Рассмотрение напряжений по Мизесу в рассматриваемом фрагменте хлыста

Рассмотрим, какие напряжения действуют в хлысте мачты рассматриваемого конструктивного узла. Под стаканом значимые напряжения не возникают. Они появляются лишь вокруг него. Значения напряжений, которые действуют выше стакана – 250 МПа. Эта величина больше предела текучести для АМГ-6 (145 МПа).

Ниже стакана появляются напряжения большие по величине.

И х природа формируется за счёт действующих моментов рассматриваемых сечений, а также влияния объёмных примитивов. Однако в общем, характер действующих напряжений передаётся верно. Значения действующих напряжений приведены ниже:

Более подробно модель можно изучить, воспользовавшись файлом данного расчёта программы «ANSYS». Его можно найти в приложениях к данной работе [файл 4] . Имеется возможность оценить действующие усилия в системе, изучив файл программы «FESTA», папка «Onrad» [файл 2]

АНАЛИЗ ИССЛЕДУЕМОЙ МОДЕЛИ, ПРИ ПОТЕРЕ АХТЕРШТАГА:

Исследование действующих напряжений в рассматриваемом узле при отсутствии в системе ахтерштага (имитация аварийной ситуации - потеря судном ахтерштага)

Р ассмотрение напряжений по Мизесу

Как видно из полученного изображения, после выхода из работы системы ахтерштага, аналогично предыдущему случаю, основные напряжения испытывает нагруженная краспица. При этом, величины напряжений распространённых по поверхности краспицы, практически не превышают значение предела текучести стали. На ноке исследуемой краспицы значение напряжений всего 55 МПа, по середине 115 МПа, а около стакана составляют 274 МПа.

Р ассмотрим, какие напряжения по Мизесу действуют в зоне соединения краспицы со стаканом внутри краспицы и по длине её кромок:

Указанные значения напряжений однозначно превышают значение предела текучести материала. В отличие от напряжений действующих по поверхности тела, кромочные напряжения имеют среднее значение порядка 1150 МПа. Помимо выше указанных причин появления таких напряжений, главной причиной этого факта в том, что мы рассматриваем аварийную ситуацию. Значение нагрузок соответствуют предкритическому шагу нагружения нашей ванто-стержневой системы с коэффициентом по запасу по устойчивости 0.9.

Ниже приводятся напряжения действующие в хлысте мачты рассматриваемого узла. Стоит обратить внимание на симметричность действующих напряжений:

Эта симметричность формируется за счёт того, что мы рассматриваем полный курс следования яхты (то есть ветер дует строго в корму судна, в заднюю кромку мачты по её вертикале)

Более подробно модель можно изучить, воспользовавшись файлом данного расчёта программы «ANSYS». Его можно найти в приложениях к данной работе [файл 4] . Имеется возможность оценить действующие усилия в системе, изучив файл программы «FESTA», папка «Onrad2» [файл 2]

АНАЛИЗ ИССЛЕДУЕМОЙ МОДЕЛИ, ПРИ ПОТЕРЕ НАВЕТРЕННОГО БАКШТАГА:

Исследование действующих напряжений в рассматриваемом узле при отсутствии в системе работающего бакштага (имитация аварийной ситуации - потеря судном наветренного бакштага)

Рассмотрение напряжений по Мизесу

П осле выхода из системы наветренного бакштага, коэффициент по запасу по устойчивости последней оказался прежним. Этот факт, факт практически аналогичных значений поверхностных напряжений в наветренной краспице (в сравнении с первым рассмотренным случаем), а также наличие трёх пар краспиц (говорят о развитой ванто-стержневой системе), заставили задаться вопросом о необходимости для существующей реальной конструкции системы наличия бакштага.

Первоначально, для предельного шага нагружения (коэффициент по запасу по устойчивости = 1) были проверены действующий напряжения в отдельных элементах системы с помощью расчётных файлов программы «FESTA»:

1) С бакштагом:

Stresses in cross-sections [MPa]

=================================================================================

I N I Stt ne np I Stc ne np I Sht ne np I Ste I ne np I

=================================================================================

I 1 I 3.34E+01 1 1 I-9.64E+01 1 9 I 4.08E+00 2 10 I 9.64E+01 1 9 I

I 2 I 1.62E+01 11 13 I-1.87E+01 11 5 I 8.24E-01 11 9 I 1.87E+01 11 5 I

I 3 I 2.16E+01 27 6 I-2.46E+01 27 14 I 1.63E+00 27 1 I 2.46E+01 27 14 I

I 4 I 1.37E+02 38 0 I 0.00E+00 13 0 I 0.00E+00 13 0 I 1.37E+02 38 0 I

I 5 I 1.78E+02 25 0 I 0.00E+00 25 0 I 0.00E+00 25 0 I 1.78E+02 25 0 I

I 6 I 2.58E+02 23 0 I 0.00E+00 17 0 I 0.00E+00 17 0 I 2.58E+02 23 0 I

I 7 I 2.16E+02 22 0 I 0.00E+00 21 0 I 0.00E+00 21 0 I 2.16E+02 22 0 I

I 8 I 3.35E+01 8 16 I-4.25E+01 8 8 I 1.06E+00 8 4 I 4.25E+01 8 8 I

I 9 I 2.42E+01 10 7 I-1.17E+01 10 4 I 9.71E-01 10 5 I 2.42E+01 10 7 I

I10 I 3.47E+01 31 6 I-3.92E+01 31 14 I 2.06E+00 31 1 I 3.92E+01 31 14 I

I11 I-1.00E+06 0 0 I 1.00E+06 0 0 I-1.00E+00 0 0 I-1.00E+00 0 0 I

===============================================================================

2) Без бакштага:

Stresses in cross-sections [MPa ] ================================================================

I N I Stt ne np I Stc ne np I Sht ne np I Ste I ne np I

=========================================================================

I 1 I 5.39E+01 1 1 I-1.11E+02 1 9 I 7.10E+00 2 10 I 1.11E+02 1 9 I

I 2 I 2.40E+01 12 4 I-2.48E+01 12 12 I 1.34E+00 12 9 I 2.48E+01 12 12 I

I 3 I 3.55E+01 29 2 I-4.14E+01 29 10 I 1.64E+00 27 9 I 4.14E+01 29 10 I

I 4 I 1.45E+02 13 0 I 0.00E+00 13 0 I 0.00E+00 13 0 I 1.45E+02 13 0 I

I 5 I 1.80E+02 25 0 I 0.00E+00 25 0 I 0.00E+00 25 0 I 1.80E+02 25 0 I

I 6 I 2.60E+02 23 0 I 0.00E+00 17 0 I 0.00E+00 17 0 I 2.60E+02 23 0 I

I 7 I 2.14E+02 22 0 I 0.00E+00 21 0 I 0.00E+00 21 0 I 2.14E+02 22 0 I

I 8 I 4.61E+01 8 16 I-5.81E+01 8 8 I 9.82E-01 8 4 I 5.81E+01 8 8 I

I 9 I 4.96E+01 10 7 I-2.46E+01 10 4 I 2.01E+00 10 5 I 4.97E+01 10 7 I

I10 I 3.98E+01 34 2 I-4.86E+01 34 10 I 2.09E+00 31 1 I 4.86E+01 34 10 I

I11 I-1.00E+06 0 0 I 1.00E+06 0 0 I-1.00E+00 0 0 I-1.00E+00 0 0 I

================================================================

Из полученных значений, следует отметить, что повышение эквивалентных напряжений (последний столбик – Ste), фактически отсутствует. Так, из изменившихся напряжений в более опасную сторону (приближающихся к пределу текучести), являются лишь напряжения, действующие в основной наветренной ванте (элемент 23) (изменение всего 2 МПа).

Таким образом, оказалось, что на устойчивость и общую прочность системы, бакштаг не влияет. Значение местных напряжений по поверхности наветренной краспицы, без бакштага даже меньше. Увеличение значения напряжений лишь в районе соединения краспицы со стаканом, но незначительное.

Причина того, что бакштаг оказался неработающим, заключается в расположение его путенса: Он располагается в ДП яхты [8] и фактически дублирует работу ахтерштага. С другой стороны, тем самым, он работает абсолютно противоположным методом, первоочередной, закладываемой в него задачей. По этой задаче, путенс должен находится не в ДП, а как можно ближе к наветренному борту судна, для увеличения угла с плоскостью мачты лежащим между ДП и ПМ. Тогда его роль будет очевидна.

Значения действующих напряжений в хлысте мачты аналогичны первому исследованию.

Более подробно модель можно изучить, воспользовавшись файлом данного расчёта программы «ANSYS». Его можно найти в приложениях к данной работе [файл 4] . Имеется возможность оценить действующие усилия в системе, изучив файл программы «FESTA», папка «Onrad3» [файл 2]

АНАЛИЗ ИССЛЕДУЕМОЙ МОДЕЛИ, ПРИ ПОЕТРЕ НАВЕТРЕННОЙ ОСНОВНОЙ ВАНТЫ:

Исследование действующих напряжений в рассматриваемом узле при отсутствии в системе основной работающей ванты (имитация аварийной ситуации - потеря судном наветренной ванты)

Рассмотрение напряжений по Мизесу

Рассматриваемые напряжения являются наибольшими из предложенных в данной работе вариантов аварийных ситуаций. Нагрузки, которыми было произведено нагружение узла, были взяты из расчётов для предкритического шага нагружения равного 0.7 от предельной нагрузки. То есть после потери основной наветренной ванты, коэффициент по запасу по устойчивости (критическая нагрузка) уменьшается практически в два раза с 1.4 до 0.8

Соответственно, если до этого система могла работать при полном парусном вооружении в вымпельный ветер 11.83 м/с, то после потери основной наветренной ванты в вымпельный ветер 8.9 м/с.

П осле потери основной наветренной ванты, в работу включается подветренная ванта. Она работает на растяжение, за счёт давления на неё со стороны подветренной краспицы, которая является единым фрагментом краспиц со стаканом. По этой причине мы можем видеть на ней нагрузки вплоть до 692 МПа!

За счёт больших сжимающих нагрузок, действующих на наветренную краспицу, напряжения в зоне посадки стакана с краспицами на хлыст мачты имеют значения превышающие предел текучести АМГ (материал хлыста мачты), равного примерно 145 МПа (ГОСТ 18482-79).

Также, из-за увеличившихся моментов в сечении посадки краспиц со стаканом на хлыст мачты, появляется зона напряжений, значения которых доходят практически до 5600 МПа. В предыдущих рассмотренных случаях, подобных значений напряжений под стаканом не было. Толщина стенок стакана компенсировала внешние воздействия.

Более подробно модель можно изучить, воспользовавшись файлом данного расчёта программы «ANSYS». Его можно найти в приложениях к данной работе [файл 4] . Имеется возможность оценить действующие усилия в системе, изучив файл программы «FESTA», папка «Onrad4» [файл 2]