Дискретизация конструкции

Рис.2.4.1.1 Распределение давлений потока воздуха вдоль поверхности пилона

а

б

Рис.2.4.1.2 Распределение скоростей вдоль поверхности пилона:

а) вид пилона сверху,

б) вид пилона снизу.

Воспользуемся полученными выше данными в SolidWorks Flow Simulation для расчета этой конструкции на вибрацию в SolidWorks Simulation. Проведем несколько исследований данной конструкции с разными способами фиксации и посмотрим влияние жесткости заделки на частотные характеристики конструкции.

Первый опыт проведем для пилона с абсолютно жесткой заделкой. Полученные результаты для трех низших форм собственных частот представлены на следующих рис.2.4.2.3, рис.2.4.2.4, рис.2.4.2.5.

Рис.2.4.2.3 Первая низшая форма колебаний с частотой 55,009 Гц

Рис. 2.4.2.4 Вторая низшая форма колебаний с частотой 75,261 Гц

Рис. 2.4.2.5 Третья низшая форма колебаний с частотой 110,550 Гц

Полученные частоты не совпадают с частотами полученными в эксперименте на вибрацию данной конструкции. Это означает то, что на пилон в реальном опыте кроме воздействия воздуха воздействовали другие силы, которые повлияли на снижение частоты колебаний конструкции. Попытаемся это проверить на том же водозаборнике, но вместо жесткого основания поставим упругую заделку представляющую из себя амортизатор.

Второй опыт проведем с заделкой жесткость поперечная и продольная равны между собой kпоп = kпрод = 25000000000 (Н/м)/м2. Полученные результаты для трех низших форм собственных частот представлены на следующих рис. 2.4.2.6, рис.2.4.2.7, рис. 2.4.2.8.

Рис. 2.4.2.6 Форма колебаний №1 с частотой 30,241 Гц.

Рис.2.4.2.7 Форма колебаний №2 с частотой 74,071 Гц.

Рис. 2.4.2.8 Форма колебаний №3 с частотой 79,953 Гц

Из данного расчета можно увидеть, что на конструкцию во время реальных испытаний воздействовал не только поток воздуха, но и корпус судна. А жесткость упругого основания, которую мы получили во время расчетов в SolidWorks Simulation, является жесткостью корпуса судна, к которому был приварен водозаборник.

В приведенных выше исследованиях применялась легированная сталь марки 22CrMoS3-5. Ее физические свойства следующие:

Модуль упругости - 2,1∙1011 Н/м2;

Коэффициент Пуассона - 0,28;

Модуль сдвига - 7,9∙1010 Н/м2;

Массовая плотность - 7800 кг/м3;

Предел прочности при растяжении - 8,5∙108 Н/м2;

Предел текучести - 295593984 Н/м2.

2.5 Выводы по разделу

В данном разделе особое внимание уделялось теории колебаний. Рассмотрены свободные и вынужденные колебания. Представлена теория метода конечных элементов, на основании которой работает SolidWorks Simulation. Сделаны расчеты колебаний пилона в данной программе 3D моделирования. Можно сделать такой вывод, что результаты полученные экспериментально совпадают с результатами полученными при расчетах на компьютере. При расчетах колебаний конструкции на ЭВМ была найдена жесткость корпуса к которому был приварен водозаборник.