оценка параметров общей прочности и вибрации при

УДК 629.123.001.12
ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ ОБЩЕЙ ПРОЧНОСТИ И ВИБРАЦИИ НА
РАННИХ ЭТАПАХ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СРЕДНИХ РЫБОЛОВНЫХ
ТРАУЛЕРОВ
С.В. Дятченко, Н.Х. Лыонг
Выполнен анализ параметров общей прочности и вибрации средних рыболовных
траулеров. Получены статистические зависимости изменения моментов инерции и моментов
сопротивления верхней палубы и днища миделевого сечения от расчетной длины судна. Для
средних рыболовных траулеров, получены зависимости изменения частоты собственных
колебаний корпуса от их расчетной длины. Дана оценка возможности применения полученных
результатов на ранних стадиях проектирования
cредние рыболовные траулеры, основные элементы, проектирование судов, характеристики
прочности и вибрации
Проектирование промысловых судов нового поколения относится к
приоритетным направлениям развития страны. В условиях рыночной экономики
строительство эффективного, с точки зрения экономических и эксплуатационных
показателей, промыслового флота требует обоснованного принятия решений по
основным проектным характеристикам уже на ранних стадиях проектирования.
Внедрение новых технологий и современного программного обеспечения
позволяют значительно расширить перечень исследуемых
элементов и
характеристик судов и улучшить те или иные его качества за счет проведения
оптимизационных расчетов.
Проектированию промысловых судов с
улучшенными характеристиками всегда уделялось особое внимание [1,2]. Вместе
с тем, в литературе недостаточно полно рассмотрены вопросы проектного
обоснования основных элементов и характеристик средних промысловых судов с
точки зрения обеспечения необходимых показателей их прочности и
вибрационной обитаемости. Хотя обеспечение прочности корпуса и
предупреждение его резонансных колебаний на основных режимах эксплуатации
судна при возможно меньшей затрате материала является одной из основных
задач проектирования. Как известно, в процессе разработки проекта, для
снижения объемов проектных работ и выполнения необходимых сопоставлений
вариантов решений, часто используют судно прототип. Для того чтобы при
разработке нового судна учесть лучшие технические решения, реализованные в
известных проектах судов, необходим подробный анализ
основных
характеристик и элементов этих судов, а также их технико-экономических и
эксплуатационных показателей. Такие результаты статистических исследований
имеют большое значение как на начальном этапе проектирования судна при
назначении исходных данных, так
и последующих этапах, позволяющих
проектировать те или иные его качества. Поэтому актуальным представляется
1
определение проектных характеристик прочности и вибрации средних
рыболовных траулеров.
Основной целью выполненных исследований являлось определение общих
закономерностей изменения моментов инерции миделевого сечения в
вертикальном и горизонтальном направлениях, а также моментов сопротивления
верхней палубы и днища от расчетной длины средних рыболовных траулеров.
Использование статистических данных по моментам сопротивления позволяет
проектанту оценить общую прочность на ранних этапах проектирования судна.
Необходимо отметить то, что на ранних этапах проектирования важно отстроить
частоты собственных колебаний корпуса судна от частот возмущающих сил,
индуцируемых на корпус главным двигателем и гребным винтом. Это становится
доступным для проектанта, если определены закономерности изменения частот
собственных колебаний корпуса при изменении расчетной длины судна. В работе
выполнены расчеты частот собственных колебаний корпуса по приближенным
формулам и определена их связь с расчетной длиной судна. Объектами
исследований являлись проектные данные 10 средних рыболовных траулеров.
Проекты судов выбраны таким образом, чтобы получить моменты инерции и
сопротивления в диапазоне расчетной длины 30-60 м. Расчеты моментов инерции
и моментов сопротивления миделевых сечений корпусов средних рыболовных
траулеров выполнены с использованием методического обеспечения изложенного
в работе [3]. Для определения частот собственных колебаний корпуса судна
использовалось методическое обеспечение [4]. В табл.1 представлены основные
элементы и характеристики средних рыболовных траулеров, результаты расчетов
моментов инерции и моментов сопротивления миделевых сечений, а также
частоты собственных колебаний корпуса судна по первому тону.
Таблица 1. Основные элементы и характеристики обшей прочности и
вибрации корпуса средних рыболовных траулеров
№ Наимено- L, В, Н, Т, м D, Dпор., IY,
IZ, WП, WД, В, Г,
4
вание
т
т
м
м4
м3 м3 Гц Гц
м м м
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
пр. 1411
вьетнамский
СРТ
пр. 1482В
вьетнамский
СРТ
пр. 840
пр. 420 типа
"Надежный"
пр. 503 типа
"Альпинист"
пр. 502М типа
"Ольга"
пр. 1350
пр. 502 типа
"Маяк"
пр. 1332 типа
"Баренцево
море"
пр. 333 типа
"Атлантик"
30,0 6,80 3,50 2,80 290
215
0,40
0,79 0,191 0,27 10,31 22,69
34,0 7,50 3,75 3,00 392
34,8 7,30 3,48 2,70 416
283
-
0,44
0,45
0,98 0,198 0,28 7,67 17,99
1,06 0,239 0,28 7,20 17,46
38,0 9,30 5,00 3,77 781
586
0,85
1,66 0,231 0,37 6,45 14,05
46,2 10,5 6,00 4,25 1137 810
1,92
3,66 0,386 0,61 5,99 12,89
48,8 9,30 4,70 3,80 986
50,0 9,30 5,10 4,34 989
720
716
1,75
2,25
2,82 0,673 0,83 5,66 11,20
3,41 0,833 0,94 6,34 11,93
50,4 9,30 4,70 3,95 912
607
1,98
3,80 0,825 0,86 6,01 12,90
52,0 13,0 8,90 4,87 1940 1395 3,25
5,71 0,707 0,79 4,91 10,29
58,0 13,6 9,40 4,75 2263 1812 4,90
7,11
1,01 1,15 4,67
9,00
2
Приняты следующие обозначения: L - длина между перпендикулярами;
B - наибольшая ширина судна; H - высота до верхней палубы; T - средняя осадка в
грузу; Dг – водоизмещение судна порожнем; D - наибольшее водоизмещение; IY, IZ
– моменты инерции миделевого сечения корпуса соответственно в вертикальном и
горизонтальном направлениях; WП ,WД – моменты сопротивления корпуса судна
в миделевом сечении, определяемые относительно его верхней расчетной палубы
и днища; В,Г - частоты собственных колебаний корпуса судна по первому тону
в вертикальном и поперечном направлениях.
На рис. 1-4 показаны графики изменений моментов инерции миделевого
сечения, а также, наименьшего момента сопротивления поперечного сечения
верхней палубы и днища от расчетной длины судна. Зависимости отражают
степенной характер увеличения исследованных параметров прочности и вибрации
при увеличении расчетной длины судна. На этапе проектирования, когда
определены основные элементы судна и выбрана форма его корпуса, можно
выполнить оценку момента сопротивления миделевого сечения. Для этого удобно
использовать выбранный прототип или набор типовых вариантов оформления
миделевого сечения для данного типа судна. Важно, чтобы ожидаемая величина
момента сопротивления миделевого сечения проектируемого судна была не ниже
полученных статистических зависимостей, так как это позволяет обеспечить
необходимые коэффициенты запаса по нормам прочности. Известно, что
наилучшим критерием начальной оценки общей прочности корпуса судна является
величина нормального напряжения от изгиба при постановке судна на волну. Для
ее определения также необходим изгибающий момент, который может быть
определен с использованием методического обеспечения [5]. На последующих
этапах проектирования можно перейти к оптимизации конструкции корпуса и
проведению проверки общей прочности корпуса судна с учетом общепринятых
критериев. Такой подход, по оценке общей прочности на начальных этапах
проектирования, позволяет исключить из рассмотрения неудачные проектные
варианты, а на последующих этапах обеспечить необходимые параметры общей
прочности судна для выбранных технических решений. На рис.5 представлены
графики изменения частот собственных колебаний корпуса судна по первому тону
в вертикальном и горизонтальном направлениях от расчетной длины судна. Как
видно, см. рис.5, частота собственных колебаний корпуса судна уменьшается с
увеличением его расчетной длины. При обработке статистических данных в работе
использован метод наименьших квадратов. Получены статистические
зависимости, отражающие связь моментов инерции (IZ, IY), моментов
сопротивления (WП, WД) и частот собственных колебаний (В, Г) от расчетной
длины судна следующего вида:
IY  4 107  L 3,981 ,
(1)
WД  4 105  L2,541 ,
(4)
I Z  7 106  L3,386 ,
(2)
В  1385,5 L1,2285 ,
(5)
WП  9 106  L 2,874 ,
(3)
Г  225,23 L0,9465 .
(6)
3
Рис. 1. Изменение момента инерции миделевого сечения в горизонтальном
направлении (IY) от расчетной длины судна
Рис. 2. Изменение момента инерции миделевого сечения в вертикальном
направлении (IZ) от расчетной длины судна
Рис. 3. Изменение наименьшего момента сопротивления поперечного сечения
верхней палубы от расчетной длины судна
4
Рис. 4. Изменение наименьшего момента сопротивления поперечного сечения
днища от расчетной длины судна
Рис. 5. Изменение частоты собственных колебаний корпуса судна по первому
тону от его расчетной длины
Полученные зависимости (5,6) позволяют при выборе главных элементов
проектируемого судна оценить ожидаемые частоты собственных колебаний его
корпуса по первому тону. Известна [4] связь частот собственных колебаний
корпуса по первому тону с частотами более высоких тонов, позволяющая
получить необходимый для сопоставления с частотами возмущающих сил спектр
частот. Сопоставление частот собственных колебаний корпуса судна с частотами
ожидаемых возмущающих сил от главного двигателя и гребного винта позволяет
оценить возможность появления резонансных режимов и выбрать эффективные
варианты отстройки частот, связанные с возможным изменением главных
элементов судна, а также изменением характеристик двигателя и движителя.
5
ВЫВОДЫ
Получены статистические зависимости, формулы (1-4), отражающие связь
моментов инерции и сопротивления от расчетной длины судна, которые можно
использовать для определения характеристик общей прочности и вибрации
средних рыболовных траулеров на начальных стадиях проектирования.
Для средних рыболовных траулеров получены статистические
зависимости, формулы (5,6), отражающие связь частот собственных колебаний
корпуса судна по первому тону с расчетной длиной судна.
Показана возможность применения результатов исследований для оценки
общей прочности и вибрации средних рыболовных траулеров на начальных
этапах их проектирования.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Раков А.И. Оптимизация основных характеристик и элементов промысловых
судов /А.И. Раков. – Л.: Судостроение, 1978. - 232с.
2. Раков А.И. Проектирование промысловых судов / А.И. Раков, Н.Б. Севастьянов Л.: Судостроение, 1981.- 376с.
3. Короткин Я.И. Прочность корабля / Я.И. Короткин, Д.М. Ростовцев, Н.Л. Сиверс.
– Л.: Судостроение, 1974. - 432с.
4. Методика расчета параметров общей ходовой вибрации корпуса судна. ФУП
ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова. - СПб., 2003. - 39с.
5. Волков В.М. Прочность корабля: учебник / В.М. Волков. - Нижний Новгород,
1994. - 260с.
ESTIMATION OF PARAMETERS OF THE GENERAL DURABILITY AND
VIBRATION AT EARLY DESIGN STAGES OF AVERAGE FISHING TRAWLERS
S.V. Dyatchenko, N.H.Lyong
The analysis of parameters of the general durability and vibration of average fishing trawlers is
made. Statistical dependences of change of the moments of inertia and the moments of resistance of a
main deck and the bottom of middle section on settlement length of a vessel are received. For average
fishing trawlers, dependences of change of frequency of own fluctuations of the case on its settlement
length are received. The estimation of possibility of application of the received results at early design
stages is given.
6