СУДОСТРОЕНИЕ 3'2014
ИНФОРМАЦИОННЫ! ТЕХНОЛОГИИ
МОДЕЛИРОВАНИЕ СУДОСТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНОЛОГИИ «ЦИФРОВОГО ПРОТОТИПА»
Е. П. Роннов, докт. техн. наук, Ю. А. Кочнев, канд. техн. наук (ФБОУ ВПО «Волжская государственная академия водного транспорта», e-mail: ptps@vgavt-nn.ru) удк 629.5.028.711
К изделиям судостроительного машиностроения — якорям, брашпилям, кнехтам и т. д. — предъявляются повышенные требования по надежности и прочности, поскольку от них во многом зависит безопасность судна.
Основные характеристики и размеры (масса, габариты) столь ответственных конструкций определяются гостом либо требованиями правил классификационных обществ. Однако большинство частных размеров (например, толщина некоторой стенки), как правило, не регламентируются ни правилами, ни стандартами и выбираются конструктором при выполнении рабочих чертежей. В то же время многие из этих «незначительных» параметров, не оговоренных в нормативных документах, существенно влияют на такие характеристики изделия, как масса, положение центра тяжести и т. д. Поэтому задача о правильном подборе этих параметров, влияющих на регламентированные характеристики изделия, весьма актуальна. Однако ее решение связано с трудностями, вытекающими из необходимости многокритериального объемного моделирования изделий сложной пространственной конфигурации. Удачным выходом из возникающих проблем, обусловленных необходимостью объемного моделирования, является применение технологии «цифрового прототипа».
Рассмотрим в качестве примера использование этой технологии при решении задачи модернизации якоря повышенной держащей силы (ПДС), изготавливаемого по ГОСТ 25496—82. Лапа этих якорей в процессе подъема может отклоняться от вертикального положения на угол ±35°, что в ряде случаев приводит к задеванию и повреждению лапой обшивки корпуса судна, нештатному заходу якоря в якорную нишу и клюз.
Для обеспечения нахождения лапы в вертикальном положении,
при котором указанные недостатки будут отсутствовать, на якорях ПДС смещен центр тяжести лапы ниже оси ее вращения на веретене, что достигнуто за счет одновременного использования двух конструктивных мероприятий:
• подъема вверх оси вращения лап на веретене на величину А1§;
• смещения вниз центра тяжести лапы (А7ц).
Вид сечения якоря до и после модернизации приведен на рисунке.
Предложенное решение не противоречит требованиям ГОСТ 25496—82, в котором регламентированы (при заданной массе) габаритные размеры якоря и положение его центра тяжести, но требуется найти компромисс в степени подъема оси вращения лап и одновременного смещения вниз их центра тяжести. Обеспечить вертикальность лап только за счет одного любого из указанных конструктивных мероприятий нельзя, так как это приводит к
Положение центра тяжести якоря ПДС до и после модернизации
невыполнению требований к характеристикам, заданным гостом.
Обеспечить требуемое гостом положение центра тяжести всего якоря можно за счет изменения нерег-ламентируемых параметров веретена и лап якоря, используя для этого технологию «цифрового прототипа».
Массу лап якоря можно представить в виде функции
Р, = ф1(о],02,...а;, Ь,,Ь2,...Ь|) ,
где о, — регламентированные гостом параметры лапы якоря; Ь — не регламентированные гостом, т. е. «управляемые» параметры лап якоря.
Аналогично масса веретена будет
Р2 = ф2(с,,с2,...ск, С,,^,.../) ,
где Ск — регламентированные гостом параметры веретена якоря; / — не регламентированные гостом («управляемые») параметры веретена якоря.
Центры масс лап и веретена якоря представим в виде элементарных элементов, таких как призма, параллелепипед и т. д., объединенных в единую твердотельную модель по технологии «цифрового прототипа» в среде АиЬСезИпуе^ог:
Н^Р-Л/Р, ;
^е^п)/^
где т,т, Р,т — центр масс и масса т-го расчетного элемента лап якоря; т2п, Р2п — центр масс и масса п-го расчетного элемента веретена якоря.
«Управляемыми» размерами лап являются Ь,ч — толщина q-й стенки лап; 62 — положение оси вращение лап; Ьз — параметры блока оси вращения лап.
«Управляемыми» размерами веретена являются с/, — длина веретена; С2 — размеры сечения веретена в нижней части.
Использование «цифрового прототипа» позволяет с высокой степенью точности описать геометрию деталей якоря и их зависимость от «управляемых» размеров, учитывая особенности использованного материала, последующее их изготовление (литье) и обработку.
Задача модернизация якоря ПДС в балансирный, соответствую-
ИНФОРМАЦИОННЫ! ТЕХНОЛОГИИ
СУДОСТРОЕНИЕ 3'2014
щий условиям ГОСТ 25496—82, формулируется следующим образом.
Найти наилучшее изменение нерегламентируемых гостом, т. е. «управляемых» размеров
B{blq, Ц, b3, d„ d2} ^ opt , (1)
при соблюдении следующих условий: — полная масса якоря заданной держащей силы (по госту)
Pr = S Pe;
e=4
(2)
— положение центра масс якоря (по госту)
хе=4 Peze Xe=4Pe
(3)
— размеры якоря в сборе и его элементы е А и ск е С, где А, С — значения по госту;
— ось вращения коробки лап при вертикальном положении якоря выше центра тяжести лап
(VzJ > 1 ;
(4)
— обеспечивается прочность и функциональность изделия.
Задача является вариантной, так как условия (1)—(4), в принципе, могут быть выполнены при различных сочетаниях Ь- и 4, и решается методом последовательных приближений.
Алгоритм решения следующий:
1. Создается цифровой прототип якоря ПДС, соответствующего госту.
2. Выполняется корректировка цифрового прототипа за счет следующих мероприятий:
2.1. Снижение центра масс лап якоря соответствующим изменением «управляемых» параметров.
2.2. Подъем оси вращения на допустимый уровень.
2.3. Корректировка в рамках «управляемых» параметров блока оси вращения.
3. Расчет оптимизируемых параметров якоря и проверка выполнения условий (2)—(4), прочности и функциональности изделия.
4. Если все условия выполняются, то разработанный цифровой прототип якоря считается окончательным, если нет — повторно выполняются операции шага 2.
Технология «цифрового прототипа» поддерживает возможность динамического моделирования и анализ напряжений для полученного изделия. Динамическое моделирование позволяет оценить динамические характеристики изделия при различных внешних нагрузках, определяемых пользователем. Анализ напряжений на основе метода конечных элементов дает возможность спрогнозировать напряжения в сложной конструкции под воздействием различных внешних сил. Таким образом, практически полностью отпадает необходимость в разработке физического прототипа, что в итоге экономит материальные средства и время на выпуск новой продукции.
На основании проведенного моделирования были получены значения «управляемых» размеров, при которых якорь соответствовал требованиям задания.
Выполненная работа позволяет сделать заключение о возможности использования изложенного подхода при решении задач с объектами, имеющими сложную объемную геометрическую форму.
z=
r
О ДОПУЩЕНИЯХ ПРИ ИМИТАЦИОННОМ МОДЕЛИРОВАНИИ И РАСЧЕТЕ НА ПРОЧНОСТЬ КОРАБЕЛЬНЫХ ТОКОВВОДОВ
М. В. Тепляков, канд. техн. наук (ООО НПЦ «СЭС», e-mail: ses@npcses.ru), М. Д. Хазиева, аспирант, e-mail: temiva1948@yandex.ru
Если рассматривать токоввод устройства, эксплуатируемого под водой, как элемент или участок корпуса изделия, то одной из важнейших функций токоввода как элемента оболочки (корпуса) следует считать обеспечение прочности. Все остальные расчетные параметры становятся необходимыми и целесообразными только после подтверждения заданной прочности с учетом дополнительных устанавливаемых нормативами коэффициентов запаса.
В общем виде математическое описание токоввода для решения за-
дачи прочности представляется в виде общей функции:
°ввода = Оа; От; /' С 4
[р]; т О,; К0; Бв) , (1)
где О — внутренний диаметр расчетной детали; Оа — наружный диаметр расчетной детали; От — средний диаметр расчетной детали; / — расчетный коэффициент прочности;
— коэффициент прочности при ослаблении отверстиями; /с — коэффициент прочности при ослаблении
отверстиями с учетом укрепления;
— коэффициент прочности при ослаблении сварными соединениями; во — минимальная расчетная толщина стенки без прибавок при ф = 1,0 (ф — расчетный коэффициент прочности); 4 — диаметр отверстия в расчетной детали; [р] — допустимое расчетное давление; ^ — температура рабочей среды; О, — превышение температуры рабочей среды над средней температурой, связанное с режимными и гидродинамическими условиями; К0 — коэффициент, учитывающий ослабление отверстиями; Б^ — сумма диаметров отверстий1.
В данном описании приведены наиболее значимые факторы, но следует учитывать, что многие из них зависят от других, менее значимых факторов, т. е. предлагаемая модель является несколько приближенной к реальной. Также не учитываются отклонения свойств диэлектриков при объемном изменении физических нагрузок, таких как давление внешней среды. Не учтена возможность
1Тепляков М. В. К вопросу о моделировании при решении задач, связанных с поиском технических решений для конструкций современных то-ковводов//Судостроение. 2014. № 1.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.