Designing of ship shafts made of polymer composite materials

В работе предложены процедуры для выполнения проектировочного расчета судовых валов из полимерных композиционных материалов. Рассматривалась цилиндрическая оболочка, являющаяся основным телом промежуточного судового вала. Она сформирована из пакетов монослоев, состоящих из армирующего волокна и связующей матрицы. Определяющей нагрузкой на судовой вал принят крутящий момент. Заданы ограничения на параметры напряженно-деформированного состояния, характеризующие формы отказов для оболочки в целом и пакета монослоев. Получены аналитические зависимости, связывающие параметры проектирования с крутильной жесткостью, касательными напряжениями потери устойчивости оболочки и нормальными напряжения в волокне. При заданных характеристиках материала проектирование сведено к определению радиуса и толщины оболочки вала. Выполнена серия проектировочных расчетов, различающихся типом активных ограничений. Полученные варианты проектирования проанализированы с помощью метода конечных элементов. Произведена проверка удовлетворения всех ограничений. Предложены условия проектирования, обеспечивающие приемлемые варианты проектов валов из ПКМ. The paper proposes procedures for performing the design calculation of ship shafts made of polymer composite materials. The cylindrical shell, which is the main body of the intermediate ship shaft, was considered. It is formed from packages of monolayers consisting of a reinforcing fiber and a binding matrix. The determining load on the ship's shaft is assumed to be the torque. Restrictions are set on the parameters of the stress-strain state that characterize the failure forms for the shell as a whole and the monolayer package. Analytical dependences linking the design parameters with torsional stiffness, tangential stresses of the shell loss of stability and normal stresses in the fiber are obtained. With the specified material characteristics, the design is reduced to determining the radius and thickness of the shaft shell. A series of design calculations, differing in the type of active constraints, has been performed. The obtained design options are analyzed using the finite element method. The check of satisfaction of all restrictions is made. The design conditions that provide acceptable variants of shaft designs from PCM are proposed.