ЛИСТ УЧЕТА ЦИРКУЛЯРНЫХ ПИСЕМ, ИЗМЕНЯЮЩИХ / дополняющих НОРМАТИВНЫЙ ДОКУМЕНТ

НД 2-020101-040- Правила 1ехническо1 о наблюдения за i юс i рой кой судов и

_изюювлением    ма!вриалов    и    изделий для судов, 2017_

ТомЗ

№ п/п Номер циркулярного письма, дата утверждения Перечень измененных и дополненных пунктов 1 315-06-1040Ц от 13.09.2017 Часть IV, Раздел 10 "Электрическое оборудование", п. 10.5.1.2 изменен. Часть IV, Раздел 10 "Электрическое оборудование" дополнен Приложением 17 (рекомендуемым).

11/05

РОССИЙСКИЙ МОРСКОЙ РЕГИСТР СУДОХОДСТВА

ЦИРКУЛЯРНОЕ ПИСЬМО № 315-06-1040ц    от    13    09    2017

Касательно: Изменений к части IV, Раздел 10 «Электрическое оборудование» Правил технического наблюдения за постройкой судов и изготовлением материалов и изделий для судов, 2017, НД №2-020101-040

Объект наблюдения: Вращающиеся электрические машины Ввод в действие С даты опубликования Срок действия, до - Срок действия продлен ДО — Отменяет / изменяет / дополняет циркулярное письмо № от - Количество страниц: 1+68

Вносит изменения Правила технического наблюдения за постройкой судов и в    изготовлением    материалов    и    изделий    для судов. 2017. НД №2-

020101-040.

Настоящим информируем, что для возможности замены расчетными данными натурных механических испытаний вращающихся электрических машин и по результатам выполненной научно-исследовательской работы в Правила технического наблюдения за постройкой судов и изготовлением материалов и изделий для судов вводится Приложение 17 к Разделу 10 Части IV.

Необходимо выполнить следующее:

1.    Ознакомить инспекторский состав с содержанием настоящего циркулярного письма.

2.    Довести содержание настоящего циркулярного письма до сведения заинтересованных организаций в регионе деятельности подразделений PC.

3.    Руководствоваться изменениями Правил PC, приведенными в приложении к данному циркулярному письму.

Исполнитель    МА    Юхнев    Отдел    315    +7(812)605-05-17

Система «Тезис»:    17-107775

Э. Оценка прочности элементов конструкции ВЭМ

3.1 Общие требования к расчетам

3.1.1    Конструкция ВЭМ должна обеспечивать необходимую несущую способность всех элементов, предназначенных для восприятия нагрузок, моделирующих механические воздействия, на которые необходимо испытать ВЭМ в соответствии с требованиями Правил PC.

3.1.2    Несущую способность элементов конструкции оценивают по допускаемым значениям:

перемещений;

напряжений:

коэффициентов запаса сопротивления усталости; коэффициентов запаса по накопленной повреждаемости; коэффициентов запаса по долговечности.

3.13 При компьютерном моделировании механических испытаний с учетом требований Правил PC работу конструкции ВЭМ рассматривают в условиях многоциклового усталостного нагружения.

3.1.4    Для оценки усталостной прочности элементов конструкции ВЭМ при моделировании механических испытаний необходимо учитывать характерные особенности конструкции ВЭМ. технологии изготовления и условия эксплуатации.

3.1.5    При выполнения расчетов используют лицензионные и аттестованные в установленном порядке программные комплексы, позволяющие путем компьютерного моделирования определить значения основных динамических характеристик ВЭМ с одновременным расчетом ускорений и перемещений произвольных точек любого элемента модели конструкции, коэффициентов динамичности, нагрузок на подшипники, коэффициентов безопасности.

В соответствии с 3.9 части II "Техническая документация" расчеты, выполняемые на ЭВМ должны производиться по про1раммам. имеющим типовое одобрение Регистра.

3.1.6    При моделировании механических испытаний ВЭМ элементы конструкции (статор, ротор навесные конструкции), а также несущие конструкции рабочих органов должны быть рассчитаны на прочность под действием сочетаний нагрузок, указанных в табл. 2.1.6.

3.1.7    Для элементов конструкции ВЭМ (статора, подшипниковых щитов, несущих конструкций рабочих органов, элементов крепления) оценивают НДС в заданных режимах испытаний.

3.1.8    Оценку сопротивления усталости проводят при значениях напряжений, изменяющихся по симметричному циклу или приводящихся к нему, следующими способами:

.1 по коэффициенту запаса по напряжениям п₀ по отношению к предел)' выносливости детали, если число циклов нагружения элемента конструкции Л' в процессе моделирования испытаний равно или выше базового числа No в 2 • 10⁶, соответствующего перелому кривой усталости;

.2 по коэффициенту запаса по долговечности nj по отношению к ограниченному пределу выносливости детали, если при моделировании механических испытаний число циклов нагружения меньше базового числа Л'с;

.3 по накопленной повреждаемости а при ограниченной (заданной) долговечности.

3.1.9    Значения пределов выносливости получают по результатам испытаний на усталость натурных деталей или определяют по пределам выносливости соответствующих материалов Л/, с учетом концентрации напряжений в детали.

В Дополнении 6 приведены рекомендации по определению механических характеристик некоторых материалов, используемых в конструкциях ВЭМ.

3.1.10    При оценке усталостной прочности рассматриваются два характерных случая изменения напряжений:

.1 случай регулярного циклического нагружения, при котором амплитуду переменных во времени напряжений можно принять постоянной (о, = const), который делят на расчет в области большой и ограниченной долговечности;

.2 случай нерегулярного (нестационарного) циклического нагружения возникает в деталях машин, при воздействии нагрузок с переменными параметрами.

3.1.11    Расчеты в области большой долговечности - при напряжениях ниже физического предела выносливости ведется только с использованием коэффициента запаса по напряжениям, поскольку число циклов до разрушения в этом случае не может быть вычислено.

Расчет в области большой долговечности может быть использован при оценке усталостной прочности элементов ВЭМ в следующих случаях:

.1 для предварительной (консервативной) оценки усталостной прочности элементов конструкции;

.2 при расчете на вибропрочность, если нет резонанса;

►3 при расчете на виброустойчивость.

3.1.12    При расчете в области ограниченной долговечности, как правило, определяют только коэффициент запаса по долговечности, поскольку нормирование запасов по нагрузке (напряжениям) бывает недостаточно полным.

3.1.13    При наличие резонанса, когда напряжения в элемента конструкции ВЭМ превышают значение предела выносливости, оценка виброустойчивости сводится к расчету на действие регулярного циклического ншружения на резонансной частоте при относительно небольшом количестве циклов нагружения (табл. 2.4.2).

3.1.14    Ударные нагрузки, на которые должны быть рассчитаны ВЭМ при моделировании механических испытаний, характеризуются большой интенсивностью и еще меньшим по сравнению с расчетом на виброустойчивость количеством циклов нагружения (табл. 2.5.1). Необходимо отметить, что колебания при ударных нагрузках носят затухающий характер на частоте собственных колебаний.

3.1.15    Учитывая вышеизложенное, оценка элементов конструкций ВЭМ в области ограниченной долговечности применяется в следующих случаях.

.1 при расчете на виброустойчивость, если имеется резонанс;

.2 при расчете на ударные нагрузки.

3.1.16    Ответственность за выбор того или иного метода оценки несущей способности элементов ВЭМ при компьютерном моделировании механических воздействий расчетами несет организация, выполняющая расчет.

3.2 Оценка прочности элементов конструкции ВЭМ

3.2.1 Коэффициент запаса по напряжениям п_в вычисляют по формуле

где сто — предел выносливости стандартного образца при симметричном цикле нагружения: о_а —амплитуда напряжений цикла; у - коэффициент, характеризующий чувствительность металла к симметрии цикла;

От —среднее напряжение цикла

3.2.2 Для учета факторов влияния размеров конструкции (масштабный эффект), величины градиентов напряжений в окрестности опасной точки (концентрация напряжений), наличия и величины остаточных напряжений в окрестности опасной точки, качества обработки поверхности в области опасной точки, среды, в которой работает

где К#г, - эффективный коэффициент концентрации напряжений (отношение предела усталости гладкого образца к пределу усталости образца с концентратором напряжений), определяется по формуле

**,)=¹⁺?(Овд-1).    (3.23-3)

где и*г, - теоретический коэффициент концентрации напряжений, определяемый из справочных данных:

q - коэффициент чувствительности материала к концентрации напряжений;

, Kdr - коэффициент, учитывающий, влияния абсолютных размеров поперечного сечения или масштабный фактор (отношение предела усталости образца заданного диаметра к пределу усталости образца со стандартным диаметром) определяется на основе номограмм.

Kf₀ , for - коэффициент влияния качества обработки поверхности (отношение предела усталости образца с рассматриваемым качеством обработки поверхности к пределу усталости образца, на основании которого была получена кривая усталости) определяется на основе номограмм;

К* - коэффициент влияния поверхностного упрочнения (отношение предела усталости образца с рассматриваемой обработкой поверхности к пределу усталости не упрочненного образца) определяется на основе справочных данных.

3.2.4 Рекомендации по определению коэффициентов концентрации напряжений для различных деталей приводятся в справочной литературе (например. ГОСТ 25.504-82 Расчеты и испытания на прочность. Методы расчета характеристик сопротивления усталости).

2.2.5 Коэффициент q может быть принят;

.1 для малоуглеродистых сталей типа СтЗ q = 0,7;

.2 для низколегированных сталей q = 1.

3.2.6 При оценке прочности узлов по максимальным амплитудам напряжений цикла (т. е. в зоне концен трации напряжений) К_Сп, принимают равным 1.

В случае, когда в КЭ модели моделируется концентратор напряжений. а*ю может быть определен непосредственно из результатов численного анализа, при этом допускается принимать Коо) = 1, а в качестве <т„, о* брать пиковые значения напряжений в КЭ модели. За среднее напряжение цикла а_т при расчетах на вибро и ударопрочность принимают напряжения от нагрузок группы Л, а при расчетах на вибро и удароустойчивость сочетание нафузок фупп А и Б.

3.2.7 Коэффициент, учитывающий влияние абсолютных размеров летали Kj.

задается:

.1 для образов диаметром 10 мм Kd- 1.0;

.2 при размерах детали до 100 мм Kd - 0.76 0.60;

.3 при расчетах крупногабаритных деталей, размеры которых превышают 100 мм, рекомендуется применять эмпирическую зависимость

Kd-Ke+O-Kvje-*,

где К, - 0.4 - для литых деталей;

К* = 0.5 - для деталей, полученных деформированием;

Я = 0,01...0,03 1/мм; d - характерный размер детали в мм.

3.2.8 Коэффициент, учитывающий состояние поверхности стальных деталей, AV может быть определен по зависимостям;

при кручении К„ « 0.675 • К,₉ +0.425 ,    (3.2.8-2)

где Rz - показатель шероховатости, мкм.

3.2.9 Коэффициент, характеризующий чувствительность металла к асимметрии цикла у, вычисляют по формуле

где ап—предел выносливости при отнулсвом цикле.

При расчетах на сопротивление усталости деталей из малоуглеродистой конструкционной и литой стали (в том числе и сварных) у_а следует принимать: для растянутых волокон (а_т > 0) равным 0.3; для сжатых (а_т < 0) равным 0.

Дополнительные рекомендации по определению у приведены в Дополнении 6.

3.2.10    Коэффициент влияния поверхностного упрочнения К\ при расчетах ВЭМ учитывается только при оценке прочности роторов.

Значения коэффициентов мшуг определяются по данным приведенным в Стандарте Р 50-83-88 «Расчеты и испытания на прочность. Расчеты на прочность валов и осей».

3.2.11    Значение коэффициента запас но напряжениям при совместном действии нормальных и касательных напряжений (п_т) получаем через коэффициенты запаса (п_а и п,) в следующем виде

3.2.12 Для сварных швов при оценке запаса прочности должно выполняться условие

_п _ ^г-‘-    '    -^г" > 2.5 ,    (3.2.12)

** Т Т „

где г__|1г = 0.65 • <т_л - предел выносливости сварного шва;

_t . о .з - коэффициент, характеризующий чувствительность материала к асимметрии цикла;

г - среднее напряжение в сварном шве;

г _а - амплитуда переменных напряжений в сварном шве;

Кт - коэффициент концентрации напряжений (значения для типовых сварных соединений приведены в Дополнении 7). В случае, когда в КЭ модели моделируется концентратор напряжений, допускается А'г = 1.

3.2.13 При нестационарном режиме нагружения усталостную прочность проверяют на основе гипотезы линейного суммирования повреждений с учетом количества циклов нагружения для каждого режима испытаний.

Расчет накопленной повреждаемости не проводится, если дтя всех режимов испытаний выполняется условие (см. 3.2.12).

3.3 Оценка долговечности и накопленной повреждаемости деталей ВЭМ 3-3.1 При расчете в области ограниченной долговечности коэффициента запаса по долговечности п₀, определяемого по зависимости

1-5*    (33.1)

где Л'*, - количество циклов наработки до момента образования трещин, определяемое по зависимости

—) -ы_в „: ,    (з.зл-1)

где т - постоянная, зависящая от свойств материала;

N_p - число циклов нагружения, которые деталь наработает в процессе испытаний (при расчете на ударные нагрузки, определяемое на основании расчета).

3.3.2 Для оценки долговечности рекомендуется использовать линейную гипотезу суммирования усталостных повреждений. В общем случае, если каждый / - й цикл в

рассматриваемом процессе нагружения конструкции повторяется п, раз. при описании повреждения, накопленного в конструкции, используется правило линейного суммирования повреждений (Пальмгрсна-Минсра). Согласно данному правил)' повреждение, накопленное в опасной точке, определяется по формуле

где    к    -    число    различных    амплитуд    напряжений    в    процессе    нагружения;

п, - число повторений амплитуды о_а в процессе нагружения.

N\ - число циклов до разрушения при амплитуде напряжения о_а, определяемое по кривой усталости для рассматриваемой детали.

3.3.3 Для вибрационного воздействия в пределах рассматриваемых поддиапазонов частот амплитуда перемещений и напряжений носит нерегулярный циклический характер, как показано на рис. 3.3.3.

Ко/ъмктао цмлоа(1»-11.1 Гц, ТШОчмм. П * СО см) Рис. 3.3.3 Изменение амплитуды колебаний при резонансе (непрерывное нагружение)

При таком характере изменения напряжений в элементе конструкции для оценки накопленной повреждаемости могут быть использованы следующие данные:

.1 зависимость между числом циклов до разрушения Л^г и амплитудой напряжений а (кривая o-N) в виде функции /V* = N (о);

.2 зависимость напряжения от частоты вынужденных колебаний/системы в виде а = а

<0.

Тогда, в предположении линейною суммирования повреждений, можно определить полную поврежденное! ь в интересующей точке при прохождении системой резонанса колебаний для изменяющейся во времени частоты внешнего возбуждения. Зависимость частоты/от времени / определяется по формуле (2.3.2-2).

Для степенной зависимости (5.1.1) получаем:

где 7 - длительность испытаний в поддиапазоне в соответствии с табл. 2.3.1. в с.

3.3.4 11ри расчете на ударное воздействие в качестве ipynn нагружения выступают отдельные пики затухающих колебаний системы после каждого удара.

На рис. 3.3.4 приведен характерный график осевого перемещения ротора ВЭМ при ударном воздействии (импульс длительностью t = 0,018 с). Зависимости для напряжений в критических точках конструкции имеют аналогичный вид.

Затухание осевых перемещений ротора при осевом ударном воздействии

Анализ расчетов на ударные нагрузки показывает, что при заданном в соответствии с 1.3 затухании (к = 0.07, учитывая интенсивность ударных импульсов) в конструкции не происходит наложения колебаний от двух соседних импульсов ударного воздействия.

На основании вышеизложенного, оценку накопленной повреждаемости при затухающем процессе после ударного воздействия для каждого направления воздействия (см. 2.8) можно определить по зависимости.

Приложение к циркулярному письму № з 15-06-1 (mo от 1 з оаго 17

ПРАВИЛА ТЕХНИЧЕСКОГО НАБЛЮДЕНИЯ ЗА ПОСТРОЙКОЙ СУДОВ И ИЗГОТОВЛЕНИЕМ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ ДЛЯ СУДОВ, 2017, НД №2-020101-040

ЧАСТЬ IV ТЕХНИЧЕСКОЕ НАБЛЮДЕНИЕ ЗА ИЗГОТОВЛЕНИЕМ ИЗДЕЛИЙ 10 ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ Пункт 10.5.1.2 дополняется следующим текстом:

«10.5.1.2...При выполнении расчете для вращающихся электрических машин (ВЭМ) должна быть проведена оценка следующих основных элементов ВЭМ: ротора; станины, включая сварные соединения элементов конструкции: подшипниковых щитов; подшипников; болтовых соединений подшипниковых щитов; болтовых соединений крепления ВЭМ к опорным конструкциям. Также должна быть проведена оценка несущей способности элементов системы виброизоляции, при ее наличии.

Несущая способность основных элементов ВЭМ. перечисленных выше, оценивается по следующим параметрам: перемещения, напряжения, коэффициентов запаса сопротивления усталости, коэффициентов запаса по накопленной повреждаемости, коэффициентов запаса по долговечности.

В качестве критериев оценки результатов расчета для подтверждения соответствия электрической машины требованиям Правил PC необходимо использовать коэффициенты запаса, значения которых дтя различных конструктивных элементов ВЭМ приведены в Приложении 17 «Требования к расчетному моделированию механических испытаний» (рекомендуемое).

Перечень исходных данных дтя расчета должен включать следующую информацию: массы элементов ВЭМ; положение центра масс ВЭМ и отдельных деталей; сборочный чертеж ВЭМ и чертежи основных элементов (ротора, подшипниковых узлов, станины со статором, элементов крепления, а также других элементов, которые необходимо учитывать в расчетной модели (например, дополнительною навесного оборудования); типы подшипников и их динамические характеристики: нагрузки на подшипники, полученные при проектировании двигателя; данные но механическим характеристикам материалов, из которых изготовлены элементы ВЭМ.».

Раздел 10 дополняется Приложением 17 следующего содержания:

«ПРИЛОЖЕНИЕ /7 (рекомендуемое)

ТРЕБОВАНИЯ К РАСЧЕТНОМУ МОДЕЛИРОВАНИЮ МЕХАНИЧЕСКИХ

ИСПЫТАНИЙ

1 Разработка расчетных моделей ВЭМ

1.1 Общие положения

1.1.1 Перед проведением расчетов моделирующих испытания ВЭМ на механические воздействия для всех узлов и элементов конструкции ВЭМ должны быть выполнены

расчеты, подтверждающие прочность элементов конструкции при всех проектных нагрузках.

1.1.2 Для разработки компьютерной модели ВЭМ и выполнения расчетов используется конструкторская документация, в объеме, обеспечивающем возможность построения расчетной модели, отражающей основные динамические харакгеристики конструкции.

1.13 В перечень основных исходных данных необходимых для разработки компьютерной модели ВЭМ входят:

масса элементов ВЭМ:

положение центра масс ВЭМ и отдельных деталей;

сборочный чертеж ВЭМ и чертежи основных элементов (ротора, подшипниковых узлов, станины со статором, элементов крепления, а также других элементов, которые необходимо учитывать в расчетной модели (например, навесного оборудования);

типы подшипников и их динамические характеристики (коэффициенты жесткости и демпфирования), нагрузки на подшипники в рабочем состоянии; данные но механическим характеристикам материалов, из которых изготовлены элементы ВЭМ.

1.1.4    Имеющаяся информация по результатам испытаний конструкции ВЭМ или ее элементов (демпфирование, частоты отдельных элеметов конструкции, жесткости отдельных элементов конструкции), может быть использована при верификации компьютерной модели ВЭМ или ее отдельных элементов.

1.1.5    Помимо перечисленных выше данных на стадии разработки расчетной модели ВЭМ для компьютерного моделирования механических испытаний рекомендуется проводить анализ следующих данных, полученных при выполнении проектных расчетов на эксплуатационные нагрузки:

напряжений и деформаций в наиболее нагруженных зонах для различных сочетаний эксплуатационных нагрузок, определяющих зоны возможных повреждений, на которые необходимо обратить внимание при разработке расчетной модели; оценку запасов по усталости.

1.1.6    При разработке расчетной модели особое внимание должно уделяться моделированию следующих элементов конструкции ВЭМ:

подшипниковым щитам, элементам статора валу и т. д.;

местам соединения узлов и деталей конструкции (сварные швы, болты и т. д.);

узлам установки и крепления (подшипники).

1.1.7    Для определения напряженно-деформированного состояния конструкций применяют программы, основанные на методе конечных элементов, позволяющие решагь задачи как в линейной, так и в нелинейной постановке. Эти программы должны иметь необходимую библиотеку конечных элементов и возможность автоматического разбиения конструкций на конечные элементы.

В соответствии с 3.9 части II «Техническая документация» Правил PC расчеты, выполняемые на ЭВМ должны производиться по программам, имеющим типовое одобрение Регистра.

1.1.8    Расчеты ВЭМ с амортизаторами при моделировании всех видов механических испытаний должны выполняться с учетом параметров системы виброизоляции, включая полную массу машинного агрегата.

1.1.9    Перечень исходных данных и параметры, по которым рекомендуется верифицировать расчетную модель, приведены в Дополнении 1.

1.1.10 Правила рекомендуемые для разделения модели на подсистемы и выделения отдельных структур приведены в Дополнении 2.

1.2 Рекомендации по моделированию элементов конструкции ВЭМ

1.2.1    Рекомендации по моделированию узла опирания ротора в расчетной модели в зависимости от конструкции подшипникового узла приведены в Дополнение 3.

1.2.2    Ротор ВЭМ. как правило, имеет две опоры, одна из которых неподвижная, а другая подвижная, обеспечивающая возможность расширения ротора при рабочих режимах.

Для опирания ротора в конструкциях ВЭМ могут использоваться подшипники качения или подшипники скольжения.

Жесткость подшипников ротора характеризуется величиной деформаций элементов подшипника под нагрузкой. Как правило, эти деформации очень малы и их не учитывают при выполнении инженерных расчетов. Однако в некоторых случаях, например, при возникновении резонанса, жесткость подшипника может являться важным фактором, определяющим уровень ответной реакции системы на заданное механическое воздействие.

1.2.3    Жесткости и характеристики демпфирования подшипников могут быть определены отдельным расчетом с использованием специализированных ПС либо на основе инженерных методик, описанных в справочной литературе.

В некоторых случаях изготовитель имеет возможность представить характеристики подшипников, полученные экспериментально.

1.2.4    При выполнении расчетов на вибро и ударопрочность жесткость подшипников определяется для отключенного состояния ВЭМ. когда учитывается только конструктивная жесткость элементов подшипника.

Инженерная методика расчета жесткости подшипников качения приведена в Дополнении

4.

1.2.5    При построении динамических моделей ВЭМ собственные частоты ротора зависят от жесткости подшипникового узла (Кя), которая определяется соотношением жесткостей самого подшипника (Кр) и элементов конструкции опоры подшипника (Ко), включая элементы конструкций станины, к которым крепится ПЩ. На рисунке 1-1 приведсн график, зависимости жесткости подшипникового узла от соотношения Кр/Ко. Из графика видно, что при Кр/Ко > 10 практически Ks = Ко.

04 »...........i........ >— 1    Ю    100

Таким образом, при выполнении инженерных расчетов, в случае Кр/Ко > 10, жесткость подшипника допускается не учитывать.

Рис. 1.2.5

Соотношение жесткостей подшипника и опоры подшипника

1.3 Рекомендации по заданию демпфирования в конструкциях ВЭМ

1.3.1 Демпфирование в конструкции ВЭМ задается в соответствии с рекомендациями ГОСТ 17516.1 -90 и ГОСТ 30546.1 -98.

13.2 Значения постоянных демпфирования для конструкций (сварных или на болтах) в зависимости от уровня напряжений в элементах при динамических воздействиях приведены в табл. 13.2.

Таблица 1. 3. 2 Постоянная демпфирования в конструкции_

Тип конструкции Уровень напряжений, доля от предела текучести 0,25ог 0,5от 1,0от Сварные стальные конструкции 0,01 0,02 0,04 Болтовые стальные конструкции 0,01 0,04 0,07 Сборочные узлы 0.01 0,02 0,07 Шкафы, панели 0,01 0,02 0,05

1.3.3    Для отдельных элементов конструкции ВЭМ (подшипников качения, резьбовых элементов, стыков), которые могут быть включены в расчетную модель ВЭМ при компьютерном моделировании, значения постоянных демпфирования, приведены в Дополнении 4.

1.3.4    При динамическом анализе конструкций наиболее часто используется релеевское демпфирование, для которого матрица диссипации имеет вид

[с]* в [А/1* р[к 1    (13.4)

где    [А/] и [АТ] - соответственно матрицы масс и жесткостей системы;

а и Р - коэффициенты, которые позволяют задать затухание в системе для заданного диапазона частот.

Рекомендуемые значения коэффициентов а и Р для различных поддиапазонов частот и задаваемого при компьютерном моделировании уровня демпфирования в расчетной модели ВЭМ приведены в Дополнении 5.

1.3.5    В тех случаях, когда значения постоянных демпфирования могут быть заданы на основании экспериментальных данных, при компьютерном моделировании механических испытаний рекомендуется задавать параметры демпфирования, основанные на эксперименте.

2. Расчетные нагрузки при моделировании механических испытаний

2.1 Общие положения

2.1.1 При компьютерном моделировании механических испытаний ВЭМ рассматривают следующие типы испытаний:

.1 по обнаружению резонансных частот;

.2 на вибропрочносэь;

.3 на виброустойчивость:

.4 на ударопрочность;

.5 на улароустойчивость.

2.1.2 При выполнении расчетов должны учитываться следующие группы нагрузок на элементы ВЭМ:

.1 группа А - постоянно действующие статические нагрузки от сил тяжести брутто конструкции и установленного на ней оборудования и элементов:

.2 группа Б - эксплуатационные нагрузки, которые должны учитываться при механических испытаниях ВЭМ в соответствии с требованиями Правил PC (см. 2.1.3);

.3 группа В - вибрационные, задаваемые в соответствии с требованиями Правил PC при испытаниях на вибропрочность (Bi) и виброусгойкость (Вз) с учетом результатов расчетов по обнаружению резонансных частот:

.4 группа Д - динамические (ударные), задаваемые в соответствии с требованиями Правил PC при испытаниях на ударопрочность (ДО и улароустойчивость (Д) с учетом значения первой резонансной частоты.

2.1.3 При выполнении расчетов рабочее состояние ВЭМ определяется нагрузками, действующими элементы конструкции при работе. Для ВЭМ при компьютерном моделировании механических испытаний в этот перечень входят следующие нагрузки:

.1 номинальный момент на валу;

.2 нагрузки на вал от присоединяемого оборудования:

3 сила одностороннего магнитного притяжения;

.4 сила от неуравновешенности ротора.

2.1.4    Вибрационные и ударные нагрузки прикладываются в каждом из трех взаимно перпендикулярных направлений.

2.1.5    Объем расчетов в каждом конкретном случае определяется индивидуально в зависимости от динамических характеристик конструкции ВЭМ с учетом требований и рекомендаций Правил PC.

2.1.6    Объем вариантных динамических расчетов и сочетания нагрузок представлены в табл. 2.1.6

2.1.7    При использовании линейной модели ВЭМ расчет на вибрационные механические нагрузки выполняется с помощью гармонического анализа.

2.1.8    Расчет в нелинейной постановке, когда в модели учитываются нелинейные характеристики элементов конструкции (подшипники, амортизаторы, демпферы и т.д.), расчет проводится с использованием записи зависимости амплитуды воздействия от времени.

2.2 Определение собственных частот конструкции ВЭМ

2.2.1    Обязательным этапом является расчет собственных частот конструкции для определения резонансных частот.

2.2.2    Расчет собственных частот конструкции ВЭМ проводится в диапазоне частот от 2 до 100 Гц. Для решения этой задачи в программных комплексах одобренных PC для определения НДС конструкций должна быть реализована возможность проведения модального анализа анатиза собственных частот и форм колебаний конструкций.

Т а б л и ц a 2. 1. 6

Сочетание групп нмруток при моделировании механически! испытаний ВЭМ

Пункт Правил PC, Испытания. Параметры нагрузки Сочетание групп нагрузок Режим испытаний 10.5.3.3, Вибропрочность Таблица 2.3.1 А + В1 Во всех поддиапазонах, в которых обнаружен резонанс, или на 30 Гц при отсутствии резонанса 10.5.3.4, Виброустойчивость Таблица 2.4.2 А + Б + В2 На каждой резонансной частоте или на 30 Гц при отсутствии резонанса, в течении 2 часов 10.5.3.5, Ударопрочность Таблица 2.5.1 А + Д1 Не менее 1000 ударов Частота 80 уд/мин 10.5.3.6, Удароустойчивость Таблица 2.5.1 А + Б + Д2 Нс менее 20 ударов Частота 80 уд/мин

2.2.3    Расчеты по обнаружению резонансных частот ВЭМ устанавливаемых на амортизаторы выполняются в два этапа:

Этап 1 - обнаружение резонансных частот ВЭМ при жестком закреплении;

Этап 2 - обнаружение резонансных частот машинного агрегата, в состав которого входит ВЭМ. установленного на амортизаторы ВЭМ.

2.2.4    Резонансные частоты должны быть зафиксированы как для ВЭМ в целом, так и для отдельных узлов или деталей для их учета при последующих расчетах на механические воздействия.

Наличие резонанса предполагается во всех случаях, когда собственная частота конструкции или элемента находится в указанном диапазоне частот от 2 до 100 Гц. При этом, если не выполняется условие 10.5.2.11 Правил PC, данная собственная частота не рассматривается как резонансной:

2.2.5    Объем дальнейших расчетов по компьютерному моделированию испытаний ВЭМ на механические воздействия определяется на основании результатов расчетов собственных частот конструкции ВЭМ.

2.3 Параметры расчетною воздействия на вибропрочность

2.3.1 Характеристики вибрационных воздействий (амплитуды перемещений и ускорений), которые задаются при моделировании испытаний на вибропрочность, приведены в табл. 2.3.1, где А - амплитуда вибрационного воздействия в поддиапазоне, fi и fi- частоты начала и конца поддиапазона, соответственно.

Таблица 2. 3. 1 Параметры испытаний на вибропрочность

Поддиапазон частот, Гц 11араметры Амплитуда, мм Ускорения, S Длительность. ч П f2 А 2 8 1,4 0,02 0,36 450 8 16 0,7 0,18 0,72 220 16 3U‘> 0,35 0,36 1,4 110

63    |    80    J_0Л2_ 1,8    3,1

^;) cm. 10.5.3.3.4 - при отсутствие резонанса испытания на частоте 30 Гц.

25

2.3.2 В соответствии с требованиями 10.5.3.3.3 Правил PC при испытаниях на вибропрочность лолжны соблюдаться следующие условия:

.1 амплитуда должна поддерживаться постоянной;

.2 плавное изменение частоты в пределах поддиапазона должно производиться в течение не менее 1 мин;

Учитывая эти требования, амплитуда вибрационного воздействия в каждом поддиапазоне может быть задана с использованием следующей зависимости

Ж') =

A sin

2x/T_r\K_f(t)-\]

шА

А

(2.3.2-1)

где

Тг = 60 с - время плавного изменения частоты в поддиапазоне;

К/0 коэффициент, характеризующий скорость изменения частоты в поддиапазоне.

I

< f\;

(2.3.2-2)

2.4 Параметры расчетного воздействия на внброусгойчнвость

2.4.1    В соответствии с требованиями 10.5.3.4.4 Правил PC при испытаниях на виброустойчивость должны соблюдаться следующие условия:

.1 испытания проводятся путем плавного изменения частоты при постоянной амплитуде в пределах каждого поддиапазона:

.2 продолжительность плавного изменение частоты в пределах каждого поддиапазона должна быть не менее 2 мин.

Эти условия при выполнении компьютерного моделирования механических испытаний могут быть проанализированы на основании результатов расчет на вибропрочность с учетом соотношения амплитуд воздействия.

Проверка на виброустойчивость проводится только по условиям табл. 10.5.3.4.3 Правил PC, когда на каждой резонансной частоте (если имеется) при длительности воздействия 2 ч.

2.4.2    Характеристики вибрационных воздействий (амплитуды перемещений и ускорений), которые задаются при моделировании испытаний на виброустойчивость, приведены в табл. 2.4.2, где А, // и Jг (см. табл. 2.4.2) f, - резонансная частота, в Гц.

Таблица 2.4.2

__0*1		таметры испытаний на виброустойчивосгь
Поддиапазон частот. Гц		Параметры
		Амплитуда, мм	Ускорения, 8	Время. час	Число циклов
//	fi	А
2	8	1,0	А(2л/гУ	2	7200 /г , где ^-резонансная частота, Гц
8	16	0,5
16	31,5	0,25
31,5	63	0,15
63	80	0.1

/- 30 Гц, если нет резонанса

0,25

0.905

2

2,16-105

2.5 Параметры расчетных ударных нагрузок

2.5.1 Характеристики ударных воздействий (длительность импульса, число ударов и ускорение), которые задаются при моделировании испытаний на ударонрочнось и удароустойчивость. приведены в табл. 2.5.1.

Длительность действия ударного импульса задается в соответствии с низшей собственной частотой изделия (ВЭМ).

Таблица 2.5.1

Параметры испьпаний на		.тарные нагрузки
Значение низшей резонансной частоты, Гц	Длительность ударного импульса, мс	Испытания
		Ударопрочность	Удароустойчивоет ь
До 60	18	334 удара в каждом направлении Интенсивность 7 g	7 ударов в каждом направлении Интенсивность 5 g
60-100	11
100-200	6
200 - 500	3

2.5.2 Интенсивность ударного импульса с учетом значения низшей резонансной частоты может быть задана с использованием следующей зависимости

Ia(t) = /а sinful,    (2.5.2)

где    г-    длительность    ударного    импульса,    с.

Г рафики ударных импульсов для моделирования испытаний на ударопрочность с учетом значения низшей резонансной частоты приведены на рис. 2.5.2.

aoie 0.012    0.015 Q003 Q006 0009 Время, ми

Для расчета на удароустойчивость ударная нагрузка масштабируется для приведения к максимальному ускорению 5 g.

-<60 Гц -60100Гц     100-200    Гц     200-500Гц

Рис. 2.5.2

Ударные импульсы при испытаниях на ударопрочность