УДК 639.2.081.117
АЛГОРИТМ РАСЧЁТА СИЛОВЫХ И ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОСТРАНСТВЕННЫХ СЕТЕЙ
Д. А. Володько
Приведён алгоритм расчёта геометрических и силовых характеристик пространственных сетей.
алгоритм, эксперименты, силовые, геометрические характеристики, пространственная сеть
Необходимость в расчете пространственных сетей (ПС) определяется практической потребностью проектировщиков в определении координат подбор и действующих сил в орудиях рыболовства (ставного подвесного невода, закидного невода, ставных и плавных сетей). Такой расчёт может базироваться на экспериментальных исследованиях силовых и геометрических характеристик в гидроканале [1,2]. Для решения такой задачи необходимо иметь возможность рассчитывать форму сети, ее сопротивление и характер распределения сил по подборам (рис. 1). Алгоритмизация процесса расчёта геометрических и силовых характеристик пространственных сетей необходима для создания компьютерной программы, которая позволит проектировщикам сократить временные и финансовые затраты на проектирование сетных орудий рыболовства.
Рис. 1. Форма разноглубинной ПС и действующие силы
Эксперименты с сетными конструкциями проходили в гидроканале (г. Калининград) [2] в два этапа. На первом - эксперименты проходили с ПС, у которых верхняя и нижняя подборы были прямолинейны. Конструктивные характеристики моделей сетей приведены в табл. 1.
Таблица 1. Конструктивные характеристики моделей сетей
Модель | Диаметр нитей d, мм | Шаг ячеи а, мм | Длина сети L, м | Высота сети S, м | Площадь ниток Fн, м2 | Сплош-ность сети Fo | Вес в воде сети q, Н | Загрузка нижней подборы (вес в воде) G, Н |
1 | 1,2 | 30 | 1,5 | 1,7 | 0,26 | 0,102 | 0,3 | 0 - 5,75 |
2 | 2,0 | 200 | 1,44 | 1,86 | 0,08 | 0,03 | 0,1 | 0 - 2,3 |
3 | 2,0 | 30 | 0,99 | 1,4 | 0,161 | 0,13 | 0,24 | 2,3 - 3,45 |
Опыты с моделями сетей проводились в диапазоне скоростей 0,2 - 0,4 м/с с различными силовыми и геометрическими параметрами. Тензодатчики (предел измерений 10Н, ошибка 0,01Н) для измерения силы сопротивления ПС крепились к подборе, где она соединялась с оттяжками. Все измерения проводились тензометрической станцией MIC-200.
В 2010 г. проходили эксперименты с ПС, у которых верхняя и нижняя подборы представляли собой гибкие элементы (табл. 2).
Таблица 2. Конструктивные характеристики моделей сетей
Модель | Диаметр нитей d, мм | Шаг ячеи а, мм | Длина сети L, м | Высота сети S, м | Площадь ниток Fн, м2 | Сплош-ность Fo | Вес в воде q, Н |
4 | 2,1 | 30 | 1,2 | 0,85 | 0,146 | 0,14 | 0,8 |
5 | 1,1 | 55 | 1,3 | 0,86 | 0,045 | 0,04 | 0,43 |
Опыты с моделями ПС были проведены в диапазоне скоростей 0,2 - 0,5 м/с с различной загрузкой нижней подборы G (см. рис. 2).
На рис. 2 и 3 изображено: Rx1 - гидродинамическая сила сопротивления 1-й части ПС; Rx2 - гидродинамическая сила сопротивления 2-й части ПС; Ry1 - распорная сила 1-й части ПС; Ry2 - распорная сила 2-й части ПС; Rz1 - боковая сила 1-й части ПС; Rz2 - боковая сила 2-й части ПС; Q1 - плавучесть оснастки 1-й части верхней подборы ПС, Q1=QL1/L; Q2 - плавучесть оснастки 2-й части верхней подборы ПС, Q2=QL2/L, (Q=Q1+Q2) и (L=L1+L2); G1 - загрузка оснастки
1-й части нижней подборы ПС, G1=GL1/L; G2 - загрузка оснастки 2-й части нижней подборы ПС, G2=GL2/L, (G=G1+G2); q1 - вес 1-й части ПС в воде; q2 - вес 2-й части ПС в воде, (q=q1+q2); Tz - стягивающие усилие 1 - и 2-й сетных частей ПС; RxE1 - сила сопротивления оснастки 1-й части ПС; RxE2 - сила сопротивления оснастки 2-й части ПС; Lот - длина наклонной оттяжки; Lh - хорда верхней подборы ПС; h1 - вертикальная проекция 1-й части ПС; h2 - вертикальная проекция 2-й части ПС; hz1 - хорда 1-й части верхней подборы ПС; hz2 - хорда 2-й части верхней подборы ПС, (Lh=hz1+hz2); F1 - натяжение в 1-й наклонной оттяжке ПС; F2 - натяжение во 2-й наклонной оттяжке ПС; S – высота сети; L – длина сети; Lm - расстояние между креплениями наклонных оттяжек (между «мертвыми» якорями); H - расположение верхней подборы ПС; δ1 - угол наклона 1-й наклонной оттяжки к плоскости OXZ; δ2 - угол наклона 2-й наклонной оттяжки к плоскости OXZ; θ1 - угол наклона 1-й наклонной оттяжки к плоскости OXY; θ2 - угол наклона 2-й наклонной оттяжки к плоскости OXY.
Рис. 2. Форма ПС с гибкими подборами и действующие силы
Обработка экспериментальных данных выполнялась по схеме, приведенной в [3]. На основании показаний тензодатчиков определены значения сил сопротивления Rx пространственных рыболовных сетей. С помощью формулы (1) определены значения коэффициентов сопротивления ПС:
. (1)
Рис. 3. Форма ПС с гибкими подборами и действующие силы в плоскости OYX
На основании результатов обработки характеристик ПС, зависимости l=f(k), w=f(k) имеют вид [1]:
; (2)
. (3)
Отметим, что при условии b=00 ® k=c.
Получены эмпирические зависимости (2) и (3), связывающие силовые и геометрические характеристики пространственных сетей в диапазоне характеристик: 10£Re; 0,004£Fo£0,165; 0,1£h1/S1£0,98; 0,05£l1/S1£0,85; 0,1£h2/S2£0,98; 0,05£l2/S2£0,85; 0,2£χ1£3,5; 0,2£χ2£3,5; 0,1£κ£2,1. Ошибка аппроксимирующих зависимостей составляет не более 8%.
На рис. 4 приведен алгоритм расчета геометрических и силовых характеристик пространственных сетей, разработанный по итогам теоретических и экспериментальных исследований [2].
Алгоритм расчета позволяет:
- определить сопротивление пространственной рыболовной сети Rx;
- определить глубину погружения подбор сети H
,H ;
- рассчитать натяжение в оттяжках F, F ;
- определить плавучесть оснастки верхней подборы сети Q, необходимую для эффективной работы ставных сетей;
- определить загрузку оснастки нижней подборы сети G, необходимую для эффективной работы ставных сетей;
- определить держащую силу якорей, необходимую для безаварийной работы ставных разноглубинных сетей и в результате подобрать якоря.
|
 |
 |
Алгоритмизация расчёта геометрических и силовых характеристик пространственных сетей определяется потребностью проектировщиков в сокращении материальных и временных затрат для создания новых орудий рыболовства.
Список использованНЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. А. Метод расчета силовых и геометрических характеристик ставных сетей. Физическое и математическое моделирование ставных сетей
// Известия ТИНРО. - Владивосток. - 2008. - Т. 154.- С. 295-323.
2. А., А. Метод расчета силовых и геометрических характеристик пространственных рыболовных сетей // Известия ТИНРО. - Владивосток. - 2010. - Т. 159. – С. 157-160.
3. С. Введение в исследование операций: учебник.- М.: Изд-во
«Советское радио», 1964.
ALGORITHM FOR CALCULATION OF FORCE AND GEOMETRIC CHARACTERISITICS SPATIAL NETS
D. A. Volodko
Calculation algorithm is shown geometric and force characteristics of spatial networks.
algorithm, experiments, force, geometric characteristics, spatial network
Володько Дмитрий Александрович, аспирант кафедры промышленного рыболовства, e-mail: *****@***com
Калининградский государственный технический университет, 236000,
г. Калининград, Советский проспект, 1
Основные порталы (построено редакторами)