Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время на складах скопилось большое количество устаревших артиллерийских орудий и порохов. Орудия как металлолом идут на переплавку, а устаревшие пороха уничтожаются. Однако орудия при их переделке могут использоваться в мирных целя, например, в строительстве для забивки свай. Первые математические модели, описывающие динамику систем, застреливающих строительные элементы в грунт с поверхности земли, разработали В.А.Девяткин, М.Ю. Цирульников, В.Н.Григорьев, В.В. Маланин, О.Г. Пенский. В 90-е годы ХХ века под руководством М.Ю. Цирульникова на реке Волга проводились эксперименты по заглублению строительных элементов в грунт с водной поверхности с помощью выстрела. В результате экспериментов были выявлены следующие нежелательные эффекты: невертикальное застреливание строительного элемента, скатывание артиллерийского орудия с понтона во время выстрела и опрокидывание понтона. Математических моделей прогноза поведения системы «артиллерийское орудие – свая – понтон» поострено не было. Поэтому становится актуальной задача создания математических моделей поведения систем, застреливающих строительные элементы с понтонов, находящихся на водной поверхности. Фотография эксперимента на Волге представлена на рис. 1.
Рис. 1. Установка УЗАС-2 на понтоне
Целью диссертационной работы является методами математического моделирования обосновать возможности применения артиллерийских орудий для застреливания строительных элементов в грунт с понтона, находящегося на поверхности воды.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
-
построение математической модели процесса выстрела при заглублении сваи из орудия, находящегося на понтоне на спокойной поверхности воды;
-
построение математической модели устройства отслеживания вертикального положения ствола и разработка модели устройства;
-
описание динамики системы «артиллерийское орудие – свая – понтон», находящейся на неспокойной поверхности воды, с учетом выстрела при строго вертикальном положении ствола;
-
разработка компьютерных программ, реализующих построенные математические модели;
-
анализ результатов численных экспериментов.
Методы исследования основаны на использовании основных положений теории математического моделирования, теории классической механики, теории волн, классической теории динамики твердых тел, классической теории внутренней баллистики ствольных артиллерийских систем, численных методов решения систем дифференциальных уравнений, методов математической статистики и объектно-ориентированного программирования.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
предложены математическая модель динамики системы для застреливания строительного элемента в грунт с понтона и принципиальная схема этой системы, отличающиеся от известных тем, что в системе введены противовес и устройство отслеживания горизонтального положения платформы;
-
предложена принципиальная схема устройства отслеживания горизонтального положения платформы и математическая модель его поведения;
-
получены математические модели, описывающие динамику застреливания строительного элемента в грунт с учетом расположения орудия на качающейся платформе на поверхности воды;
-
построен комплекс прикладных программ, позволяющих численно решать задачи моделирования динамики системы «артиллерийское орудие – свая – понтон».
Достоверность и обоснованность научных положений и результатов обеспечена подтверждением близостью результатов экспериментальных данных и математического моделирования, корректным применением законов и теорем механики и теории внутренней баллистики, строгими математическими выкладками при решении систем дифференциальных уравнений.
Практическая значимость исследования. Комплекс программ, основанных на разработанных математических моделях, позволяет получить численные характеристики динамики застреливающей системы и определять возможности применения понтонов с заданным водоизмещением для безопасного застреливания свай в донный грунт из откатных артиллерийских систем.
Реализация и внедрение результатов работы. Основные результаты диссертационной работы внедрены в СКБ ОАО «Мотовилихинские заводы» и используются в курсе «Моделирование импульсно-тепловых машин», читаемом в Пермском государственном национальном исследовательском университете..
Основные положения, выносимые на защиту:
1) математическая модель динамики системы «артиллерийское орудие – свая – понтон» при застреливании строительных элементов в донный грунт водоемов со спокойной поверхности воды;
2) математическая модель устройства отслеживания горизонтального положения платформы;
3) математическая модель динамики системы «артиллерийское орудие – свая – понтон», с учетом колебания понтона на поверхности воды.
Апробация работы. Основные этапы работы докладывались на научно – практических конференциях «Компьютерное моделирование в науке и технике» (Андорра, 9 – 16 марта 2011), «Европейская интеграция высшего образования» (Хорватия, 25 июля – 1 августа), «Новые технологии, инновации, изобретения» (25.09.2011), на научных семинарах механико-математического факультета ПГНИУ, кафедры МСС и ВТ ПГНИУ, научном семинаре кафедры ПМиМ ПНИПУ.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 12 статьях и тезисах конференций. Среди них 4 публикации в изданиях из перечня ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, библиографического списка из 107 наименований и 2-х приложений. Объем работы: 120 страниц основного текста, включающего 46 рисунков, 8 таблиц и 2 приложения.
