Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Механика распорных устройств орудий рыболовства
1.1. Основные сведения об условиях гидродинамики траловых систем, физических параметрах и химическом составе вод океана 11
1.2. Крыло 20
1.3. Общие сведения о распорных устройствах 28
1.4. Силы, действующие на траловую доску 36
ГЛАВА 2. Автоматизированный алгоритм графоаналитического метода определения геометрических характеристик траловой доски
2.1. Аналитическое определение положения центра масс доски 45
2.2. Секториально-линейные характеристики тонкостенных сечений 51
2.3. Расчет геометрических характеристик произвольных сечений через координаты контурных точек 56
2.4. Численные методы интегрирования в MATHCAD 60
2.5. Алгоритм определения координат центра сдвига траловой цилиндрической доски V-образной формы. 64
ГЛАВА 3. Напряжения и перемещения траловой доски тонкостенного профиля
3.1. Вычисление напряжений в общем случае сложного сопротивления тонкостенного стержня 66
3.2. Дифференциальное уравнение углов закручивания для случая изгибного кручения стержней тонкостенного профиля 74
3.3. Численные методы решения дифференциальных уравнений высших порядков з
3.4. Оценка потери устойчивости стержня тонкостенного профиля 97
3.5. Оценка общего случая нагружения тонкостенного профиля с помощью программы SolidWorks 101
ГЛАВА 4. Матричная форма уравнения равновесия траловой доски с учетом дополнительных напряжений и перемещений
4.1. Матричная форма расчета сопряженных элементов конструкций 102
4.2. Кинетическая энергия. Уравнение Лагранжа 109
4.3. Критерии устойчивости в методе конечных элементов 114
4.4. Определение частот собственных колебаний 117
ГЛАВА 5. Практические методы оптимизации параметров устойчивости равновесия траловой доски
Заключение 123
Литература
- Общие сведения о распорных устройствах
- Расчет геометрических характеристик произвольных сечений через координаты контурных точек
- Дифференциальное уравнение углов закручивания для случая изгибного кручения стержней тонкостенного профиля
- Кинетическая энергия. Уравнение Лагранжа
Введение к работе
Актуальность проблемы В течение последних десятилетий произошло вытеснение тралового флота из наиболее продуктивных и хорошо освоенных шельфовых районов промысла в открытые пространства Мирового океана
Увеличение глубины и скоростей траления, повышение размеров тралов, рост тяговых усилий судов и промысловых механизмов, необходимость облова подвижных скоплений рыбы привели к резкому увеличению динамических нагрузок в различных частях траловой системы Траловые системы все чаще стали работать в нестационарных режимах, то есть в таких режимах движения, когда одновременно изменяется скорость судна, длина вытравленного ваера, глубина хода трала, силы сопротивления различных звеньев траловой системы, наличие поверхностного и внутреннего волнения океана
Для повышения уловистости пелагических рыб были увеличены размеры устья трала и применено прицельное наведение трала на скопление рыбы при помощи гидроакустических и механических приборов для измерения глубины, поиска рыбы и контроля параметров движения трала, а также повышены скорости траления Многие исследователи тралов утверждают, что эффективность работы трала во многом зависит от работы траловых досок
Траловая доска (trawling board) - элемент оснастки промыслового трала, обеспечивающая его горизонтальное раскрытие Характеризуется площадью, формой и гидродинамическим качеством — отношением распорной силы траловой доски к силе ее сопротивления при буксировке Траловая доска содержит следующие основные детали распорный щиток (spreading screen), стрингеры (stringer), киль (keel), дуги (bracket) для крепления ваера
Проблема обеспечения устойчивости движения траловой доски в условиях волнения моря и бортовой качки существует и, относится к тому классу задач гидродинамики, для которых типично взаимное влияние внешних нагрузок и перемещений когда не только перемещения (деформации, напряжения) зависят от нагрузки, но и сами нагрузки меняются в зависимости от перемещений
Особенностью деформирования траловой доски как тонкостенного стержня открытого профиля является депланацш поперечных сечений вследст-
виє возникновения значительных дополнительных нормальных напряжений ст при кручении и касательных напряжений т при изгибе
n мх му (Вт \ QysTc QXymc ІМаХГ] пл
a*=^ + -ry+,X + \-f(0\> г= т я + г я + \ г я \ (1)
A Jx Jy [Jm J Jx8 JyS [ Jm8 J
Возникающие упругие деформации тонкостенной конструкции траловой доски создают условия для изгибно-крутильных колебаний и возможно резкой потери устойчивости движения.
Существует несколько традиционных практических методов снижения дополнительных напряжений в тонкостенных стержнях Это применение симметричных, замкнутых сечений, установка так называемых «ребер жесткости» (стрингеров), исключающих депланацию сечений, смещение результирующей внешних сил в «центр сдвига» (он же «центр изгиба», «центр жесткости» или «центр упругих сил») Стабильность движения траловой доски можно повысить за счет понижения ее центра тяжести увеличением массы киля, либо изготовления распорного щитка из более легкого и жесткого материала (композитные доски) В работе предлагается, как вариант снижения возникающих изгибно-крутильных деформаций, совместить геометрический центр тяжести и центр жесткости траловой доски за счет придания ей V-образной формы и переменного сечения
Технический уровень любой спроектированной рыбопромысловой системы выявляется только непосредственно на промысле, когда что-либо менять уже поздно, поэтому адекватность математической модели должна подкрепляться практическими данными либо экспериментом физической модели В работе были проанализированы различные типы траловых досок, форма которых сформировалась из опыта эксплуатации
Предмет исследования - вопросы обеспечения устойчивого движения и равновесия буксируемой тонкостенной конструкции в океанической среде
Объект исследования -цилиндрическая траловая доска с тонкостенным сечением открытого профиля как объект специального назначения
Цель работы - выявление физических условий обеспечения устойчивого движения и равновесия траловой доски с учетом влияния центра упругих сил
Для достижения этой цели в работе выполнены следующие задачи
проанализирована существующая практика и методы обеспечения устойчивости движения и равновесия траловой доски,
рассмотрены расчетные приемы учета упругих деформаций траловой доски и степень их влияния на параметры устойчивого движения и равновесия траловой доски,
предложены способы снижения либо устранения дополнительных изгиб-но-крутильных напряжений и перемещений,
проведен численный эксперимент для обоснования справедливости основных гипотез и проверки достоверности результатов расчетов,
Методы исследования При решении поставленных задач в работе использовались общая теория деформирования тонкостенных стержней открытого профиля, алгоритм метода конечных элементов (метод прямой жесткости, вариационно-разностная версия и другие)
Научная новизна диссертационной работы
разработан графо-аналитический метод определения секториально-линейных геометрических характеристик для произвольных сечений и объемов и главных секториальных координат,
для расчета устойчивости движения траловой доски в толще воды введено и обосновано понятие центра упругих сил,
разработан программный комплекс на основе метода прямой жесткости для определения деформаций и внутренних усилий траловой доски с учетом дополнительных изгибно-крутильных напряжений, возникающих из-за несовпадения центра тяжести с центром сдвига,
рассмотрены возможности динамического расчета упруго-деформируемой траловой доски,
Достоверность результатов проверена применением программы COSMOSXpress, которая в совокупности с системой фафического моделирования SolidWorks позволяет оценить зоны возможной потери устойчивости и критические нагрузки для объектов произвольной формы Предлагаемая теоретическая модель траловой доски подтверждается существующими досками как V-образного
типа, с противовесами так и переменного сечения траловыми досками, конструкции которых наиболее рациональны для обеспечения устойчивости движения
Практическая ценность работы Предлагаемый алгоритм графо-аналити-ческого метода для вычисления секториально-линейных геометрических характеристик произвольных сечений через декартовы координаты контурных точек может быть использован в современных программах для определения положения центра сдвига Традиционный расчет устойчивости движения траловой системы (Альтшуль Б А , Фридман А Л 1990), когда модель траловой доски сводиться к схематизации ее как твердого тела, положение которого в пространстве определяется шестью обобщенными координатами, либо материальной точки с тремя степенями свободы, может быть скорректирован предлагаемым алгоритмом динамического расчета в матричной форме движения траловой доски с постоянной скоростью
Апробация работы Основные положения и результаты диссертационной работы были доложены и обсуждены на
III Международной научной конференции «Рыбохозяйственные исследования Мирового океаны», 18-20 мая 2005 г, Дальрыбвтуз, Владивосток
The 21st Asian-Pacific Technical Exchange and Advisory Meeting on Marine Structures 10-13 September, 2007,Yokohama, Japan
Публикации По теме диссертации имеется 16 публикаций, из которых 2 статьи в сборнике научных трудов «Известия ТИНРО», рекомендуемом ВАК На защиту выносятся следующие основные результаты работы
графо-аналитический метод определения секториальных геометрических характеристик для произвольных сечений и объемов,
метод компьютерного моделирования оптимальной формы и конструкции траловой доски,
программный комплекс на основе метода прямой жесткости для определения деформаций и внутренних усилий траловой доски с учетом дополнительных изгибно-крутильных напряжений, возникающих из-за несовпадения центра тяжести с центром сдвига
4) конструктивные рекомендации для повышения устойчивости движения траловой доски и сопротивлению потери устойчивости
Структура работы Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и двух приложений
Общие сведения о распорных устройствах
История тралового лова насчитывает около 600 лет. Большая часть этого периода приходилась на лов при помощи так называемых бим-тралов. Они представляли собой мешкообразную сеть, прикрепленную к жесткой раме, которая на одном канате - ваере буксировалась по дну моря парусным судном-траулером [1].
Применение в конце ХІХв. паровых, а в начале ХХв. и дизельных траулеров, снабженных механическими, а затем и электрическими лебедками, позволило существенно увеличить размеры тралов, скорость и глубину траления, а затем усовершенствовать саму конструкцию трала. Жесткая рама уступила место гибким подборам с гидростатическими и гидродинамическими устройствами, удерживающими устье сети раскрытым во время траления, а сам трал стали буксировать на двух стальных канатах - ваєрах. В середине XX века мощность самых крупных траулеров уже составила 600—800 л.с. Это давало возможность при скорости буксировки около 3 узлов эксплуатировать тралы с площадью устья около 30 м2 на глубине до 200 м при длине ваеров 500—600 м и диаметре около 20 мм. Но по-прежнему, как и в предшествующие годы, движение траловой сети осуществлялось непосредственно по дну моря, причем только на участках, свободных от камней, скоплений губки и других препятствий. Уловы состояли из таких типично донных рыб, как камбала, палтус, зубатка, треска, пикша, рассеянных обычно на так называемых банках. Если же трал задевал за подводное препятствие, нагрузки в ваере, обычно не превышающие 3-4 т, резко возрастали, и ваер мог оборваться. Время от времени возникавшие идеи создания пелагического трала для облова пелагических скоплений рыбы, обитающих в толще воды, встречались с недоверием. Кроме того, стайный образ жизни пелагических рыб, более высокие скорости их движения также затрудняют процесс лова. Для облова стаи требуются тралы более быстроходные и гораздо больших размеров.
В 50-е годы советскими инженерами были созданы и успешно применены пелагические тралы: впервые — на лове черноморской хамсы (С.Б.Гюльбадамов, А.Н.Самарьянов), затем — норвежской сельди (П.А.Старовойтов, Ф.М.Мазаев, В.К.Саврасов, М.П. Поляков, Б.Г.Кутаков), а позже — атлантической сардины, ставриды и других объектов (А.Н. Духанин, Б.М. Колотовкин и др). В результате дальнейшего роста и мощности судов, и шага ячеи сетей размеры устья современных пелагических тралов увеличились (по сравнению с донными тралами) в 100 и более раз и достигли 4-6 тыс. м . Скорость траления возросла до 6 и более узлов при буксировочной тяге траулера 400-500 кН и более. Ваерные лебедки современных траулеров имеют номинальное тяговое усилие в ваере до 400 кН, при этом канатоемкость одного барабана достигает 5000 м, а диаметр ваера - 37 мм. И горизонтальное, и вертикальное раскрытие устья тралов составляет 60-80 м.
Увеличение эффективности тралового лова достигается за счет все более широкого внедрения прицельного наведения трала на косяки рыбы, а также перехода к автоматизированным рыболовным системам.
Для повышения уловистости пелагических рыб были увеличены размеры устья трала и применено прицельное наведение трала на скопление рыбы при помощи гидроакустических и механических приборов для измерения глубины, поиска рыбы и контроля параметров движения трала, а также повышены скорости траления.
Количественные значения гидрофизических полей Мирового океана, влияющие на распространение гидроакустических колебаний характеризуются пространственно-временной изменчивостью (табл.1) [4]. Таблица 1. Масштабы пространственно-временной изменчивости гидрофизичесих полей в Мировом океане. Характеристики условийраспространения гидроакустическихсигналов Тип изменчивости полей Параметры изменчивости полей Продолжительность существования неоднородностей, с Толщина слоя, м Длина слоя, м КлиматическийПогодный Текущий МеждугодичныйСезонныйСиноптическийМезомасштабныйМелкомасштабныйМикроструктурный 2-Ю83,5-1072,5-105...4,8-1067,2-103...2,5-10510" ...1,8-103го2... 10-1 (3..5)-103 102...2-І О3 5-10 ...Ю3 Ю ...1,5102 10...10 10"2...10 (3..5) -106106...2106105...106103...10510 ...10310" . ..10 Поле температуры. Средняя температура Т вод Мировою океана составляет 3,8С. Наивысшая температура 33С на поверхности наблюдается в августе в Персидском заливе. Наиболее низкие значения обнаруживаются в полярных районах непосредственно подо льдом, где температура воды близка к температуре замерзания. При значениях солености 33, 34 и 35% температура замерзания равна соответственно -1,80; -1,85 и -1,91 С.
Поле солености. Под соленостью S понимается относительное содержание в воде всех растворенных в ней минеральных солей. Без учета внутренних морей и приустьевых районов можно считать, что соленость океана меняется в пределах от 31 до 38%. Средняя соленость на поверхности равна 34,73%. Экстремальные значения обнаруживаются в приповерхностном слое, максимальные значения - во внутренних морях: в Средиземном выше -39% . В Красном - до 41 %. Минимальные значения (до 3%) наблюдаются в Балтийском море и устьях рек.
Химический состав. Состав солей массы океана регулируется растворимостью, сносом осадков с материков, процессами обмена с атмосферой и осадками дна, а также жизнедеятельностью морских организмов.
В 1 л морской воды находятся соли, г: NaCl -25,518; MgS04 - 3,305; Cl2 -2,447; СаС12- 1,141; КО - 0,725; NaHC02 - 0,202; NaB2 - 0,083 и окислы бора. Величина рН обычно колеблется в пределах между 7,8 и 8,3 в поверхностных водах, в эстуариях рек значения доходят до 9,0. В воде растворены также различные газы, поступающие из атмосферы и формирующиеся в самой водной толще (больше всего содержится Ог и COi) Поле плотности. Плотность р морской воды является функцией температуры Т солености S и гидростатического давления Р. Несмотря на малую сжимаемость морской воды, амплитуда изменений плотности в зависимости от давления выше, чем от температуры и солености. Для средних значений (среднемесячных, среднесуточных и меньшего масштаба) распределений плотности в океане это поле стратифицировано устойчиво с постоянным увеличением плотности в зависимости от глубины. Показателем устойчивости слоев является частота Вяйсяля
Расчет геометрических характеристик произвольных сечений через координаты контурных точек
Тонкостенные стержни испытывают депланацию {искривление по некоторой поверхности) поперечного сечения, которой можно пренебречь для сечений удовлетворяющих принципу Сен-Венана: на некотором удалении от точки приложения внешней нагрузки не имеет значение способ ее приложения, а имеет значение только ее величина.
Естественно, что сопротивление открытого профиля намного меньше, чем замкнутого, несмотря на то, что геометрические характеристики -площадь, полярный и осевые моменты инерции совершенно не изменились.
Попытаемся объяснить это поведение с помощью модели. Если представить движение воды в стакане при вращении, то можно заметить что образующаяся воронка как бы показывает распределение касательных напряжений при кручении (максимальные напряжения испытывают крайние волокна, а в центре равны нулю). При вращении же воды в стакане открытого профиля видно, что поток воды имеет два направления и при этом поток вероятно еще и «бурлящий». Данная аналогия позволяет считать, что поверхность сечения открытого профиля при кручении не плоская и испытывает депланацию в продольном направлении. То же происходит и при изгибе тонкостенного открытого профиля. Гипотеза плоских сечений успешно применяемая для расчета стержневых систем здесь не работает и приходится учитывать поперечные деформации. Заметим, что если сечение симметрично, то возникающие поперечные деформации, взаимно уравновешивают друг друга. Из-за их малости (так как коэффициент Пуассона Г=єпоПеречн/Продольн 0,3) мы пренебрегали искривлением сечения и могли считать его плоским. Для тонкостенного профиля или несимметричного наличие поперечных деформаций имеет существенное значение, а для открытого профиля нарушающееся равновесие вызывает появление дополнительных деформаций: при изгибе - кручения, а при кручении - изгиба. Составим таблицу, симметричную относительно главной диагонали, которую назовем "матрицей моментов инерции"! 10]:
Элементы, отмеченные в матрице пунктиром - это осевые и центробежный моменты инерции площади сечения. Jxco, Jy{0 - секториально-линейные моменты инерции (статические моменты) площади сечения, м3; Jm -секториальный момент инерции сечения,м6. Заметим, что в технической литературе JX(0 и Jyffl обозначают через S хш и Sya и соответственно называют секториально - линейными статическими моментами. Координаты называются главными, если в матрице моментов инерции J все вне диагональные элементы равны нулю. Известно, что именно условию Jxy -0 удовлетворяют главные оси координат. Следовательно, главные секториальные координаты должны быть подчинены условиям
Координаты ю, удовлетворяющие равенствам (2.5) и (2.6), называют главными секториальными координатами сечения.
Механический смысл этих равенств легко понять, если условно принять, что эпюра со - это эпюра нормальных напряжений (az = с і со). Тогда станет ясно, что два равенства (2.5) выражают условие того, что при кручении в сечении отсутствуют изгибающие моменты М7= 0, Му = 0, а равенство (2.6) - того, что отсутствует продольным сила N=0. Можно сказать, что эпюра главных секториальных координат в статическом отношении - это самоуравновешенная эпюра со.
Как известно что интеграл равен удвоенной площади заштрихованного на рис. 2.3. сектора, ограниченного лучами AM, An и контуром средней линии сечения. Для контура ограниченного прямыми линиями, секториальная площадь равна удвоенной площади треугольника, заключенного между линией контура и лучами AM и An.
При криволинейном контуре сечения длина перпендикуляра г а значит и величина секториальных площадей изменяется по длине контура, в зависимости от его очертания (со = co(s)). Если контур сечения представляет собой ломаную линию, то для всех точек каждого прямолинейного участка величина г будет иметь одно и то же значение и эпюра секториальных координат будет состоять из отдельных прямолинейных участков (рис.2.4) со 0 со Рис.2.4. Правило знаков ю Пусть ах и ау - координаты истинного центра кручения Л по отношению к произвольной точке В. Ниже показано, что соА и сов связаны равенством юА = юв - аху + аух - С, (2.8) хюВ ах х +ау ху +С$х =ty\ SycoB "axJxy +ayJy +CSy 0-J где С - произвольная постоянная. Если и, v - это главные центральные оси сечения, то J,(V = О, S„ = О, Sv=0.
Дифференциальное уравнение углов закручивания для случая изгибного кручения стержней тонкостенного профиля
В методе конечных элементов (МКЭ) деформируемая система представляется совокупностью подобластей — конечных элементов, положение которых определяется конечным числом степеней свободы, свободы, называемых узловыми перемещениями.
Для определения положения внеузловых точек используются координатные функции (функции формы).
Применительно к стержневой системе стержневые элементы — это призматические стержни, выделение которых из системы узловыми сечениями осуществляется с соблюдением следующих правил: а) узлы совпадают с сечениями, на которые действуют внешние сосредоточенные силы и пары сил; б) оси элементов — прямые линии; в) оси координат элемента совпадают с главными осями инерции поперечного сечения; г) если на сечение в системе наложены связи, то этому сечению соответствует узел; д) стержни с начальной кривизной аппроксимируются системой призматических элементов; е) стержни, образованные конической поверхностью, аппроксимируются призматическими элементами, образующими ступенчатый стержень. Основой расчетов служит уравнение связи между внешними узловыми силами и узловыми перемещениями тш={р} (4.1) где [Щ — матрица жесткости стержневой конструкции; {Л} — вектор узловых перемещений; {Р} — вектор внешних сил, приведенных к узлам.
Матрица [К] формируется из матриц жесткости [1С] отдельных стержней, составляющих систему. В случае плоской задачи, т. е. для стержня с шестью степенями свободы (рис. 4.1), матрица жесткости Каждому Kf; элементу матрицы жесткости (коэффициенту жесткости) в соответствии с уравнением (4.1) можно придать следующий смысл: он численно 104 равен реакции в z -й связи нау -е перемещение, равное единице, при наложенных связях на все степени свободы, что иллюстрируется примером для коэффициента Ке52 на рис.4.1,6. Формирование матрицы жесткости системы из матриц жесткости отдельных стержней заключается в учете ориентации каждого стержня относительно общей системы координат, а также способов соединения стержней между собой и с недеформируемым неподвижным основанием.
Для учета ориентации предварительно составляется матрица направляющих косинусов. Для плоской задачи матрицей направляющих косинусов будет где /-косинус угла между осями X и х в новой и старой системах отсчета; w-синус этого же угла. В случае совпадения осей местной и общей систем отсчета матрица [L] будет единичной. Необходимое преобразование осуществляется по формуле
Столбец {Р} в уравнении (4.1) содержит лишь узловые силы. Если реальная нагрузка внеузловая, то следует определить реакции связей {Re} защемленного стержня на эту нагрузку и ввести их с обратным знаком в соответствующие узловые силы при составлении столбца {Р}. При такой замене внеузловой нагрузки считается, что эквивалентность ее действия не нарушается. Окончательный учет ориентации узловых нагрузок по отношению к общей системе координат осуществляется преобразованием
Система алгебраических уравнений, записанная в матричном виде (4.1), решается на ЭВМ. В результате определяется вектор узловых перемещений системы {Д}, с помощью матрицы соответствия отыскиваются узловые перемещения стержней в общей системе {А } координат. Затем осуществляется переход к местной системе {Л}=[1]{Л } (4.7) и по формуле Р? = КлА1 + Кі2А2 + ... + Кі6А6 (4.8) Если стержень подвержен действию внеузловых сил, то производится дополнительное преобразование: к найденным силам прибавляются реакции связей на внеузловую нагрузку и вводится внеузловая нагрузка. После этого определяются внутренние силовые факторы и напряжения, делается оценка прочности отдельных стержней и всей системы.
Траловую доску можно рассматривать как симметричный стержень переменного сечения с наклонной осью подверженного воздействию внешних продольных и поперечных сил, крутящего и изгибающего момента.
Матрица жесткости пространственного элемента балочного типа может быть сформирована аналогично (4.2) для двухмерного элемента. Для частного случая, когда элемент имеет кольцевое поперечное сечение, матрица имеет следующий вид:
В матрице [X] приняты следующие обозначения:// —косинус угла между осями х и х; W/ — косинус угла между осями у и х; и; - косинус угла между осями z и х и т. д.
Если матрица жесткости системы сформирована, то при задании граничных условий можно определить перемещения и усилия так же, как и ранее. Объем вычислений для пространственных задач, однако, существенно возрастает, и решение этих задач имеет смысл при полной автоматизации вычислительного процесса. В настоящее время эксплуатируется множество программ автоматизированного расчета, и их использование сводится, по существу, к заданию характеристик поперечных сечений отдельных элементов, координат х,у, z концов элементов в общей системе осей и указанию граничных условий. Построение матрицы жесткости системы, вычисление перемещений и внутренних усилий по концам отдельных элементов - все это выполняется на ЭВМ
Кинетическая энергия. Уравнение Лагранжа
Предлагается для обеспечения стабильной работы досок учитывать положение центра жесткости. По теоретическим выкладкам в поперечном сечении иштка (доски) существует две точки, существенно влияющие на устойчивость движения. Это центр тяжести и цеіпр жесткости. Центр жесткости - это точка приложения равнодействующих сил, возникающих при деформациях. Одним из вариантов снижения возникающих изгибно-кругилысых деформаций является совмещение центра тяжести и центра жесткости за счет оптимизации формы траловой доски.
В методику настройки траловых досок предлагается ввести дополнительный параметр "центр сдвига", совмещением которого с центром тяжести можно добиться устойчивой работы досок.
Из приведенного анализа некоторых, используемых на судах дальневосточного бассейна траловых досок, только в одной конструкции центр тяжести и центр сдвига совмещен, что позволило повысить стабильность работы этих досок и увеличить гидродинамическое качество (рис. 5.2). Положительные результаты в практической области подтверждают правильность теоретических выкладок, представленных в работе.
Технический уровень любой спроектированной рыбопромысловой системы выявляется только непосредственно на промысле, когда что-либо менять уже поздно, поэтому адекватность математической модели должна подкрепляться практическими данными либо экспериментом физической модели. В работе были исследованы вопросы обеспечения устойчивого движения и равновесия буксируемой тонкостенной конструкции в океанической среде. Объект исследования -цилиндрическая траловая доска с тонкостенным сечением открытого профиля как объект специального назначения. Цель работы - выявление физических условий обеспечения устойчивого движения и равновесия траловой доски с учетом влияния центра упругих сил Для достижения этой цели в работе выполнены следующие задачи: 1) проанализирована существующая практика и методы обеспечения устойчивости движения и равновесия траловой доски; 2) рассмотрены расчетные приемы учета упругих деформаций траловой доски и степень их влияния на параметры устойчивого движения и равновесия траловой доски; 3) предложены способы снижения либо устранения дополнительных изгибно-крутильных напряжений и перемещений; 4) проведен численный эксперимент для обоснования справедливости основных гипотез и проверки достоверности результатов расчетов; Методы исследования. При решении поставленных задач в работе использовались общая теория деформирования тонкостенных стержней открытого профиля, алгоритм метода конечных элементов (метод прямой жесткости, вариационно - разностная версия и другие).
Научная новизна диссертационной работы: разработан графо-аналитический метод определения секториально-линейных геометрических характеристик для произвольных сечений и объемов и главных секториальных координат; для расчета устойчивости движения траловой доски в толще воды введено и обосновано понятие центра упругих сил; - разработан программный комплекс на основе метода прямой жесткости для определения деформаций и внутренних усилий траловой доски с учетом дополнительных изгибно-крутильных напряжений, возникающих из-за несовпадения центра тяжести с центром сдвига; - рассмотрены возможности динамического расчета упруго-деформируемой траловой доски;
Достоверность результатов проверена применением программы COSMOSXpress, которая в совокупности с системой графического моделирования SolidWorks позволяет оценить зоны возможной потери устойчивости и критические нагрузки для объектов произвольной формы. Предлагаемая теоретическая модель траловой доски подтверждается существующими досками как V-образного типа, с противовесами так и переменного сечения траловыми досками, конструкции которых наиболее рациональны для обеспечения устойчивости движения.
Практическая ценность работы. Предлагаемый алгоритм графоаналитического метода для вычисления секториально - линейных геометрических характеристик произвольных сечений через декартовы координаты контурных точек может быть использован в современных программах для определения положения центра сдвига. Традиционный расчет устойчивости движения траловой системы (Альтшуль Б.А., Фридман А.Л. 1990), когда модель траловой доски сводиться к схематизации ее как твердого тела, положение которого в пространстве определяется шестью обобщенными координатами, либо материальной точки с тремя степенями свободы, может быть скорректирован предлагаемым алгоритмом динамического расчета в матричной форме движения тр&товой доски с постоянной скоростью. Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы были доложены и обсуждены на:
Международной научной конференции «Рыбохозяйственные исследования Мирового океаны», 18-20 мая 2005 г., Дальрыбвтуз, Владивосток The 21st Asian-Pacific Technical Exchange and Advisory Meeting on Marine Structures 10-13 September, 2007,Yokohama, Japan. Публикации. По теме диссертации имеется 16 публикаций, из которых 2 статьи в сборнике научных трудов «Известия ТИНРО», рекомендуемом ВАК. Основные результаты работы: В работе получены следующие основные результаты, определяющие научную новизну и являющиеся предметом защиты: графо-аналитический метод расчета главных секториально-линейных моментов инерции относительно декартовой системы координат, что дает более точные характеристики по сравнению с традиционным методом вычисления относительно полюса, применяемом только для тонкостенных сечений; - метод компьютерного моделирования оптимальной формы траловой доски; процедура учета дополнительных изгибно-крутильных напряжений в алгоритме метода конечных элементов на основе технической теории стержней; - алгоритм динамического расчета упруго-деформируемого буксируемого объекта;
