Прогнозування ресурсу роботи глибоководних конічних ілюмінаторів з органічного скла
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.194584Ключові слова:
глибоководні ілюмінатори, теплове старіння, органічне скло гідростатичний тиск, прогноз властивостей, ресурс роботиАнотація
Конічні глибоководні ілюмінатори (КГІ) з оргскла широко використовуються в підводній техніці. Із-за специфіки властивостей оргскла, умов експлуатації і складного напружено-деформованого стану (НДС) КГІ важко оцінити їх ресурс роботи і вибрати оптимальні геометричні характеристики. Виконано експерименти та чисельні розрахунки НДС КГІ з оргскла при різних рівнях гідростатичного тиску для розробки методики оптимального проектування КГІ з урахуванням умов експлуатації. КГІ з оргскла підавались впливу тривалого (до 7 діб) і циклічного (до 2000 циклів) гідростатичного тиску 40, 60, 70 і 80 МПа.
За допомогою датчиків переміщень періодично визначалися деформації КГІ не менше ніж в 20 експериментальних точках. Отримано експериментальні залежності переміщень КГІ при тривалому і циклічному впливі гідростатичного тиску. За методом напружено-часової аналогії здійснений прогноз деформативності КГІ на 10 років.
Виконано прогноз зниження механічних властивостей оргскла за методикою прискореного теплового старіння при температурах 40, 70 і 100 °С. Визначено вимоги до граничних деформацій в КГІ. На основі досліджень теплового старіння органічного скла, випробувань КГІ під дією гідростатичного тиску виконана комплексна оцінка їх працездатності в умовах експлуатації на 10-річний період.
Виконана серія розрахунків КГІ при кутах конусності 60–150° і відносних товщинах 0,35–0,60 за допомогою методу скінчених елементів. Отримані розрахунки збігаються з результатами експериментів, що свідчить про адекватність прийнятої розрахункової схеми КГІ – безвідривному ковзанні світлопрозорого елемента з тертям по опорній поверхні корпусу ілюмінатора. Показано, що збільшення кута конусності зменшує прогин КГІ, а еквівалентні напруження мінімальні при кутах конусности 75–105°. Синтез розрахунків НДС методом скінчених елементів у сукупності з прогнозом на основі нетривалих випробувань дозволяє вибрати оптимальні геометричні характеристики КГІ в залежності від умов експлуатації
Посилання
- ASME PVHO-1. 2012. Safety standard for pressure vessels for human occupancy. New York (NY): American Society of Mechanical Engineers.
- Stachiw, J. D. (2003). Handbook of Acrylics for Submersibles Hyperbaric Chambers and Aquaria. Best Publishing Co., 1080.
- Stechiv, Dzh., Dolan, R. (1982). Vliyanie atmosfernyh usloviy dlitel'nosti ekspluatatsii i tsiklicheskogo nagruzheniya gidrostaticheskim davleniem na rabotosposobnost' sfericheskih korpusov iz akrilovoy plastmassy pri nagruzhenii vneshnim davleniem. Konstruirovanie i tehnologiya mashinostroeniya, 104 (2), 227–244.
- Trudel, T., Stanley, K. (2019). Window Seat Weight Reduction Exploration With Nontraditional Seat Geometry. Marine Technology Society Journal, 53 (1), 107–116. doi: https://doi.org/10.4031/mtsj.53.1.2
- Tian, C. L., Hu, Y., Liu, D. Q., Cui, W. C. (2010). Creep analysis on deepsea structure’s viewport windows. J. Ship Mechanics, 14 (5), 526–532.
- Pranesh, S. B. et. al. (2018). Structural analysis of spherical pressure hull viewport for manned submersibles using biological growth method. Ships and Offshore Structures, 13 (6), 601–616. doi: https://doi.org/10.1080/17445302.2018.1440885
- Wang, F., Wang, W., Zhang, Y., Du, Q., Jiang, Z., Cui, W. (2019). Effect of Temperature and Nonlinearity of PMMA Material in the Design of Observation Windows for a Full Ocean Depth Manned Submersible. Marine Technology Society Journal, 53 (1), 27–36. doi: https://doi.org/10.4031/mtsj.53.1.4
- Kemper, B. (2016). Use of finite element analysis in designing acrylic structures for fatigue and stress. Proceedings of the 13th Annual Manned Underwater Vehicles Symposium (Marine Technology Society); New Orleans, LA. doi: http://doi.org/10.13140/RG.2.2.26146.12482/2
- Du, Q., Hu, Y., Cui, W. (2016). Safety assessment of the acrylic conical frustum viewport structure for a deep-sea manned submersible. Ships and Offshore Structures, 12 (sup1), S221–S229. doi: https://doi.org/10.1080/17445302.2016.1261390
- Bartenev, G. M. (1983). Fizika i mehanika polimerov. Moscow: Vyssh. shkola, 391.
- Shah, V.; Malkina, A. Ya. (Ed.) (2009). Spravochnoe rukovodstvo po ispytaniyam plastmass i analizu prichin ih razrusheniya. Sankt-Peterburg: NOT, 732.
- Urzhumtsev, Yu. S., Maksimov, R. D. (1975). Prognostika deformativnosti polimernyh materialov. Riga: Zinatne, 415.
- Gol'dman, A. Ya. (1988). Prognozirovanie deformatsionno – prochnostnyh svoystv polimernyh kompozitsionnyh materialov. Leningrad: Himiya, 272.
- Kemper, B. (2012). Advances in acrylics and expansion of PVHO window cyclic life. Conference: Underwater Intervention 2012, At New Orleans, Louisiana USA.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2020 Yevgen Burdun, Vladimir Kochanov, Tetyana Yuresko
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.
