помощь проектантам приходят современные компьютерные системы автоматизированного проектирования (САПР), которые позволяют разрабатывать качественно и в сжатые сроки проекты новых судов. Основой для разработки технических проектов служат результаты, получаемые на ранних стадиях проектирования с использованием исследовательских САПР, которые предназначены для обеспечения многовариантного исследования проектной концепции судна с последующим выбором контрактного варианта в виде технического задания или предложения. Использование исследовательских систем позволяет получать оптимальные характеристики вариантов судов. Но следует отметить, что данные системы являются «фирменными» инструментами и не предназначены для тиражирования.

Для того чтобы отечественные проектные организации могли эффективно конкурировать с зарубежными, необходима разработка отечественных исследовательских САПР для различных типов судов и, в первую очередь, перспективных концепций. Особенно это актуально для БЛКВ, отечественный опыт проектирования которых отсутствует. Это требует, в первую очередь, разработки методики начального проектирования и соответствующей ей математической модели проектирования БЛКВ, предназначенной для использования в исследовательских САПР судов данного типа. В силу сказанного, разработка и внедрение методики определения главных размерений БЛКВ на начальных стадиях проектирования является актуальной научной и народохозяйственной задачей.

Цель работы: повышение качества проектных разработок судов новых типов на уровне технического предложения с использованием анализа их конструкций и более совершенных методик проектирования на примере проектирования БЛКВ, имеющих специфику конструкции корпуса и проблемы обеспечения его прочности и жесткости.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

- выполнен анализ архитектурно-конструктивных особенностей БЛКВ и дано обоснование рациональной схемы общего расположения и архитектурно-конструктивной схемы рассматриваемого типа контейнеровоза;

- разработана типовая расчетная модель конструкции корпуса БЛКВ для применения в математической модели проектирования (ММП) БЛКВ;

- проведен статистический анализ проектных характеристик современных контейнеровозов и универсальных сухогрузных судов (УСС) с целью использования результатов в ММП БЛКВ;

- проработаны вопросы проектирования БЛКВ, связанные с их конструктивными особенностями;

- разработана методика и математическая модель определения главных размерений при проектировании БЛКВ;

- разработаны методика и алгоритмы автоматизации проверочных расчетов прочности методом модуль элементов (ММЭ) с целью их применения на начальных этапах проектирования;

- создано программное обеспечения для ЭВМ, реализующее разработанные модели и методики проектирования;

- проведены тестовые расчеты и проверка работоспособности разработанных методик и моделей.

Объектом исследования являются БЛКВ.

Методы исследований. Решение задач проектирования БЛКВ основывается на классических методах проектирования, теории и конструкции корпуса корабля. Определение напряженно-деформированного состояния (НДС) корпуса судна на начальных стадиях проектирования производилось с применением ММЭ.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- разработана типовая параметрическая расчетная модель конструкции корпуса БЛКВ. Данная модель предназначена для определения значений части статей нагрузки на основе расчетного моделирования, а также является основой для автоматизации расчетов НДС ММЭ на начальных стадиях проектирования БЛКВ;.

- предложен способ определения длины БЛКВ, основанный на анализе уравнения компоновки-вместимости;

- предложен вид уравнения нагрузки для БЛКВ, использующий расчетное проектирование при определении ряда статей нагрузки;

- разработана методика и соответствующая ей математическая модель определения главных размерений БЛКВ на начальных стадиях проектирования, основанная на принципах проектирования от параметров перевозимого груза, использующая расчетное проектирование и проверку общей прочности уже первых приближениях.

- предложена модель универсального модуль-элемента для расчетов общей прочности БЛКВ по ММЭ.

- разработана методика и соответствующая ей численная модель автоматизации расчетов общей прочности по ММЭ.

Достоверность результатов. Разработанные методики и алгоритмы решения задач опираются на апробированные численные методы и на решение тестовых задач. Результаты расчетов не противоречат физическим представлениям, практике эксплуатации судов и их конструкций, а также результатам решения подобных задач.

Практическая ценность работы связана с решением актуальной научно-технической проблемы развития методик начального проектирования судов, а также развития расчетных методов численного анализа и их объединения с автоматизированным проектированием судов.

Разработанные методики, алгоритмы и комплексы программ начального проектирования БЛКВ предназначены для использования в исследовательских САПР при разработке технических заданий и технических предложений в проектных и эксплутационных организациях, а также на стадиях эскизного проектирования. Результаты исследования могут быть применены при разработке методик проектирования других типов открытых судов.

Математические модели, методики расчетов и программные средства разрабатывались и использовались при выполнении госбюджетных и хоздоговорных научных работ КнАГТУ, а также в рамках выполнения проектов 08-08-98501 по гранту РФФИ и аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)» (рег. номер 2.1.2/3046).

Отдельные результаты работы внедрены в учебный процесс в ГОУ ВПО «КнАГТУ» на кафедре «Кораблестроение»: по курсам «Конструкция корпуса корабля», «Проектирование судов различных типов», «Проектирование судов и САПР», «Компьютерные технологии в науке, технике и образовании»; в курсовых и дипломных проектах; были использованы в учебнике: Барабанов Н.В. «Конструкция корпуса морских судов» – 5-е издание.

Предмет защиты. Совокупность результатов научных исследований, включающих методики, модели и алгоритмы для решения научно-технических задач, имеющих важное народнохозяйственное значение.

На защиту выносятся:

- типовая параметрическая расчетная модель конструкции корпуса БЛКВ;

- численная модель расчета весовой нагрузки БЛКВ на основе типовой параметрической расчетной модели конструкции корпуса;

- математическая модель и методика определения главных размерений БЛКВ, основанная на принципе проектирования судна от параметров грузового штабеля;

- модель стандартизированного модуль-элемента (МЭ) для расчетов общей прочности БЛКВ по ММЭ;

- методика и соответствующая ей численная модель автоматизации расчетов общей прочности по ММЭ;

- результаты численных исследований по предлагаемым методикам;

- алгоритмы и компьютерные программы автоматизации начального проектирования БЛКВ.

Апробация работы. Результаты работы представлялись и обсуждались: на Дальневосточной НТК: «Опыт проектирования и модернизации судов для Дальневосточного бассейна с учётом их эксплуатации» (Владивосток, 1995); на международных НТК: «Проблемы прочности и эксплуатационной надежности судов» (Владивосток, 1996, 1999); «Кораблестроение и океанотехника. Проблемы и перспективы» (Владивосток, 1998); «МОРИНТЕХ-99» (Санкт-Петербург, 1999); «TEAM» (Владивосток, 2000); «Нелинейная динамика и прикладная синергетика» (Комсомольск-на-Амуре, 2003); «BEM&FEM – 2007» (Санкт-Петербург, 2007). Основные результаты работы докладывались также на профилирующих кафедрах ДВГТУ (1997-2009 гг.) и КнАГТУ (1995-2009 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 научных работ (7 в соавторстве), в том числе 17 статей. Зарегистрировано 2 программы для ЭВМ.

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 202 страницах, содержащих 81 рисунок и 17 таблиц, а также списка литературы из 132 наименований и 16 страниц приложений.


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