Введение к работе
Актуальность проблемы. Мягкие оболочки, представляющие собой технические материи с высокопрочной основой и непроницаемыми покрытиями, - это новый вид строительного материала, который не имеет ни предшественников, ни традиций. Нет еще достаточно большого опыта юс использования в технических конструкциях. Поэтому для ответственных конструкций, изготавливаемых с применением мягких оболочек, особенно важным является разработка расчетных методов, основанных на последних достижениях-успешно развивающейся теории мягких оболочек.
Разрабатываемые учеными современные достоверные и доступные расчетные методы являются s руках проектировщиков действенным аппаратом, с помощью которого, они успешнее добиваются оптимизации конструкций из мягких оболочек и смелее внедряют прогрессивные конструкции.
Современное состояние теории мягких оболочек определяется основополагающими работами А.И.Азовцева, С.А.Алексеева, Б.В.Гулина, Б.И.Друзя, В.В.Ермолова, М.А.Илъгамова, В.Д.Кулагина, В.Э.Магулы, А.Д.Москаленко, Б.И.Петракова, В.В.Риделя, В.И.Усюкина, К.Ф.Черных, Ф.Отто и Р.Тростеля. Большие успехи имеются в разработке конкретных практических задач статики и динамики конструкций, изготовленных из мягких оболочек. Развиваются'численные методы расчета. .
Дальневосточная школа мягкобболочечников, работающая в Дальневосточной государственной морской академии имени адмирала Г.И.Невельского, занимает особое положение в России и СНГ по интенсивному развитию и внедрению конструкций и устройств, изготавливаемых с использованием мягких оболочек, на морском флоте и в народном хозяйстве. Здесь разрабатываются вопросы безопасной транспортировки грузов на-транспорте, для чего используются конструкции из мягких оболочек и гибких элементов, создаются мореходные транспортные средства на.воз-духоопорных гусеницах. Проектируются и строятся конструкции из мягких оболочек, предназначенные для содержания и транспортировки морских животных, для обеспечения непотопляемости и предотвращения опрокидывания аварийных судов. Внедряются легкие ветрозащитные укрытия доков из мягких оболочек. Разрабатываются вопросы теории мягких оболочек, теории и расчета пневмопанельшх конструкций, методы конечных элементов в задачах деформирования мягкооболочечных конструкций.
Диссертационная работа является естественным продолжением работ,
4 ведущихся коллективом мягкоооолочечников Дальневосточной государев венной морской академии имени Г.И.Невельского. Она тесно связана разрабатываемой коллективом тематикой. Некоторые разделы работы я ляются самостоятельными, некоторые обобщающими по выполненным тeмa^ некоторые дальнейшим развитием ранее выполненных. Однако в целс диссертация является законченной работой, в которой с единых позищ рассмотрен и решен ряд вопросов общей теории и расчета судовых коне трукций, изготовленных из мягких оболочек.
Целью работы является построение методов расчета и расчет разлив ных принципиально новых судовых конструкций, изготовленных ИЗ МЯГК1 оболочек, или их-конструктивных узлов, к которым не применимы трэда ционные расчетные схемы. Для достижения этой цели разработаны мето; расчета мягких оболочек вращения с постоянными кольцевыми натяженш ми, осесимметричных меридионально напряженных мягких емкостей пневмооболочек. Произведены уточнения расчетных схем цилиндричесю пневмобалок и буксируемых емкостей. Решены вопросы газодинамики зг полнения мягких емкостей и разработаны основные расчетные схемы.
Научная новизна результатов, полученных в диссертации, состоит дальнейшем развитии теории мягких оболочек вращения; в разработі единого подхода к построению расчетных схем и расчетов оболочек врг щения с постоянными кольцевыми натяжениями,' меридионально напряжеі ных мягких емкостей и пневмооболочек; разработке схем расчета пнеї мобалок с учетом их специфических особенностей; создании нового т учного направления - газодинамики заполнения мягких емкостей.
Методика исследований в диссертации базируется на основополагак щих работах известных отечественных и зарубежных ученых. Использовг лись методы теории мягких оболочек, механики жидкости и газа и і взаимодействия в статических и динамических задачах, а также тіоі теории эластик и численные методы решения задач.
Обоснованность и достоверность полученных результатов обеспечивг ется в рамках общепринятых математических моделей теории мягких обе лочек, механики жидкости и газа, применением строгих методов при вь боре вида искомых функций, учета их особенностей, а также комплексе мер контроля численных результатов, системностью и последовательное тью исследований.
Практическая ценность. В диссертационной работе разработаны мете дики, выведены расчетные формулы, построены расчетные графики дл решения вопросов расчета и проектирования следующих конструкций, ие готовленных из мягких оболочек:
5 з) меридионально напряженных мягких емкостей, лежащих на плоской по-зерхности, открытых круглых бассейнов, емкостей, предназначенных для годъема грузов со дна морей и океанов; 3) оконечностей пневмоцшшндров с одноосными зонами; з) береговых бассейнов, изготовленных из одноосно напряженных торо-зидных пневмооболочек;
с) силового элемента меридионально складчатой оконечности пневмоци-линдра;
ц) цилиндрических пневмобалок при поперечном изгибе и образовании гшевмошарнира;
э) буксируемых емкостей при автоколебаниях во время буксировки; ж) при заполнении газом мягких емкостей из баллонов и магистрали.
Расчетные схемы разрабатывались и использовались при выполнении госбюджетных и хоздоговорных научных тем.
При выполнении комплексной межвузовской научно-исследовательской госбюджетной темы совместно с Николаевским кораблестроительным институтом (I98I-I985 гг): "Принципы оптимизационных расчетов и автоматизации проектирования судовых гибких устройств и конструкций, работающих в контакте с жидкой и"сыпучей средой". При выполнении госбюджетных тем министерства транспорта: ГБТ 15/86 (1986-1990 гг) "Теория и расчет конструкций надувных плавсредств и устройств из мягких оболочек"; ГБТ 8/91 (І99І-Г993 гг) "Совершенствование конструкций, изготавливаемых с применением мягких оболочек"; ГБТ 1/94 (I994-I99S г) "Исследование, проектирование и расчеты конструкций, изготавливаемых с применением мягких оболочек". При выполнении госбюджетной темы министерства науки, высшей школы и технической политики меквузовской региональной научно-технической программы "Научно-технические и социально экономические проблемы развития дальневосточного региона России": ГБТ ДВР-3 (1993-1996 гг) "Обеспечение непотопляемости и предотвращение опрокидывания судов с помощью мягких пневматических емкостей". При выполнении хоздоговорной темы: ХДТ 6/3/89 (1989 г) "Разработка рекомендаций на проектирование и изготовление пневмоем-костей".
Полученные в диссертационной работе решения использовались не только в темах, выполненных автором, но и.в других темах, выполненных специалистами мягкооболочечниками.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы обсуждались на IX научно-технической конференции "Учет особенностей Дальневосточного бассейна при проектировании и модернизации
судов" (г. Владивосток 1986 г.), на VIII Дальневосточной конференцю
по мягким оболочкам "Внедрение новых экономически выгодных конструк
ций из современных высокопрочных мягких материалов в судостроении н.
морском флоте и в народном хозяйстве" (г.Владивосток, 1987 г.), на '
Межрегиональной научно-технической конференции "Мягкие и гибкие обо
лочки в народном хозяйстве" (г. Краснодар, 1990 г.), на Всесоюзно:
научно-технической конференции "Проблемы экологии и мягкие оболочки
(г. Севастополь, 1990 г.), на II Всесоюзной научно-технической кон
ференции "Состояние и перспективы применения мягких оболочек на под
земных горных работах" (г. Днепропетровск, 1991 г.), на хххііі Все
союзной межвузовской научно-технической конференции в ТОВВМУ (г
Владивосток, 1990 г.), на IX Дальневосточной конференции по мягки
оболочкам "Повышение эффективности конструкций, изготавливаемых <
применением высокопрочных мягких оболочек" (г.Владивосток, 1991 г.)
на х Дальневосточной конференции по мягким оболочкам "Разработка і
внедрение в народное хозяйство высокоэкономичных, экологичесга
чистых конструкций, изготавливаемых с применением мягких оболочек і
гибких элементов" (г. Владивосток, 1995 г.), на научно-технически:
конференциях Дальневосточной государственной морской академии имей
адмирала Г.И.Невельского (г. Владивосток, 1986-1996 г.г.). '
Публикации. По теме диссертации опубликовано 32 работы, в тої числе 4 монографии, 19 статей, 9 тезисов докладов. В монография /21/ и /32/ опубликовано % 75% объема диссертации. Материалы монографий /22/ и /24/ использовались как основополагающие при разработке некоторых разделов диссертации.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы. Она содержит 252 стр. машинописного текста, 75 рисунков, список литературы из 83 наименований.
На защиту выносятся:
-
Исследование и разработка специального класса мягких оболочеі вращения с постоянными кольцевыми натяжениями, нагруженных равномерным давлением. Создание расчетных формул и графиков для определение силовых и геометрических параметров этого класса оболочек.
-
Исследование и разработка класса осесимметричных меридиональнс напряженных мягких оболочек.
О гидростатической нагрузкой:
а) емкостей, лежащих на плоской поверхности;
б) открытых круглых бассейнов;
в) подводных емкостей, всплывающих с грузом.
С равномерной нагрузкой, создаваемой избыточным давлением газа в замкнутой оболочке:
а) оконечностей пневмоцилиндров;
б) цилиндрических пневмобалок при поперечном изгибе с нерастяжи
мой и растяжимой оболочкой;
в) торовидных пневмооболочек;
г) силовых элементов, образованных в оконечности пневмоцилиндра.
Разработка расчетных формул и построение расчетных графиков для
определения силовых и геометрических параметров перечисленных объектов этого класса оболочек.
-
Создание методики для определения и расчета параметров цилиндрических пневмобалок при изгибе с учетом действия перерезывающих сил и внутреннего избыточного давления газа.
-
Разработка методики построения нормальных и касательных характеристик мягкой оболочки на основе упрощенных испытаний пневмоцилиндра.
-
Разработка новой теории для схемы образования шарнира при изгибе пневмобалки в закритической области на основе использования эластик Эйлера.
-
Полное решение задачи оо" автоколебаниях буксируемой цилиндрической емкости с максимальным учетом действующих усилий.
-
Создание и разработка нового раздела теории мягких оболочек -газо- и гидродинамики заполнения мягких емкостей:
а) разработка основных вопросов теории газодинамики заполнения
мягких емкостей;
б) создание расчетных формул и построение расчетных графиков для
определения времени заполнения мягких емкостей газом из баллона и
магистрали;
в) создание теории и разработка расчетных формул для определения
времени заполнения мягких емкостей жидкостью из магистрали.