Понятие об общей и местной прочности корпуса судна и ее контроле в процессе эксплуатации

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-

39

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.

40

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.

41

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

42

Рис.2.4.Диаграммаконтроляпродольнойпрочности

43

Затем определяются: сумма положительных моментов М» части статей дедвейта, расположенных в нос от мидель-шпангоута, осадки носом и кор-мой, а также дифферент

Далее по диаграмме рис. 2.4 на горизонтали, соответствующей нулевому дифференту судна, откладывается величина Dw, затем по наклонной прямой находится точка для данного дифферента и из нее восстанавливается верти-каль, на которой откладывается сумма моментов М» и ставится точка А. Если она расположена в зоне между линиями «Опасно — прогиб в рейсе» и «Опасно — перегиб в рейсе», то продольная прочность корпуса судна счита-ется достаточной.
Если же точка А находится за пределами этих линий, но между линиями «Опасно — прогиб на рейде» и «Опасно — перегиб на рейде», то прочность достаточна для производства грузовых операций на рейде.
Так же — для операций в порту.
Положение точки А на диаграмме определяет также и величину стрелки прогиба или перегиба корпуса судна.
Оценка прочности с помощью диаграммы контроля прочности требует, как это видно, некоторых затрат времени.
Весьма просто такая оценка выполняется с помощью приборов типа ста-лодикаторов. Это, например, приборы Рольстона английской фирмы «Кель-вин и Хьюз», шведской фирмы «Гётаверкен», польский прибор «Перкоз», отечественные приборы «Д50», УПВЗОС и другие.
Указанные приборы выпускаются в многочисленных модификациях, ко-торые отличаются по числу контролируемых параметров и характеристик в соответствии с типом судна и его спецификой.
Подробно описывать каждый из приборов не имеет смысла, поскольку все они снабжены инструкциями по работе с ними.
Для примера приведем общие сведения о сталодикаторе «Д50», принци-пиальной основой которого является применение малой ЭВМ, а не модели-рование нагрузки судна с помощью электрической схемы (как у шведских и английских приборов).
«Д50» вычисляет дедвейт, осадки носом и кормой, метацентрическую высоту, изгибающие моменты и перерезывающие силы на тихой воде и на волнении (в процентах от допустимых пределов). Результаты вычислений выводятся на дисплей и печатаются на ленте из электрочувствительной ме-таллизированной бумаги.
Программа для расчетов и исходные данные по судну хранятся в запо-минающем устройстве прибора постоянно. Для ввода масс отдельных статей нагрузки, их координат центров тяжести и поправок на свободные поверхно-сти жидкостей служат цифровые клавиши. Если центры тяжести оператором

44

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.

Рассказать друзьям

Опубликовать в Google Buzz
Опубликовать в Google Plus
Опубликовать в LiveJournal
Опубликовать в Мой Мир
Опубликовать в Одноклассники

Добавить комментарий

Найти готовую работу