научная статья по теме СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОРПУСНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПОДВОДНЫХ ЛОДОК НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ Машиностроение

Текст научной статьи на тему «СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОРПУСНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПОДВОДНЫХ ЛОДОК НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ»

ВОЕННОЕ КОРАБЛЕСТРОЕНИЕ

СУДОСТРОЕНИЕ 1'2006

испытывался комплекс «Вьюга». Дооборудование осуществлялось на Черноморском судостроительном заводе. После проведения в апреле 1966 г. глубоководного погружения лодку перебазировали в Феодосию, где на полигоне проходили заключительные испытания ракеты «Шквал».

Самым трудным при создании ракеты «Шквал» (шифр М-4) оказалось добиться удержания каверны и устойчивости (управляемости) ракеты при движении в воде. Из-за неудач, которые сопровождали пуски ракеты на озере Иссык-Куль, испытания пришлось приостановить и возвратить ракету на доработку. В том же году их продолжили, но уже с новым, доработанным вариантом ракеты (шифр М-5).

Государственные испытания проходили на полигоне в Феодосии. С января 1972 г. по май 1976 г. провели 43 пуска ракеты М-5 с испытательного стенда и 7 пусков с ПЛ пр. 613РВ.

Постановлением СМ СССР от 27 ноября 1977 г. противолодочный комплекс «Шквал» с ракетой М-5, получивший шифр ВА-111, был принят на вооружение ВМФ. Так успешно завершилась работа по созданию оригинального, не имевшего аналогов за рубежом оружия. За его создание большая группа специалистов по-

ЦКБ МТ «Рубин» совместно с кафедрой строительной механики корабля СПбГМТУ работает над улучшением методов проектирования корпусных конструкций подводных лодок (ПЛ) нового поколения, что позволит находить новые технические решения быстрее и увереннее, чем это можно было сделать ранее, и создавать корпуса минимально возможной массы при обеспечении повышенных требований к прочности, надежности, функциональности и эффективности. Усовер-

лучила Ленинскую и Государственную премии (в том числе лауреатом Государственной премии от СПМБМ «Малахит» стал начальник отдела вооружения П. Ф. Бреус) и была награждена орденами и медалями.

Наиболее значимым в области создания морского оружия в 80-х годах стало участие СПМБМ «Малахит» в разработке стратегического комплекса «Гранат». Ракета (и комплекс) создавалась в ОКБ «Новатор» (Свердловск) под руководством начальника бюро и главного конструктора Л. В. Люльева. СПМБМ «Малахит» для этих целей спроектировал опытную ПЛ пр. 633КС (главный конструктор Р. А. Шмаков), наземный стенд 03010 (главный конструктор Р. А. Шмаков), атомную ПЛ пр. 671РТМК (главный конструктор Г. Н. Чернышев).

После завершения летно-кон-структорских и государственных испытаний комплекс «Гранат» с высокой оценкой был принят на вооружение. За создание этого комплекса Л. В. Люльева наградили второй золотой звездой Героя Социалистического Труда. Большая группа специалистов удостоена Ленинской и Государственной премий и награждена орденами и медалями (среди них — заместитель главного конструктора СПМБМ «Малахит» В. А. Собакин).

шенствования метода конечных элементов (МКЭ), использующие мощный современный математический аппарат для инженерных расчетов, были применены не только в задачах проектирования конструкций корпуса ПЛ, но и их оптимизации.

Учитывая пространственный характер деформирования корпусных конструкций ПЛ и взаимное влияние составляющих конструктивных элементов, на этапе проектирования необходимо привлечение более универсальных расчетных моделей МКЭ,

В 1997 г. за создание АПЛ, вооруженных комплексом «Гранат», специалисты СПМБМ «Малахит» Р. А. Шмаков, В. А. Остапенко, О. А. Алешков, О. А. Зуев-Носов и В. Ф. Николаев удостоены премии Правительства РФ в области науки и техники.

Таков краткий обзор работ, выполненных СПМБМ «Малахит» за полувековой период, по созданию высокоэффективного морского оружия для отечественных подводных лодок.

Литература

Антонов А. М. Первое поколение атомоходов СКБ-143. СПб.: СПМБМ «Малахит», 1996. Баллистические ракеты подводных лодок России. Избранные статьи/Под общ. ред. докт. техн. наук И. И. Величко; ГРЦ «КБ им.акаде-мика В. П. Макеева». Миасс, 1994. Запольский А. А. Ракеты стартуют с моря. СПб.: СПМБМ «Малахит», 1994. Запольский А. А. Стратегическим ракетоносцам — быть. СПб.: СПМБМ «Малахит», 1998. Пялов В. Н., Шмаков Р. А, Барбанель Б. А. Многоцелевые атомные подводные лодки и подводные аппараты//Наука Санкт-Петербурга и морская мощь России. Т. 2. СПб.: Наука, 2002.

Шмаков Р. А. К истории создания ракетных противолодочных комплексов «Вьюга», «Водопад», «Ветер», «Шквал»//Гангут. 1998. Вып. 14.

Шмаков Р. А. У истоков создания первых отечественных подводных ракетоносцев. Материалы юбилейной конференции 1955—1995. СПб.: СПМБМ «Малахит», 1996. Шмаков Р. А., Шанихин Е. Н. Основоположник ракетных подводных крейсеров. СПб., 2004.

позволяющих учесть все факторы, влияющие на прочность и основные характеристики конструкции.

Переход к новым расчетным моделям анализа откликов конструкции потребовал пересмотра величин и способов приложения внешних воздействий и нормативных требований, определяющих надежность конструкций. Возникла необходимость строгой согласованности, гармонизации содержания трех основных проблем строительной механики: внешних воздействий, внутренних реакций и опасных состояний. При применении МКЭ это потребовало осуществления более строгой, чем это делалось ранее, регламентации расчетных моделей.

Использование новых расчетных моделей МКЭ для расчетов прочности при проектировании ПЛ позволило выполнять расчеты напряженно-деформированного состояния при сложном пространственном характере деформирования с учетом совме-

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОРПУСНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПОДВОДНЫХ ЛОДОК НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ

Ю. Н. Кормилицин, докт. техн. наук, Ю. В. Малышевский,

канд. техн. наук (ФГУП ЦКБ МТ «Рубин»), А. А. Родионов, докт. техн. наук (СПбГМТУ) удк 624.074.4.046:623.827

СУДОСТРОЕНИЕ 1'2006

ВОЕННОЕ КОРАБЛЕСТРОЕНИЕ

Рис. 1. Расчетная модель носовой сферической оконечности с учетом внутренних конструкций (вид изнутри)

стной работы всех составляющих элементов конструкции при статическом и динамическом нагружении, принимая во внимание нелинейность при достижении предельных нагрузок.

При моделировании конструкции с помощью разработанных усовершенствованных расчетных моделей МКЭ ее напряженно-деформированное состояние, изменяющееся в зависимости от времени под действием динамических нагрузок, в общем случае описывается системой уравнений:

Mq(t) + Cq(t) + Kq(t) = p(t), (1)

где M, C и К — матрицы масс, сопротивления и жесткости всей расчетной модели; q, q, q — векторы узловых параметров перемещений, скоростей и ускорений соответственно; p — вектор узловых внешних сил.

При этом матрицы могут зависеть от узловых параметров, т. е. система (1) может быть нелинейной. На этапе проектирования решение такой системы для конструкций ПЛ связано с неоправданно большими затратами времени. Тем не менее для регламентируемых расчетных случаев выполнено большое число расчетов.

Статический линейный расчет выполняется в предположении отсутствия сил, зависящих от времени и линейности матрицы жесткости, с помощью уравнения, используемого для большинства расчетных случаев конструкций:

Kq = p . (2)

Рис. 2. Напряженно-деформированное состояние носовой сферической оконечности

Статический нелинейный расчет описывается нелинейной системой разрешающих уравнений

<(я)я = р, (3)

которая позволяет описать нагруже-ние конструкции в упругой и упруго-пластической стадиях деформирования с учетом больших деформаций, вплоть до ее предельного состояния. Решение системы уравнений (3) выполняется с помощью итерационной процедуры Ньютона—Рафсона.

Свободные колебания упругого тела описываются уравнением движения в предположении отсутствия внешних сил и без учета сил сопротивления:

Мс^) + Кя(г) = 0 , (4)

где я = фэтЮ; ф — вектор формы колебаний, образованный амплитудными значениями узловых перемещений; ю — круговая частота колебаний.

При моделировании конструкции, граничных условий и нагрузки, в зависимости от целей расчета и типа конструкции, возможны и необходимы определенные допущения и упрощения.

В зависимости от условий работы конструкции и внешних воздействий деформации и напряжения подразделяются на: общие в основных связях корпуса; местные в конструктивных элементах; концентрационные в локальных зонах конструкции и прерывистых связях. Способ мо-

Рис. 3. Расчетная модель конструкции поперечной переборки

делирования конструкции и внешних воздействий соответствует одному из перечисленных типов напряженно-деформированного состояния конструкции. Размер расчетной модели определяется выбранными границами модели и необходимыми размерами сетки конечных элементов.

Для исследуемого напряженно-деформированного состояния принимались следующие типы конечных элементов: стержневые (одномерные с осевой жесткостью); пластины и оболочки (двухмерные с мембранной, изгибной и крутильной жесткостью).

Второстепенные конструктивные связи, например подкрепляющие пластину вдали от рассматриваемого района, учитывались с той или иной степенью условности, которая определяется вкладом этих связей в анализируемое напряженно-деформированное состояние. Так, ребра жесткости, подкрепляющие пластину, учитывались условно в виде дополнительной толщины пластин. Поскольку обобщенная жесткость подкрепленной пластины в зависимости от ориентации подкрепляющих ребер жесткости различна во взаимно ортогональных направлениях, в расчетных моделях это учитывалось введением ортотропных свойств пластин с приведенной толщиной. Малые конструктивные вырезы учитывались путем уменьшения жесткости за счет уменьшения толщины элементов или модулей сдвига и нормальной упругости в продольном и поперечном направлениях.

5 Судостроение № 1, 2006 г.

ВОЕННОЕ КОРАБЛЕСТРОЕНИЕ

СУДОСТРОЕНИЕ 1'2006

Задание граничных условий и закреплений исключало перемещения и повороты модели как жесткого целого, учитывало в расчетной модели реально существующие опоры и закрепления, взаимодействие части конструкции по ее границам со смежными частями.

Кинематические граничные условия и закрепления вводились путем задания предписанных значений перемещениям и углам поворота в узловых точках расчетной модели. Исключение перемещений и поворотов модели как жесткого тела (программы МКЭ не обеспечивают автоматического исключения таких пере

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.

Показать целиком