tcn pricop curs

Download TCN Pricop curs

Post on 12-Dec-2015

14 views

Category:

Documents

6 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Mortii ma-tii cu R.M.-ul ma-tii

TRANSCRIPT

  • COMPLEMENTE DE DINAMICA NAVEI

    4.1

    CAPITOLUL 4

    ANALIZA PRIN CALCUL I EXPERIMENTAL A RSPUNSULUI DINAMIC AL CORPULUI NAVEI

    4.1 MODELAREA EXCITAIILOR INTERIOARE I EXTERIOARE (PROPULSOR, MOTORUL NAVEI, VALURI DE MIC AMPLITUDINE) 4.1.1 Consideraii generale Nava este o structur elastic complex care vibreaz datorit forelor periodice sau aleatorii care acioneaz asupra sa. O clasificare a vibraiilor care apar la bordul navei i a diverselor excitaii care acioneaz asupra navei, este prezentat n figura 1.4 (capitolul 1). Aa cum se vede din schem, fenomenul de vibraii este deosebit de complex, complexitatea fiind dat de caracterul i originea lui, precum i de efectul de cuplare dintre diferitele tipuri de vibraii i de rspunsul diverselor sisteme elastice care compun structura navei. Studiile necesare a fi efectuate la o nav, pentru a primi certificatul de calitate din punctul de vedere al vibraiilor, sunt multiple. Ele in seama de mai multe aspecte, printre care amintim: - Studierea excitaiilor pe care le induce n corpul navei sistemul propulsor, linia

    de arbori, reductor- inversorul, maina principal de propulsie; - Studierea comportrii propulsorului ntr-un siaj neuniform i a excitaiilor

    corpului navei n aceast zon; - Studierea efectelor de springing i whipping (fenomene vibratorii induse de

    efectul micrii navei pe valuri); - Studierea excitaiilor unor instalaii i agregate existente la bord; - Studierea frecvenelor i modurilor proprii ale vibraiilor grinzii nav, precum i

    a unor subansamble structurale (suprastructura, coul de fum, punile i platformele, dublul fund n zona compartimentului de maini, linia de arbori, etc.). Studiul efectelor pe care o surs excitatoare le are asupra unor asemenea subansamble capt o importan deosebit deoarece, intrnd n rezonan, acestea pot deveni surse excitatoare secundare ntr-un context structural mai general.

    Fiecare din problemele expuse mai sus, precum i stabilirea interdependenei dintre acestea, presupune prin complexitatea ei o cunoatere atent a fenomenului, chiar mai mult, o specializare tiinific pentru fiecare fenomen n parte. Corpul navei este considerat ca o grind elastic tip cutie cu perei subiri, fr rufuri, suprastructuri, apendici, etc., ca o entitate distinct n ansamblul structural al corpului i care, prin comportarea ei influeneaz ntr-un mod substanial calitatea i sigurana vieii la bord. Sarcinile care acioneaz asupra structurii navei se mpart n patru categorii, mprire ce se bazeaz parial pe natura ncrcrii i parial pe natura rspunsului

  • COMPLEMENTE DE DINAMICA NAVEI

    4.2

    navei, astfel:

    1. Sarcini statice: a) Fora de greutate a navei; b) Fora de presiune hidrostatic exercitat asupra navei la aezarea pe ap

    linitit; c) Sarcini provenite de la aezarea pe doc; d) Sarcini termice.

    2. Sarcini dinamice cu frecven joas. Sunt acele sarcini ce variaz n timp, avnd perioada cuprins de la cteva secunde pn la cteva minute, deci frecvene suficient de joase n comparaie cu frecvenele vibraiilor rspunsului corpului i prilor componente, care nu amplific apreciabil solicitrile induse n structur. Sarcinile se numesc dinamice deoarece i au originea mai ales n aciunea valurilor prin care nava se deplaseaz. Se cunosc urmtoarele tipuri de sarcini[]:

    a) Sarcini date de distribuia presiunii dinamice induse de val pe corp, datorat combinaiei dintre valul de ntlnire i micarea rezultant a navei.

    - Componenta principal determinat de aciunea valului n lipsa navei; - Componenta suplimentar condiionat de prezena navei n val:

    - de rezisten (de val, de vrtej); - de inerie a maselor de ap antrenate n micare odat cu nava.

    b) Sarcini date de distribuia presiunii dinamice pe corpul navei pe timpul oscilaiei pe ap linitit.

    - Componenta de rezisten (de val, de vrtej); - Componenta de inerie a maselor de ap antrenate n micare odat cu

    nava. c) Fora de inerie a masei navei.

    3. Sarcini dinamice de nalt frecven Sunt sarcini care au o frecven suficient de mare ca s induc o reacie a structurii corpului navei, cu o amplitudine destul de mic, dar care prin rezonan poate crea modificri mari ale tensiunilor i deformaiilor.

    a) Sarcini dinamice induse de propulsor pe corpul navei. b) Sarcini distribuite n corp de micrile alternante, excentrice ale

    elementelor motorului principal. c) Sarcini hidroelastice care rezult din interaciunea proeminenelor

    corpului cu liniile curentului de ap. d) Sarcini induse de valuri datorate n primul rnd componentelor ale cror

    frecven de ntlnire se suprapune peste frecvena natural de vibraie a corpului navei i care, n consecin, poate mri apreciabil valorile de

    rspuns la rezonan, fenomen numit springing.

    4. Sarcini de impact Sunt sarcini ce rezult din lovirea valului de etrav, de bordul evazat sau alte pri ale structurii corpului (fundul navei), incluznd i efectele depunerilor de pe punte. Sarcinile de impact pot induce vibraii temporare ale corpului navei numite

    whipping. In plus fa de categoriile prezentate, pot exista sarcini operaionale specializate, care acioneaz parial sau total asupra structurii i care pot fi dominante pentru

  • COMPLEMENTE DE DINAMICA NAVEI

    4.3

    anumite nave. Unele din aceste sarcini sunt comune pentru toate navele iar altele pot fi luate n consideraie la efectuarea unor analize, n situaii speciale, ale corpurilor de nave specializate . La navele vrachiere de dimensiuni mari, pentru studiul vibraiilor se vor considera sarcinile de frecven ridicat. n paragrafele urmtoare sunt modelate matematic principalele tipuri de excitaii (propulsor, motor i valuri) i analizate rspunsurile dinamice ale structurii corpului, prin metoda matricelor de transmitere, aplicat n condiiile ipotezelor efectuate n capitolul 4. 4.1.2 Modelarea excitaiilor propulsorului

    Excitaia produs de propulsor este compus dintr-o combinaie complex de fore portante hidrodinamice ale palelor reduse la axul elicei i fore de presiune ce acioneaz pe suprafaa corpului navei din pupa, ce reprezint aciunea masei lichidului refulat de propulsor. Excitaia propulsorului este principala surs de vibraii att pentru motor ct i pentru corpul navei.

    A. Forele hidroportante ale elicei

    Pe pala elicei aflat n micare de rotaie, cu viteza unghiular p , apare o for

    portant hidrodinamic distribuit pe anvergura palei, variabil n timp ,rph , tp . Forele portante din cele Z pale se vor reduce la axul port-elice la trei componente ale forei rezultante i trei momente rezultante (figura 5.1.).

    Fig. 4.1

    Se definete funcia complex [Vorus 76]:

    jinh ee,rpn,,rg , (4.1) unde:

    este unghiul de pas corespunztor razei r;

    n este numr ntreg ce poate lua dou valori 0 i 1;

    m3n

    m2n m1n

    f3n

    f1n f1n

    f1n

    f2n

    f1n O

    z

    y

    x

  • COMPLEMENTE DE DINAMICA NAVEI

    4.4

    i i j reprezint numrul 1 .

    Efectele celor Z pale asupra axului port elice se obine nlocuind unghiul cu

    Z,1k,

    Z

    1k2

    n relaia (5.1) astfel:

    Z

    1k

    jZ

    i1k2

    in

    h

    Z

    1k

    eeeZ

    1k2,rpn,

    Z

    1k2,rgn,,rG

    (4.2) Deplasarea masei curentului de lichid din pupa navei odat cu nava, n sensul de micare al acesteia, se numete siaj . Variaia siajului circumferenial poate fi cu aproximaie periodic n timp, avnd

    perioada fundamental p

    0

    2T

    . Datorit liniaritii, fora portant hidrodinamic

    distribuit este deasemenea periodic, cu aceeasi perioad. Fora portant periodic se poate descompune n serii Fourier:

    iq1q

    hqhoh erpRerp,rp

    (4.3)

    n care,

    hqp este armonica de ordinul q a amplitudinii forei portante,

    hop este valoarea medie a forei portante pe durata unui ciclu.

    O alt reprezentare a forei portante utilizeaz conjugata complex:

    1q

    iq

    hq

    iq

    hqhoh erperp2

    1rp,rp (4.4)

    Eliminnd componenta constant i substituind ecuaia (4.4) n ecuaia (4.2) se

    obine:

    1q

    Z

    1k

    Z

    1k2nqi

    )nq(i

    hq

    Z

    1k

    Z

    1k2qni

    )qn(i

    hq

    j eerpeerpe2

    1n,,rG

    (4.5)

    Se poate arta c sumele dup k sunt zero dac mZnq i sunt egale cu Z dac

    ,mZnq unde m este numr ntreg.

    Relaia (4.5) devine:

    1m

    imZ

    nmZ,h

    imZ

    nmZ,h

    j erperpe2

    Zn,,rG . (4.6)

    Forele i momentele de pe axul elicei sunt [Vorus 76]:

  • COMPLEMENTE DE DINAMICA NAVEI

    4.5

    dr0,,rGRefR

    r

    jn1

    0

    dr1,,rGImRefR

    r

    jin2

    0

    dr1,,rGImImfR

    r

    jin3

    0

    (4.7)

    dr0,,rrGImmR

    r

    jn1

    0

    dr1,,rrGReRemR

    r

    jin2

    0

    dr1,,rrGReImmR

    r

    jin3

    0

    Forele i momentele din butucul elicei sunt armonice cu frecvena fundamental

    egal cu viteza unghiular a propulsorului nmulit cu numrul de pale pZ , numit i frecvena nominal a palei.

    Forele cuprind toate componentele armonice .,1m,mZ p Nu toate armonicele

    contribuie la excitarea corpului navei.

    Fora de mpingere n1f i momentul de rsucire n1m depind numai de portan sau siaj, armonicele fiind un numr ntreg de pale.

    Forele i momentele laterale sunt produse n totalitate de armonicele de siaj corespunztoare unui multiplu ntreg de pale plus sau minus o unitate.

    Componenta forei verticale n3f se obine nlocuind n relaia (4.7) expresia (4.6):

    1m

    R

    r

    imZ