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:
- Определить силы и нагрузки, действующие от понтона на ПК;
- 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.
