УДК 629.565.2: 627.034

 

  С.В. Терлич, преподаватель

   Херсонский филиал НУК, г. Херсон

 

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЁТА ПРОЧНОСТИ ПАНЕЛЕЙ ДЛЯ ЗАШИВКИ КАЮТ НЕСАМОХОДНЫХ ПЛАВУЧИХ СООРУЖЕНИЙ

 

Приведена методика определения усилий, возникающих в элементах формирования помещений несамоходных плавучих сооружений во время их эксплуатации

 

Постановка и актуальность задачи. Значительную стоимость и качество интерьера жилых и служебных помещений несамоходных плавучих сооружений определяют конструкции и технологи монтажа элементов отделки и оборудования. Для их изготовления используются современные материалы на основе плит базальта, вермикулита и минеральных наполнителей.

Как показал анализ последних исследований вариантов модульного формирования помещений [2, 4, 6] самым эффективным способом зашивки является применение стандартных панелей.  При этом обеспечивается:

- низкая строительная стоимость;

- обеспечение использование отходов при раскройке заготовок панелей;

- высокие характеристики звукоизоляции и пожароустойчивости [5].

В то же время для обеспечения надёжности панелей необходимо обосновать основные её размеры, то есть разаработать методику расчёта прочности и износоустойчивость.

Цель исследования – создать расчётную базу для определения внутренних усилий при нагрузках на элементы модульной зашивки и разработать методику для определения параметров прочности занивочных панелей.

Изложение основного материала. Элементы модульной зашивки помещений несамоходных плавучих сооружений эксплуатируются в особах условиях по сравнению с другими судами.  Кроме основных нагрузок, которые имеют место на торговых, промысловых и специальных судах,  в данной задаче следует учесть усилия, передаваемые корпусом в результате погружения-всплытия и докования плавучих объектов. Также значимой нагрузкой на зашивочную панель должны быть рассмотрены усилия в результате случайного навала человека на панель. Расчетная  схема внешних нагрузок на зашивочную панель представлена на рисунке 1.

 

 

 

 

 

 

Рис. 1 Внешние усилия, действующие на зашивочную панель.

р – распределённая загрузка, вызванная динамикой корпуса, q – распределённая нагрузка, вызванная случайным навалом человека.

Дифференциальное  уравнение изогнутой поверхности пластины можно представить в виде [8].

                                                                                                       (1)

где: - модуль упругости материала панели; - момент инерции поперечноо сечения панели; - коэффициент Пуассона

; ,  - коэффициенты Лямэ, которые характеризуют жёсткость материала во время работы на растяжение и изгиб; - прогин пластины; - момент усилий, приложенный к панели.

Учитывая, что кромка зашивочной панели может перемещаться в плоскости контура  крепления можно считать, что панель работает в условиях балки на растяжение и сжатие. Обозначив растягивающее усилие как  применены следующие обозначения:

                    ;   ;                              (2)

где: - висота судового помещения; - ширина панели.

Схема усилий, действующих на зашивочную панель, представлена на рисунке 2.

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2 Схема усилий, действующих на судовую зашивочную панель

Усилия ,  и  можно представить выражениями[8]:

             ; ;                                   (3)

где , ,  - соответствующие координаты осей (рисунок 2).

Моменты усилий, действующие на гранях выделенного элемента панели , который сгибается относительно плосхости ZY определяются зависимостями [1, 8]:

                                  ;                                 (4)

В исследовании рассмотрен элемент зашивочной панели, который работает на упругом основании под действием равномерно распределённой нагрузки  и усилий , , (рисунок 3).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3 Расчётная схема элемента зашивочной панели под действием внешних сил

 

Учитывая, что реакция основания в каждой точке пропорциональна прогибу [*], интенсивность реакции основания можно описать зависимостью:

                                                                                                          (5)

где -коэффициент Лямэ , который зависит от жёсткости материала [8].

Таким образом при известной внешней нагрузке полное распределение нгрузки, которое действует на элемент панели будет описываться равенством:

                                                                                           (6)

 

Дифференциальное уравнение изогнутой оси в направлении  при нагрузке можно запимать в следующем виде:

                                                                         (7)

Для определения начальных параметров принято , тогда                уравнение (7)  привет вид:

                                                                                 (8)

Начало координат выбрано в левом нижнем конце элемента панели, где начальными параметрами будут: (рисунок 3).

Для упрощения вычислений введено обозначение:

                                               

а переменная z заменена безразмерной абциссой

                                                   

Тогда выражение (8) может быть представленно в виде:

                                                                                                               (9)

Для решения уравнения (9) целесообразно применить чиленный метод Эйлера [8], представив решение в виде выражения:

                              (10)

Взяв производные от уравнения (10) и выразив через них  и приняв, что для данной задачи, были получены следующие выражения:

                                           (11)

=                                              (12)

                           (13)

Для определения начальных параметров принято , таким образом:

                                                                      (14)

Решая систему уравнений (14) методом Якоби [1] получены следующие зависимости:

                                                                                     (15)

Подставляя значения постоянных интегрирования из системы (15) в выражения (10-13) получены зависимости для расчётов основных параметров напряженно-деформационного состояния для модульной зашивочной панели:

                            (16)

где ,,,- функции Крылова [1]. Для рассматриваемого случая:

                                                               (17)

Уравнение равновесия сил для выдленного элемента модульной композитной панели можно записать как [8]:

                                                                                                       (18)

Найдя моменты тех же сил относительно осей х и у и отбросив малые бесконечно малые величины, получена следующая система уравнений:

                                                                                                   (19)

Первые два уравнения системы (18) связывают между собой усилия в средней плоскости композитной панели. Изгиб панели определяется характеристиками, которые входят в третье уравнение системы (18) и системы (19).

Выводы и перспективы дальнейших разрботок.   Используя полученную модель при известных начальных параметрах величины могут быть определены из зависимостей (16-19)  и соответствующих нагрузок, возникающих в композитной модульной панели при её эксплуатации. В процессе исследования в компьютерной среде Solid Works были выполнены расчёты внутренних усилий для элементов зашивки плавсредств, перечисленных в [5]. Полученные данные позволяют подобрать по каталогам фирм-производителей  модульные элементы формирования кают в зависимости от их геометрических и прочностных характеристик.

       Список использованной литературы.

 1. Корчевская Н.М., Мильто А.А. К вопросу о модульних методах обстройки судових помещений // Зб. Наук. праць УДМТУ. – Миколаїв: УДМТУ, 2002. - №8(386). – С.17–30.                       

2.  Вержбицкий В.М. Численные методы. Учеб. пособие для вузов. – 2-е узд., испр. – М.: ООО «Издательский дом “ОНИКС 21 век”», 2005. – 432 с.

3.  Мамишев А.І., Терлич С.В., Щедролосєв О.В. До питання пожежної безпеки житлових приміщень на морських плавучх спорудах //  Тези доповідей  60-ї науково-технічної конференції «Проблеми і перспективи морського транспорту: технологія управління, економіка, логістика, право». – Одеса: ОНМУ. – 2007. – С. 65-68              

4. Терлич С.В., Слуцький М.Г. Використання модульної оббудови приміщень на композитних плавучих доках Зб. наук. праць УДМТУ. – Миколаїв: УДМТУ, 2008. - №2(419). – С.45–48.

5.  Слижевский С.Н., Мильто А.А. Конструктивно-технологические особенности модульного формирования судовіх помещений в системе М 50 // Зб. наук. праць УДМТУ. – Миколаїв: УДМТУ, 2000. – №4(370). – С. 26-30.                          

6. Терлич С.В. Розмірний та конструктивний аналіз приміщень на плавдоках // Вісник СевНТУ. Механіка. Енергетика. Екологія. №88. – с. 52-55.

7. Щедролосєв О.В., Терлич С.В. Сучасний стан модульного формування приміщень на плавучих доках //  Зб. Наук. праць НУК. – Миколаїв: УДМТУ, 2008. - №1(418). – С.94–99.     

 8. Щуп Т.Е. Прикладные численне методы в физике и технике. – М.: Высшая школа, 1990. – 225 с.