Требования, предъявляемые к стыковочным соединениям

Места соединений частей корпуса СПА между собой в единую конструктивно-силовую схему являются наиболее ответственными элементами конструкции. Стыковочные элементы корпусных конструкций для работы в условиях водной среды должны отвечать ряду требований, среди которых наиболее важными являются:

– требуемая прочность и передача нагрузок от одного отсека к другому должны быть с минимально возможной концентрацией напряжений;

– должна быть обеспечена герметичность изделия за счет нераскрытия стыка под воздействием максимальных действующих нагрузок;

– должна быть обеспечена возможность стыковки отсеков относительно друг друга и их строгая ориентацию по углу крена;

– взаимозаменяемость стыковочных элементов.

Стыковочные элементы обеспечивают передачу моментов М_изг и М_кр, перерезывающей силы Q и осевой силы N_x . Передача этих видов сил может быть осуществлена стыковочными элементами различного конструктивного решения. Однако все их можно объединить в три группы:

– фланцевые;

– телескопические;

– клино-цанговые.

Расчет клино-цангового стыка.

1. Расчетная схема.

Q

Pв

2. e

h

	3. q		4. q

Рис.19

5. Р

6. Р

7. mp

Уравнения равновесия:

PcosQ + mPsinQ = q;

2PsinQ -2 mPcosQ = Рв.

Р = q/ cosQ + msinQ;

Рв = 2q (sinQ - mcosQ )/ cosQ + msinQ;

m = q*e;

а) Продольные напряжения:

sx = q/h + 6m/h²;

б) Окружные напряжения:

sQ = Рв *R / F_min;

2. Определение потребных механических свойств разрезного кольца.

а) Стык нагружен изгибающим моментом:

М = nу * G * L/8,

Где ny – максимальная перегрузка (ny=5);

G – вес СПА, ( G = 5000H );

L – длина СП , ( L = 3800мм ).

Рис.20

М = 5*5000*3800/8 = 0,9375 * 10⁷ Н*мм.

б) Погонная нагрузка на стык:

q = 4M / ПD;

q = 4*0,9375 * 10⁷ / 3,14 *525² = 43,3 Н/мм.

m = 43,3*( 6,5 + 3,75 / 2 ) = 362,6 Н.

При h min = 2,15мм

s_х^экв = 43,3 / 2,15 + 6 * 362,6 / 2,15² = +490,8 МПа.

При наличии вырезов F min =30 * 2,15 = 65,5мм².

Рв = 2*43,3*( sin15⁰– 0,15*cos15⁰) / cos15⁰ + 0,15*sin15⁰ = 2*43,3*( 0,2588 - – 0,1448 ) / 0,9659 + 0,0388 = 9,826 Н/мм

s = 9,826*0,114 / 1,0047 = 39,8 МПа.

s_экв = s_х^экв = 490,8 МПа.

С учетом коэффициента запаса прочности nв = 1,5 получим потребное значение предела прочности материала кольца.

s_в = n_в * s_экв = 1,5 * 490,8 = 736 МПа

3. Определение характеристик материала стяжного винта.

Растягивающая сила при нагружении стыка с нулевой затяжкой винта составляет величину:

N = PQ * R = 9,826 * 265 = 2604 Н

Площадь поперечного сечения стержня винта М8 с проточкой ф5,3мм составляет:

Fmin = П*d ² / 4 = 3,14*5,9 ² / 4 = 27,3 мм²

Потребная величина s_в ( без учета затяжки ):

s_в = nв * N/ Fmin =1,5 *2604 / 27,3 = 143 МПа.

Вывод: из анализа полей эквивалентных напряжений следует, что условие s_экв > s_т выполняется всюду, кроме локальных зон концентраций напряжений во входящих углах, а также в точках опирания. Учитывая высокие пластические характеристики материала АМг6, напряжениями можно пренебречь, так как они практически не сказываются на несущей способности конструкции в целом.