CC BY-NC
9
Б01: 10.24937/2542-2324-2022-1-8-1-102-104 УДК 629.5.028.7
Д.В. Волков, Т.Ф. Гаврильева
Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова, г. Санкт-Петербург, Россия
РАСЧЕТ СТАТИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ БРАКЕТЫ ШВАРТОВНОЙ
Объектом научно-исследовательской работы является бракета швартовная. Проведен аналитический расчет на статическую прочность от разрывного усилия каната бракеты швартовной. Представлены исходные данные для проведения расчета и конечные результаты, удовлетворяющие требованию Российского морского регистра. Выбранные конструктивные размеры сварных соединений обеспечивают достаточную прочность.
Ключевые слова: бракета швартовная, разрывное усилие, механические характеристики, статическая прочность. Авторы заявляют об отсутствии возможных конфликтов интересов.
1. Общие сведения
Бракета используется для швартовки и предназначена для крепления каната швартовного 48-Г-1-Ж-Л-О-Р-1860 ГОСТ 3083-80 [2].
Общий вид бракеты швартовной и деталей ее крепления показан на рис. 1. Материалы, применяемые в деталях конструкции, их механические характеристики и допускаемые напряжения приведены в таблице 1.
Основными силовыми элементами временного швартовного устройства являются бракета швартовная и детали ее крепления. Задача расчета: проверка статической прочности бракеты швартовной и деталей ее крепления при действии разрывного усилия каната.
2. Основные элементы объекта исследования
Бракета швартовная (рис. 2) представляет собой сварную конструкцию и состоит из плиты 5 с четырьмя ребрами 1—4. Плита имеет обух, к проушине которого присоединяется канат. Два ребра, каждый в виде обуха с проушиной, предназначены для крепления бракеты швартовной на опоре. Бра-кета швартовная крепится с помощью вала, проходящего через проушины двух обухов опоры и двух ребер бракеты швартовной. Ребра 1, 3 рис. 1 привариваются к плите 5.
Бракета швартовная под воздействием нагрузки может поворачиваться относительно вала на угол ±30°.
3 2 1
Рис. 1. Крепление бракеты швартовной: 1 - бракета швартовная; 2 - ребро; 3 - вал
Для цитирования: Волков Д.В., Гаврильева Т.Ф. Расчет статической прочности бракеты швартовной. Труды Крылов-ского государственного научного центра. 2022; Специальный выпуск 1: 102-104.
Д.В. Волков, Т.Ф. Гаврильева Расчет статической прочности бракеты швартовной
Таблица 1. Марки стали и их механические характеристики
Наименование Материал ав ат [а] [т]
МПа
Вал Сталь марки АБ2ПК-М 735 690 655 393
Бракета швартовная, детали опоры Сталь марки АБ2-2 637 588 558 335
Примечание: временное сопротивление разрыву ав, МПа.
В таблице 1 приведены детали, входящие в бра-кету швартовную, а также детали ее крепления, для которых выполнены аналитические расчеты на статическую прочность.
Для вала бракеты швартовной был выбрал материал АБ2ПК-М - сталь, применяемая в отрасли судостроения, строительства и нефтегазовой промышленности, сочетающая в себе высокую прочность с высокой пластичностью и сопротивляемостью хрупким разрушениям [10].
Для ребер и плиты бракеты швартовной был выбран материал АБ2-2 - сталь, применяемая в области судостроения, строительства и нефтегазовой промышленности. Основные преимущества: хорошая свариваемость и стойкость к слоистым разрушениям. АБ2-2 используют в элементах ответственных конструкций буровых платформ и судов [11].
Исходные размеры конструкции, взятые для расчета (рис. 2):
Ь = 0,245 м; Ь = 0,135 м; В = 0,09 м.
Размеры Ь и В приняты согласно конструкторской документации отрасли.
3. Расчет на статическую прочность
Расчет деталей на статическую прочность производится при действии разрывного усилия каната Рразр, равного 1050000 Н, в соответствие с ГОСТ 3083-80 [2].
Масса бракеты швартовной при расчете не учитывается, так как составляет 0,12% от величины разрушающей нагрузки. При расчете деталей использовалась техническая и справочная литература в соответствии с приведенным списком литературы [1, 3-7].
Определим расчетные нагрузки и допускаемые напряжения. Расчет статической прочности производится по допускаемым напряжениям при приложении к бракете швартовной внешней разрушающей нагрузки Рразр, действующей вдоль каната в соответ-
Рис. 2. Бракета швартовная:
1, 3 - ребро плиты; 2, 4 - ребро опоры; 5
плита
ствии с рис. 1. Для расчета допускаемые нормальные напряжения принимаются по Российскому морскому регистру, согласно которому все несущие элементы швартовного устройства и детали их крепления к корпусу судна должны быть рассчитаны на восприятие разрывного усилия каната швартовного в целом. При этом напряжения в этих элементах не должны превышать 0,95 предела текучести материала [8].
Допускаемые нормальные напряжения [а], МПа, определены как:
[а] = ^,
п
где ат - предел текучести материала, МПа; п - коэффициент запаса.
Для расчета на статическую прочность коэффициент запаса принимаем:
1
п = -
0,95 • ат 0,95
1,05.
ФГУП «Крыловский государственный научный центр»
103
Группа 3. Секция F
Таблица 2. Результаты расчета
Наименование Марка материала Осм, МПа От, МПа [°см], МПа «см О, МПа [О], МПа «о Т, МПа [Т], МПа «т
Вал АБ2ПК-М - 690 - - 361 655 1,91 105 393 3,92
а плита АБ2-2 153 3,82 149 498 3,93 105 327 3,34
у о ребро 1, 2 128 588 573 4,59 136 503 4,32 93 327 3,79
р П обух 122 4,82 130 503 4,52 89 327 3,96
Сварные соединения
ребро 1, 2 - - - - - - - - 50 335 7,06
опора - - - - - 246 558 2,39 - - -
Тогда,
[о] = — = 0,95-от. 1,05 т
Допускаемые касательные напряжения [т], МПа, определяем:
[Т] = 0,55...0,6 - [о] = 0,6 - 0,95 - от = 0,57 - От.
Расчет на статическую прочность бракеты швартовной и деталей ее крепления, выполненный при действии разрушающей нагрузки каната, подтверждает достаточную прочность деталей.
Основные выводы
В соответствии с Российским морским регистром допускаемые нормальные напряжения принимались при условии, что напряжения в деталях не должны превышать 0,95 предела текучести их материала. Выбранные конструктивные размеры сварных соединений обеспечивают достаточную прочность. Результаты расчета сведем в таблицу 2.
Список использованной литературы
1. БеляевН.М. Сопротивление материалов. - М.: Главная редакция физико-математической литературы издательства «Наука», 1976. - 608 с.
2. ГОСТ 3083-80. Канат двойной свивки типа ЛК-О конструкции 6x30 (0+15+15)+7 о.с. Сортамент; Взамен ГОСТ 3083-66; введ.1982-01-01. - М.: Изд-во стандартов, 2011. - 4 с.
3. Исанин Н.Н. Морской энциклопедический справочник, том 1. - Л.: Судостроение, 1987. - 512 с.
4. Кузьмин А.В. Расчеты деталей машин: справочник. -Минск: Высшая школа, 1986. - 400 с.
5. Лизин В.Т., Пяткин В.А. Проектирование тонкостенных конструкций, 3-е издание, переработанное и дополненное. - М.: Машиностроение, 1994. - 448 с.
6. Писаренко Г.С. Справочник по сопротивлению материалов. - Киев: Наукова думка, 1975. - 734 с.
7. Решетов Д.Н. Детали машин. - М.: Машиностроение, 1964. - 496 с.
8. Российский морской регистр судоходства. Правила классификации и постройки морских судов. Часть III. Устройства, оборудование и снабжение. -СПб, 2017. - 145 с.
9. Российский морской регистр судоходства. Правила классификации и постройки морских судов. Часть IX. Механизмы. - СПб, 2019. - 140 с.
10. Сайт НИЦ «Курчатовский институт» / ЦНИИ КМ «Прометей». Высокопрочная сталь марок АБПК для поковок. - URL: http://www.crism-prometey.ru/ science/steel/high-strength-steel-ABPK.aspx (дата обращения 05.12.2021).
11. Сайт НИЦ «Курчатовский институт» / ЦНИИ КМ «Прометей». Высокопрочные стали марок АБ для листового проката. - URL: http://www.crism-prometey.ru/ science/steel/high-strength-steel-AB.aspx (дата обращения 06.12.2021).
Сведения об авторах
Волков Дмитрий Вадимович, студент группы Е782, Балтийский государственный технический университет БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова. Адрес: 190005, Санкт-Петербург, ул. 1-я Красноармейская, д. 1. Тел.: (812) 316-23-94. E-mail: volkovdmitriy2019@gmail.com Гаврильева Татьяна Федоровна, научный руководитель, к.т.н., доцент БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова. Адрес: 190005, Санкт-Петербург, ул. 1-я Красноармейская, д. 1. Тел.: (812) 316-23-94.
Поступила / Received: 29.12.21 Принята в печать / Accepted: 28.02.22 © Волков Д.В., Гаврильева Т.Ф., 2022
