Введение к работе
Актуальность ?ъш'. Изучение устойчивости гибких нитей в потоках гадает больше значение для решения многих прикладных задач. В последние года интерес к задачам и методам динамики гибких нитей в потоках значительно возрос в связи с расширением арсенала технических срэдств освоения Мирового океана. К основным техническим приложениям таких исследований отаосягся: проектирование и эксплуатация дошшх и разноглубинных тралов с Сользой глубиной траления; разработка гидрометрических систем (буксируемых или удерживаемых в потоке с помощью гибких связей) для исследования океана, особенно для поиска полезных искоггаемих в шзльфовой зоне; проектирование, строи-. тэльство и эксплуатация воздугаых линий электропередач и подводных линий связи.
На решение задач со устойчивости протяженных гибких конструкций, обтекаемых потоке:.? жидкости, били направленії усилия многих отечественных и заруоэинш: авторов (Болотин В. В., Горошко О."А., Давнин С. И., Дербенцов Д. А., Доценко-П. Д., Иванов А. Н.,- Казакевич М. И., Одэйник А. Я., Пучка Г. Н., Савицкий Г. А., Сзлтанов If. В., Шило В. Н., Граф5ин» йэррис, Пео, Пейдусси, Сарпкаия, Чжень и др.). ,
Как показывает анализ литературы, вопросам устойчивости нитей, обладавших малой изгиОной жесткостью (п сравнении с продольной жесткостью), уделено недостаточно внимания. Это относится в первую очередь к икти круглого поперечного сечения и полоса с закрепленными в верхней (по продольному потоку) части граничивши точками, а также к нити круглого сечения с закрешюшшми концами, подверженной воздействию поперечного потока. Понимание физических аспектов процесса потери устойчивости таких гдяроупругих систем, оценка критических параметров в выработка'рекомендаций по стабилизациив областях неустойчивости нуждаются в дальнейших исследованиях.
Цель работы. Разработка методов оценки критических параметров, характеризующих потерю устойчивости гибких-нитей при взаимодействии их с потоком вязкой кидкости, с целью сформулировать практическио рекомендации для их стабилизации, применимые как на.стадии проектирования, так и при эксплуатации.
Научная новизне. I. Сформулирована краевая задача упругого взаимодействия нити с потоком и построена голуэмпирические модели гид родяна!.кческих сил сопротивления, деяствутвдя: на колеоладуїсся нить при продольном и поперечном обтекании, а также найдены гидрочинами
ческие силы давления, действующие на полосу и нить при продольном' обтекании-. Экспериментально определены значения коэффициента силы . вязкостного трения для чисел Рейнольдса 2-1СҐ < Re < 2.4-Ю ', взятых по длине нити.
2. Для случая продольного обтекания: методом энергетического
анализа рассмотрена устойчивость гибкой нити для различных условий .
закрепления концов с учетом изменэния по длина. силы натяжения и с
учетом изменения длины нити; методом дисперсионного анализа исследо
вана устойчивость гибкой нити и полосы с одним закрепленным, а дру
гим свободным концами, получены критические параметры устойчивости';,
на основе решения краевой задачи исследована устойчивость полусво
бодной идеально гибкой нити с постоянной и переменной по длине силой
натяжения, получены критические параметры устойчивости;с использова-
'нивм метода Галеркша выполнен приближенный анализ устойчивости яо-
лусвободной нити, наделанной малой изгибной жесткостью, получены оценки критических параметров как для статической, так и для динамической форм потери устойчивости.
3. Для случая поперечного обтекания исследована устойчивость
закрепленной на концах нити. Методом.сведения краевой задачи к зада
ча 'Коші с дальнейшим использовазщем асимптотического метода Крылова-
. Боголюбова-Штропольского с учетам .геометрической нелинейности и
неличейного. демпфирования определены численно области устойчивости
колебаний с большими амплитудами для первых четырех собственных
форм. ' . .
4. Разработан и защищен авторскими свидетельствами ряд гидроди
намических устройств для повышения устойчивости нити.. .
' фактическая ценность работы состоит. в разработке методов оценки и получения аналитических виражений для критических параметров потери устойчивости гибких.нитей в потоках применительно к элементам конкретных технических средств, взаимодействующих с жидкой средой. Внедрение результатов диссертационной работы в -практику подтверждается соответствующими документами.
. Полученные экспериментально- значения коэффициента силы' сопро-тивленил поверхностного трения жидкости для больших чисел Рейнольдса, взятых по длина нити, расширяют возможности исследования задач гидродинамики протяженных конструкций, важных в рыбопоисковом деле, морской сейсморазведке, а также при прокладке и эксплуатации подводных трубопроводов и линий связи. Разработанные на основе проведенных исследований конкретные технические предложения по снижению влияния
— 5"—
внешних возмущений на. прстезсэнпув конструкцию, а также по ее стабилизации, навли слое отражение в ряде авторских, свидетельств и могут быть использованы при цровздшяш, в частяоегя,- морских геофизических расйт для пояска и разведки.сарьввнх ресурсов.
Апробация работа. Основные результаты исследований докладывались на І-IV Республиканской конференций-по прикладной гидромеханике (г. Киев, 1978, 1979, IS84, 1987 г.г.); на Всесоюзной школе-семинаре ' "Даншака кзхааических систем" (г.. Томск, 1983, I9S6 г.п.); на Все-согзной конференции "Иэлигойныэ колебания механических, систем" (г. : Горький, I9S7 г.); па III Съезде советских океанологов в секции "Геология,. геофізика к геохимия окзшга" (г.-Ленинград, IS87 г.); на' VI Всесоюзной конференции по управяедав механическими системами (г. Львов, 1988 г.); па научных семинарах Института гидромеханики АН УССР и др.
Публякзцаа. По теме диссертант* опубликовано SO работ, защищено 'авторскими свндвтельста&чя 14 изобретений, 2-статьи находятся в печати. Список основных почасных работ я авторских свидетельств помещен в конце- автореферата.
Сбъаи я структура дзееертэцан. Диссертация включает в себя: ' 193 страппш ма'аиясшсного текста с материалами исследований; 24 стражам с поясняющими рисувхаг-s (30 штук), располокенными по ходу изложения материала; 19 страниц библиографии со IC5 наиконованиями и 33 страницы приложения. Общий объем диссертация составляет 269 страниц.
.' , ' KPAIKOB СОД5ПКІШЕ работы
Во введения обосновываотся актуальность теш, определяется цель и задачи исследований.