Визначення динамічних характеристик стрижнів конструкцій суднобудівництва

Анотація

Сучасне суднобудування розвивається в напрямку збільшення тоннажу суден та потужності їхніх енергетичних установок, що супроводжується активним використанням полегшених конструкційних матеріалів. У таких умовах критично гостро постає проблема забезпечення вібраційної міцності та надійності корпусних конструкцій, оскільки неконтрольовані коливання стрижневих елементів — базових компонентів набору корпусу, щогл та валопроводів — призводять до втомного руйнування, зниження точності навігаційного обладнання та погіршення умов для екіпажу.

Традиційні аналітичні методи мають обмежене застосування для реальних об'єктів зі складною геометрією та змінною жорсткістю, а чисельні методи потребують ефективних алгоритмів для точного прогнозування динамічних характеристик на етапі проектування.

У роботі було розроблено та науково обґрунтовано комплексну методику визначення власних форм і частот коливань стрижневих елементів як постійного, так і змінного перерізу із використанням варіаційно-сіткового підходу. 

Також набув подальшого розвитку ітераційний метод покоординатного спуску, застосування якого в задачах динаміки стрижнів дозволяє уникнути обчислювальних труднощів, пов’язаних із формуванням та оперуванням з глобальними матрицями мас і жорсткості. Крім того, застосування метода покоординатного спуску в задачах коливань дозволяє вирішувати задачі великої розмірності, використовуючи тільки оперативну пам’ять ПЕОМ. Помилки округлення не накопичуються.

Отримано аналітичні вирази для визначення основних власних частот поздовжніх та згинальних коливань для стрижнів, фізико-геометричні характеристики яких змінюються за біноміальними законами. Досліджено характер впливу параметрів конусності та клиновидності на спектр власних частот. Розроблений підхід апробовано на прикладах розрахунку консольних стрижнів, що дозволяє проектувати суднової конструкції із заздалегідь визначеними динамічними властивостями для уникнення резонансних явищ.