Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Український державний морський
технічний університет
імені адмірала Макарова
Міністерства освіти і науки України
Спеціалізована вчена рада Д 38.060.01
Коршиков Роман Юрійович
УДК 629.5.02:678.4
ПРОЕКТУВАННЯ ЕЛАСТИЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ, ЗДАТНИХ ЗАМІНИТИ ДЕРЕВИНУ СУДНОВОГО ПРИЗНАЧЕННЯ
Спеціальність 05.08.03 –механіка і конструювання суден
Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Миколаїв –
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Українському державному морському технічному університеті імені адмірала Макарова Міністерства освіти і науки України.
Науковий керівник –доктор технічних наук, доцент,
Коробанов Юрій Миколайович,
Український державний морський технічний університет імені адмірала Макарова, завідуючий кафедрою "Конструкція корпусу морських суден".
Офіційні опоненти:
Провідна установа –Одеський державний морський університет, Міністерства освіти і науки України.
Захист відбудеться " " травня 2001 року о годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 38.060.01 Українського державного морського технічного університету за адресою 327025, м. Миколаїв, проспект Героїв Сталінграда, 9, ауд. 360.
З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Українського державного морського технічного університету імені адмірала Макарова за адресою 54025, м. Миколаїв, проспект Героїв Сталінграда, 9.
Автореферат розісланий " " квітня 2001 року.
Вчений секретар спеціалізованої вченої ради доктор технічних наук, професор Квасницький В. Ф.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність. На судах, плавучих спорудах, у суднобудуванні та судноремонті традиційно у великих кількостях використовується деревина. Це пов'язано з особливостями механічних властивостей цього матеріалу і донедавна з відносно невеликою вартістю деревини. У цей час ситуація різко змінилася. Ціна на деревину, що імпортується Україною, зросла, а власні запаси деревної сировини небагаті. Крім того, інтенсивна вирубка лісу може нанести втрату екології. Тим самим стає актуальною заміна деревини іншими матеріалами, відповідними деревині за своїми механічними характеристиками.
Звичайно конструкції, виконані з деревини, порівняно недовговічні. У суднових умовах, в суднобудуванні та судноремонті додаються фактори, сприяючі прискореному зносу деревних конструкцій, що обмежує можливість використання деревини багаторазово. Еластоміри –це полімери з яскраво вираженими еластичними властивостями. Вони не схильні до гниття, стійкі до впливу вологи, сонячних променів, холоду. Ці якості еластомірів дозволяють дослідити можливість заміни деревини суднового призначення на еластомірні конструкції. Відсутність методики такої заміни, а також методів проектування еластомірних конструкцій також свідчить про актуальність даної теми.
Мета роботи. Рішення наукових задач по заміні деревини суднового призначення на еластомірні конструкції, по створенню методів проектування і розрахунку еластичних елементів з еластомірів, що входять до складу суднових пристроїв плавучих споруд, а також експериментальне дослідження стійкості суднових еластомірних конструкцій.
Відповідно до поставленої мети вирішені такі основні задачі:
Методи дослідження. Для досягнення поставлених цілей використовувалися аналітичні методи в поєднанні з даними, отриманими експериментальним шляхом, а також спеціально розроблені методи проектування і комп'ютерно-орієнтовані методи оптимізації. Аналітичні результати засновуються на використанні варіаційних методів рішення задач про деформування еластичних конструкцій, одним з яких є метод кінцевих елементів, а також спеціальних методів розрахунку, застосовуваних при проектуванні суден та плавучих споруд.
Наукова новизна. Вперше розроблено і обгрунтовано метод заміни деревини суднового і суднобудівного призначень на еластоміри по пружних показниках, і розроблено метод проектування та оптимізації пружних основ, що покривають велику площу, до складу яких входять еластомірні пружні елементи.
Вперше запропоновано метод моделювання текучості деревини за допомогою конструктивної нелінійності еластомірних конструкцій, і отримані аналітичні формули для визначення реакцій еластомірних пластин та еластомірних прокладок, що мнуться.
Вперше створено метод проектування еластомірних прокладок, що мнуться і запропоновані їх конструктивні типи.
Для розрахунку еластомірних конструкцій адаптовані математичні моделі їх сумісного деформування з корпусними конструкціями з урахуванням нестисливості еластомірних матеріалів. Вдосконалені методи розрахунку еластомірних конструкцій на основі методу кінцевих елементів.
Основні наукові результати, що виносяться на захист:
1. Метод заміни деревини суднового і суднобудівного призначень на еластоміри по пружних показниках.
. Метод проектування і оптимізації пружних основ, створених на основі еластомірних елементів, що покривають велику опорну площу.
. Метод моделювання текучості деревини еластомірними конструкціями.
. Метод проектування еластомірних прокладок, що мнуться.
. Формули для розрахунку реакцій еластомірних пластин і еластомірних прокладок, що мнуться.
. Обгрунтування конструктивних типів еластомірних прокладок, що мнуться і конструкції спускових доріжок повздовжнього стапеля, створених на основі еластомірних пружних елементів.
. Реалізація методу кінцевих елементів стосовно до розрахунків еластичних конструкцій суднового призначення.
Основні практичні результати полягають в обгрунтуванні можливості заміни деревини суднового призначення на еластомірні конструкції, в створенні рекомендацій по проектуванню еластичних конструкцій суднового і суднобудівного призначень, а також в реалізації конструкцій еластомірних прокладок, що мнуться і спускових доріжок повздовжнього стапеля, створених на основі еластомірних пружних елементів.
Реалізація результатів роботи. На основі результатів роботи були виготовлені дослідні зразки еластомірних пружних прокладок спускових доріжок повздовжнього стапеля, які були випробувані на ДП "Суднобудівний завод ім. 61 Комунара" (Миколаїв).
Результати дисертації використані в наступних госпдоговірних роботах: "Розробка технічної документації на переобладнання ремонтного плавдока як передавального", "Дослідження напруженого стану, розробка і виготовлення дослідного зразка еластичних прокладок спускових доріжок", що проводилися на ДП "Суднобудівний завод ім. 61 Комунара"; в держбюджетній роботі по темі № 1163 "Проектування еластичних конструкцій суднових пристроїв", держ. рег. № 0195U029346, УДМТУ, 1997 р.
Результати досліджень, проведених в даній дисертаційній роботі, використані при підготовці учбового посібника "Розрахунок еластичних конструкцій суднових пристроїв".
Апробація роботи. Основні положення і результати роботи докладені:
1. На Міжнародному науково-практичному симпозіумі. "Проблеми суднобудування: положення, ідеї, рішення" (м. Миколаїв, 8 –жовтня 1997 р.);
. На науково-технічній конференції професорсько-викладацького складу УДМТУ (м. Миколаїв, 1998 р.);
. На Міжнародній науковій конференції по математичному моделюванню (Херсон, 3 –вересня 1998 р.);
. На науково-технічній конференції професорсько-викладацького складу УДМТУ (м. Миколаїв, 24 –квітня 2000 р.).
Структура і обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, шести розділів, висновку і додатків. У дисертацію входять 219 машинописних сторінок, 81 ілюстрація, 15 таблиць, 3 додатка, 51 використане літературне джерело.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Вступ містить обгрунтування актуальності дисертаційної роботи, її загальну мету і задачі, а також отримані наукові результати, що виносяться на захист.
У першій главі розглядається призначення і область застосування дерев'яних конструкцій суднового та суднобудівного призначень. Дається коротка класифікація дерев'яних конструкцій, що входять в суднові, суднобудівні і судноремонтні опорні і опорно-транспортні пристрої, а також, що входять до складу плавучих споруд. Проводиться аналіз деформування дерев'яних конструкцій в складі опорних пристроїв. Встановлено, що деревина використовується у якості пружних елементів, елементів, що мнуться, а також у вигляді їх комбінації. На основі розгляду множини дерев'яних опорних конструкцій виділені основні типові вузли і схеми укладання дерев'яних елементів. Для таких вузлів, на основі аналізу робіт інших авторів, систематизовані формули для визначення податливості дерев'яних опор. Проведене обгрунтування доцільності заміни дерев'яних пружних елементів еластомірними конструкціями. Розглянуті стан проблеми і задачі, виникаючі при проектуванні еластомірних конструкцій. Приведена методика дослідження. Зроблено короткий економічний аналіз ефективності заміни деревини еластомірними конструкціями.
Друга глава присвячена експериментальному дослідженню еластичних властивостей і пружних характеристик еластомірних матеріалів. Проведений також порівняльний аналіз пружних характеристик деревини і еластомірів, і намічені шляхи заміни деревини на еластомірні матеріали.
Заміна деревини вимагає забезпечення відповідності деревині наступних властивостей і параметрів конструкцій із еластомірів:
Для випробування на стиснення спеціально були виготовлені зразки еластомірних прокладок, мал. 1.а. Всі вони формуються з окремих плиток, що склеюються між собою. Оскільки в подальшому еластомірні прокладки передбачається закріплювати на спеціальній тканинній стрічці, що просочена еластомірним покриттям, то фрагменти такої стрічці також присутні в зразках. Всі шість зразків навантажувалися до навантаження, відповідного 50 кН. За результатами було помічено, що всі зразки не були зруйновані і не мали будь-яких пошкоджень.
Після зняття навантаження, зразки мали таку ж форму і розміри, як і до початку випробувань. Деформації, які отримали зразки еластомірних прокладок, склали в основному 12 –%. Враховуючи, що еластоміри здатні витримувати деформації на стиснення до 50% а на розтягнення до 200%, можна помітити, що навантаження здійснювалося в діапазоні початкової стадії деформування еластомірних прокладок. Діаграми стиснення еластомірних пружних прокладок представлені на мал. 1.б (номери кривих відповідають номерам зразків на мал. 1.а). Порівняння пружних показників деревини і еластомірів показало, що між ними існують значні відмінності. Тому для заміни деревини еластомірами необхідно розробити такі еластомірні конструкції, які дозволять моделювати необхідні властивості деревини.
а) б)
Мал. 1. Зразки еластомірних прокладок і їх пружні характеристики:
а –еластомірні прокладки; б –діаграми стиснення еластомірних прокладок.
Третя глава присвячена питанням розрахунку конструкцій, що включають в себе пружні дерев'яні або еластомірні елементи. Приведений огляд методів розрахунку еластичних конструкцій і сумісного деформування пружних опор і корпусних конструкцій судна. Зроблено вибір критеріїв, що є початковими для розрахунку сумісного деформування пружних еластомірних елементів і корпусних конструкцій судна.
Метод кінцевих елементів як для тих, що стискаються, так і для нестискуваних серед заснований на лінійній теорії пружності. Однак залежності лінійної теорії пружності для нестискуваного матеріалу мають деякі особливості, що накладає свій відбиток і на методі. У розрахунку прийнято, що матеріал є нестискуваним, що статично деформується, однорідним, ізотропним, лінійно-пружним. Вирішуючи задачу про напружено-деформований стан нестискуваного тіла в переміщеннях, можна отримати систему рівнянь:
(1)
У більшості задач для суднових еластичних конструкцій можна скористатися допущенням про те, що переміщення вздовж якоїсь осі постійні або взагалі відсутні (плоскі деформації), в такому випадку система (1) прийме вигляд:
(2)
Труднощі, пов'язані з точним рішенням системи диференціальних рівнянь у частинних похідних, примушують застосовувати варіаційні методи рішення.
Варіаційне формулювання задачі, відповідне системі (2), має вигляд:
. (3)
Функціонал П приймає стаціонарне значення тільки тоді, коли шукані функції мають істинні значення. Найчастіше застосовується функціонал потенційної енергії:
. (4)
При істинних значеннях невідомих функцій вираз (4) приймає не тільки стаціонарне значення, але і мінімальне.
Метод кінцевих елементів (МКЕ) є прямим варіаційним методом. Алгоритм МКЕ може бути стисло описаний таким чином:
) увесь еластичний елемент, що деформується, ділять на однотипні кінцеві елементи найпростішої форми (трикутники, чотирикутники для плоскої конфігурації);
) для всіх кінцевих елементів приймають однакову апроксімацію невідомих функцій:
, (5)
де –найпростіші поліноми; N –число вершин кінцевого елемента;
) умову стиковки елементів (граничні умови на стику елементів) забезпечують введенням у якості невідомих параметрів значень, що визначаються функцією у вершинах кінцевого елемента . Стиковка по вважається виконаною, якщо у кінцевих елементів, що стикуються, в загальній вершині значення шуканої функції однакові (рівні ). Виразивши значення через , отримують:
, (6)
звідки виражають і підставляють в (4):
; (7)
4) мінімізація функціонала потенційної енергії по можливих переміщеннях вузлових точок приводить до умов рівноваги, а по можливих значеннях функції гідростатичного тиску –до умови нестисливості, таким чином, виходить вирішуюча система алгебраїчних рівнянь:
5) граничні умови в загальну систему алгебраїчних рівнянь (складену по числу кінцевих елементів) вводяться викреслюванням того рівняння, в якому задано. Замість цього рівняння використовується умова для на межі області;
) вирішують складену систему алгебраїчних рівнянь, отримуючи на виході всі і, отже, всі .
Розглянутий алгоритм методу кінцевих елементів був застосований при розробці блоку програм на алгоритмічній мові "Фортран" для розрахунку еластичних суднових конструкцій з нестискуваного матеріалу.
У четвертій главі сформульовані основні принципи проектування пружних основ з еластомірних елементів, а також запропоновано метод проектування і дані рекомендації по проектуванню опорних пристроїв плавдоків і суднобудівних опорних пристроїв на основі еластомірних пружних елементів. Розглянуто застосування декларативного методу оптимізації розміщення пружних елементів на площині.
Проектування пружної основи, що покриває велику площу, умовно можна розділити на проектування на макро- і мікрорівнях. Проектування на макрорівні передбачає вибір числа опор, їх типів, механічних характеристик кожної опори. Проектування на мікрорівні передбачає розробку конструкції кожного макроелемента, вибір числа пружних елементів, що розміщуються на його опорній поверхні, а також типів пружних мікроелементів. Тобто, задача проектування зводиться до проектування пружної основи макрорівня і проектування пружної основи мікрорівня. Такий поділ може виконуватися не завжди і носить умовний характер. Так, наприклад, при проектуванні конструкції спускових доріжок можна говорити лише про проектування на мікрорівні.
Однією із задач, яку доводиться вирішувати при проектуванні пружної основи, є розміщення пружних елементів на площині опорного контуру. Від правильного розміщення таких елементів залежать характеристики пружної основи взагалі. Не менш важливою задачею є також забезпечення найбільш раціонального розміщення пружних елементів при виконанні умов відповідності характеристик пружної основи, що проектується, заданій. Однак не завжди для реалізації рішення подібних задач на комп'ютері вдається скласти чіткий алгоритм рішення, або його практичне складання досить обтяжливе. Тому застосування процедурної або об'єктно-орієнтованої парадигми програмування може виявитися неефективним. У даній дисертаційній роботі був застосований декларативний метод в реалізації програми оптимального розміщення еластомірних пружних елементів на площині. На основі даного методу на мові штучного інтелекту "Пролог" була складена програма оптимального розміщення еластомірних прокладок на тканинній або арматурній стрічці.
Як приклад такого підходу при проектуванні, була зроблена заміна дерев'яної подушки елементів опорного пристрою на еластоміри. Схеми розміщення дерев'яних пружних елементів на кільблоках двох типів і візку та відповідні їм схеми розміщення еластомірних елементів розміром 16ґ80ґ80 мм приведені на мал. 2.
А) Б)
Мал. 2. Схеми розміщення соснових (А) і відповідних їм еластомірних (Б) прокладок:
а –на візку; б –на кільблоці типу 1; в –на кільблоці типу 2.
П'ята глава присвячена моделюванню текучості деревини за допомогою конструктивної нелінійності еластомірних елементів і проектуванню еластомірних прокладок, що мнуться. Розглядається можливість моделювання текучості деревини за рахунок втрати стійкості окремими елементами еластомірних конструкцій (базовими елементами). Описуються результати проведених експериментальних досліджень по подовжньому вигину еластомірних пластин. Запропоновані конструктивні типи еластомірних прокладок, що мнуться (ЕЗП), а також метод їх проектування. Проведено розрахунок стійкості еластомірних пластин по формулах Ейлера. Зроблено порівняльний аналіз відповідності результатів розрахунку результатам експерименту. Встановлені межі застосовності формул Ейлера для еластомірних пластин. Аналітично отримані наближені формули для побудови діаграм стиснення при подовжньому вигині еластомірних пластин. Проведено розрахунок пружних характеристик і деформативної податливості ЕЗП по методу кінцевих елементів (МКЕ). Аналітично отримані формули для визначення реакцій ЕЗП при подовжньому вигині.
Для того, щоб еластоміри могли повноцінно замінити деревину суднового і суднобудівного призначень, необхідно, щоб з них можна було виготовляти прокладки, що мнуться. Однак еластоміри не мають властивості текучості. Текучість у еластомірів можна отримати штучно, за рахунок конструктивної нелінійності. Якщо в конструкції еластомірної прокладки, що мнеться, застосувати елементи, втрачаючі стійкість при певних навантаженнях, то це може привести до утворення горизонтальної ділянки на діаграмі стиснення ЕЗП, що і буде моделювати текучість деревини. Конструктивно найпростішою ЕЗП може бути еластомірна пластина, жорстко закріплена по кінцях, до одного з яких прикладається стискаюче навантаження. Експериментальному стисненню підлягали пластини 7ґ80ґ80 мм, для яких встановлювалася висота стінки h, рівна відповідно 15, 20, 30, 40 мм. На мал. 3 зображені діаграми стиснення зразків з висотою стінки 15, 20, 30, 40 мм. Характерною для цих діаграм є наявність протяжної горизонтальної ділянки, яка є штучно змодельованим майданчиком текучості. Отримані діаграми є практично ідеальними для прокладок, що мнуться, які можна використати на судах, плавучих спорудах, в суднобудуванні та судноремонті. Кожну діаграму можна умовно розбити на три ділянки. Початкова ділянка –це пружне стиснення прокладки, горизонтальна ділянка –"майданчик текучості", заключна ділянка –пружне стиснення прокладки ("процес пресування"). При проектуванні ЕЗП можна використати діаграми, що представлені на мал. 3 або аналогічні, побудовані для зразків інших типорозмірів. При заміні дерев'яної подушки з прокладками, що мнуться, на ЕЗП необхідно забезпечити відповідність основних параметрів діаграм стиснення дерев'яних прокладок, що мнуться, і базових елементів ЕЗП.
Мал. 3. Діаграми подовжнього вигину еластомірних пластин (h –висота стінки, мм).
Профілі ЕЗП можуть мати різні конфігурації, мал. 4. Умови, які необхідно виконати при проектуванні профілю, наступні: до складу профілю повинні входити елементи, втрачаючі стійкість; при втраті стійкості базові елементи не повинні "заважати" один одному; при навантаженні профіль не повинен складатися у будь-яку сторону.
При гнучкості l , меншої, ніж 4,0, втрата стійкості еластомірної пластини не спостерігається. При значенні гнучкості, що перевищує 7,5, розрахунок критичних сил по формулі Ейлера дає задовільний результат. При гнучкості меншій, ніж 7,5, критичні сили можна визначати по діаграмах, аналогічних тим, що представлені на мал. 3.
Якщо відношення висоти h до товщини еластомірних пластин d перевищує 4,5, то діаграми стиснення таких пластин шириною b можна побудувати аналітично, використовуючи наближені формули:
(8)
Мал. 4. Конструктивні типи еластомірних прокладок, що мнуться.
Реакція ЕЗП може бути визначена по формулі:
, де (9)
- відношення ширини базового елемента ЕЗП до ширини відповідної пластини (прототипу), для якої побудована діаграма стиснення;
- критична сила, при якій прототип втрачає стійкість, кН;
- коефіцієнт початкової кривизни базового елемента ЕЗП, що приймається рівний 1, якщо кривизни немає, і рівний 0,56, якщо кривизна є;
- число базових елементів ЕЗП.
У формулі (9) зусилля може бути розраховане по формулі (8) в тому випадку, якщо відношення висоти базового елемента до його товщини більше, ніж 4,5.
Розрахунок міцності ЕЗП і визначення її реакції при навантаженні були проведені по МКЕ за допомогою спеціальної програми для персонального комп'ютера. Результати розрахунку приведені на мал. 5. Порівняння значень реакцій, отриманих шляхом розрахунку по МКЕ і по формулах (9) показало, що погрішність не перевищує 11%.
а) б)
Мал. 5. Результати розрахунку ЕЗП по МКЕ:
а –кінцево-елементна модель; б –поле напружень.
Початковими даними для проектування є розміри опорної поверхні, на якій повинні розміщуватися ЕЗП; навантаження на всю опору P, максимальне осідання опори u. Максимальне осідання опори u, може бути визначено по діаграмах стиснення деревини, яку передбачається замінити ЕЗП, або по відповідних нормативних документах. При прикладенні розрахункового навантаження P на опору базові елементи ЕЗП повинні втратити стійкість. Згідно з формулою (8), мінімальна деформація базових елементів при цьому повинна скласти . Навантаження, прикладене до кожного базового елемента, визначиться по формулі , де P –усе навантаження на опору, n –число базових елементів. Підставляючи значення P1, виражене через P, в формулу (8), можна записати рівняння:
. (10)
У рівнянні (10) невідомими є n, b, d, h. Бракуючі рівняння можуть бути отримані з геометричних умов і умови мінімальної витрати еластомірного матеріалу. Вирішуючи отриману таким чином систему рівнянь, можна знайти число базових елементів і їх розміри. Після цього можуть бути сформовані профілі ЕЗП з урахуванням конструктивних вимог, що пред'являються до них. У завершення повинна бути розроблена схема розміщення спроектованих ЕЗП на опорному контурі.
Шоста глава присвячена проектуванню суднобудівних конструкцій, до складу яких входять еластомірні елементи. Проведено аналіз спускових повздовжніх стапелів та досліджені шляхи заміни дерев'яного настилу спускових доріжок. Спроектовані спускові доріжки з еластомірними прокладками.
Внаслідок аналізу існуючих конструкцій спускових доріжок з дерев'яним пружним настилом зроблено висновок, що металоконструкції, що входять в їх склад, можуть бути використані і в спускових доріжках, створених на основі еластомірних пружних елементів.
Один з варіантів спускової доріжки повздовжнього стапеля з еластомірними прокладками показаний на мал. 6.
Мал. 6. Спускова доріжка повздовжнього стапеля з еластомірними прокладками.
–металоконструкція; 2 –суцільний настил; 3 –тканинна стрічка, що просочена еластоміром; 4 –еластомірні прокладки; 5 –стальний лист; 6 –кріпильні смуги; 7 –пластмасові щити; 8 –замки.
У завершенні підбито підсумок дисертаційної роботі, перелічені основні результати, зроблені висновки.
ВИСНОВКИ
У дисертації обгрунтовані і вирішені нові наукові задачі по заміні деревини суднового призначення на еластомірні матеріали, розроблені наукові методи проектування еластомірних конструкцій. Методи проектування, що пропонуються, будуються на використанні експериментальних даних, а також формул і залежностей, отриманих аналітично. У основу проектування еластомірних прокладок, що мнуться, покладено розроблений метод моделювання текучості деревини за рахунок конструктивної нелінійності еластомірних елементів.
Внаслідок досліджень у дисертаційній роботі були отримані наступні наукові і практичні результати:
1. На основі аналізу вітчизняних та зарубіжних джерел, в яких розглянуто застосування деревини на судах, в суднобудуванні та судноремонті, встановлена актуальність дослідження можливості заміни деревини суднового призначення на еластомірні матеріали. Виконано також аналіз елементів опорних і опорно-транспортних пристроїв, застосовуваних в плавдоках, суднобудуванні та судноремонті, до складу яких входять дерев'яні конструкції. На основі цього аналізу сформульовані умови заміни деревини суднового призначення на еластомірні матеріали.
. Розроблено: метод заміни деревини суднового призначення на еластоміри по пружних показниках; метод моделювання пружних властивостей деревини еластомірними конструкціями; метод проектування і оптимізації пружних основ із заданими характеристиками на основі еластомірних елементів, що покривають велику площу; метод проектування еластомірних прокладок, що мнуться.
. Для розрахунку еластомірних конструкцій адаптовані математичні моделі їх сумісного деформування з корпусними конструкціями з урахуванням нестисливості еластомірних матеріалів. Вдосконалені методи розрахунку еластомірних конструкцій на основі методу кінцевих елементів.
. Обгрунтовані конструктивні типи еластомірних прокладок, що мнуться і конструкції спускових доріжок повздовжнього стапеля, створених на основі еластомірних пружних елементів.
. Аналітично отримані формули для визначення реакцій еластомірних пластин і прокладок, що мнуться. Визначені межі і сформульовані умови застосовності цих формул.
. Шляхом зіставлення перевірена достовірність результатів, отриманих розрахунком по МКЕ, по аналітично отриманих формулах та на основі експерименту.
. Результати дисертації використані в госпдоговірних роботах: "Розробка технічної документації на переобладнання ремонтного плавдока, як передавального", "Дослідження напруженого стану, розробка і виготовлення дослідного зразка еластичних прокладок спускових доріжок", що проводилися на ДП "Суднобудівний завод ім. 61 Комунара"; в держбюджетній роботі по темі № 1163 "Проектування еластичних конструкцій суднових пристроїв", держ. рег. № 0195U029346, УДМТУ, 1997 р.
Основний зміст дисертації відображений у наступних роботах:
1. Коробанов Ю.Н., Коршиков Р.Ю. Основы выбора эластичных прокладок по упругим показателям. //Вестник Херсонского государственного технического университета № 1(3) –г. –Херсон: Херсонский государственный технический университет, 1998 г. –с. 149 –.
Особисто Коршиковим Р.Ю. сформульовані критерії вибору еластичних прокладок.
2. Коробанов Ю.Н., Коршиков Р.Ю. Применение декларативной парадигмы в программировании задач оптимизации размещения однородных объектов на плоскости. //Межвузовский журнал "Автоматика. Автоматизация. Электротехнические комплексы и системы" № 2 –г. –Херсон: Херсонский государственный технический университет, 1998 г. –с. 123 –.
Особисто Коршиковим Р.Ю. розроблені основи рішення задач оптимізації, які побудовані на використанні декларативної парадигми та комп'ютерно-орієнтованих методів оптимізації.
3. Коробанов Ю.Н., Коршиков Р.Ю. Особенности проектирования эластичных прокладок, способных по упругим показателям заменять деревянные конструкции. //Сборник научных трудов Украинского государственного морского технического университета № 12 (360) –Николаев: УГМТУ, 1998 г. –с. 10 –.
Особисто Коршиковим Р.Ю. сформульовані умови заміни деревини на еластичні прокладки по пружним показникам.
4. Коршиков Р.Ю. Рекомендации по проектированию судостроительных опорных устройств на основе эластомерных упругих элементов. //Вестник Херсонского государственного технического университета № 3 (6) –г. –Херсон: Херсонский государственный технический университет, 1999 г. –с. 398 –.
. Коробанов Ю.Н., Коршиков Р.Ю. Пути замены древесных материалов на эластомеры в судостроении. //Международный научно-практический симпозиум. "Проблемы судостроения: положение, идеи, решения" (Николаев, 8 –октября 1997 г.). Тезисы докладов. –Николаев: УГМТУ, 1997 г. –с. 69 –.
Особисто Коршиковим Р.Ю. проаналізовані умови, за якими можна здійснити заміну деревини на еластоміри у суднобудуванні.
6. Коробанов Ю.Н., Коршиков Р.Ю. Возможности реализации конструктивной нелинейности эластомерных прокладок. //Международная научная конференция по математическому моделированию (Херсон, 3 –сентября 1998 г.). Сборник научных трудов Национальной академии наук Украины Института математики. – Киев, 1998 г. –с. 128 –.
Особисто Коршиковим Р.Ю. запропоновано використовувати втрату стійкості еластомірних прокладок для реалізації конструктивної нелінійності.
7. Коршиков Р.Ю., Коробанов Ю.Н. Систематизация элементов опорных устройств, содержащих древесину, применяемых в судостроении. //Сборник научных трудов Украинского государственного морского технического университета имени адмирала Макарова № 1 (367) –Николаев: УГМТУ, 2000 г. –с. 16 –.
Особисто Коршиковим Р.Ю. запропоновано спосіб розрахунку коефіцієнтів жорсткості дерев'яних конструкцій, складених з типових елементів.
8. Спускові доріжки. Заявка на винахід № 2000020771 /Коробанов Ю.М., Коршиков Р.Ю/. Державний комітет України з питань науки та інтелектуальної власності, Інститут промислової власності.
Особисто Коршиковим Р.Ю. розроблена загальна схема розташування еластомірних прокладок у конструкціях повздовжнього спускового стапельного пристрою.
9. Прокладки, що мнуться. Заявка на винахід № 2000105713 від 09.10.2000. /Коробанов Ю.М., Коршиков Р.Ю/. Міністерство освіти і науки України, Державний департамент інтелектуальної власності, Український інститут промислової власності (Укрпатент).
Особисто Коршиковим Р.Ю. розроблені варіанти конструкцій прокладок, що мнуться.
10. Моделирование текучести древесины посредством конструктивной нелинейности эластомерных элементов. Свідоцтво про державну реєстрацію прав автора на твір ПА № 3469 від 09.10.2000. /Коробанов Ю.М., Коршиков Р.Ю/. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності.
Особисто Коршиковим Р.Ю. розроблено метод моделювання текучості деревини еластомірними конструкціями за рахунок втрати стійкості еластомірними елементами.
АНОТАЦІЯ
Коршиков Р.Ю. Проектування еластичних елементів, здатних замінити деревину суднового призначення. –Рукопис.
Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук по спеціальності 05.08.03 –механіка та конструювання суден. –Український державний морський технічний університет імені адмірала Макарова, Миколаїв, 2001.
Дисертація присвячена рішенню наукових задач по заміні деревини суднового призначення на еластомірні конструкції, створенню методів проектування і розрахунку еластичних елементів з еластомірів, що входять до складу суднових пристроїв плавучих споруд, а також експериментальному дослідженню стійкості суднових еластомірних конструкцій. У дисертації сформульовані і обгрунтовані умови заміни деревини на еластоміри, розроблені методи проектування еластомірних пружних елементів і еластомірних прокладок, що мнуться, розроблений метод проектування і оптимізації пружних основ на основі еластомірних елементів, що покривають велику площу. Запропоновано метод моделювання текучості деревини за допомогою конструктивної нелінійності еластомірних конструкцій, отримані аналітичні формули для визначення реакцій еластомірних пластин і еластомірних прокладок, що мнуться. Обгрунтовані конструктивні типи еластомірних прокладок, що мнуться. Проаналізовані та вибрані методи розрахунку сумісного деформування корпусу судна, елементів опорного пристрою та плавдока, а також вибрані критерії, що є початковими для розрахунку сумісного деформування пружних еластомірних елементів та корпусних конструкцій судна. Запропонована нова конструкція спускових доріжок повздовжнього стапеля, до складу яких входять еластомірні пружні елементи.
Ключові слова: еластичні елементи, еластоміри, еластомірні прокладки, що мнуться, конструктивна нелінійність, текучість, оптимізація, метод проектування, плавуча споруда, опорний пристрій, спускові доріжки.
АННОТАЦИЯ
Коршиков Р.Ю. Проектирование эластичных элементов, способных заменить древесину судового назначения. –Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.08.03 –механика и конструирование судов. –Украинский государственный морской технический университет имени адмирала Макарова, Николаев, 2001.
Диссертация посвящена решению научных задач по замене древесины судового назначения на эластомерные конструкции, созданию методов проектирования и расчета эластичных элементов из эластомеров, входящих в состав судовых устройств плавучих сооружений, а также экспериментальному исследованию устойчивости судовых эластомерных конструкций. В диссертации сформулированы и обоснованы условия замены древесины на эластомеры. Установлено, что эластомеры по своим механическим характеристикам приближаются к древесине, однако имеют и ряд существенных отличий. Для обеспечения соответствия характеристик эластомерных конструкций деревянным предлагаются специальные конструктивные решения. Проведен анализ типовых деревянных конструкций, применяемых на судах, плавучих сооружениях, в судостроении и судоремонте, в результате которого установлено, что древесина используется в них в качестве упругого или упруго-пластического тела, а также в виде их комбинации. Систематизированы формулы для определения податливости опорных конструкций с деревянной подушкой. Рассмотрен расчет эластичных конструкций по методу конечных элементов. В расчете принято, что материал является несжимаемым, статически деформируемым, однородным, изотропным, линейно-упругим. Проанализированы и выбраны методы расчета совместного деформирования корпуса судна, элементов опорного устройства и плавдока, а также выбраны критерии, являющиеся исходными для расчета совместного деформирования упругих эластомерных элементов и корпусных конструкций судна. Проведена реализация и адаптация этих методов для персонального компьютера. Разработан метод проектирования и оптимизации упругих оснований из эластомерных элементов, и даны рекомендации по проектированию опорных устройств плавдоков и судостроительных опорных устройств на основе эластомерных упругих элементов. Проектирование упругого основания, покрывающего большую площадь, условно можно разделить на проектирование на макро- и микроуровнях. Проектирование на макроуровне предполагает выбор числа опор, их типов, механических характеристик каждой опоры. Проектирование на микроуровне предполагает разработку конструкции каждого отдельного макроэлемента, выбор числа и типа упругих микроэлементов элементов, размещаемых на его опорной поверхности. Разработаны методы моделирования текучести древесины посредством конструктивной нелинейности эластомерных элементов и проектирования эластомерных сминающихся прокладок. Установлена возможность моделирования текучести древесины за счет потери устойчивости отдельными элементами эластомерных конструкций. Предложены конструктивные типы эластомерных сминающихся прокладок, а также метод их проектирования. Проведен расчет упругих характеристик и деформативной податливости эластомерных сминающихся прокладок по методу конечных элементов. Аналитически получены формулы для определения реакций эластомерных пластин и эластомерных сминающихся прокладок при продольном изгибе. Проанализированы типовые металлоконструкции, входящие в состав спусковых дорожек продольных стапелей. Установлено, что спусковые дорожки, могут быть переоборудованы путем замены деревянного настила на эластомерные конструкции с сохранением металлоконструкций, входящих в их состав. Сконструированы спусковые дорожки продольного стапеля, в состав которых входят эластомерные упругие элементы.
Ключевые слова: эластичные элементы, эластомеры, эластомерные сминающиеся прокладки, конструктивная нелинейность, текучесть, оптимизация, метод проектирования, плавучее сооружение, опорное устройство, спусковые дорожки.
ANNOTATION
Roman Y. Korshikov: Designing of elastic elements suitable for substitution of marine purpose wood. –Typescript.
The dissertation on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science in the speciality Ref. No. 05.08.03: “Mechanics and Designing of Ships”. - Ukrainian State Marine University named after admiral Makarov, Nikolaev, 2001.
The dissertation is intended for fixing of scientific problems concerning with: an alternative usage of elastomeric structures in place of the marine purpose wood, and developing of methods of designing and estimation for elastomeric elastic elements, which form a part of hull arrangements for floating structures, and experimental research of buckling strength of elastomeric ship structures. The conditions for substitution of a wood material with elastomers were formulated and grounded in the dissertation. Methods of designing of elastic elements made of elastomer as well as of collapsible elastomeric pads were developed. Method of designing and optimisation of elastic supports based on elastomeric elements, which cover big area, was developed in the dissertation. A method of simulation of yield of a wood material by taking use of structural non-linearity of elastomeric structures was suggested. Analytic formulas for determining of reactions from elastomeric plates and from collapsible elastomeric pads were worked out. Constructional types of elastomeric collapsible pads were grounded in the dissertation. Methods of estimation of joint deformation of ship's hull with slipway structures and with floating dock in whole were analysed and a selection was made. Criteria were defined which form input data for estimation of joint deformation of elastic elastomeric elements with a ship's hull structures. A new design of launching ways for longitudinal slipway, which includes elastic elastomeric elements, was suggested.
Key words: elastic elements, elastomers, collapsible elastomeric pads, structural non-linearity, yield, optimisation, method of designing, floating structure, supporting appliance, launching ways.
УДК 629.5.02:678.4
Роман Юрійович Коршиков
Проектування еластичних елементів,
здатних замінити деревину
суднового призначення
Автореферат дисертації
Підписано до друку 20.04.2001 Формат 60x90/16. 0,88 умов. друк. арк. Тираж 100 прим. Замовлення № 47. Надруковано у ТОВ Видавництво “Газета”, 73000, Херсон, вул. 21 січня, 37, оф. 112. Херсон, 2001 р.