Введение к работе
Актуальность темы
В основе создания акустически качественных морских объектов лежит акустическое проектирование, которое является частью системного проектирования. Анализ отечественного и зарубежного опыта в области судовой акустики показывает, что достижение низких уровней шумности невозможно без использования конструктивных судовых средств и методов акустической защиты, предназначенных для снижения колебательной энергии источников на путях ее распространения.
Исследования, проведенные ведущими институтами отрасли, позволили сформулировать, в общем виде, основные принципы проектирования малошумных перспективных морских объектов, среди которых основное место занимает широкое применение комплекса средств акустической защиты (САЗ).
Наиболее распространенными САЗ в судостроении являются резинометаллические виброизоляторы. В отечественном судостроении вместо термина «виброизоляторы» зачастую используется термин «амортизаторы». Значительная доля снижения шумности морских объектов достигается за счет повышения эффективности именно САЗ, в первую очередь, резинометаллических амортизаторов (РМА).
К настоящему времени для основного виброактивного судового оборудования создана номенклатура амортизаторов, применение которых успешно решает задачу снижения вибрационной энергии, передаваемой через опорные связи. Вследствие этого на современных судах определяющей становится вибрационная энергия, передаваемая через неопорные связи, в первую очередь, через трубопроводы судовых трубопроводных систем. Уменьшение величины этой энергии, передающейся на несущие конструкции через подвески трубопроводов, может быть достигнуто путем применения для судовых трубопроводов, наряду с широко распространенными подвесками, такими как тип IV и ПТАКСС по ОСТ 5Р.5398-83, новых эффективных виброизолирующих подвесок.
РМА и подвески судовых трубопроводов, благодаря разнообразной номенклатуре, отлаженной, хотя и трудоёмкой технологии изготовления при серийном выпуске, нашли широкое применение в судостроении.
Анализ современного состояния проектирования и создания РМА и подвесок в сложившихся рыночных экономических отношениях показал, что применяемый сейчас на практике порядок проектирования амортизаторов и контроля их параметров в процессе производства является дорогостоящим, требует значительных материальных и временных затрат, большого количества испытуемых образцов и не отвечает современным экономическим требованиям. В результате этого получаемая продукция становится неконкурентоспособной, значительно увеличивается цикл ее освоения и внедрения на судах.
Основным фактором, определяющим такое положение, является необходимость экспериментального подтверждения ресурсных характеристик новых РМА и подвесок. Аналогичное положение существует и для серийных виброизолирующих конструкций, для которых в ходе их периодических или квалификационных испытаний, в соответствие с действующей нормативной, документацией подтверждаются ресурсные показатели всех типоразмеров амортизаторов и подвесок. Особенно длительным и затратным такой процесс оказывается для типорядов РМА, например, для амортизаторов типа АКСС-И и АКСС-М, имеющим существенное количество модификаций. Аналогичное положение наблюдается также для виброизолирующих подвесок, в которых для трубопроводов различных наружных диаметров используется типовой упругий элемент.
Таким образом, для улучшения сложившейся ситуации необходимо иметь научно обоснованный подход, использование которого позволило бы существенно сократить время испытаний и количество образцов, необходимых для их проведения.
Цель работы
Обоснование возможности снижения трудоемкости экспериментального подтверждения прочности судовых виброизоляторов при воздействии длительной вибрации на основе исследования их напряженно-деформированного состояния.
Задачи исследования
– проанализировать особенности конструкций типовых широко применяемых амортизаторов и новых амортизирующих конструкций (например, судовых подвесок трубопроводов);
– сформировать их расчетные модели;
– провести расчеты напряженно-деформированного состояния всех типоразмеров подвесок и амортизаторов рассматриваемого типоряда;
– по результатам расчета выделить элементы с максимальными напряжениями;
– экспериментально подтвердить полученные результаты, т.е. провести ресурсные испытания как выбранных элементов с максимальными напряжениями, так и каких-либо других элементов того же типа;
– разработать подход к сокращению времени проведения ресурсных испытаний и уменьшения количества образцов амортизаторов, необходимых для их проведения.
Научная новизна
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
1. Показана возможность применения расчетного способа для обоснования более экономичного подхода к проведению ресурсных испытаний.
2. Разработан новый подход к подтверждению ресурса типоряда судовых амортизаторов и виброизолирующих подвесок трубопроводов с подобными упругими элементами, выполненными из типовой амортизационной резины, на основе исследования их напряженно-деформированного состояния.
3. Предложена конструкция нового унифицированного упругого элемента для эффективных виброизолирующих подвесок трубопроводов малых диаметров, экспериментально определены основные характеристики.
Практическая ценность
Практическая ценность работы заключается в:
– разработке практического подхода, позволяющего сократить время проведения ресурсных испытаний и количества испытуемых образцов;
– создании на основе предложенной конструкции унифицированного упругого элемента типоряда виброизолирующих подвесок для трубопроводов малых диаметров.
Использование результатов диссертационной работы подтверждено соответствующими актами.
Методы исследования
Теоретические исследования выполнены на основе апробированных прикладных методах расчета, которые позволяют определить параметры напряженно-деформированного состояния РМА и подвесок. Использовались современные методы численного моделирования, позволяющие достаточно точно рассчитывать основные характеристики любых конструкций.
Экспериментальные исследования выполнялись по аттестованным методикам измерений на аттестованном стендовом оборудовании с использованием поверенных средств измерений.
Основные положения, выносимые на защиту
На защиту выносятся следующие основные результаты работы:
1. Новый подход к подтверждению ресурса типоряда судовых амортизаторов и виброизолирующих подвесок трубопроводов с подобными упругими элементами, выполненными из типовой амортизационной резины, на основе исследования их напряженно-деформированного состояния.
2. Результаты экспериментального исследования ресурсных показателей типорядов некоторых амортизаторов и виброизолирующих подвесок трубопроводов.
3. Конструкция нового унифицированного упругого элемента для эффективных виброизолирующих подвесок трубопроводов малых диаметров.
Достоверность результатов
Достоверность и обоснованность полученных результатов обусловлена:
– внутренней непротиворечивостью сделанных предположений;
– использованием для расчетов апробированных методов, а для экспериментальных исследований – современного аттестованного оборудования, аттестованных методик и поверенной аппаратуры;
– подтверждением основных положений результатами экспериментальных исследований.
Личный вклад автора
При непосредственном участии автора проводились: эксперименты, выполнялись расчетные исследования, производилась обработка и анализ данных, а также их интерпретация. Разработан подход к сокращению объема ресурсных испытаний однотипных образцов амортизаторов; алгоритм проведения расчета с использованием предлагаемого подхода; предложена конструкция виброизолирующей судовой подвески с новым унифицированным упругим элементом.
Апробация работы
Основные результаты работы докладывались на:
– II международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы динамики и прочности материалов и конструкций: модели, методы, решения», СамГУПС, г. Самара, 2011 г.;
– межотраслевых научно-практических конференциях «Военное кораблестроение России. ВОКОР-2011, ВОКОР-2012» 1 ЦНИИ МО РФ, Санкт-Петербург, 2011 – 2012 гг.;
– международной научно-технической конференции с участием молодых ученых «Динамика и виброакустика машин», г. Самара, 2012 г.;
– научной конференции «Сессия научного совета РАН по акустике и XXV сессия Российского акустического общества», г. Таганрог, 2012 г.
Публикации
По теме диссертационной работы опубликовано 5 научных работ, в том числе 2 статьи, 3 доклада на научно-технических конференциях. В личном авторстве опубликована одна работа, авторская доля в остальных работах от 25 до 50 %. В изданиях, рекомендованных Перечнем ВАК РФ, опубликовано 2 научно-технические статьи: одна без соавторов, авторская доля в другой – 70 %.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы и 5 приложений. Основной материал изложен на 92 страницах текста и содержит 24 рисунка, 14 таблиц. Список использованной литературы включает в себя 85 наименования.
