Диссертация (1144175), страница 16

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 16)

Напряжённое состояние в корпусе кингстона РN40 при давлении 1000 МПакорпус кингстона, путёмрешения уравнения (1.1) найдены безопасныерасстояния до центра взрыва и массы заряда, соответствующие найденномурасстоянию и давлению. Результаты расчётов приведены на рис. 4.17.Результаты аналогичных расчётов для корпуса бортового клапанаприведены на рис. 4.14 – 4.16 и в таблице 4.3.Отметим, что применяемые в настоящей работе классические теориипрочности, относятся к изотропным средам с одинаковым пределом прочностина растяжение и сжатие.

Теория наибольших линейных деформаций нашла своё116Рис. 4.11. Напряжённое состояние в корпусе кингстона РN40 при давлении 700 МПаРис. 4.12. Напряжённое состояние в корпусе кингстона РN100 при давлении190 МПа (σS = 660 МПа)Рис. 4.13. Напряжённое состояние в корпусе кингстона РN100 при давлении4500 МПа (εcr = 0,13)117Рис. 4.14. Напряжённое состояние в корпусе клапана бортового при давлении205 МПа (σS = 660 МПа)Рис. 4.15. Напряжённое состояние в корпусе клапана бортового при давлении247 МПа (σS = 850 МПа)Таблица 4.3Безопасное расстояние до взрыва для корпуса бортового клапанаМасса заряда,кг501002505001000106 s  660 МПа2051,181,492,122,543,2032,52Расстояние, мУсловие прочности s  850 МПа cr  0,13Давление, МПа24747001,050,271,120,341,320,451,800,582,270,7328,547,3 cr  0,1865000,240,300,410,510,656,46118применение в инженерной практике при проектировании артиллерийскихстволов и в настоящее время практически не применяется.Рис.

4.16. Напряжённое состояние в корпусе клапана бортового при давлении6500 МПа (εcr = 0,18)Рис. 4.17. Зависимость расстояния до взрыва от массы заряда: 1 - корпус PN40, ≤ 660 МПа; 2 корпус PN40, ≤ 850 МПа; 3 - корпус PN40, ≤ 0,18; 4 - корпус PN40, ≤ 0,13; 5 - корпусPN100, ≤ 660 МПа; 6 - корпус PN100, ≤ 850 МПа; 7 - корпус PN100, ≤ 0,18; 8 - ≤0,13; 9 – корпус клапана, ≤ 660 МПа; 10 – корпус клапана, ≤ 850 МПа; 11 – корпус клапана, ≤ 0,18; 12 – корпус клапана, ≤ 0,13Для пластичных материалов, к которым относится сплав 3М, критерийМизеса является критерием пластичности и определяет только начало119пластического течения, в то время как разрушение конструкции может и должноопределяться другим критерием.В целом можно констатировать, что рассмотренные конструкции корпусовкингстонов и бортового клапана подводного аппарата проекта … обладаютизбыточнойпрочностьюи,соответственно,излишнеймассой.Учётдинамических характеристик приводит к ещё большему переупрочнению ипереутяжелению конструкции.

Всё это может привести к тому, что подводныйаппарат уже будет уничтожен под действием подводного взрыва заряда, в товремя как элементы арматуры будут сохранять свою работоспособность ицелостность.4.3. Аналитическое исследование динамической прочности стержневыхэлементов судовой арматурыВ разделе 1.1 были приведены примеры арматуры подводных аппаратов –кингстонов,неотъемлемойчастьюкоторыхявляютсяштоки.Шток,представляющий собой, по сути, стержень, с сечением диаметра d=2r, можетиспытывать различные нагрузки растяжения – сжатия, в том числе ударногохарактера.Идеализированные расчётные схемы штока – стержня, находящегося поддействием сжимающих сил F, представлены на рис.

4.15.Приложение сжимающей силы вдоль оси стержня может привести к потереего устойчивости: при некотором значении силы станет возможным наряду спрямолинейным близкое к нему состояние равновесия с искривленной осью.Естественно, что для конструктивных стержневых элементов арматуры ПА такоесостояние недопустимо.Для полностью упругого состояния стержня критическое значение силы(Fcr), приводящее к потери устойчивости, хорошо известно из классическогорешения Л. Эйлера [107].

Так для стержня, жёстко заделанного с обоих концов120(рис. 4.15а), критическая сила определяется по соотношениюFcr  2 EJ yl2,(4.10)где E  модуль Юнга материала стержня; J y момент инерции поперечногосечения стержня относительно оси 0Y (продольной оси) стержня; l  длинастержня. Для стержня, приведенного на рис. 4.14 б, критическая сила равнаFcr  2 EJ y4l 2.а)(4.11)б)Рис. 4.15. Схемы нагружения штока стержняОднако для стержневых элементов арматуры длина стержня недостаточновелика по сравнению с поперечными размерами (например, диаметрамиштоков), поэтому критическое значение силы не может быть достигнуто вупругой области.Определим допустимое отношение длины к диаметру штока в случаеударной нагрузки, приложенной к его концу (в соответствии со схемой на рис.4.15 б и формулой (4.11)).

Поделив в соотношении (4.9) правую и левую частина площадь поперечного сеченияS,получим значение критическогонормального напряжения (принято, что шток является стержнем круглогосечения диаметром d=2r и радиус инерции равен радиусу стержня):121 cr  2 EJ y4l 2 Sk22E,(4.12)где k   / 4 ;   l / r .Из условия  cr   sd получимkE sd.(4.13)Рассмотрим динамическую задачу устойчивости и прочности жёсткозаделанного стержня (рис. 4.14 б) под действием движущейся со скоростью Vсжимающей нагрузки интенсивности F.

В этом случае уравнение поперечногоперемещения элемента стержня может быть записано в интегральном виде [108]lE1 2 y Vt   2 dx  ,l 2 0 x(4.14)где x  продольная координата; y  перечная координата;   F / S .Примем y / x  0 . При этом условии функцияy   sinxl,(4.15)где   неизвестная функция полного прогиба стержня от времени,удовлетворяет уравнению (4.14), если только [109]11f    (1   ) f  e  f 3  c 2 f   0 .44(4.16)В уравнении (4.16) введены следующие безразмерные величины и переменные:f   / r ,   Vt /  1l ,  1   2 r / l 2,    2 13 E / V 2 .(4.17)Здесь   число динамического подобия;   безразмерное время, по которомупроисходит дифференцирование в уравнении (4.16).

Исходя из уравнения (4.16)и принимая во внимание (4.15) и (4.17), перепишем уравнение (4.14) вследующем виде1    f 2  e02 ,14(4.18)122где  1   1 E ; f  безразмерный прогиб стержня. Принимая V  V0  const , е0  0 ивремя t  t im ( t im  время длительности удара), получим с учётом значениякритического напряжения из соотношений (4.12) и (4.13) максимальнодопустимый безразмерный прогибf 2  sd,1(4.19)или окончательно с учётом всех принятых обозначений cr 2l V0 t im  sd.lE(4.20)Расчётные оценки показывают, что для стержня из титанового сплава 3Мдлиной 200 мм при скорости удара 20 м/c и длительности удара tim = 10-4 с,допустимая длина прогиба не может превышать 10 мм.4.4.

Математическая модель отказов элементов судовой арматурыВ настоящее время расчёт и оценка надёжности трубопроводной арматурыпроводится на основании ГОСТ РВ 27.1.02 – 2005, других ГОСТов и различныхнормативных ведомственных документов (например, СТ ЦКБА 008 – 2011),программ обеспечения надёжности на различных стадиях отработки арматуры,разработанных предприятиями-изготовителями, и других видов документации.Как правило, для определения надёжности элементов арматуры требуетсябольшой объём определительных испытаний, что, естественно, приводит кувеличению стоимости изделий и сроков отработки.Расчёт показателей надежности арматуры производится, исходя изпотенциально возможных конструктивных и производственных отказов еёэлементов и узлов, с учётом их критичности:1) потеря герметичности по отношению к внешней среде по корпуснымдеталям:а) разрушение с выбросом рабочей среды в окружающую среду;123б) потение, газовая течь, капельная течь;2) потеря герметичности в сальнике, не устранимая подтяжкой;3) потеря герметичности по отношению к внешней среде по неподвижнымсоединениям;а) разрушение уплотнительного элемента;б) потеря герметичности, не устранимая подтяжкой;4) невыполнение функций «открытия – закрытия»;5) не предусмотренное регламентом выполнение функции «открытия –закрытия»;6) несоответствие времени срабатывания, установленному в нормативнойдокументации (для отсечной арматуры).Очевидно, что для получения параметров надёжности по всем пунктам,кроме подпунктов 1.а и 3.а, требуются специальные испытания на элементах иузлах арматуры.Основным показателем надёжности арматуры будем полагать вероятностьбезотказной работы (ВБР) её элементов и узлов.

Для расчёта ВБР арматурапредставляется в виде некой структурной блок-схемы и в зависимости от той илииной схемы (последовательной, параллельной и др.) производится расчёт. Дляпоследовательнойсхемы(резервированиеотсутствует;отказарматурынаступает в результате отказа хотя бы одного элемента) ВБР Pa определяется поформулеPa  PI  PII  PIII  ...  PN ,(4.21)где Pi  ВБР узлов и элементов.В свою очередь ВБР узлов и элементов можно представить в видепроизведенияPi  P1  P2  ...

Характеристики

Список файлов диссертации