CC BY
135
разработка процедуры корректировки стратегии трансфера инновационных технологий для промышленных предприятий строительных материалов в случае выявленных отклонений значений указанных показателей эффективности.
Представленный подход к управлению инновационной деятельностью предприятий строительных материалов на основе разработки стратегии трансфера инновационных технологий позволит повысить эффективность инновационных процессов во всей логистической цепи инвестиционно-строительного комплекса.
Литература:
1. Дли М.И., Литвинчук Ю.Я., Какатунова Т.В. Управление потоками инноваций на предприятиях авиационной промышленности // Интеграл. 2009. №1. С.5-7.
2. Дли М.И., Какатунова Т.В. Общая процедура взаимодействия элементов инновационной среды региона // Журнал правовых и экономических исследований - 2009 - №3 - С.60-63.
3. Дли М.И., Борисов А.К. Стратегическое управление инновациями приборостроительного предприятия // Российское предпринимательство - 2007 - №4. - С.88-92.
ВЛИЯНИЕ ПРИСОЕДИНЕННЫХ МАСС ВОДЫ НА ИНЕРЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СУДОВЫХ УПРУГИХ СИСТЕМ
Худяков С.А., к.т.н., доцент ГМУ им. адм. Ф.Ф Ушакова
При уменьшении осадки судна происходит смещение пика резонанса вибрации упругой системы ДД в сторону увеличения частоты, что свидетельствует о снижении массы системы за счет уменьшения присоединенных масс воды по бортам в районе машинного отделения.
Ключевые слова: судно, резонанс, частота, присоединенная масса.
THE INFLUENCE OF ADDITIONAL MASS OF WATER ON INERTIA PERFORMANCES OF SHIPPING FLEXIBLE SYSTEMS
Khudyakov S., Ph.D., docent, Ushakov State Maritime University
Decrease of vessel shifting peak resonance vibration of elastic system DD frequency upwards, indicating a decrease in weight of the system by reducing the water masses on both sides joined in the engine room.
Keywords: amplitude, vibration, absorber, additional mass.
Эффект смещения пика резонанса (рисунок 1) при вибрации упругой системы «дизель-днище» (ДД) при изменении осадки рассматривается на примере результатов натурных экспериментов, выполненных на судах типа «Беломорсклес». При этом анализируется повышение резонансной частоты от уменьшения присоединенных масс воды (снижается осадка в районе МО), а также влияние этих масс на демпфирующие свойства системы, что привело к увеличению коэффициента динамичности при резонансе [1,2]. На судах указанной серии был установлен резонанс Н-формы колебаний упругой системы ДД с частотой 5-го порядка в диапазоне частот вращения коленчатого вала главного МОД (типа 5ДКРН62/140-2) в пределах от 90 до 100 мин-1. Резонансные частоты, амплитуды и коэффициенты динамичности при резонансах Н-формы колебаний для двух судов приведены в таблице 1.
Таблица 1. Резонансы Н-формы колебаний системы ДД на судах типа «Беломорсклес»
Судно Резонанс II-формы колебаний Примечание
Частота, Гц Амплитуда, мм или мм/с
«Байконур» 7,73 0,97/47,1 в грузу
8,06 1,15/58,2 в балласте
«Сунгари» 7,50 1,06/49,9 в грузу
7,75 1,21 /58,9 в балласте
Различие в частотах по нашему мнению связано с состоянием главных МОД (обжатия анкерных связей и фундаментных болтов), а также вида груза и количества балласта в танках двойного дна в МО.
Таким образом, в статье рассматриваются задача - влияние присоединенных масс воды (ПМВ) в упругой системе ДД на частоту Н-формы колебаний при изменении осадки судна.
Одновременно с этим происходит изменение диссипативных свойств той же системы при вариации ПМВ, что отражается на значении коэффициента динамичности в при резонансных ее колебаниях и рассматривается в другой статье.
Решение задачи возможно получить с достаточной точностью упростив методику расчета для экспертной оценки приращения частоты свободных колебаний (ЧСК) А/h Н-формы колебаний системы ДД. Это оправдано тем, что по результатам натурного эксперимента
частота /н была определена для 2-х разных состояний судна, т.е. в грузу и в балласте (табл.1). При этом ранее выполненные расчеты
этой частоты fup по МКЭ дали хорошее совпадение с результатами экспериментов (расчетная частота fHp = 8,2 Гц и 8,7 Гц после
введения дополнительных связей верхнего крепления остова главного МОД) [1]. Расчет выполнялся для балластных условий судна. В расчетах по МКЭ используется общее уравнение динамики упругой системы ДД в матричном виде, которое имеет вид
[M]{u''} + [C]{u'} + [K]{u} = {M(t)} (1)
где [M] - матрица масс; [C] - матрица сопротивлений; [K] - матрица жесткостей; {u"},{u'},{u} - вектора узловых ускорений, скоростей и перемещений; {{Mv } - вектор нагрузок (полный спектр неуравновешенных моментов с частотами по главный порядок, равный числу цилиндров МОД); t - время.
С помощью этого уравнения определяются значения неизвестных {u} , которые в любой момент времени удовлетворяют условиям равновесия системы при наличии сил инерции и диссипативных ее свойств. При анализе простых систем возможно использование метода
96 TRANSPORT BUSINESS IN RUSSIA | №6 2012 |
0,9 1,0 1,1 1,2
Рис. 1. Зависимость амплитуд вибрации главного МОД т/х «Байконур» от частоты вращения:1 - резонанс Н-формы колебаний в грузу; 2 - тоже в балласте; А / А - относительная амплитуда; П / Прб и П / Прг - относительные частоты вращения в балласте и
в грузу; Ар и Пр - амплитуда и частота при резонансе
приведения, заменив систему ДД с распределенными характеристиками твердым телом с 6-ю степенями свободы [4].
Из анализа уравнения (1) следует, что изменение осадки судна в районе МО, расположен-ного на миделе и имеющего прямоугольную
форму, при переходе судна из состояния в грузу в балластное приводит только к снижению массы системы [ М ] за счет уменьшения ПМВ бортов. В целом масса системы состоит из двух составляющих
М = Мм + Мв ; (2)
где М - масса конструкций в блоке МО (главного МОД, корпусных конструкций, вспомогательных механизмов и устройств, систем с арматурой, электрооборудования, рабочих жидкостей и балласта в танках двойного дна); Мв = (Мвд + М^ ) - присоединенная масс воды, которая включает две составляющие: Мвд - ПМВ днища МО и М- ПМВ бортов (зависит от осадки в районе МО).
При расчете ЧСК по МКЭ все составляющие масс распределены по элементам и достаточно сложно интегрированием получить суммарную массу системы ДД, хотя при подготовке исходных данных для расчета укрупнено определяются все составляющие. При определении ЧСК уравнение (1) трансформируется в частотный определитель, который имеет вида
[М]{и"} + [К]{и} = 0. (3)
Так как в 1-ой задаче рассматривается только влияние изменения ПМВ на частоту Н-формы колебаний Ти , то в упрощенном виде используем метод приведения [6]. Тогда частотный определитель примет вид
М х и"+ К х и = 0. (4)
где М - приведенная масса системы ДД; и - ускорение центра масс системы; К - приведенная жесткость системы ДД; и -амплитуда перемещения центра масс системы.
Раскрытие определителя 2-го порядка дает возможность получить расчетную круговую ЧСК
0.5 -1
Тогда ЧСК Ти определится из выражения
ю = (К / М )05. с-1. Ти =ю/2п.Гц.
(5)
(6)
В нашем случае приведенная жесткость системы К величина постоянная, а приведенная масса системы изменяется в зависимости от состояния судна. Если пренебречь гидроупру-гостью, то приведенная жесткость системы будет равна
На основании этого получим равенство
К = М хш2. К = М хш 2 = М хш2;
(7)
(8)
TRANSPORT БШШБВВ Ш Я^В^ | №6 2012 | 97
где - ММг и Юг - масса и круговая частота системы ДД при состоянии судна в грузу; ММд и (Уд - тоже для условий в балласте.
Полагая, что ЧСК ^^д балластных условиях более стабильная, принимаем ее за точное значение, полученное в результате измерений (погрешность не более 1%). Тогда расчетом получим значение круговой частоты щг для состояния в грузу, используя равенство (8)
Ю = (Мб ХЮб2/ Мг )0,5 ; (9)
где Юб = 2П/нб = 2П X 8,06 = 50, 62с_1 - круговая ЧСК в балласте.
Интенсивность присоединенных масс для днища МО определяется по формуле работы [3]
Ат = 0,6 -а-р- Ь, (10)
где а - коэффициент присоединенных масс (определяется в зависимости от отношения ширины перекрытия к длине Ь / а , таблица 2 [6]); Р - плотность воды; Ь - короткая сторона перекрытия (пластины); а - длина перекрытия (пластины); постоянный коэффициент 0,6 принимается для расчета ПМВ для перекрытий.
При использовании табличных значений а следует использовать линейную интерполяцию по отношению Ь / а и коэффициенту упругой заделки кромок пластины (или перекрытия), принимать точки между кривыми рисунка 2.
Таблица 2. Коэффициенты а для расчета интенсивности присоединенных масс воды при колебаниях пластин и перекрытий
Отношение Для перекрытия Отношение Для перекрытия
сторон Ыа свободно жестко заде- сторон Ыа свободно жестко заде-
опертые ланные опертые ланные
кромки кромки кромки кромки
0,0 0,78 0,70 0,6 0,51 0,41
0,1 0,76 0,68 0,7 0,47 0,39
0,2 0,71 0,61 0,8 0,45 0,37
0,3 0,65 0,50 0,9 0,43 0,35
0,4 0,61 0,45 1,0 0,42 0,33
0,5 0,55 0,43
Для удобства расчета ПМВ с использование компьютерной программы ADMAS (разработка авторов) значения коэффициентов а могут быть определены из уравнений экспонент (11 и 12), которые получены с использованием метода наименьших квадратов. На рисунке 2 приведены графики коэффициентов а , построенные по табличным значениям коэффициента.
Для свободно опертых кромок пластин уравнение зависимости коэффициентов а от отношения размеров пластины (Ь / а) имеет
вид
а для жестко заделанных кромок
ac = 0,7937 exp- 0,773(b / а), аж = 0,6761 exp- 0,773(b / a).
Тогда ПМВ для днища МО постоянная и равна
Мд = Amxbxa, т.
(ii) (12) (13)
Интенсивность ПМВ для бортов МО определяется по той же формуле (10), но с учетом осадки в этом районе, которая зависит от состояния судна, и будет равна
Атб = 0,6 - аб - р - Ьб и Атг = 0,6 - аг - р - Ьг; (14)
где Атд и Атг - интенсивность ПМВ для бортов в балласте и в грузу, ад и аг - коэффициенты ПМВ, соответствующие состоянию судна, Ьд и Ьг - соответствуют осадке в районе МО в условиях балласта и в грузу. Тогда ПМВ для бортов в МО соответственно в балласте и в грузу равна
Мбб = 2Aтб b6 x a и Мбг = 2A тг Ьг x a.
(15)
Пример расчет изменения ЧСК Н-формы колебаний упругой системы ДД приведем для следующих значений параметров: размеры днища мо Ь X а = 16,7 X 22,4 м; суммарная масса системы Мм - 598 т (при массе главного МОД равной 206 т); отношение Ь / а = 0,745 . Значения коэффициента а принимались для условий упругой заделки по контуру перекрытий днища и бортов в МО.
Интенсивности ПМВ для днища и бортов МО по формулам (10,14) равны
Ат = 0,6-а-р -Ь = 0,6X0,42X16,7X1,03 = 4,335т/м2; Атб = 0,6 -аб - р-Ьб = 0,6X0,64X5,0X 1,03 = 1,980т/м2; Атг = 0,6-аг-р -Ьг = 0,6X0,57X6,82X 1,03 = 2,402т/м2.
98 TRANSPORT BUSINESS IN RUSSIA | №6 2012 |
Рис. 2 Зависимость коэффициентов присоединенных масс воды (X от отношения размеров пластины (Ь / О) : СОК - свободно-
опертые кромки, ЖЗК - жесткозаделанные кромки
ПМВ для днища и бортов равны
М д = Ат хЬ ха = 4.335 х16,7 х22.4 = 1644 т; Мбб = 2Атб хЬб ха = 2х1,98х5.0х22.4 = 443.5т; Мбг = 2Атг хЬг ха = 2х2.402х6.82х22.4 = 733.9 т.
Массы системы ДД по формулам (13, 15) равны
Мб = Мм + Мд + Мбб = 598 +1644 + 443.5 = 2687 т; М = М + Мо + Мб = 598 +1644 + 733.9 = 2978 т.
г м о бг '
Подставив в формулу (9) значения масс получим круговую частоту щг
шг = (Мб х шб2 / Мг )°.5 = (2687 х 2562.2 / 2978)0.5 = 48.08. с-1.
Тогда расчетная частота Н-формы колебаний при состоянии судна в грузу будет равна
ТНгр =шг / 2п = 48.08 / 2п = 7.66 Гц.
Разница частот расчетной Тигр и экспериментальной Тнг (таблица 1) составляет
АТн = Тнг - Тнгр = 7.73 - 7.66 = 0. 07 Гц (или 1%).
В заключение следует отметить, что приведенный алгоритм дает возможность прогнози-ровать изменение резонансных частот колебаний упругих систем типа ДД при изменении осадки судна и учитывать это при назначении зон критических частот вращения.
Литература:
1. Худяков С.А. Практика решения проблем вибрации судовых дизелей: монография /С.А. Худяков. - Владивосток: Мор. гос. ун-т, 2006. - 172 с.
2. Худяков С.А. Результаты измерений вибрации в машинных отделениях теплоходов /С.А. Худяков. Транспортное дело России. Специальный выпуск, 2004. - М.: Транспорт, 2004. - С. 34-38.
3. Короткин А.И. Присоединенные массы судна: справочник /А.И. Короткин. -Л.: Судостроение, 1986. - 312 с.
4. Вибрация в технике: справочник в 6-ти т. / Ред. В.Н. Челомей (пред.). -М.: Машиностроение, 1980. - Т.3. Колебания машин, конструкций и их элементов /Под ред. Ф.М. Диментберга и К.С. Колесникова. 1980. - 544 с.
5. Шиманский Ю.А. Динамический расчет судовых конструкций /Ю.А. Шиманский. - Л.: Судпромгиз, 1963. - 444 с.
6. Давыдов В.В. Динамические расчеты прочности судовых конструкций / В.В. Давыдов, Н.В. Маттес. - Л.: Судостроение, 1974. - 237 с.
ТЯАШРОЯТ БШШБВВ Ш ЯШВ1А | №6 2012 | 99
