Расчетное проектирование конструкций машинного отделения по условиям вынужденной вибрации и металлоемкости

• Автор: Нан Вай
• Шифр специальности: 05.08.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 194 с. : ил.

Содержание
Введение
1. Анализ внешних усилий, вызывающих вибрацию корпусных конструкций машинного отделения
1.1 Источники вибрации машинного отделения судна и их классификация
1.2 Расчетная методика определения внешних гармонических усилий на основные силовые конструкции
1.3 Динамика кривошипного механизма
1.4 Неуравновешенность многоцилиндровых рядного и У-образного ДВС
1.5 Требования Российского морского Регистра судоходства к параметрам внутренней вибрации
2. Численное определение параметров свободной и вынужденной вибрации силовых конструкций машинного отделения
2.1 Метод конечных элементов в решении стационарных динамических задач строительной механики
2.2 Исследование модельных параметров типовых конструкций машинного отделения и выбор оптимальной идеализации
2.3 Расчет модальных характеристик силовых конструкций машинного отделения со малоборотным дизелем
2.4 Определение амплитуд вынужденной вибрации конструкций машинного отделения для стандартных режимов
3. Подход к проектированию силовых конструкций машинного отделения из условий снижения параметров вибрации и металлоемкости
3.1. Постановка проектной задачи как задачи оптимизации
3.2. Анализ влияния проектных параметров на массовые и динамические . характеристики типовых конструкций
3.3. Проектировочный расчет конструкции фундамента из условий

снижения амплитуд перемещений и скоростей вынужденной вибрации при сохранении/улучшении массовых показателей
Заключение
Литература
Приложение 1: Выбор главной энергетической установки и расчет внешние сил и моментов
Приложение 2: Расчет частот и форм свободных колебаний конструкций
Приложение 3; Конструкция и прочность машинного отделения судна

Введение
Проблема вибрации судовых конструкции с особой остротой встала перед инженерами - судостроителями при появлении на судах и кораблях относительно высокооборотных двигателей, работающих на гребной винт с длинным валопроводом.
Первый механический двигатель - паровая машина - работала на тихоходные гребные колеса. Корпус таких пароходов был на первых порах деревянным, что обеспечивало высокое отношение жесткость/масса конструкции. С переходом на паровые турбины и гребной винт повысилась частота возбуждающих вибрацию внещних сил. Металлический корпус с меньшим соотношением жесткость/масса, чем деревянный, имеет более высокие частоты собственных колебаний конструкции таких судов имели худшие вибрационные характеристики, что отрицательно сказывалось на долговечности клепаных соединений, которые «ослаблялись» под действием вибрации. Положение усугубилось с установкой на суда неуравновешенных двигателей внутреннего сгорания - двигателей Дизеля. Широкое использование двигателей Дизеля началось с применения в 1903 году главной машины мощностью 25 л.с на одном из судов в акватории реки Волги. Серьёзность проблемы вибрации в начале 20-го века подтверждается эпизодом, описывающим процесс регистрации местной вибрации при сдаточных испытаниях эскадренного миноносца в книге А.Н. Крылова «Мои Воспоминания». В кормовом районе верхней полубы устанавливалась табуретка, на которую ставился стакан с водой. Если половина жидкости в стакане выплёскивалась под действием вибрации, то констатировали, что “вибрация составляла половина стакана.” Если исчезала четверть жидкости, то “вибрация составляет четверть стакана”. Предварительный обзор работ по вибрации корабля
начальных фаз ЦУ „ и - Знание этих фаз необходимо для искусственного уравновешивания ДВС.
То обстоятельство, что каждая рассматриваемая система сил инерции может иметь свою неуравновешенную силу и свой неуравновешенный момент, делает расчет многократно повторяющимся. Для поршневого двигателя неуравновешенных сил и моментов может быть столько, сколько имеется составляющих сил инерции. Соответственно по формулам (3) и (5) вычисляютсяются неуравновешенные силы и моменты вращающихся масс, а также неуравновешенные силы и моменты 1, 2, 4, 6-го и более высоких порядков поступательно движущихся масс. Наряду с этим неуравновешенные силы и моменты можно представлять в виде вращающихся векторов постоянной длины. Проекции векторов описывают простые гармонические движения, которые возбуждают колебания двигателя. Например, гармоники сил инерции Рк совц/я и Ру С051//у обусловливают колебания в вертикальной
плоскости, а РК$ШЦ/К - в горизонтальной. В разной степени данные положения относятся к неуравновешенным моментам. Так, вертикальные проекции моментов т1{ СОБ!//ту СОБ1//ш. вызывают угловые колебания двигателя в продольной
плоскости. Соответственно проекция т/{эт ЦУШ является возбудителем
горизонтальных колебаний.
На рис. 1.7 в графической форме интерпретируются понятия главных векторов неуравновешенных сил и моментов рядного двигателя. Заслуживает внимания особенность изображения вектора неуравновешенного момента. Суть её состоит в том, что при существующем правиле вектор момента должен быть направлен перпендикулярно плоскости его действия. Между тем, все предыдущие рассуждения касались определения плоскости действия момента. Для установления истинного положения вектора неуравновешенного момента необходимо полученный расчетом вектор повернуть на 90°С по часовой стрелке.