Информационная система моделирования судовых валопров о дов при проектировании
На правах рукописи
ЧАН ДИНЬ ТЬЕН
информационная система моделирования судовых валопроводов при проектировании
Специальность 05.08.05 – Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные)
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Астрахань - 2011
Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Астраханский государственный технический университет» (ФГОУ ВПО «АГТУ») на кафедре «Судостроение и энергетические комплексы морской техники»
| Научный руководитель: | кандидат технических наук, доцент |
| Курылёв Александр Сергеевич | |
| Официальные оппоненты: | доктор технических наук, профессор Яхъяев Насредин Яхьяевич кандидат технических наук Щуров Валерий Семёнович |
| Ведущая организация: | Нижне-Волжский филиал Российского Речного Регистра |
Защита диссертации состоится « 25 » февраля 2011 г. в 14 00 час. на заседании диссертационного совета Д 307.001.07 при ФГОУ ВПО «АГТУ» по адресу: 414025, г. Астрахань, ул. Татищева 16, 2 учебный корпус, читальный зал научной библиотеки.
Отзывы на автореферат диссертации в двух экземплярах, заверенных печатью организации, просим отправлять по адресу: 414025 г. Астрахань, ул. Татищева 16, ФГОУ ВПО «АГТУ», диссертационный совет Д 307.001.07, тел./факс (8512) 61-41-66, e-mail: [email protected]
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «АГТУ».
С авторефератом можно ознакомиться на сайте АГТУ http://www.astu.org
Автореферат разослан « 24 » января 2011 г.
| Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент | А.В.Кораблин |
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность. Развитие строительства судов в Республике Вьетнам привело к интенсивному наращиванию производственной среды судостроения, которая объединена Судостроительной корпорацией Vinashin. В тоже время, постройка судов и особенно судовых энергетических установок, требует в составе корпорации судостроительных предприятий формирования современных систем проектирования, обеспечивающих высокую технологичность и качество при существенном сокращении сроков и стоимости проектов. Это существенно повысит конкурентоспособность вьетнамского судостроения, и также обеспечит перспективное развитие кадрового потенциала научных и инженерных кадров для наукоемкой отрасли.
В основу методов проектирования и методик расчета валопровода положен исследовательский и конструкторский опыт ученых Истомина П.А., Вольперт А.Х., Голубева Н.В., Румба В.К., Ефремов Л.В., Лукьянова И.С., Комарова В.В., Гаращенко П.А., Лубенко В.Н., Миронова А.И.. В тоже время, инженерные расчеты валопровода и его элементов построены на существенных допущениях, что приводит к упрощению расчетов, но снижает их точность, увеличивает материалоемкость валов при избыточных запасах прочности. Более точные методики имеют значительную техническую сложность и громоздкость конечных решений и используются при автоматизации проектирования.
Современные методологические и методические принципы системы автоматизированного проектирования и оптимизации СЭУ и пропульсивного комплекса сформулированы и развиты в работах Даниловского А.Г., Батрака Ю.А., Davor S., Nenad V. и Cowper B. Однако, эти разработки используют те же методики расчета валопровода, но на основе информационных технологий, что позволяет сократить время выполнения расчетов.
Существующие CAD-CAM системы, используемые в судостроении: Tribon, Foran, Сatia, Unigraphics AutoSHIP, ShipModel, Defcar, Sea Solution и т.п., ориентированы главным образом на подготовку производства корпуса судна и не включают в себя расчеты судовых валопроводов. Применение универсальных программ при проектировании судовых валопроводов не всегда эффективно, т.к. они не ориентируется на решение конкретных технических задач.
Современное и перспективное развитие судостроения Вьетнама ориентируется на собственное производство элементов судовых энергетических установок и в их составе судовых валопроводов. Это требует создания современных информационных систем, обеспечивающихся за счет разработки и внедрения специализированных программ, новых расчетных методик в проектировании судового валопровода и его составляющих элементов, дающих возможность широкого выбора наиболее обоснованной конструкции на основе численного моделирования.
Численное моделирование с использованием информационной системы проектирования валопровода позволяет решить проблемы точности и качества разработки вариантов конструкций отдельных валов и элементов валопровода в целом, что является актуальным.
Объектом исследования в диссертационной работе являются судовые валопроводы дизельных энергетических установок.
Предмет исследования – информационные системы моделирования судовых валопроводов дизельных энергетических установок при проектировании на основе разработанной методики расчета и алгоритма автоматизированных процедур, реализованных в новой программной среде.
Цель работы – разработка информационной системы моделирования на основе нового алгоритма и методики расчета судовых валопроводов при проектировании.
В соответствии с целью ставятся следующие задачи исследования:
- провести сравнительный анализ существующих методик расчета при проектировании судовых валопроводов;
- разработать усовершенствованную методику расчета напряжено-деформированного состояния судовых валопроводов;
- разработать алгоритм и программное обеспечение численного моделирования напряжено-деформированного состояния судовых валопроводов;
- разработать структуру информационной системы моделирования, обеспечивающей процесс проектирования судовых валопроводов;
- провести сравнительный анализ результативности методик расчета валопровода при проектировании;
- обосновать практическое применение информационной системы моделирования при проектировании судового валопровода.
Методы исследований. В качестве методологической базой численного моделирования приняты методы и методики ученых и исследователей: Истомина П.А., Голубева Н.В., Румба В.К., Лукьянова И.С., Комарова В.В. Гаращенко П.А., Миронова А.И., Лубенко В.Н., Даниловского А.Г., Батрака Ю.А. и др.
В работе использованы метод начальных параметров, принцип независимого воздействия сил, метод сравнения, математическое и компьютерное моделирование.
Информационное моделирование разработано и проведено в среде программирования высокого уровня Delphi 7.
Основные научные результаты и их новизна:
- Разработана новая методика определения опорных реакций и напряженно-деформированного состояния валопровода методом начальных параметров.
- Разработана новая методика определения дополнительных опорных реакций и изменения напряженно-деформированного валопровода при соединении его участков по результатам измерения излома и смещения.
- Разработан новый алгоритм и компьютерная программа численного моделирования расчета судового валопровода при проектировании.
- Разработана новая программа визуализации схем валопроводов и номограммы допускаемой несоосности при соединении валов.
- Разработана новая информационная система формирования и накопления данных о параметрах валопровода, представленных в виде модели.
На защиту выносятся:
- методика определения опорных реакций и напряженно-деформированного состояния валопровода методом начальных параметров;
- методика определения дополнительных опорных реакций и изменения напряженно-деформированного валопровода при соединении его участков по результатам измерения излома и смещения;
- новый алгоритм и компьютерная программа численного моделирования расчета судового валопровода при проектировании;
- информационная система формирования и накопления данных о параметрах валопровода, представленных в виде модели.
- результаты численного моделирования в информационной системе расчета судовых валопроводов.
Достоверность и обоснованность научных результатов обеспечиваются использованием апробированных практикой методов исследования, проверкой на адекватность математических и компьютерных моделей, проведением сравнений полученных результатов с расчетами по используемым в соответствии с нормативной документацией методикам, проведением численного эксперимента.
Практическая ценность работы определяется использованием информационной системы моделирования судового валопровода, которое повышает эффективность оценки проектируемого валопровода, сокращает сроки формирования вариантов его конструкции.
Разработанная программа может быть адаптирована в состав судостроительных САПР и использована в информационной системе сопровождения технической эксплуатации валопровода в период полного жизненного цикла судовой энергетической установки. Информационная модель формирует параметры необходимые для оценки надежности валопровода в эксплуатационных условиях и решения технологических задач центровки.
Апробация работы. Основные научные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались: на заседаниях кафедры «Судостроение и энергетические комплексы морской техники» ФГОУ ВПО «АГТУ»; ежегодных научно-технических конференциях ФГОУ ВПО «АГТУ» (2006, 2008, 2009, 2010гг.); XIX Международной Интернет-конференции молодых ученых и студентов по проблемам машиноведения (МИКМУСпробмаш, 2007); Межрегиональном научном семинаре «Перспективы использования результатов фундаментальных исследований в судостроении и эксплуатации флота Юга России» (г. Астрахань, 2010г.).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 6 научных работ, из них 3 статьи в соавторстве (доля автора по 50%). В изданиях, рекомендуемых Перечнем ВАК РФ, опубликованы 3 статьи (две в соавторстве). Программное обеспечение «Shaftmodel - Моделирование судовых валопроводов» (Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ № 2010615126 от 10.08.2010).
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, содержит 120 страниц основного текста (включая 17 таблиц и 42 рисунка), 2 страницы оглавления, список литературы из 136 названий. Приложения имеют объем 10 страниц.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении приводится краткое обоснование актуальности работы и определяется место рассматриваемых проблем в комплексе вопросов автоматизированного проектирования судовых валопроводов, определяются направление и цели исследования, дается общая характеристика работы.
В первой главе диссертации рассматривается состояние развития судостроения и энергетических установок морских судов Вьетнама. На основании анализа данных по судостроению Вьетнама выявлено, что проектные организации Вьетнама несколько отстают в своем развитии от производственных мощностей судостроительных предприятий. Поэтому заказчики в большей мере ориентируются на проекты судов, выполненные иностранными проектными организациями. Приведены базовые характеристики пропульсивных комплексов и судовых валопроводов для формирования вариантов расчетных схем и алгоритма информационной системы моделирования валопровода при проектировании.
Проведена оценка необходимости и эффективности применения информационных технологий при проектировании судов, и в частности судового валопровода для получения качественного проекта, выявлено, что основным условием повышения качества технических решений является разработка нескольких вариантов моделей, схем и составов судового валопровода. Построение информационной системы при проектировании судового влопровода с помощью компьютерного обеспечения позволяет выбрать наилучший вариант из нескольких альтернативных. Выбор наилучшего варианта осуществляется на основе численных экспериментов над математической или информационной моделью судового валопровода.
На основе моделей разрабатывается алгоритм проектирования судового валопровода с использованием информационной системы (рис. 1). Согласно данному алгоритму, после расчета основных размеров, произведенного по требованиям Российского Морского Регистра Судоходства (РМРС) разрабатывается конструкция валопровода, с помощью CAE-систем выполняются проверочные расчеты. Затем, изменяя геометрические размеры валов в соответствии с результатами расчётов, достигают наилучшего конструктивного решения в рамках принятой концепции. После этого производится комплексная оценка данного решения в сравнении с решениями, полученными ранее из предыдущих вариантов конструкции. Если конструктивное решение не удовлетворяет критериям оценки, то происходит возвращение на этап разработки нового варианта конструкции валопровода и весь цикл повторяется.
Проводится краткий обзор достижений в области информационных технологий, систем САПР (CAD,CAM,CAE) в судостроении. Анализ возможностей внедрения судостроительных САПР в сфере проектировании валопровода показывает, что специальные системы САПР для судостроения ориентированы в основном на создание геометрической модели судна; расчет прочности корпусных элементов, гидростатических характеристик, сопротивления движению судна, требуемой пропульсивной мощности и т.п. Решение задачи расчета судовых валопроводов невозможно получить стандартными средствами САПР. При использовании универсальных систем САПР невозможно учесть сложные условия эксплуатации валопровода и требования нормативной документации. В тоже время отсутствует на практике специализированная информационная система, предназначенная для проектирования судовых валопроводов.
В первой главе также проведен анализ схем валопровода и конструкции валов современных морских судов и видов действующих на него нагрузок, которые учитываются при проектировании.
На основе анализа обзора литературы сформулированы цель и задачи исследования.
Во второй главе диссертации приведен анализ требований классификационных обществ, часто применяемых во вьетнамском судостроении. Расчетные формулы классификационных обществ выражаются в различных формах, для удобства сравнения в данной работе они преобразованы в общий вид. Выявленные различия представляются в табличной форме. Показывается, что в настоящее время основные требования классификационных обществ либо совпадают, либо не значительно отличаются. Следовательно, если валопровод удовлетворяет требованиям одного из обществ, то в большинстве случаев он удовлетворяет и требованиям остальных.
Анализ существующих методов и программ расчетов крутильных колебаний валопроводов показывает, что в отечественном судостроении эти расчеты выполнялись по методикам, разработанным в 70 - 80 гг. XX в. и базированным на опыте исследований многих ученых различных стран мира. В настоящее время методики расчета крутильных колебаний, в основном, совершенствуются с целью учета факторов, возникающие при обновлении оборудований в судовых силовых установках (высоконаддувные двигатели, перспективные движители). Программа ЭВМ позволяет выполнять расчет с любой степенью точности. Однако, компьютерная программа не может избежать замены действительной системы на приближенную дискретную схему, которая является одной их причин погрешности при определении частот свободных колебаний.
Рассматривается процесс проектирования судового валопровода в соответствии с правилами и нормами РД 5.4307-79, соответствующим требованиям РМРС. Проведен анализ традиционных методик расчета напряженно-деформированного состояния судовых валопроводов, выявлено, что в методиках, изложенных в ОСТах 5.4368-81,15.335-85, и в работе И.С. Лукьянова, при расчете опорных реакций водопровод рассматривается как статически неопределимая неразрезная балка при следующих допущениях:
– опоры валопровода считаются жесткими точечными, подвижными в осевом направлении.
– жесткость валопровода считается постоянной на одном или нескольких пролетах.
Проблемой устранения первого допущения занимались ученые Астраханского государственного технического университета. Расчеты судового валопровода на упругих опорах представлены в трудах Гаращенко П.А., Лубенко В.Н., Комарова В.В.; методы определения точки приложения реакции кормового дейдвудного подшипника приведены в работах Комарова В.В., Миронова А.И..
При втором допущении используются три формулы для определения осредненной жесткости. Поэтому, погрешность расчета зависит от выбора методики и определяется изменением жесткости валов, которое может достигать трех-четырехкратной величины и отражается на таких параметрах изгиба, как прогибы и углы поворота сечений по длине валопровода.
Устранение второго допущения может достигаться, при использовании метода конечных элементов или метода начальных параметров. По сути эти методы аналогичны, на практике метод конечных элементов более универсален, а для решения конкретных задач проектирования валопровода метод начальных параметров оказывается предпочтительнее благодаря простому алгоритму расчетов и требованию меньше оперативной памяти ЭВМ.
В третьей главе диссертации представлены разработанные методики для расчетов судовых валопроводов в статическом состоянии на основе метода начальных параметров. При этом параметры сечения валопровода (распределенная нагрузка, поперечная сила, изгибающий момент, угол поворота и прогиб) определяются для каждого элемента. Если известны начальные параметры, могут быть определены значения параметров сечений первого элемента, которые будут использоваться в качестве начальных параметров для расчета второго элемента. Результаты расчета второго элемента, в свою очередь, являются начальными параметрами третьего элемента и т.д. Такая форма зависимостей при разработке программы для ЭВМ оказывается наиболее рациональной.
При расчете судовых валопроводов в качестве базовой оси выбирается прямая, проходящая через дейдвудные опоры, начальные прогиб и угол поворота определяются нулевыми смещениями дейдвудных опор.
Подход к решению этой задачи аналогичен методике, приведенной в ОСТ 15.335–85 в использовании принципа независимого воздействия сил. Согласно принципу независимого воздействия сил валопровод рассматривается в отдельных двух случаях: при отсутствии опор на промежуточном участке валопровод опирается на две дейдвудные опоры и при действии только опорных реакций валопровод считается невесомым (рис. 2).
В первом случае, когда валопровод опирается только на две дейдвудные опоры, с помощью метода начальных параметров определяются реакции дейдвудных опор и, следовательно, прогибы валопровода, в т.ч. смещения промежуточных опор.
Рис. 2. Расчетная схема валопровода
валопровод при отсутствии опор на промежуточном участке;
ось «невесомого» валопровода под действием опорных реакций; 
изогнутая ось в соосном состоянии опор.
Во втором случае определение величин смещения промежуточных опор производилось на основе вычисленных значений смещений опор при изменении реакции каждой из промежуточных опор на 1Н. При расчете указанных значений смещений каждый из подшипников заменяют последовательно единичной вертикальной силой, причем предполагается, что к валопроводу приложена только эта сила.
Смещение j-ой опоры при действии единичной силы на k-ой опоре 
определяется методом начальных параметров. Согласно принципу независимого воздействия сил, смещения свободных опор валопровода под действием реакций 
определяются суммой смещений, вызывающих реакциями в отдельности
где n - число свободных опор
В соосном состоянии подшипников результирующие смещения промежуточных опор равняются нулю:
, 
(1)
Уравнения (1) являются системой n линейных алгебраических уравнений, предназначенной для определения опорных реакций в соосном состоянии подшипников.
После определения опорных реакций метод начальных параметров позволяет вычислить изгибающий момент, прогиб и следовательно, нормальные напряжения в любом сечении валопровода и его изогнутую ось.
Разработанная методика также позволяет рассчитывать напряженно-деформированного состояния валопровода при изменении подшипников, тогда результирующее смещение j-ой опоры из (1) может отличаться от нуля:
, 
(2)
С помощью системы n линейных алгебраических уравнений (2) решаются прямые задачи, т.е. определяются опорные реакции и, следовательно, состояние валопровода при известных значениях смещений опор. Решение прямых задач позволяет:
– оценить гибкость валопровода путем регулирования подшипников при проведении численного эксперимента над компьютерной моделью;
– определить напряженно-деформированное состояние валопровода при износе подшипников. Величины смещения опор являются износами соответствующих подшипников;
– определить напряженно-деформированное состояние валопровода при деформации корпуса судна. Деформация корпуса судна может возникать при изменении осадки судна, при плавании на волнах или при изменении температуры окружающей среды.
– определить опорные реакции валопровода, опирающего на упругие опоры, если имеется возможность учесть податливость подшипников. Тогда, к значениям смещений опор включается деформация подшипников.
Решение обратных задач представляет собой определение высот промежуточных подшипников для достижения какой-либо цели, что позволяет искать рациональный вариант укладки валопровода. В методика выведены формулы определения величины, на которые необходимо регулировать промежуточных подшипников для:
- устранения излома и смещения при соединении валов;
- увеличения реакции носовой дейдвудной опоры на необходимую величину.
Разработана методика, которая позволяет оценивать дополнительные реакции опор и напряженно-деформированное состояние при соединении двух участков судового валопровода с известным изломом и смещением. В этом случае расчет каждого участка выполняется в отдельности, в результате чего определяются углы поворота и прогибы консолей участков от собственного веса валов (рис.3.а). По измеренному смещению и излому между соединяемыми валами определяются положения подшипников носового участка относительно базовой оси кормового участка (рис.3.б). Состояние судового валопровода после соединения – это состояние соединенного валопровода с найденными смещениями опор (рис.3.в) и определяется с помощью системы уравнений (2).
Кроме того, в третьей главе приведена методика разработки номограммы для контроля несоосности по изломам и смещениям соединенных участков, используемой в качестве руководства при монтаже валопрода. Для этой цели определяется зависимость между перемещением 
, углом поворота 
фланца консоли и вызывающей их силой 
и изгибающим моментом 
:
(3)
где 
- коэффициенты, характеризующие гибкость консоли участка и определяются методом начальных параметров при задании единичной силы и момента на фланце соединяемого вала (рис. 4).
Рис. 3. Изменение состояния валопровода при центровке
а) расчетная схема участков при совпадении базовых осей; б) положение участков с измеренными смещением и изломом ; в) соединенный валопровод
Рис. 4. Гибкость консоли валопровода
В методике доказано, что возникающая сила и момент при соединении валов линейно (рис. 5) зависят от смещения 
и излома 
соединяемых валов:
(4)
где 
- коэффициенты, характеризующие гибкость носового участка.
Следовательно, дополнительные реакции опор 
и напряжения 
в результате соединения валов также линейно зависят от смещения и излома :
(5)
(6)
Рис. 5. Схема соединения участков валопровода
Допускаемая область номограммы определяется ограничениями опорных реакций и напряжений по требованиям нормативной документации (рис. 6, неравенства 7).
(7)
Рис. 6. Номограмма для контроля несоосности по изломам и смещениям
Область допускаемой несоосности может ограничиваться многими линиями при контролировании реакций разных опор и напряжений в различных сечениях.
В четвертой главе диссертации приведено описание программного комплекса, разработанного с заданными свойствами для проектирования судового валопровода на основе разработанной нами расчетной модели. Программный комплекс зарегистрирован в Реестре программ для ЭВМ от 10.08.2010, номер свидетельства № 2010615126 и ему присвоено имя «Shaftmodel – Моделирование судовых валопроводов».
Программный комплекс Shaftmodel предназначен для разработки компьютерной модели судового валопровода, автоматического выполнения расчетов на стадиях проектирования, проведения численных экспериментов, сопоставления различных вариантов с целью выявления лучшего варианта, формирования отчетов по результатам расчета. Программный комплекс Shaftmodel может быть встроен в существующие судостроительные САПР и обеспечивать обмен входными и выходными данными, интегрироваться с системой Автокад для формирования конструкторской документации.
В программном комплексе можно выделить две расчетные части. Первая часть основана на методиках, изложенных в нормативной документации, требования которых должны соблюдать при проектировании, вторая – на разработанных методиках, предназначена для оценки технических решений с целью получения наилучшего проекта.
Рис. 7. Окно расчетного модуля
На рис. 7 изображено окно расчетного модуля, в котором выполняются расчеты, необходимые при проектировании судовых валопроводов по требованиям нормативной документации: расчет основных размеров, расчет на выбор подшипников, расчет изгибных колебаний, расчет на усталостную прочность, расчет опорных реакций.
В программный комплекс Shaftmodel включен модуль, разработанный на основе методики Комарова В.В., и предназначенный для определения точки приложения реакции кормовой дейдвудной опоры.
Рис. 8 – Состояние валопровода
а) схема валопровода; б) схема распределенных и сосредоточенных нагрузок; в) график опорных реакций и прогибов валопровода в соосном состоянии; г) график перерезывающей силы (1) и изгибающего момента (2); д) график изгибного напряжения.
В составе программного комплекса Shaftmodel также входит модуль, предназначенный для определения формы и резонансных частот крутильных колебаний.
При разработке и корректировке конструкции валопровода напряженно-деформированное состояние валопровода рассчитывается автоматически и изображается в виде графиков, результат расчета представляется в отчетах. На рис. 8 изображается результат расчета валопровода большого морозильного рыболовного траулера (БМРТ) пр. 1288 типа «Пулковский меридиан» в соосном состоянии.
После предварительной оценки конструкторских решений программа позволяет сохранять лучшие варианты проектируемого валопровода и сопоставлять их по необходимым параметрам для выявления наилучшего варианта.
В данной главе диссертации приведены примеры использования программного комплекса Shaftmodel для решения типовых задач при проектировании судового валопровода. К ним относятся расчет опорных реакций и напряженно-деформированного состояния валопровода при соосном расположении подшипников, разработка номограммы контроля излома и смещения между фланцами соединяемых валов, регулирование свободных подшипников для введения излома и смещения в допускаемую область, оценка изменения напряженно-деформированного состояния валопровода при соединении валов. В качестве прототипа используется валопровод ВМРТ пр. 1288 типа «Пулковский меридиан».
Проведен расчет технологических параметров центровки валопровода рыболовного траулера морозильного пр. 1386 типа «Горизонт» на программе Shaftmodel по трем способам: по нагрузкам, по высотным положениям подшипников, по изломам и смещениям.
Проведен анализ результатов расчета, полученных с использованием разработанных методик, алгоритмов и программного обеспечения. Выполнена количественная оценка погрешности предлагаемой методики путем сопоставления полученных результатов расчетов с результатами расчета по методу трех моментов, методу конечных элементов в CAE–системе FEMAP и по методикам, вложенным в ОСТе 15.335-85. Расчеты выполнены для валопровода БМРТ пр. 1288 типа «Пулковский меридиан» и приведен в таблицах 1, 2 и изображены на рис. 9.
Различие результатов расчета в этом примере достигает нескольких кН, что сужает поле допускаемых расцентровок, а это ведет к удорожанию технологии центровки и к неоправданной переустановке двигателя при судоремонте.
Различие результатов расчета дополнительных опорных реакций при действии гидродинамических нагрузок (ГДН) незначительно, момент ГДН сильно изменяет только реакции двух кормовых опор, с третьей опоры влияние ГДН снижается, и это влияние в основном зависит от жесткости дейдвудного пролета, на котором диаметр гребного вала незначительно изменяется и осреднение момента инерции не снижает точности расчета.
Таблица 1
Опорные реакции в соосном состоянии, 
| Метод расчета | Номер опоры | |||||
| D2 | D1 | 1 | 2 | 3 | 4 | |
| Метод 3х моментов | 142324,7 | 9126,9 | 69084,4 | 59421,5 | 37103,8 | 40594,5 |
| ОСТ 15.335-85 | 138080,0 | 14030,6 | 71408,1 | 53476,9 | 36178,1 | 34561,8 |
| Метод конечных элементов | 149470,7 | 5578,8 | 74054,4 | 56647,3 | 31144,7 | 40766,1 |
| Новая методика | 149472,1 | 5577,5 | 74054,7 | 56645,1 | 31146,9 | 40766,9 |
Рис. 9. Расчетные опорные реакции
по методу трех моментов (1); приложению 2 ОСТа 15.335-85 (2);
методу конечных элементов (3) и по новой методике (4)
Таблица 2
Дополнительные опорные реакции при действии гидродинамических нагрузок, Н
| Метод расчета | Номер опоры | |||||
| D2 | D1 | 1 | 2 | 3 | 4 | |
| Метод 3х моментов | 20490,8 | -30967,6 | 11538,5 | -1268,5 | 244,5 | -37,8 |
| ОСТ 15.335-85 | 20521,3 | -30016,8 | 9949,3 | -592,6 | 170,6 | -31,8 |
| Метод конечных элементов | 20573,9 | -31258,1 | 11883,9 | -1552,9 | 423,5 | -70,4 |
| Новая методика | 20572,3 | -31256,1 | 11882,2 | -1550,7 | 421,5 | -71,4 |
Распространенная CAE-система FEMAP развивается на основе метода конечных элементов. Точность расчетов зависит от числа разделенных элементов. В данном примере валопровод разделен на 236 элементов длиной 0,1м. Результат расчета по предлагаемой методике фактически не отличается от результата расчета по методу конечных элементов в системе FEMAP, различие заключается в том, что при делении валопровода на конечные элементы в системе Femap точки деления не совпадают с границами перехода ступеней валов.
В четвертой главе диссертации также разработан алгоритм проектирования судового валопровода с использованием программного комплекса Shaftmodel в составе CAD/CAE систем, приведено обоснование разработки конструкции и обоснование выбора наилучшей линии укладки валопровода. Выявлено, что требования нормативной документации представляются в виде неравенства, т.е. существует множество вариантов конструкции и укладки валопровода, удовлетворяющее этим требованиям. Разработанная программа позволяет создать множество вариантов и сопоставить их с целью выбора наилучшего варианта.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В диссертационной работе получены следующие результаты:
- Выполнен анализ судостроительного производства, характеристик СЭУ схем и состава валопроводов основных типов транспортных судов Вьетнама, выявлены базовые характеристики пропульсивных комплексов и валопроводов для формирования расчетных схем, методик и алгоритма информационной системы моделирования валопровода при проектировании.
- Разработана универсальная методика расчета опорных реакций и напряженно-деформированного состояния валопровода при проектировании с учетом влияния факторов эксплуатации: деформации корпуса судна и износа подшипников.
- Приведена математическая модель напряженно-деформированного состояния валопровода при соединении его участков и визуализация допустимых излома и смещения фланцев соединяемых валов.
- Разработаны алгоритм и компьютерные программы численного моделирования расчета, визуализации схем валопроводов и номограммы допускаемой несоосности при соединении валов.
- Разработана и реализована информационная система формирования и накопления данных о параметрах валопровода, представленных в виде модели.
- На базе численного моделирования выполнены расчеты и сравнение параметров валопроводов в соответствии с принятыми схемами валовой линии в программном комплексе.
- Высокая точность определения конструктивных и технологических параметров судового валопровода свидетельствует о возможности использования предлагаемой методики и программного комплекса для решения задач проектирования судовых валопроводов, разработаны и изданы методические рекомендации.
Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:
- Чан Динь Тьен. Информационные технологии в судостроении: существующие системы, сферы и возможности их использования / Чан Динь Тьен // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. Серия: морская техника и технология. – 2009. – № 1. – С. 105–109. По списку ВАК.
- Чан Динь Тьен. Судовой валопровод, как многоопорная балка: расчетная методика, учитывающая потребность ее программирования для ЭВМ / Чан Динь Тьен, В. В. Комаров // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. Серия: морская техника и технология. – 2009. – № 2. – С. 26–32. По списку ВАК.
- Чан Динь Тьен. Автоматизация расчетов по укладке гребных валов на дейдвудных опорах / Чан Динь Тьен, В. В. Комаров // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. Серия: морская техника и технология. – 2010. – № 1. – С. 115–123. По списку ВАК.
- Программное обеспечение «Shaftmodel – Моделирование судовых валопроводов» / Чан Динь Тьен (VN). Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2010615126. Зарегистрировано 10.08.2010. По списку ВАК.
- Чан Динь Тьен. Программный комплекс проектирования судового валопровода / Чан Динь Тьен // Наука-Поиск – 2006. Астрахан. гос. техн. ун-та. – 2006. – С. 162–165.
- Чан Динь Тьен. Развитие судостроения и энергетических установок транспортных судов Вьетнама / Чан Динь Тьен, А. С. Курылев // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. – 2010. – № 2. – С. 42–45.
________________________________________________________________
Подписано к печати « 24 » января 2011 г.
Заказ №, Тираж 100 экз.
Типография АГТУ, 414025, г. Астрахань, ул. Татищева 16
