Введение к работе
з
Актуальность темы. Проблема взаимодействия сложных тонкостенных, упругих конструкций с прилегающей жидкой средой в настоящее время ещё изучена недостаточно. Пример такой практически важной задачи, рассмотрению которой посвящена настоящая диссертация, является взаимодействие корпуса судна с окружающей жидкостью. Теоретические исследования с достаточной точностью описывают пока лишь простей-Еіие задачи о взаимодействии тел с жидкостью, которые далеки от реальных условий плавания судов в море.
Для более точного приближения к реальным условиям взаимодействия судна с водой задача усложняется учетом таких факторов, как упругость контура, сжимаемость жидкости, влияние воздушной прослойки и др.
Инженеры и ученые, специалисты в области физических наук, широко используют в последнее время численные методы исследований. Эти методы основаны на приближенном решении уравнений, описываю-щих физическую задачу. Среди них выделяются;,^етод конечных разностей (МКР); Метод конечных элементов (МКЭ); Метод супер элементов (МСЭ); Метод модуль-элементов (ММЭ), разработанный В.А. Постновым и Н.А Таранухой, основанный на разбиении конструкции на пространственные блоки или модуль-элементы (МЭ).
Метод граничных элементов (МГЭ) появился в результате дальнейшего теоретического развіггая широкого класса численных методов, объ-единенный под общим названием '^теория конечных элементов". Он базируется на понятии фундаментального решения краевой задачи, которое соответствует функции источника. В этом случае конечные элементы ис-
пользуются дня аппроксимации границы области, а аппарат классических интегральных уравнсий применяется для внутренней части области.
Постановка задачи. До настоящего времени практические расчеты по вибрации судового корпуса сводились к исследованию колебаний 'сухой" конструкции (т.е. расчет колебаний судна в вакууме) или к использованию известной концепции присоединенной массы воды. Однако, при расчете вибрации новых типов судов наблюдаются явления (такие как: деформация поперечного сечения корпуса, местная вибрация), которые при определении присоединенных мьсс не учитывались. А в случае "сухой" конструкции не учитывались и массы колеблющейся воды. Во многих решениях задач гидроупругости используется гипотеза об идентичности собственных форм колебаний конструкции в вакууме к жидкости. Однако это условие выполняется далеко не всегда. Примеры сравнительного анализа приведенные в диссертации убеждают в том, что использование "сухой" конструкции и концепции присоединенных масс воды при расчете вибрации судового корпуса оказывается не всегда пригодным и в ряде случаев ведет к существенным количественным и качественным ошибкам. Для получения более строгой оценки влияния забортной воды необходимо рассматривать в целом связную систему корпус судна - окружающая его жидкость, причем с учетом упругости гудовых конструкций.
При этом возникают трудности связанные с "полубесконечностью" объема окружающей жидкости.
Для определения этих трудностей используется МГЭ, позволяющий перейти от интегрирования по бесконечному объему к интегрированию по конечной поверхности контакта жидкости и корпуса Решение этой задачи, как предложено в работах В.А. Постнова и Н.А. Таранухи, ищется пу-
тек; комбинирования ММЭ и МГЭ. Эта идея заложена в основу данной работы.
Цель работц заключается п следующем:
создание на основе ММЭ эффективного численного алгоритма ре-пнпм задачи о гадроупругих колебаниях корпуса судна и его конструкций;
разработка соответствующего программного обеспечения;
решение тестовых и практических задач, показывающих правильность алгоритма н эффективность нопого подхода в сравнении с другими методами;
- провести анализ гадроупругах колебаний сложных конструкций.
Научная пепшяа. В работе для расчета гадроупругах колебании
корпуса судна v его отдельных перекрытий, впервые с достаточной иол-нотой реализован численный подход, основанный на комбинировании ММЭ и МГЭ. Разработаны вопросы, связанные с применение!! иодуль-грапичных элементов в трехмерной постановке к численному определению матрицы присоединенных касс окружающей жидкости. Создан программный комплекс дгч расчета гидроупругах колебаний корпуса судна. Проведены и прошпизированы расчеты гидроупругих свободных колебаний сложных конструкций. Отмечена слозкная картина деформация конструкц :и в і иіом и ее отдельных элементов в процессе колебания. Показана выг слптельная эффективность иопого подход- по сравнению с другими конечиозлементными методами.
Практическая ценность работы. Предложенный подход позр^лйсп получить корректное решение связной задачи "оболочка-..аідкость", а также с достаточной точностью производить оценку параметров гидроупругих колебаний реальных сложных конструкций. При этом достнпяеген
снижение на порядок трудоемкости подготовки исходных данных и на
один - два порядка сокращаются вычислительные затраты по сравнению с другими конечноэлементными методами. Это дает возможность широкого внедрения метода в практику проектированит корпусов судов новых типов.
Апробация работы. Основные результаты работы были доложены на 12 дальневосточной научно-технической конференции "Учет особенностей дальневосточного бассейна при проектировании и модернизации судов" (Владивосток, 1995г), на международной конференции "Проблемы прочности и эксплуатационной надежности судов" (Владивосток, 199бг), на семинаре ИММ ДВО РАН (Комсомольск-на-Амуре, 1996г).
Публикации. Результаты диссертационной работы опубликованы в научны?: статьях и докладах, приведенных в списке публикаций.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глрз и заключения, изложенных на 110 страгощах, содержащих 33 рисунка и 6 таблиц, а также списка литературы из 60 наименований и 20 страниц приложений.