Введение к работе
Актуальность темы. Развитие новых типов судов и среде і іі передвижения (катамараны, суда на подводных крыльях и на воздушной подушке, экранопланы, гидросамолеты) делают актуальной проблему ударного взаимодействия судовых конструкций с жидкостью при больших скоростях. Для защиты основных конструкций от действия ударных давлений со стороны жидкости в неко-. торых случаях перед основными конструкциями устанавливают пластины с вырезами, цель которых уменьшить частично ударные нагрузки, передаваемые на основные связи. В связи с этим представляется важной задача оценки прочности и жесткости защитных конструкций а зависимости от числа и размеров отверстий, н в нервую очередь влияния вырезоз г!а величину ударных давлений, воспринимаемых защитной конструкцией.
Большое количество теоретических работ аналитического направления по исследованию плоского удара базируется на принятии определенной зависимости ударного давления от времени с введением некоторых неопределенных коэффициентов, которые подбираются либо из каких-то теоретических предположен»?}, либо по результатам эксперимента.
"Точное" теоретическое решение згдачн ударного взаимодействия тела с жидкостью возможно при рассмотрении модели снимаемой жидкости. Однако, задача становится выполнимой при использовании численных методов.
Одним из наиболее эффективных и разработанных является метод конечных элементов (МКЭ). Работ, посвященных МКЭ, на сегодняшний день очень много. Важные результаты в его развитие внесли ученые Д.Аргирис, К.Батэ, Е.Вильсон, Р.Галлагер, О.Зенкевич, Д.Оден, Г.Стренг, В.А.Постнов, Ы.Ф.Ершов, К.П.Горбачев, А.Н.Попов, Г.Г.Шахверди, Н.А.Тарануха, Ю.Г.Коротких, Л.А.Розин, А.А.Родионов, В.М.Волков, Э.Митчел и многие другие. В области гидромеханики известны работы по МКЭ О.Зенкевича, Дж.Коннора, К.Бреббиа, Л.Сегсрлинда и других.
Применительно к задачам ударного взаимодействия МКЭ разработан в фундаментальных работах Н.Ф.Ершова, Г.Г.Шахверди, А.Н.Попова, В.Н.Ершова. Однако для. решения конкретных задач остается широкое поле исследований. Рассмотрение удара пластин с вырезами о воду потребовало введения новых типов конечных элементов и проведения специальных экспериментов в целях сравнительного анализа.
Использование полученных результатов позволит более обоснованно подходить к вопросу назначения ударных нагрузок со стороны жидкости на элементы судовых конструкций.
Объектом исследования являются пластины, имеющие вырезы и испытывающие действие ударных нагрузок со стороны жидкости.
Цель работы. Целью диссертационной работы является исследование плоского удара пластины с вырезами о воду с целью оценки влияния отверстий в пластине на величину ударных давлений, воспринимаемых пластиной.
В диссертации решаются следующие основные задачи:
' 2
получение новых типов жидкостных конечных элементов, учитывающих геометрию пластины в районе вырезов;
исследование удара пластин с вырезами о сжимаемую жидкость методом конечных элементов;
экспериментальное исследование плоского удара пластин с вырезами-о поверхность воды;
оценка влияния вырезов в пластине на величину ударного давления со стороны жидкости.
Методы исследования. При проведении исследований использован аппарат строительной механики корабля, уравнения динамики сплошной среди, метод конечных элементов, модельный эксперимент.
Научная новизна. По результатам модельного эксперимента и расчетоз ло методу конечных элементов оценено влияние вырезов в пластине па величину ударной нагрузки, действующей на пластину при плоском ударе о жидкость.
При решении задачи о плоском ударе пластины с вырезами о воду по МКЭ предложен новый жидкостной объемный конечный элемент, позволяющий с достаточной точностью учесть геометрию вырезов в пластине.
В рамках модельного эксперимента подтверждены результаты численного метода расчета плоского удара пластины о воду.
Практическая ценность. Разработан метод оценки влияния вырезов в пластине на величину ударных давлений при плоском ударе о сжимаемую жидкость.
Создана программа расчета на ЭВМ плоского удара пластины с вырезами о сжимаемую жидкость.
На защиту выносятся:
решение задачи плоского удара пластины с вырезом о жидкость методом конечных элементов;
анализ влияния вырезов в пластине на величину ударных давлений со стороны жидкости, полученных теоретическим и экспериментальным путем;
оценка жесткости пластин с вырезами при динамическом иа-гружении.
Внедрение результатов. Результаты диссертационной работы использованы в научно-исследовательской и практической работе Нижегородской НИЛИМ для определения ударных давлений при анализе прочности судовых пластин и перекрытий. Метод и программа расчета уддрных давлений используются в учебном процессе на кафедре сопротивления материалов, конструкции корпуса н строительной механики корабля Волжской государственной академии водного транспорта в курсе "Расчет и проектирование судовых конструкций".
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: научно-практической'конференции, посвященной 150-летию Волжского пароходства (г.Н.Новгород, 1993 г.); XII Дальневосточной научно-технической конференции "Повреждения и эксплуатационная надёжность судовых конструкций" (г.Владивосток, 1994 г.); научно-технической конференции "Бубновские чтения-94" (г.Н.Новгород, 1994 г.); Дальневосточной научно-практической конференции "Проблемы транспорта Дальнего Востока" (г.Владивосток, 1995 г.);
XXXII научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава ВГЛВТ (Г.Н.Новгород, 1996 г.).
Публикации. Результаты исследований опубликованы в восьми печатных работах.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Она содержит 216 стр. машинописного текста, в который входят 18 таблиц, 36 рисунков и библиография из 103 наименований. Приложения объемом 47 стр. включают текст программы на ЭВМ, результаты экспериментальных исследований, заключения по внедрению.