Чем достигается обеспечение продольной прочности судна
Обновлено: 28.05.2024
Прочность корпуса — его способность противостоять воздействию внешних усилий без нарушения целостности и формы как всего корпуса в целом, так и его отдельных конструкций, конструктивных узлов и элементов.
Местная прочность — способность противостоять силам, действующим в пределах лишь отдельных конструктивных элементов, таких как участки палуб, платформ, переборок, настила второго дна, крышек люков грузовых трюмов, находящихся под действием сил веса грузов, льда, давления забортной воды.
Общая продольная прочность — способность противостоять силам, действующим на корпус, условно представляемым пустотелой, удлиненной трубчатой балкой, покоящейся на упругом сплошном основании. При этом рассматриваются лишь силы, действующие в вертикальной продольной плоскости.Деформации вэтойплоскости вызываютобщийпродольныйизгиб.
Если средняя часть длины судна нагружена больше, чем его оконечности, то корпус испытывает прогиб, при котором верхняя палуба оказывается сжатой, а днище растянутым.
Если же оконечности нагружены больше, чем средняя часть, то корпус испытываетперегиб,итогдапалубаоказываетсярастянутой,аднищесжатым.
В процессе проектирования судна местная и общая продольная проч-ность рассчитываются раздельно.
В условиях эксплуатации контроль и проверка местной прочности вы-*у
полняется по допустимым нагрузкам Рдоп, т/м . Их нормы для верхней палубы, нижерасположенных палуб и платформ, настилов второго дна, а также люковых крышек трюмов и твиндеков приводятся в Информации об остой-чивости и прочности.
При расчете общей продольной прочности учитываются силы веса всех элементов самого корпуса, установленных на судне механизмов, аппаратов, устройств, систем трубопроводов и кабельных трасс, судовых запасов топлива, смазочных масел, пресной воды, балласта забортной воды, перевозимых судном грузов и противодействующие им вертикальные составляющие сил давления воды на наружную обшивку корпуса.
Алгебраическая сумма всех указанных сил составляет нагрузку корпуса -балки.
Из-за непрерывного изменения сил давления воды в процессе движения судна на взволнованном море распределение нагрузки по его длине постоянно меняется. Поэтому для упрощения расчетов принимается допущение, со-стоящее в том, что наиболее неблагоприятными считаются такие два поло-
жения судна относительно волны, длина которой точно равна расчетной длине судна:
мидель-шпангоут располагается на подошве волны, т.е. корпус испытывает прогиб; > г А \
мидель-шпангоут располагается на вершине волны, т.е. корпус испытывает перегиб.
Найдя с учетом указанного допущения характер распределения нагрузкипо длине судна, далее, как и в сопротивлении материалов, определяются за-кономерности изменения по длине судна-балки внутренних силовых факторов, т.е. изгибающих моментов М и перерезывающих (поперечных) сил 2, а также их численные значения. Эти закономерности представляются в виде эпюр, форма которых приведена на рис. 2.1.
Построенные эпюры позволяют определить, в какихпоперечных сечениях корпусадействуютнаибольшиеизгибающиемоментыиперерезывающиесилы.
Многократно проводимые расчеты продольной прочности корпусов су-дов разных типов показывают, что Мтах действуют в районе мидель-шпангоута, a Qmax — в поперечных сечениях, удаленных от штевней на рас-стояния четверти длины судна.
При этом прогиб или перегиб определяются знаком изгибающего мо-мента.
По найденным численным значениям Мтахи Qmax легко подсчитать нормальные и касательные напряжения в любых точках опасных поперечных сечений корпуса судна по формулам
где J — момент инерции опасного поперечного сечения;
S — статический момент продольных связей (балок) поперечного сечения относительно его нейтральной оси; t — суммарная
толщина продольных балок на том горизонтальном
уровне, где определяются касательные напряжения; z — расстояние продольных балок, пересекающих опасное поперечное сечение, от его нешральной оси.
При z = znajl и z = 2днища из формулы ясно видно, что наибольшие нор-мальные напряжения возникают в верхней палубе и днище. Их снижения можно добиться, увеличив знаменатель, т.е. момент инерции сечения. А так как по определению это есть сумма произведений площадей поперечных се-чений продольных связей на квадраты расстояний их центров тяжести от нейтральной оси поперечного сечения судна, то существенного увеличения момента инерции можно достичь, увеличив количество продольных балок и по днищу под верхней палубой, как это показано на рис. 2.2 и рис. 2.3, заим-ствованных в [2] (см. продольные ребра жесткости, вертикальный киль, дни-щевые стрингеры, карлингсы).
Из краткого рассмотрения схемы расчета общей продольной прочности видно, что эта задача весьма сложная и трудоемкая и в судовых условиях практически неразрешимая.
В процессе эксплуатации судов их прочность контролируется либо по специальным диаграммам контроля прочности, подобным приведенной на рис. 2.4, либо с помощью приборов типа сталодикаторов.
По диаграмме, которая обычно приводится в Информации об остойчи-вости, можно проверить прочность для любого состояния нагрузки судна и в любых условиях его эксплуатации, т.е. при стоянке в порту, на рейде, или в процессе рейса.
Проверка производится следующим образом. В таблице нагрузки судна (см. табл. 4.1) подсчитываются все статьи дедвейта Dw, т, т.е. запасы топли-ва, смазочного масла, пресной воды, принятого балласта забортной воды и перевозимого груза.
Рис. 2.2. Конструкция днищевого перекрытия сухогрузного судна, набранного по продольной системе
1 — обшивка борта; 2 — шпангоут; 3 — приподнятый крайний междудонный лист;4 -стойка поперечной переборки; 5 — полотно поперечной переборки; 6 — сплошной флор свертикальными стойками накаждойпареребержесткости;7- скуловаякница;8 -вертикальный киль;9- продольныеребражесткости; 10- днищевый стрингер
Рис. 2.3. Конструкция перекрытия верхней палубы сухогрузного судна. набранного по продольной системе
1 — продольные ребра жесткости; 2 — рамный бимс; 3 — палубный настил; 4 -ширстрек; 5 — комингс-карлингс; 6 — палуба твиндека; 7 — поперечная переборка
не вводятся, по ЭВМ считает их расположенными в геометрическом центре помещения или танка.
Проверка остойчивости выполняется как при малых, так и больших углах крена.
Количество клавишей для управления прибором может меняться в зави-симости от заказа судовладельца.
Рабочими единицами измерения являются метрические тонны и метры. Масса прибора 9 кг, потребляемая мощность 45 Вт, питание от судовой
сети переменного ока напряжением 220 или 110 В.
Размещение груза по грузовым помещениям необходимо производить пропорционально их вместимости и равномерном распределении запасов топлива, масла и воды.
При составлении грузового плана хотя бы приближенно (точно определяется при проектировании) необходимо оценить величину возникающего изгибающего момента на тихой воде. Это важно для крупнотоннажных судов (L>80 м) при неравномерной загрузке по длине. Величину изгибающего момента можно определись по формуле
Мизг = Мп + Мгр + Mсп
где Мп - изгибающий момент от сил тяжести судна порожнем; Мгр - изгибающий момент от сил грузов и запасов; Мсп - изгибающий момент от сил поддержания.
Величину момента можно уменьшить путем перемещения грузов: при перегибе - из оконечностей к
середине, а при прогибе - от середины к оконечностям.
а) Изгибающий момент от сил тяжести судна порожнем вычисляют по формуле Мп = kn*Do*L;
где Do - водоизмещение судна порожнем, т;
L - Длина судна между перпендикулярами, м;
kn - численный коэффициент
| Тип судна | Коэффициент |
| Грузовые с машинным отделением в корме (сухогрузные и танкеры) Грузовые с машинным отделением в средней части Грузопассажирские с машинным отделением в средней части | 0,126 ОД 0,0975 |
b) Составляющую изгибающего момента от сил грузов и запасов Мгр вычисляют как половину
арифметической суммы моментов грузов относительно миделя слева и справа от него.
c) Составляющую изгибающего момента от сил поддержания Mсп определяют по формуле Mсп = - KспDL ;
где D- водоизмещение судна при расчетном состоянии нагрузки, т;
L - Длина судна между перпендикулярами, м;
Kсп- численный коэффициент, равный при коэффициенте продольной полноты 0,5; 0,6; 0,7; 0,8
соответственно 0,0772-0,0845; О/Ш; 0,1016.
Абсолютную величину изгибающего момента, необходимо сопоставить с нормативной величиной
изгибающего момента на тихой воде, определяемой согласно действующим Правилам Регистра, по формуле
где В - ширина судна, м;
Ко - численный коэффициент;
Поэтому, учитывая безаварийную практику эксплуатации этих судов, можно допустить превышение абсолютной величины момента, определяемого по формуле, над его нормативной величиной не более чем на 20%.
На диаграмме по оси абсцисс отложен водоизмещение судна D, а по оси ординат — сумма моментов, которую вычисляют в таблице загрузки судна, суммируя только положительные моменты Мх. Ограничительные кривые построены для трех условий плавания судна: на тихой воде в порту, ограниченного волнения на рейде, наиболее неблагоприятного волнения в рейсе. При их расчете учтены дополнительные изгибающие моменты, действующие на корпус судна на волнении.
Для учета влияния дифферента на величину составляющей изгибающего момента от действия сил поддержания в нижней части диаграммы нанесены кривые постоянных значений дедвейта и постоянных дифферентов. Пунктирными линиями на диаграмме показаны кривые постоянных значений стрелок прогиба f.
При проверке прочности корпуса, в таблице загрузки судна по заданному грузовому плану рассчитывают дедвейт и сумму моментов М н х. После определения параметров посадки в нишей части диаграммы отмечают точку пересечения кривых, соответствующих рассчитанным дедвейту и дифференту судна, и через нее проводят вертикальную линию. На оси ординат откладывают М н х и через полученную точку проводят горизонталь. Точка пересечения вертикали с горизонталью характеризует напряженное состояние корпуса. Для оперативного расчета и контроля параметров прочности и других мореходных качеств судна разработаны различные технические средства.
Международный Свод Сигналов
Первое издание Международного Свода сигналов (ММС -1965) на русском языке вышло в свет в 1969 году. Второе издание подготовлено на основе издания 1969 года, в которое включены все дополнения и изменения, принятые Комитетом по безопасности на море ММКО за период с 1969 г. по 1980 г. Международный Свод сигналов предназначен для связи различными способами и средствами в целях обеспечения безопасности мореплавания и охраны человеческой жизни на море, особенно в случаях, когда возникают языковые трудности общения. При составлении Свода было принято во внимание, что широкое применение радиотелефона и радиотелеграфа позволяет всегда, когда отсутствуют языковые трудности, осуществлять простую и эффективную связь открытым текстом. Сигналы, используемые в Своде, состоят из:
b) двухбуквенных сигналов, составляющих Общий раздел;
c) трехбуквенных сигналов, составляющих Медицинский раздел и начинающихся с буквы М.
- флажная сигнализация; применяемые флаги приведены в начале и конце книги;
- световая сигнализация с использованием знаков Морзе;
- звуковая сигнализация с использованием знаков Морзе;
- связь голосом через мегафон или любое другое усилительное устройство;
- сигнализация знаками Морзе с помощью флажков или руками.
Все сигналы, передаваемые с судна, считаются исходящими от капитана, а поступающие на судно -
Опознавание производится с помощью позывных, которые распределяются между странами на основе
международной договоренности. Поэтому позывной может служить для определения государственной
принадлежности морского или воздушного судна.
Позывные могут быть использованы для двух целей:
1) при обращении или вызове станций;
2) при необходимости указать станцию или упомянуть ее в процессе переговоров.
МСС предусматривает сигналы: бедствия - аварии, несчастные случаи, повреждения, средства навигационного оборудования, маневрирование, метеорология - погода, система установления путей, связь, международные правила здравоохранения, медицинская помощь.
На корпус судна действуют временные и постоянные силы. К временным необходимо отнести силы, возникающие во время качки судна на взволнованной поверхности воды: силы инерции масс судна и силы сопротивления воды. К постоянным относятся статические силы, вес судна и давление воды на погруженную часть корпуса — силы поддержания. Силы, действующие на судно, плавающее на тихой воде, несмотря на равнодействующие их равенство, по длине корпуса распределяются неравномерно. Силы поддержания, распределяются по длине соответственно погруженному в воду объему корпуса и характеризуются формой строевой по шпангоутам. Силы же веса распределяются по длине корпуса в зависимости от расположения его элементов, таких, как мачты, переборки, механизмы, надстройки, установки, грузы и т. п. Получается так, что на одном участке по длине корпуса силы поддержания преобладают над силами веса, а на другом — наоборот.
Изгиб корпуса судна, вызванный неравномерным распределением действующих на него сил. 1 — кривая сил веса; 2 — кривая сил поддержания.
От неравномерного распределения по длине корпуса сил веса и сил поддержания возникает общий продольный изгиб корпуса судна. Максимального значения эти силы достигают тогда, когда судно идет курсом, перпендикулярным направлению волны, длина которой равна длине судна. При прохождении вершины волны у миделя, в средней части корпуса образуются избыточные силы поддержания с недостатком их в оконечностях.
От неравномерного распределения сил поддержания в этом случае получается перегиб корпуса (а). Через короткий промежуток времени судно переходит на подошву волны, при этом избыток сил поддержания перемещается к оконечностям, отчего возникает прогиб корпуса (б). Вследствие качки судна, возникшей на волнении, на корпус действуют силы инерции, оказывающие на него дополнительное воздействие, а во время плавания с большой скоростью против крупной встречной волны при ударе днищевой частью носовой оконечности о воду (явление слеминга) возникают дополнительно ударные или динамические нагрузки.
Понятие прочности судна
Прочностью судна называется способность его корпуса не изменять своей формы и не разрушаться под действием временных и постоянных сил. Различают общую и местную прочность судна.
Общей продольной прочностью корпуса судна называется его способность выдерживать действие внешних сил, приложенных по длине.
Общая прочность судна обеспечивается водонепроницаемой оболочкой, которой служит обшивка и верхняя палуба, настил других палуб, продольные переборки с подкрепляющими их конструкциями и всеми конструктивными связями, имеющими длину больше высоты борта.
Местной прочностью корпуса называется способность его отдельных конструкций противостоять дополнительному воздействию сил: главным образом давлению забортной воды и сосредоточенным нагрузкам.
Для обеспечения местной прочности отдельных конструкций предусматривают их специальное местное подкрепление.
Кроме прочности, конструкции судна должны обладать также устойчивостью, т. е. они не должны изменять своей формы под действием сжимающих усилий (например, не должно происходить выпучивания палуб, изгиба переборок и т. п.). Для обеспечения необходимой устойчивости конструкций на них устанавливают дополнительные ребра жесткости или другие какие-либо подкрепления.
Расчет общей прочности судна сводится к определению размеров его прочных связей и вычислению внутренних напряжений, возникающих в них под действием приложенных сил. Если возникающие напряжения не превосходят допускаемых для данного материала, то прочность судна обеспечена; если же -наоборот, то следует увеличить размеры связей и вновь произвести расчет прочности. Для такого расчета необходимо знать момент сопротивления поперечного сечения посредине длины корпуса судна.
В строительной механике корпус принимается как пустотелая составная балка сложной конструкции. Расчет такой балки сводится к вычислению момента сопротивления так называемого эквивалентного бруса , представляющего собой условную составную балку, отдельные части которой имеют площадь и расположение по высоте, аналогичные соответствующим элементам прочных связей корпуса, участвующим в обеспечении продольной прочности судна. Приближенно наименьшее значение момента сопротивления определяется по формуле
где η – коэффициент утилизации площади сечений, равный 0,5- 0,55;
F – площадь сечения продольных связей;
Н – высота борта судна. Внутренние напряжения бвн при изгибе балки, как известно, находят по формуле
где М – наибольший изгибающий момент по длине судна. Изгибающий момент зависит от водоизмещения и длины судна и выражается зависимостью
где k – коэффициент пропорциональности, изменяющийся в пределах от 20 до 40 в зависимости от типа судна.
определение общего изгибающего момента и перерезывающих сил;
определение момента сопротивления в сечениях, где действуют наибольший изгибающий момент и перерезывающие силы;
определение момента инерции для обеспечения жесткости судна по отношению изгиба.
9.1 Изгибающие моменты и перерезывающие силы на тихой воде
Изгибающий момент на тихой воде образуется за счет того, что силы тяжести и силы поддержания распределены по длине судна неодинаково.
Изгибающие моменты и перерезывающие силы на тихой воде определяются интегрированием нагрузки по длине судна.
Наибольшие изгибающие моменты, как правило, действуют на мидель – шпангоут.
Наибольшие перерезывающие силы, как правило, возникают на четверти длины судна, считая от носа и до кормы.
Изгибающий момент (при расположении МО в корме) в проекте допускается рассчитывать по приближенной формуле
гдеk– коэффициент момента, зависящий от формы и размеров судна. Приближенное значение k = 49 (для сухогрузов) [9],
подставляя значения, получим
Максимальное значение перерезывающей силы V,кН, определяем по формуле:
подставляя значения, получим
Судно в полном грузу испытывает прогиб.
9.2 Изгиб судна на волнении
Расчет ведем уже с учетом редукционного коэффициента .
Волновой изгибающий момент ,кНм, действующий в вертикальной плоскости в районе мидель – шпангоута определяется по формулам:
при перегибе судна
подставляя значения, получим
при прогибе судна
подставляя значения, получим
Волновая перерезывающая сила , кН, в районе мидель – шпангоута определяется по формулам:
где – коэффициент, зависящий от сечения. ;
подставляя значения, получим
где ;
подставляя значения, получим
9.3 Ударный изгибающий момент
Ударный изгибающий момент возникает при ударе волн в развал бортов. Они определяются только для судов длиной > 100 м до 200 м.
Так как мое судно имеет длину L=60 м, то расчет ударного изгибающего момента не производится.
Читайте также: