Рассмотрение напряжений по Мизесу
После выхода из системы наветренного бакштага, коэффициент по запасу по устойчивости последней оказался прежним. Этот факт, факт практически аналогичных значений поверхностных напряжений в наветренной краспице (в сравнении с первым рассмотренным случаем), а также наличие трёх пар краспиц (говорят о развитой ванто-стержневой системе), заставили задаться вопросом о необходимости для существующей реальной конструкции системы наличия бакштага.
Первоначально, для предельного шага нагружения (коэффициент по запасу по устойчивости = 1) были проверены действующий напряжения в отдельных элементах системы с помощью расчётных файлов программы «FESTA»:
1) С бакштагом:
Stresses in cross-sections [MPa]
=================================================================================
I N I Stt ne np I Stc ne np I Sht ne np I Ste I ne np I
=================================================================================
I 1 I 3.34E+01 1 1 I-9.64E+01 1 9 I 4.08E+00 2 10 I 9.64E+01 1 9 I
I 2 I 1.62E+01 11 13 I-1.87E+01 11 5 I 8.24E-01 11 9 I 1.87E+01 11 5 I
I 3 I 2.16E+01 27 6 I-2.46E+01 27 14 I 1.63E+00 27 1 I 2.46E+01 27 14 I
I 4 I 1.37E+02 38 0 I 0.00E+00 13 0 I 0.00E+00 13 0 I 1.37E+02 38 0 I
I 5 I 1.78E+02 25 0 I 0.00E+00 25 0 I 0.00E+00 25 0 I 1.78E+02 25 0 I
I 6 I 2.58E+02 23 0 I 0.00E+00 17 0 I 0.00E+00 17 0 I 2.58E+02 23 0 I
I 7 I 2.16E+02 22 0 I 0.00E+00 21 0 I 0.00E+00 21 0 I 2.16E+02 22 0 I
I 8 I 3.35E+01 8 16 I-4.25E+01 8 8 I 1.06E+00 8 4 I 4.25E+01 8 8 I
I 9 I 2.42E+01 10 7 I-1.17E+01 10 4 I 9.71E-01 10 5 I 2.42E+01 10 7 I
I10 I 3.47E+01 31 6 I-3.92E+01 31 14 I 2.06E+00 31 1 I 3.92E+01 31 14 I
I11 I-1.00E+06 0 0 I 1.00E+06 0 0 I-1.00E+00 0 0 I-1.00E+00 0 0 I
===============================================================================
2) Без бакштага:
Stresses in cross-sections [MPa ] ================================================================
|
|
|
I N I Stt ne np I Stc ne np I Sht ne np I Ste I ne np I
=========================================================================
I 1 I 5.39E+01 1 1 I-1.11E+02 1 9 I 7.10E+00 2 10 I 1.11E+02 1 9 I
I 2 I 2.40E+01 12 4 I-2.48E+01 12 12 I 1.34E+00 12 9 I 2.48E+01 12 12 I
I 3 I 3.55E+01 29 2 I-4.14E+01 29 10 I 1.64E+00 27 9 I 4.14E+01 29 10 I
I 4 I 1.45E+02 13 0 I 0.00E+00 13 0 I 0.00E+00 13 0 I 1.45E+02 13 0 I
I 5 I 1.80E+02 25 0 I 0.00E+00 25 0 I 0.00E+00 25 0 I 1.80E+02 25 0 I
I 6 I 2.60E+02 23 0 I 0.00E+00 17 0 I 0.00E+00 17 0 I 2.60E+02 23 0 I
I 7 I 2.14E+02 22 0 I 0.00E+00 21 0 I 0.00E+00 21 0 I 2.14E+02 22 0 I
I 8 I 4.61E+01 8 16 I-5.81E+01 8 8 I 9.82E-01 8 4 I 5.81E+01 8 8 I
I 9 I 4.96E+01 10 7 I-2.46E+01 10 4 I 2.01E+00 10 5 I 4.97E+01 10 7 I
I10 I 3.98E+01 34 2 I-4.86E+01 34 10 I 2.09E+00 31 1 I 4.86E+01 34 10 I
I11 I-1.00E+06 0 0 I 1.00E+06 0 0 I-1.00E+00 0 0 I-1.00E+00 0 0 I
================================================================
Из полученных значений, следует отметить, что повышение эквивалентных напряжений (последний столбик – Ste), фактически отсутствует. Так, из изменившихся напряжений в более опасную сторону (приближающихся к пределу текучести), являются лишь напряжения, действующие в основной наветренной ванте (элемент 23) (изменение всего 2 МПа).
Таким образом, оказалось, что на устойчивость и общую прочность системы, бакштаг не влияет. Значение местных напряжений по поверхности наветренной краспицы, без бакштага даже меньше. Увеличение значения напряжений лишь в районе соединения краспицы со стаканом, но незначительное.
|
|
|
Причина того, что бакштаг оказался неработающим, заключается в расположение его путенса: Он располагается в ДП яхты [8] и фактически дублирует работу ахтерштага. С другой стороны, тем самым, он работает абсолютно противоположным методом, первоочередной, закладываемой в него задачей. По этой задаче, путенс должен находится не в ДП, а как можно ближе к наветренному борту судна, для увеличения угла с плоскостью мачты лежащим между ДП и ПМ. Тогда его роль будет очевидна.
Значения действующих напряжений в хлысте мачты аналогичны первому исследованию.
Более подробно модель можно изучить, воспользовавшись файлом данного расчёта программы «ANSYS». Его можно найти в приложениях к данной работе [файл 4] . Имеется возможность оценить действующие усилия в системе, изучив файл программы «FESTA», папка «Onrad3» [файл 2]
АНАЛИЗ ИССЛЕДУЕМОЙ МОДЕЛИ, ПРИ ПОЕТРЕ НАВЕТРЕННОЙ ОСНОВНОЙ ВАНТЫ:
Исследование действующих напряжений в рассматриваемом узле при отсутствии в системе основной работающей ванты (имитация аварийной ситуации - потеря судном наветренной ванты)
Рассмотрение напряжений по Мизесу
Рассматриваемые напряжения являются наибольшими из предложенных в данной работе вариантов аварийных ситуаций 
. Нагрузки, которыми было произведено нагружение узла, были взяты из расчётов для предкритического шага нагружения равного 0.7 от предельной нагрузки. То есть после потери основной наветренной ванты, коэффициент по запасу по устойчивости (критическая нагрузка) уменьшается практически в два раза с 1.4 до 0.8
|
|
|
Соответственно, если до этого система могла работать при полном парусном вооружении в вымпельный ветер 11.83 м/с, то после потери основной наветренной ванты в вымпельный ветер 8.9 м/с.
После потери основной наветренной ванты, в работу включается подветренная ванта. Она работает на растяжение, за счёт давления на неё со стороны подветренной краспицы, которая является единым фрагментом краспиц со стаканом. По этой причине мы можем видеть на ней нагрузки вплоть до 692 МПа!
За счёт больших сжимающих нагрузок, действующих на наветренную краспицу, напряжения в зоне посадки стакана с краспицами на хлыст мачты имеют значения превышающие предел текучести АМГ (материал хлыста мачты), равного примерно 145 МПа (ГОСТ 18482-79).
Также, из-за увеличившихся моментов в сечении посадки краспиц со стаканом на хлыст мачты, появляется зона напряжений, значения которых доходят практически до 5600 МПа. В предыдущих рассмотренных случаях, подобных значений напряжений под стаканом не было. Толщина стенок стакана компенсировала внешние воздействия.
|
|
|
Более подробно модель можно изучить, воспользовавшись файлом данного расчёта программы «ANSYS». Его можно найти в приложениях к данной работе [файл 4] . Имеется возможность оценить действующие усилия в системе, изучив файл программы «FESTA», папка «Onrad4» [файл 2]
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
- Был реализован подход моделирования конструктивного объёмного твердотельного узла системы на основе имеющейся её стержневого строения.
- Была проработана и подтверждена методика переноса действующих усилий (силы, моменты) из отдельных сечений стержневой конечно-элементной модели на соответствующие сечения рассматриваемого объёмного твёрдотельного узла.
- Были произведены четыре исследования действующих напряжений в конструктивном узле соединения краспиц с хлыстом мачты парусного судна реального проекта «Конрад-25», три из которых рассматривают работу узла в аварийном состоянии общей системы.
- На основе имеющихся чертежей был определён излишний подкрепляющий элемент ванто-стержневой системы парусного судна проекта «Конрад-25».
Данная работа позволила изучить примерные величины напряжений и характер их распределения в стакане с краспицами, в хлысте рассматриваемого фрагмента мачты. Эти данные могут быть полезными не только человеку, который профессионально занимается вопросом расчёта подобных систем, но и яхтсмену – любителю, который более чётко может осознать суть таких подкрепляющих систему тросов, как ахтерштаг, бакштаг и основной (в нашем случае) ванты.
Обладая рассчитанными файлами (трёхмерные модели рассмотренного узла с разбитой сеткой), при необходимости можно ставить дополнительные задачи по его исследованию.
В дальнейшем может быть произведено изучение других важных конструктивных узлов системы, таких, как:
1. Точка крепления шпора хлыста мачты в степсе.
2. Точка крепления пяток гика и спинакер-гика к хлысту мачты.
3. Точка крепления вант к хлысту мачты (решение контактной задачи).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. «Исследование конструктивных вариантов основных узлов мачты парусных яхт» - бакалаврская дипломная работа, автор Филатов Александр, дипломный руководитель Манухин Вадим Анатольевич, СПбГМТУ, 2010.
2. Правила классификации и постройки морских яхт. Часть IV. Рангоут и такелаж. Польский Судовой Регистр (PRS). Гданьск, 1980.
3. Германский Ллойд (GL). 1-Часть 3. Глава 3. Раздел 2. Мачты и такелаж. 2004.
4. Расчёт антенной мачты ТМ-36-23.360.00 РР, Богатырёв, Евграфов. Москва, 2003.
5. Российский морской регистр судоходства – «ПРАВИЛА проектирования, постройки, ремонта и эксплуатации спортивных парусных судов, а также материалов и изделий для установки на спортивных парусных судах », 2010.
6. Проектирование мачт парусных судов/ Проблемы проектирования конструкций корпуса, судовых устройств и систем, Сб.тр., Кульцеп А.В. СПбГМТУ, 1995, с.90-96
7. Методика расчета гибких тросово-стержневых систем на прочность и устойчивость/ Тез.докл.конф.памяти П.Ф.Папковича, ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова, Кульцеп А.В., Манухин В.А., Новожилова М.В. СПб, 2000.
8. Чертежи яхты Конрад 25
9. Правила класса «Четвертьтонник 2012», председатель ТК ВФПС Алексеев В.В., Санкт-Петербург, 2012
10. Статья «Оптимизация конструкции грот-мачты с целью снижения её массы», журнал «ANSYS ADVANTAGE», ноябрь 2009 год.
11. Расчёт мачт. Косоротов А., Матаруев М.
Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 246; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!