doi:
УДК: 629.12.011

ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ МАЧТЫ ПАРУСНОЙ ЯХТЫ В РАЙОНЕ ВЕРТЛЮГА ГИКА

Кульцеп А. В., Манухин В. А., Меллуп А. А.
Язык статьи: русский

Аннотация

Статья посвящена вопросам проектирования мачт парусных судов и яхт, в частности, исследованию локального напряженно-деформированного состояния (НДС) мачты в районе вертлюга гика - одного из наиболее нагруженных узлов мачты. В статье приводятся описание и возможности оригинальной методики проектирования мачт, разработанной в СПбГМТУ и состоящей из модуля MAST для определения ветровых нагрузок на рангоут и такелаж и модуля FESTA для моделирования и расчета НДС и устойчивости пространственной тросово-стержневой системы мачта(ы) стоячий такелаж при постепенном увеличении ветровых нагрузок вплоть до утраты системой общей устойчивости равновесия. Отмечается, что за последние годы были расширены возможности указанных модулей и обновлен их интерфейс. Также в статье показано, каким образом можно выполнить оценку местной прочности и устойчивости наиболее нагруженных узлов мачт, таких как район крепления вертлюга гика. Для этого предлагается создать подробную пространственную конечно-элементную модель исследуемой области, на границах которой следует задать вычисленные в модуле FESTA в соответствующих узлах перемещения с использованием процедуры жесткая область. Приводятся примеры расчета конкретной мачты кольцевого поперечного сечения из полимерно-композиционного материала (ПКМ), армированного углеволокном, и АМг-сплава. Оказывается, что наиболее напряженным районом мачты из ПКМ является район непосредственно под вертлюгом гика, а для той же мачты из АМг-сплава - над вертлюгом. Известные авторам поломки углепластиковых мачт подтверждают полученные результаты расчетов. На основании полученных результатов делается вывод об эффективности использования для мачты из ПКМ внешнего или внутреннего утолщения стенки мачты на 50%, позволяющего снизить наибольшие местные напряжения на 25% и 20% соответственно. Также делается вывод о неэффективности аналогичного утолщения для алюминиевой мачты. Ключевые слова: рангоут, такелаж, парусное вооружение, предельная ветровая на- грузка, запас устойчивости, запас прочности, полимерный композит, конечно-элементная модель

Список литературы

1. Правила классификации и постройки морских яхт. Часть VII. Рангоут и такелаж. Польский Судовой Регистр (PRS). Гданьск, 2008.
2. Design and Construction of Large Modern Yacht Rigs. DNVGL-ST-0412. DNV GL, 2016.
3. Guidance Notes for the Certification of Masts, Spars and Standing Rigging. Lloyd’s Register, 2016.
4. Правила проектирования, постройки, ремонта и эксплуатации спортивных парусных судов, а также изготовления материалов и изделий для установки на спортивных парусных судах. НД № 2-020401-001. СПб: РМРС, 2010.
5. Кульцеп А.В. Проектирование мачт парусных судов. СПб: Сб. тр. СПбГМТУ, 1995. С. 90–96.
6. Кульцеп А.В., Манухин В.А., Фрумен А.И. Автоматизированные системы расчетов прочности, устойчивости и колебаний в строительной механике корабля. Учеб. пособие. СПб: СПбГМТУ, 2000.
7. Кульцеп А.В., Манухин В.А., Новожилова М.В. Методика расчета гибких тросово-стержневых систем на прочность и устойчивость. Тез. докл. конф. по СМК памяти проф. П.Ф. Папковича. СПб: ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова, 2000. С. 93–94.
8. Манухин В.А. Анализ НДС паруса треугольной формы. Тез. докл. конф. по СМК памяти проф. П.Ф.Папковича. СПб: ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова, 2002. С. 107–108.
9. Кульцеп А.В., Манухин В.А., Новожилова М.В. Алгоритм расчетного проектирования рангоута и стоячего такелажа парусных судов и яхт при использовании компьютерных программ «MAST» и «FESTA», разработанных в Санкт-Петербургском государственном морском техническом университете. Тез. докл. конф. «Бубновские чтения», посвящ. 100-летию кафедры СМК СПбГМТУ. СПб: ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова, 2004. С. 83–84.
10. Манухин В.А. О надежности мачт парусных судов и яхт. Тез. докл. конф. по СМК памяти акад. Ю.А.Шиманского. СПб: ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова, 2008. С. 82–83.
11. Кульцеп А.В., Манухин В.А. Методика проектирования и назначение коэффициентов запаса прочности и устойчивости мачт парусных судов и яхт. Морские интеллектуальные технологии. Спец. выпуск № 2. СПб: НИЦ МОРИНТЕХ, 2011. С. 65–67.
12. Кульцеп А.В., Манухин В.А., Плотников К.В., Рюмин С.Н., Тряскин В.Н. Модернизация программы конечно-элементного анализа стержневых систем «FESTA-2020» для использования в автоматизированной системе проектирования судовых конструкций «АЛМАЗ-К». Труды КГНЦ, Спец. выпуск № 2. СПб: ФГУП КГНЦ им. акад. А.Н.Крылова. 2020. С. 97–102.