Jūros transporto sukeltų pagreičių veikiamų lakštinių elementų konstrukcijų tyrimai
Žurauskaitė, Laura |
Šiame magistrantūros darbe nagrinėjama plonasienių cilindrinių kevalų elgsena jūrinėse sąlygose, lyginant plienines ir kompozitines konstrukcijas. Tyrimo objektu pasirinkta jūrinio kabelio ritės būgno konstrukcija, kuri eksploatuojama ekstremaliomis jūrinėmis sąlygomis ir patiria sudėtingas apkrovų kombinacijas dėl jūros transporto sukeltų pagreičių. Tyrime taikomas baigtinių elementų metodas (BEM), naudojant Ansys programinę įrangą. Sukurti šeši skirtingi cilindrinių kevalų modeliai: trys plieniniai su vidiniais plieniniais žiedais bei trys kompozitiniai su PVC putų stiprinamaisiais elementais ir be jų. Konstrukcijos analizuojamos esant jūros transporto sąlygoms, įvertinant išilginius, skersinius ir vertikalius pagreičius bei papildomą slėgį, atsirandantį dėl užvynioto kabelio poveikio. Tyrime analizuojama plieninių ir kompozitinių cilindrų elgsena atliekant tiesinę Von Mises įtempių analizę bei klupimo stabilumo vertinimą. Plieninių cilindrų papildomai atliekama netiesinė analizė, tiriamos medžiagos elgsenos fazės nuo elastinės iki plastinės stadijos. Kompozitinių cilindrų analizėje vertinami anizotropinės medžiagos elgsenos ypatumai tiesinėje srityje. Klupimo analizė atliekama nustatant klumpamosios galios koeficientus, rodančius konstrukcijų atsparumą stabilumo praradimui. Lyginamas vidinių stiprinamųjų elementų - plieninių žiedų ir PVC putų - efektyvumas cilindrinių kevalų stabilumo užtikrinimui. Tyrimo metu siekiama nustatyti optimalius konstrukcinius sprendimus jūrinių kabelių ritėms, įvertinant tiek mechaninių savybių, tiek praktinio pritaikymo aspektus. Analizuojamos galimybės kurti hibridines konstrukcijas, derinančias skirtingų medžiagų privalumus.
This master's thesis analyses the behavior of thin-walled cylindrical shells in marine conditions, comparing steel and composite structures. The research object is a marine cable reel drum construction that operates under extreme marine conditions and experiences complex load combinations due to marine transport-induced accelerations. The study applies the Finite Element Method (FEM) using Ansys software. Six different cylindrical shell models were created: three steel models with and without inner steel rings and three composite models with and without PVC foam reinforcing elements. The structures are analyzed under marine transport conditions, considering longitudinal, transverse, and vertical accelerations as well as additional pressure arising from the wound cable effect. The study analyzes the behavior of steel and composite cylinders by performing linear Von Mises stress analysis and buckling stability assessment. For steel cylinders, additional nonlinear analysis is performed, investigating material behavior phases from elastic to plastic stages. The analysis of composite cylinders evaluates the characteristics of anisotropic material behavior in the linear range. Buckling analysis is conducted by determining buckling capacity coefficients that indicate the structures' resistance to stability loss. The effectiveness of internal reinforcing elements - steel rings and PVC foam - in ensuring cylindrical shell stability is compared. The study aims to determine optimal structural solutions for marine cable reels, considering both mechanical properties and practical application aspects. The possibilities of creating hybrid structures that combine the advantages of different materials are analyzed.