3. Расчётная схема крышки – шарнирно-опёртая сферическая оболочка с опорным кольцом (схематично представлена на рисунке 18 )

Рис. 18

Геометрические параметры:

R₁ = 480мм; R₂ = 208мм; h = 7мм;

q·R

σ_φ = σ_s = ——— σ_φ^max = σ_s^max = 3.75·480/2·7 = 128.6 Мпа

2h

Коэффициент запаса прочности:

σ_T

n = ——— n = 160/128.6 = 1.24

σ^max

Условие устойчивости оболочки:

h

σ_кр = (0.12 – 0.16)·E —— > σ_φ

R

σ_кр = 0.15·7·104.7/480 = 153 МПа

σ_кр>σ_φ, условие выполняется (принимаем h = 7мм)

Потребная площадь поперечного сечения опорного кольца:

q·R₂²

F = ————

2[σ] tgβ

Где:

σ = σ_T / n_T

σ = 160/1.24 = 140 МПа

tgβ = R₂/( R₁² - R₂²)^1/2

tgβ = 208/(480² - 208²)^1/2 = 432.59

F = 3.57·208²/2·140·0.48 = 1126.6 мм²

2.5. Конструкция и расчет стыковочных соединений.

2.5.1. 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.

2.5.2 Расчет клино-цангового стыка.

1. Расчетная схема.

Q

Pв

1. x

2. e

h

4. q

3. q

Рис.19

У

5. Р

6. Р

7. p

равнения равновесия:

PcosQ + PsinQ = q;

2PsinQ -2 PcosQ = Рв.

Р = q/ cosQ + sinQ;

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

m = q*e;

а) Продольные напряжения:

x = q/h + 6m/h²;

б) Окружные напряжения:

 = 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 ).

R = ny * G

9. L/2

8. L/2

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

_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

МПа.

_экв_х^экв  МПа.

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

_в = n_в * _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 = P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 _в ( без учета затяжки ):

_в = nв * N/ Fmin =1,5 *2604 / 27,3 = 143 МПа.

Вывод: из анализа полей эквивалентных напряжений следует, что условие _экв > _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.