14340

Якорное устройство судна. Экспериментальная оценка уравнения цепной линии

Лабораторная работа

Физика

Лабораторная работа №3 Тема: Якорное устройство судна. Экспериментальная оценка уравнения цепной линии. Цель работы: Ознакомление с характеристиками и физическим явлением используемом в якорном устройстве. Задача: Определить основные параметры формы тяжелой г...

Русский

2013-06-03

341 KB

2 чел.

Лабораторная работа №3

Тема: Якорное устройство судна. Экспериментальная оценка уравнения цепной линии.

Цель работы: Ознакомление с характеристиками и физическим явлением, используемом в якорном устройстве.  

Задача: Определить основные параметры формы тяжелой гибкой нити (усилия натяжения Т и углы провисания α якорной цепи от собственного веса Q в точках ее крепления: клюзовой К и якорной  Я) и сравнить их с теоретическим решением, полученным на основе уравнения цепной линии.

Краткая теория:

 Якорное устройство состоит из якоря, якорной цепи, приводного механизма (шпиля или брашпиля), якорного клюза, прсипособлений для крепления (стопор) и аварийной отдачи (жвакагалс с глаголь-гаком и т.п.) и служащие для закрепления судна за донный грунт водоема как при рабочих так и аваприйных его стоянках на открытых акваториях, защищенных и не защищенных береговыми сосоружениями.

Одним из основных конструктивных элементов якорного устройства, передающего усилие держащей силы от якоря, закрепленного на грунте, через якорный клюз на судно является якорная цепь, - металлическая тяжелая гибкая нить, состоящая из  отдельных, шарнирно соединенных между собой, овальных элементов Т(Q) (звеньев), способная воспринимать только растягивающее усилие, возникающие под действием её собственных сил веса Q , внешних сил натяжения Т(Q) (сопротивления судна R ) и Т(Rволн) от рывков Rволн (при волнении).

При стоянке судна на якоре вытравленная за борт и закрепленная в точках подвеса (клюзовой К и якорной Я) якорь-цепь провисает по сложной кривой в виде параболы не симметричной относительно этих точек, форму которой можно описать уравнением цепной линии.

При свободном провисании без касания о грунт якорь-цепь подвержена только усилиям растяжения Т(Q) от собственного веса Q в характерных точках цепной линии – клюзовой К и якорной Я точках крепления цепи (соответственно на клюзе и якоре) и самой низшей точки цепи, точке М. (см. рис 3.2). При этом  указанные усилия (их взаимное перераспределение) существенно зависят от угла α провисания якорь-цепи в точках К и Я.

Усилия Т(Q) должны учитываться при расчете суммарных усилий в якорь-цепи Σ= Т(Q)+ Т(R)+Т(Rволн) ) при стоянке судна на якоре, а также всего якорного устройства в целом, так как от данных параметров зависит надежность якорного устройства (держащая сила якоря и якорь-цепи, Тякяк.ц.потребная мощность приводных механизмов N, достаточная прочность узлов крепления и т.п.) и надежность самой якорной стоянки судна [1].

Примечание: для увеличения держащей силы системы якорь – якорь-цепь на практике вытравливается дополнительная длина якорь-цепи, которая образует горизонтальный участок в нижней точке её провисания (лежащий на грунте), тем самым значительно увеличивая держащую силу системы за счет силы трения покоя цепи о грунт (и её веса Q). Кроме того, горизонтальный участок якорь-цепи играет основную и главную роль в «игре» (амортизации усилия Т(Rволн) её рывков) при стоянке судна на волнении.

Таким образом, в основе работы якорного устройства, как устройства крепления судна за донный грунт водоема, используются общеизвестные физические явления, такие как:

1 -гибкость (шарнирность) тяжелой нити (якорь-цепи), воспринимающей только растягивающие усилия, описываемые уравнением цепной линии;

2 -сила сцепления якоря с грунтом, обусловленная глубиной зарывания лап якоря в грунт;

3 -сила трения покоя - сила сцепления тяжелой нити с грунтом под действием собственной силы тяжести Q нити (якорь-цепи).

Примечание: в данной лабораторной работе рассматривается только первое физическое явление.

Взаимозависимость усилий Т и углов α описывается уравнением цепной линии в виде [2]:

     

где                 

α

- угол провисания якорь цепи в данной характерной точке 

 (М, К, Я), град;

q = Q/l

– погонная масса (погонный вес) якорь-цепи, кг/м;

Q

– масса (вес) якорь-цепи, кг;

l

– длина якорь-цепи, м;

Z

– аппликата  точек (К и Я)  подвеса  якорь-цепи  относительно самой низшей её точки М, м;

T(Q)

– усилие натяжения якорь-цепи от её собственного веса Q, кг.

Ход работы:

Оборудование (см.рис.3.1 и 3.2):

  •  стенд, моделирующий стоянку судна на якоре при свободном (без касания о грунт) провисании якорь-цепи и нагруженной только растягивающими усилиями Т(Q) от её собственного веса Q;
  •  исследуемая якорь-цепь калибром К, массой (весом) Q и длиной l;
  •  штангенциркуль для замера калибра К якорь-цепи;
  •  динамометры типа ДПУ – 002-2 для замера усилий Т(Q) в якорь-цепи;
  •  линейка для замера длины участков а, в, Zправ , Zлев , lправ , lлев якорь-цепи;
  •  транспортир для замера углов αправ , αлев провисания якорь-цепи в точках её крепления;
  •  мелок для отметки самой низшей точки М якорь-цепи.

                         1     2                          3          4   5 6            7  8

              

                          12   11                                                           10                      9

Рис.3.1 Схема экспериментальной установки

1-линейка; 2-транспортир; 3-рукояка фиксации штанги; 4-струбцина крепления штанги; 5-подвижная регулируемая штанга с крючками 6, 12 для подвески нижней (якорной) ветви якорь-цепи; 7-узел крепления верхний (клюзовой) ветви якорь-цепи; 8 – клюзовый динамометр; 9 – полотно стенда с координатной сеткой; 10 – исследуемая якорь-цепь; 11 – якорный динамометр; К – клюзовая точка подвеса якорь-цепи; Я – якорная точка крепления якорь-цепи; М – низшая точка провисания якорь-цепи; а – расстояние между точками К и Я по горизонтали; в – расстояние между точками К и Я по вертикали; Ζправ, Ζлев – аппликаты точек К и Я относительно точки М.

 

Рис. 3.2 Расчетная схема эксперимента

Точка К –клюзовая (правя верхняя) точка подвеса якорь-цепи; Точка Я – якорная (левая нижняя) точка крепления якорь-цепи; Точка М – низшая точка провисания якорь-цепи; а, м – расстояние между точками К и Я по горизонатли; в , м – расстояние между точками К и Я по вертикали; Zправ , Zлев , м – аппликаты точек К и Я относительно точки М; Zправ= Zлев, м; αправ , αлев, град – углы провисания (углы между касательными к якорь-цепи в точках К и Я и горизонталью) соотвотственно правой (клюзовой) и левой (якорной) ветвей якорь-цепи; Q, кг – масса (вес) якорь-цепи; ТМ(прав), ТМ(лев), Т прав (Q), Тлев(Q), кг – растягивающие усилия в соответствующих точках М, К и Я якорь-цепи от её собственной силы веса Q.

Техника выполнения эксперимента

1. Выбрать якорь-цепь для исследования согласно варианту табл.3.1.

Задаваемые параметры якорь-цепи                 Табл.3.1

№ варианта

Якорь-цепь

№1

№2

№3

Расстояния между клюзовой К и якорной Я точками подвески якорь-цепи

По горизонтали а

По вертикали в

По горизонтали а

По вертикали в

По горизонтали а

По вертикали в,м

1

0,850

0,400

0,600

0,100

0,850

0,800

2

0,850

0,350

0,600

0,200

0,850

0,700

3

0,850

0,300

0,600

0,250

0,850

0,600

4

0,850

0,250

0,600

0,300

0,850

0,500

5

0,850

0,200

0,700

0,100

0,850

0,400

6

0,850

0,150

0,700

0,150

0,850

0,300

7

0,850

0,100

0,700

0,200

0,850

0,200

8

0,850

0,050

0,700

0,250

0,850

0,100

9

0,800

0,350

0,700

0,300

0,800

0,700

10

0,800

0,300

0,700

0,350

0,800

0,600

11

0,800

0,250

0,800

0,050

0,800

0,500

12

0,800

0,200

0,800

0,100

0,800

0,400

13

0,800

0,150

0,800

0,150

0,800

0,300

14

0,800

0,100

0,800

0,200

0,800

0,200

15

0,800

0,050

0,800

0,250

0,800

0,100

16

0,700

0,350

0,800

0,300

0,700

0,700

17

0,700

0,300

0,800

0,350

0,700

0,600

18

0,700

0,250

0,850

0,050

0,700

0,500

19

0,700

0,200

0,850

0,100

0,700

0,400

20

0,700

0,150

0,850

0,150

0,700

0,300

21

0,700

0,100

0,850

0,200

0,700

0,200

22

0,600

0,300

0,850

0,250

0,600

0,600

23

0,600

0,250

0,850

0,300

0,600

0,500

24

0,600

0,200

0,850

0,350

0,600

0,400

25

0,600

0,100

0,850

0,400

0,600

0,100

Примечание: в табл.3.1 задано 25х3=75 вариантов исследования, из них 3 варианта якорь-цепи и 25 вариантов координат а и в каждой из них. Например, вариант 1.23 означает: первая цифра 1 – № якорь-цепи, вторая цифра после точки, 23 –  № варианта расстояний: а = 0.600 м, в = 0.250 м.

  1.  Призвести запись параметров заданных якорь-цепей:
  2.  №№

якорь-цепь № 1

якорь-цепь № 2

якорь-цепь № 3

  1.  Произвести предварительную подготовку выбранной якорь-цепи и необходимое оборудование. Для этого:
    1.   – с помощью штангенциркуля произвести замер калибра К мм, якорь-цепи. Для корректности эксперимента замер произвести в нескольких точках (не менее 6-ти) по длине якорь-цепи. Определить среднее значение калибра К=ΣКі/n, где n-число точек замера. Данные замера и вычисления внести в соответствующие графы(3), (4) табл.3.2.
    2.  – с помощью линейки произвести замер длины l , м, якорь-цепи. Замеры произвести по крайним точкам концевых звеньев максимально растянутой якорь-цепи. Данные замера внести в соответствующую графу (5) табл.3.2.

Результаты эксперимента    

Табл.3.2

№ пп. (вариант цепи)

1

1

2

3

Предварительная подготовка

№ замера

2

1

2

3

4

5

6

1

2

3

4

5

6

1

2

3

4

5

6

Калибр, мм

Кі (замер)

3

К, 

4

Длина l

(замер)

5

Вес Q, (замер)

6

Погонный вес q, кг/м (6)/(5)

7

О с н о в н о е   и с с л е д о в а н и е

а, (задано по табл.3.1)

8

в, задано по табл.3.1)

9

Zправ м (замер)

10

Zлев, м (замер)

11

lправ, м (замер)

12

lлев, м (замер)

13

Тм(прав), кг по формуле (1)

14

Тм(лев), кг по формуле (2)

15

Тм(прав), кг по формуле (3)

16

Тм(лев), кг по формуле (4)

17

αправ, град 5поформуле (5)

18

αлев, град 5поформуле (6)

19

Факти-ческие значения

Т(э), α(э)

Тправ(э), кг = Ткл  (замер)

20

Тлев(э), кг = Тяк 

(замер)

21

αправ(э), кг = αкл  (замер)

22

αлев(э), кг = αяк 

(замер)

23

ΔТ, % (16)-(20)/(20)·100% прав

24

ΔТ, % (17)-(21)/(20) ·100%  лев

25

Δαправ, % (18)-(22)/(18) )·100%

26

Δαлев, % (19)-(23)/(19) )·100%

27

  1.  - произвести юстировку (установку стрелки на «0» шкалы с помощью арретира) динамометра. С помощью динамометра произвести замер веса Q, кг якорь-цепи. Определить погонную массу якорь-цепи q = Q/l, кг/м. Данные замера и вычисления внести в соответствующие графы (6), (7) табл.3.2.

  1.  Основное исследование. Для чего (см. рис. 3.1 , 3.2) :
    1.  – якорную цепь 10 заданного калибра К подвесить на стенде 9 так чтобы верхний (клюзовый) конец якорь-цепи посредством динамометра 8 был закреплен на верхней точке 7 стенда, имитирующей клюзовую точку К. Второй , нижний (якорный) конец якорь-цепи через динамометр 11 подвесить на крючок 12 к штанге в точке Я, имитирующей якорную точку крепления якорь-цепи к якорю. С помощью рукоятки 3 и штанги 5 установить заданные параметры а и в (согласно варианта табл.3.1) точек К и Я. С помощью рукоятки 3 зафиксировать данное положение точек.

Примечание: штанга 5 имеет возможность линейного и углового перемещения относительно струбцины 4 и её фиксации с помощью рукоятки 3 в заданном положении, что позволяет закреплять нижний якорный конец якорь-цепи в любой заданной точке стенда. Точками закрепления К и Я якорь-цепи считаются точки соединения динамометров 8 и 11 с якорь-цепью. Расстояния между точками закрепления якорь-цепи должно выдерживаться с точностью ± 0.005 м (± 5 мм).

  1.  – На подвешенной якорь-цепи с заданными расстояниями а и в подвески её концов определить точку М якорь-цепи, находящуюся  ниже всех остальных. С помощью линейки 1 произвести замер координат Ζправ и Ζлев точек подвеса К и Я относительно точки М. Замеры внести в соответствующие графы (10), (11) табл.3.2.

  1.  – Отметить мелком точку М, снять якорь-цепь с нижнего динамометра 11 , измерить линейкой 1 длину участков якорь-цепи, расположенных по обе стороны от точки М. Пусть длина участка, расположенного слева от точки М, будет обозначена lлев , м , а участка справа – lправ, м. Данные замеров внести в соответствующие графы (12), (13) табл.3.2.

  1.  – Вычислить расчетные усилия Тм , кг по обе стороны самой низшей точки М натяжения якорь-цепи по формулам:

  ( 1 )

   ( 2 )

где     Zправ, Zлев , м – высота возвышения точек подвеса правой и левой ветвей       якорь-цепи над точкой М.

Полученные вычисления внести в соответствующие графы (14), (15) табл.3.2.

  1.   –  Вычислить расчетные усилия Т(Q), кг, соответственно в точках правой К (клюзовой) и левой Я (якорной) подвеса якорь-цепи по формулам [2]:

   ( 3 )

   ( 4 )

Данные вычислений внести в соответствующие графы (16), (17) табл.3.2.

  1.   – С помощью клюзового 8 и якорного 11 динамометров замерить фактические натяжения Тправ(э) и Тлев(э), кг в соответствующих точках К и Я якорь-цепи. Данные замера вычисления внести в соответствующие графы (20), (21) табл.3.2.
    1.   – Вычислить расчетные углы αправ, αлев , град наклона к горизонту касательных, установленных в точках К и Я подвеса якорь-цепи, определяются  по формулам [2]:
  •  угол в правой (клюзовой) точке К подвеса равен :

αправ= аrccos , град   ( 5 )

- угол в левой (якорной) точке Я подвеса равен:

αлев= аrccos , град  ( 6 )

Данные расчета внести в соответствующие графы (18), (19) табл.3.2.

  1.   – С помощью транспортира 2 замерить фактические значения углов αправ(э), αлев(э) ,. Внести фактические значения α в соответствующие графы (22), (23) табл 3.2.

 

Обработка результатов эксперимента:

 Измеренные и вычисленные параметры обрабатываются по формулам (1) – (6) и вносятся в табл.3.2.

Погрешность эксперимента

Определить отличие в расчетных и измеренных значениях Т(Q) и α (погрешность эксперимента) в процентах по формулам:

Δ Тправ=    ( 7 )

Δ Тлев=     ( 8 )

Δ αправ=               ( 9 )

Δ αлев=     ( 10)

Значения погрешностей внести в соответствующие графы (24), (27)табл.3.2.

Выводы:

  1.  Усилия растяжения Т(Q)  в точках К (клюзовой) и Я (якорной) крепления свободно подвешенной (не касающейся грунта) якорь-цепи от собственного веса Q находятся в сложной зависимости от угла  α её провисания в этих точках, которую можно описать уравнением цепной линии (5),(6).
  2.  Усилия растяжения Т(Q)  необходимо учитывать (перераспределять между клюзовой К и якорной Я точками крепления) при якорной стоянке судна путем изменения (уменьшения) угла α её провисания в точках с помощью вытравливания дополнительных смычек якорь-цепи в воду до касания якорь-цепи о грунт и образования самой низшей её точке М горизонтального участка.

Литература:

  1.  Зайцев В.В. и др. Проектирование общесудовых устройств. Николаев. ИЛИОН. 2004 -270 с.
  2.  Александров М.Н. и др. Судовые устройства. Справочник. Ленинград . Судостроение. 1987 -656с.

Работу выполнил(а):

Студент(ка) группы___________

«___»_________200    г.              _______________________________________

Фамилия, имя, отчество

Разработка: Зинкин В.Н.

Компьютерная верстка: Стоян В.А


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

24479. Эволюция психики в филогенезе. Стадии развития психики 28.5 KB
  Эволюция психики в филогенезе. Стадии развития психики. Развитие психики в филогенезе это качественные изменения психики происходящие в рамках эволюционного развития живых существ обусловленные усложнением их взаимодействия с окружающей средой. Леонтьева объективным критерием психики является способность организма реагировать на биологически нейтральные абиотические свойства внешней среды.
24480. Бихевиоризм и необихевиоризм.Теория оперантного бихевиоризма 47 KB
  Предмет бихевиоризма или поведенческой психологии поведение которое понималось как совокупность реакций индивида на стимулы внешней среды. Основная задача бихевиоризма по Уотсону заключается в накоплении наблюдений над поведением человека для того чтобы в каждом данном случае при данном стимуле психолог мог предсказать какова будет реакция или если дана реакция какой ситуацией данная реакция вызвана...
24481. Психоаналитическое направление в психологии 42.5 KB
  Структура личности по Фрейду состоит из трех компонентов Ид Оно Эго Я и Суперэго СверхЯ. Задача Эго адаптация к воздействиям со стороны Ид и к требованиям окружающей реальности. Суперэго включает моральные запреты нормы традиционные ценности и идеалы общества. Инстинкты содержащиеся в Ид диктуют человеку желания которые входят в противоречия с содержанием Суперэго вызывая внутренний конфликт и трудно переносимое личностью состояние тревоги.
24482. Гештальтпсихология. Описание эмпирических методов 38.5 KB
  Gestalt целостная форма образ структура является основным в гештальтпсихологии и выступает в качестве единицы анализа сознания и психики которое обозначает целостные несводимые к сумме своих частей образования сознания. Непосредственное начало гештальтпсихологии положено проведёнными М. Согласно гештальтпсихологии в случае совпадения этих структур наступает момент инсайта озарения и возникшая задача оказывается решенной. Объяснение этой зависимости выводило за рамки исходных принципов гештальтпсихологии и резко подчеркнуло...
24483. Культурно-историческая психология. Индивидуальность 35 KB
  Культурноисторическая психология. Культурноисторическая концепция разрабатывалась Выготским и его школой Леонтьев Лурия Эльконин Запорожец и др. Согласно культурноисторической концепции в психическом развитии существует как бы две переплетенных линии. Для проверки основных положений культурноисторической теории Выготским с сотрудниками была разработана методика двойной стимуляции с помощью которой моделировался процесс знакового опосредствования прослеживался механизм вращивания знаков в структуру психических функций ...
24484. Гуманистическая психология 45.5 KB
  Возникнув как противостоящая традиционному психоанализу и бихевиоризму и испытывая сильное влияние экзистенциальной философии гуманистическая психология выдвигала свои идеи в понимании природы человека: Целостный подход к личности которую нельзя разложить на отдельные элементы рефлексы когнитивные процессы фиксации и проекции и т. внимание к индивидуальным особенностям каждой личности. Важнейшими характеристиками личности являются свобода в принятии решений самостоятельность и опора на себя независимость от внешних факторов ...
24485. Когнитивная психология 42 KB
  cognitio знание познание одно из ведущих направлений современной зарубежной психологии изучающее структуру и протекание познавательных процессов человека. как реакция на характерное для бихевиоризма отрицание роли психических процессов и их структурной организации в деятельности человека. Исследования во многом основывались на компьютерной метафоре аналогии между преобразованиями информации в вычислительном устройстве и осуществлением познавательных процессов у человека. В дальнейшем центральными стали вопросы организации...
24486. Механизмы психологической защиты и совладающее поведение 52 KB
  Механизмы психологической защиты и совладающее поведение. Фрейд первый приступивший к проблеме механизмов психологической защиты трактовал их как форму разрешения конфликта между бессознательными влечениями и интериоризованными социальными требованиями или запретами. В дальнейшем в результате многочисленных исследований проведенных прежде всего в рамках клинической практики были выделены различные виды механизмов психологической защиты. К механизмам психологической защиты относятся: Вытеснение это механизм психологической защиты...
24487. Чувствительность и её изучение. Психофизические законы 46.5 KB
  Абсолютная чувствительность определяется абсолютным порогом ощущений. Нижний абсолютный порог ощущений это минимальная величина действия раздражителя на органы чувств в результате которого возникает ощущение. Верхним абсолютным порогом ощущений называется максимальная сила раздражителя при которой еще возникает адекватное действующему раздражителю ощущение. Для каждого вида ощущений существуют свои пороги.