Специалисты АО «ЦИФРА» провели расчёт на прочность подводной капсулы (далее ПК). Подводная капсула применяется для обеспечения рабочего пространства при выполнении работ под водой.

В данной работе исследовалась система удержания понтона, определялись усилия действующие на ПК при волнении воды, оценивалась прочность конструкции.

Пример модели, рассматриваемый в расчётах представлен на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Геометрическая модель ПК

Система удержания понтона

Расчёт системы удержания понтона выполнялся в программном модуле Ansys AQWA.

Расчёт системы удержания в Ansys AQWA позволил:

1. Определить силы и нагрузки, действующие от понтона на ПК;
2. Определить худший возможный случай действия потока воды на конструкцию ПК.

Ansys AQWA предоставляет набор инженерных инструментов для исследования воздействия волн, ветра и течений на плавучие и стационарные морские и прибрежные сооружения, включая: лонжероны; плавучие системы добычи, хранения и разгрузки; полупогружные суда; платформы на натяжных опорах; суда; системы возобновляемой энергии; и конструкции волноломов.

Расчеты в Ansys AQWA также позволяют передавать давление и инерционную нагрузку для использования в прочностном расчёте в рамках процесса проектирования корпуса судна. Таким образом полученные результаты могут быть переданы и интерполированы на конечно-элементную модель Ansys Mechanical. Поскольку функция передачи и интерполяции автоматически учитывает различия в сетке между гидродинамической и конечно-элементной моделями, они не обязательно должны быть топологически идентичными.

В местах контакта понтона и столба капсулы установлены специальные контактные швартовые элементы типа Fender (в терминологии Ansys, в переводе – кранец, отбойник, амортизатор). Fender это тип элементов, позволяющий моделировать контакт между двумя конструкциями в Ansys AQWA. В зависимости от относительного положения конструкций, они создают переменную силу, действующую на конструкцию и добавляемую к другим силам, используемым для расчета движения. Изображение мест установки Fender представлено на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 – Изображение установки Fender

В модели рассматривались различные комбинации системы удержания, а также различные направления и скорости течения воды, скорости ветра.

Для каждого расчётного случая определяется сила реакции натяжения троса. Реакция натяжения троса сравнивалась с допустимым разрывным усилием. В случае превышения разрывного усилия выбирается более прочный трос. Значения допустимых разрывных усилий троса выбирались по [1].

После подбора системы удержания, снимались силы в Fender и задавались в качестве исходных данных в расчётах прочности.

Расчёт на прочность

В расчётах используются следующие граничные условия и нагрузки:

• Сила тяжести;
• Гидродинамическое давление, рассчитываемое автоматически и передаваемое из расчётов в Ansys AQWA;
• Направление и скорость течения воды, рассчитываемое автоматически и передаваемое из расчётов в Ansys AQWA как распределение сил и давлений;
• Закрепления в местах установки капсулы;
• Силы от воздействия понтона на ПК.

В результате расчета получены распределения приведенных эквивалентных напряжений в ПК. Приведённые эквивалентные напряжения определены по теории максимальных касательных напряжений. Оценка прочности выполняется в соответствии с нормами ПНАЭ Г 7 002 86 [2]. 

Результаты представлены на рисунках ниже.

Рисунок 3.1 – Распределение перемещений

Рисунок 3.2 – Распределение напряжений

В результате выполнения расчётов определены зоны с превышениями допустимых значения напряжений и предложены необходимые изменения конструкции для удовлетворения критериев прочности.

Заключение

В результате проделанной работы инженерами АО «ЦИФРА» выполнены расчеты на прочность конструкции ПК, а также расчёты системы удержания понтона.

Предложено изменение конструкции изделия и подтверждена прочность измененной конструкции расчётным способом.