Оценки безопасных условий ледового плавания судов с применением cae -систем
Скачать 2.57 Mb.
|
Сравниваемые модели контактных алгоритмов при взаимодействии льдины и конструкции
Для несимметричных алгоритмов использовалось следующие условия подчинённости: контактирующие элементы обшивки – главные (master), контактирующие элементы или узлы ледяного блока – подчинённые (slave). Результаты количественного анализа показаны на рис. 54 и 55. При этом нумерация линий на графиках соответствует принятым в табл. 10 обозначениям. Дисперсия экспериментальных данных максимальной продольной силы удара перекрывает все расчётные значения этого параметра (Рис. 54). Таким образом, о приемлемости той или иной модели контакта можно судить только по среднему арифметическому эмпирических данных. По этой величине эмпирические значения более тяготеют к модели контакта №3. Более высокую корреляцию эта модель показывает и с замерами стрелки максимального прогиба обшивки (Рис. 55).
Вывод на основе количественных результатов подтверждается качественным анализом процесса соударения (рис. 56 – 61). Из него следует, что алгоритмы №№ 1, 5 и 6 демонстрируют явления, не соответствующие физической картине контакта. Так модели №№ 1 и 5 помимо неадекватного характера разрушения льда, показывают проникновение его неконтактирующих элементов сквозь обшивку конструкции. Модель №6 в дополнение к этому предсказывает разрыв обшивки, что в опытах не наблюдалось. Модели №№ 2 – 4 довольно реально описывают повреждения контактирующих тел. Тем не менее, среди них есть ряд различий, явные из которых поясняются на рис. 62 и 63. При оценке пластических деформаций модель №3 показывает более острую впадину удара (Рис. 62). Модель №2 (а равно и №4) отличается сглаженными формами вмятины (Рис. 63). Кроме этого наблюдается различие в характере движения льдины. В модели №3 (Рис.62) её отскок несколько «запаздывает» по отношению к моделям №№ 2 и 4 (Рис. 63). Особенности, обозначенные для модели №3, в большей степени соответствуют натурным наблюдениям, что в совокупности с количественными данными предопределило выбор автора в её пользу.
Необходимо отметить, что уровень корректности алгоритма №3 зависит от степени дискретизации модели льдины. Более достоверные результаты соответствуют большей густоте конечноэлементной сетки льда. Однако при описании разрушения льда изделиями с относительно острыми режущими кромками (например, лопастью гребного винта) это порождает модели повышенной ресурсоёмкости, в противном случае адекватность не обеспечивается. В таких задачах предпочтительным является алгоритм №2 (Рис.64).
Пример, приведённый на рис. 64, демонстрирует сравнение качественных картин дробления льда лопастью гребного винта для двух моделей контактного алгоритма (Рис. 64а – алгоритм №2, рис. 64б – алгоритм №3). При условии идентичности конечноэлементных сеток в обеих моделях, очевидны различия в характере разрушения льдины. При этом более «физическая» картина соответствует модели контактного алгоритма №2, так как алгоритм №3 показывает частичное бесконтактное взаимопроникновение тел. 3.3.2.Моделирование контакта льдин Выбору модели контактного взаимодействия отдельных льдин предшествовал эксперимент, аналогичный вышеописанному. Отличием являлось то, что вместо металлической конструкции использовался ледяной блок в форме прямоугольного параллелепипеда. Размеры его рёбер составили 0,2 х 0,2 х 0,1 м. В опыте измерялась продольная сила удара, и качественно оценивался характер разрушения льдин. Геометрия обоих блоков была описана совокупностью восьмиузловых элементов объёмного типа. Общее количество элементов модели достигло 72 000. В данном примере взаимодействуют тела, у которых физические характеристики и типы используемых конечных элементов одинаковы. По этой причине моделирование контакта допустимо двумя способами. В первом случае каждый блок можно представлять отдельной структурной единицей модели – ЧАСТЬЮ (PART, табл. 4). Во втором случае обе льдины являются отдельными элементами одной ЧАСТИ. Автором проанализированы оба варианта. При этом необходимо отметить, что первый вариант требует идентификации (указания номера и имени) каждого ледяного образования. Следовательно, возможности его ограничены. Так, например, описать с его использованием дрейф поля битого льда практически нереально. Для моделирования использовались алгоритмы, описанные в п. 3.3.1. С учётом того, что для несимметричных алгоритмов в данном случае правомерна смена подчинённости, были рассмотрены следующие модели контакта (табл. 11). Таблица 11 Сравниваемые модели контактных алгоритмов при взаимодействии льдин
При этом прямая подчинённость устанавливала следующее состояние: контактирующие элементы или узлы неподвижного блока – главные (master), подвижного блока – подчинённые (SLAVE). Разбор результатов расчётов показывает, что в зоне разброса экспериментальных данных находится ряд моделей: №№ 3,9,10,11,12,13,15 (Рис. 65). Наиболее близкий результат к величине среднего арифметического максимальной продольной силы удара демонстрирует алгоритм №13. Применимость его подтверждает и качественная характеристика соударения на основе анализа пластических деформаций тел (Рис. 66). Из оставшихся шести контактных алгоритмов этого ряда качественно наиболее реально описывают удар модели №3 и №15 (Рис. 67). Прочие модели дают неприемлемый результат, пример которого показан на рис. 68. Среди нерассмотренных следует выделить симметричные алгоритмы №8 и №18. Расчётная оценка силы по ним даёт несколько заниженный результат, но качественная характеристика близка к правдоподобной. Однако нужно учесть, что принятые алгоритмы №13 и №15 ограничены в возможностях моделирования большого количества ледяных образований, а в моделях №8 и №18 этот недостаток отсутствует. Кроме того модели типа узлы-поверхность (№№ 3, 13, 15) требуют задания в явном виде всего перечня потенциальных контактирующих узлов, что для реальных условий приводит к существенному «утяжелению» программного кода, увеличению требуемых объёмов памяти и как следствие – затрат машинного времени.
Таким образом, анализ данных, проведённый выше, отдаёт предпочтение несимметричному контактному алгоритму типа УЗЛЫ-ПОВЕРХНОСТЬ (модели №№ 3, 13, 15). Эта модель контактного взаимодействия относится к наиболее ранним разработкам по компьютерной реализации численных методов расчёта в механике деформируемых твердых тел и даёт надёжные результаты [92,99,100]. Однако результаты расчётов по данному алгоритму чувствительны к условиям подчинённости. При решении многих задач, связанных с моделированием взаимодействия большого количества ледяных образований, идентифицировать каждую единицу модели не представляется возможным. В этом случае совокупность льдин следует описывать одной ЧАСТЬЮ. Всем поверхностям этой ЧАСТИ присваивается статус подчинённости master, всем узлам – slave. То есть одно и то же тело является одновременно главным и подчинённым. Альтернативными алгоритмами по отношению к описанному при рассмотрении процесса поведения полей битого льда являются симметричные алгоритмы типа ПОВЕРХНОСТЬ-ПОВЕРХНОСТЬ с разрушением. Все алгоритмы требуют учёта трения. Следуя рекомендациям [92], этот параметр допустимо варьировать в пределах значений статического и динамического коэффициентов трения льда по различным материалам, хотя необходимо отметить, что применяемый в моделях коэффициент трения, строго говоря, не является аналогом этого аргумента, приводимого в справочных пособиях [98]. В настоящей работе автором использованы значения параметров, характеризующих фрикционные характеристики взаимодействующих пар в выбранных моделях контакта, приведённые в табл. 12. Таблица 12 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Похожие:
 | Общие правила плавания и стоянки судов в морских портах Российской Федерации и на подходах к ним Омский институт водного транспорта (филиал) фбоу впо «Новосибирская государственная академия водного транспорта» |  | Отчет о научно-исследовательской работе Разработка критериев оценки качества очистки внутренних поверхностей трубопроводов систем теплоснабжения жилого фонда г. Красноярска... |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Обеспечить усвоение учащимися особенностей экономико-географического положения, природных условий и природных ресурсов района, акцентировать... | | Объединение специалистов по охране труда прошлое, настоящее, будущее Президент Межрегиональной Ассоциации содействия обеспечению безопасных условий труда «эталон» |
| Рабочая программа по дисциплине «Элементы систем автоматики судов» Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования | | Задачи автоматизированного проектирования 4 развитие cad/cam/cae-систем 10 Остальные, так называемые косвенные проектные работы, занимающие примерно одну треть общего времени на конструирование, могут быть... |
| Положение о режиме работы гоу сош №1173 Положение разработано для регламентирования безопасных условий воспитательно-образовательного процесса и четкой организации труда... | | О назначении ответственных лиц за организацию безопасной работы В целях обеспечения здоровых и безопасных условий труда и проведения учебно – воспитательного процесса, во исполнение ст ст. 212,... |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Распределение обязанностей в работе по созданию безопасных условий труда и предупреждению детского травматизма между членами администрации... | | 1 История развития спортивного плавания Построить график рекордов... Кафедра теории и методики спортивного и синхронного плавания, аквааэробики, прыжков в воду и водного поло |
| 1 История развития спортивного плавания Построить график рекордов... Кафедра теории и методики спортивного и синхронного плавания, аквааэробики, прыжков в воду и водного поло | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Цель урока: Добиться усвоения учащимися условий плавания тел на основе изученного понятия об архимедовой силе |
| Задачами контрольно-пропускного режима в образовательном учреждении... Оу и создание безопасных условий для обучающихся и работников оу и других лиц, находящихся в здании и на территории оу | | Процедуры контроля судов государством порта Ссылаясь на статью 15 (j) Конвенции о Международной морской организации, касающуюся функций Ассамблеи в отношении правил и руководств,... |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... В связи с установлением электронного прибора учета посещения обучающихся и работников школы, а также в целях создания безопасных... | | Город окружного значения нижневартовск В целях эффективной организации образовательного процесса, обеспечения безопасных условий для жизнедеятельности школы, в соответствии... |
