.

Принципы проектирования элементов днищевых конструкций в носовой оконечности

Элементы днищевых конструкций при проектировании судового корпуса должны быть достаточно крепкими для создания двойного дна, которое защищает от разлива жидких грузов.

Влияние изгиба и местного давления на предельную прочность пластин носовых днищевых перекрытий незначительно. Существенное влияние на несущую способность связей перекрытий оказывают кницы и бракеты, устанавливаемые в плоскости каждого бортового шпангоута, при продольной системе набора, а также у скулы, днищевых стрингеров и у вертикального или туннельного килей при поперечной системе набора бортовых перекрытий. На рис. 1 показаны бракеты, расположенные снаружи стенок туннельного киля между флорами при продольной системе, а на рис. 2 — один из таких флоров с туннельным килем, имеющим бракеты на каждом шпангоуте внутри.

Схема бракетов у туннельного судового киля
Рис. 1 Бракеты у туннельного киля:
1 — стенка киля; 2 — бракета; 3 — поясок; 4 — ребро; 5 — флор

Предельная прочность носовых днищевых перекрытий при ударах о воду определяется способностью отдельных пластин днищевых стрингеров, вертикального и туннельного килей воспринимать возникающие касательные напряжения. Нормальные же напряжения при оценке предельного состояния основного набора можно не учитывать из-за их малых значений.

Повреждения большинства конструкций судовых носовых днищевых перекрытий, которые возникают от ударов носом, свидетельствуют о недостаточной сдвиговой прочности и о решающем влиянии перерезывающих сил на несущую способность перекрытий. Подтверждением этому могут служить повреждения всего перекрытия на однотипных теплоходах «Оренбург» и «Ола», полученные от ударов носом. Замеры остаточных деформаций показали, что наибольшие деформации имели пластины флоров.

Судовой сплошной флор с туннельным килем
Рис. 2 Сплошной флор, чередующийся с бракетами туннельного киля

Отдельные пластины стенок основного листового набора перекрытий являются шарнирами. Для нахождения предельной величины перерезывающей силы, которую способна воспринять пластина-шарнир, необходимо иметь в виду, что она может потерять устойчивость до возникновения в ней напряжений, равных пределу текучести, а предельная несущая способность уменьшится из-за наличия в ней вырезов.

Таким образом, пластины, воспринимающие нагрузки в своей плоскости, могут быть разделены на две категории:

  • тонкие, теряющие устойчивость при напряжениях, меньших предела текучести;
  • толстые, для которых критическими напряжениями являются напряжения текучести.

Кроме больших вырезов в пластинах листового набора (лазов), которые необходимо, особенно в носовой оконечности, подкреплять, во флорах устраивают вырезы для прохода ребер жесткости днища и второго дна. Как показали исследования, такие вырезы уменьшают несущую способность пластин примерно на 10%. Однако это значение может заметно увеличиться, если не принять меры для облагораживания формы вырезов и их подкреплений с целью уменьшения концентрации напряжений. Вырезы для прохода ребер в районе действия ударных нагрузок при слеминге рекомендуется полностью заделывать.

Методы Конструкция и расчеты днищевых перекрытий в корпусе суднарасчета днищевых перекрытий должны учитывать специфическую форму ударной нагрузки, носящей местный характер, и нерегулярность конструкций в районе перехода днища в форпик или диптанк.

Прочность днищевых перекрытий, подвергающихся воздействию ударных нагрузок, зависит от многих причин, и прежде всего от:

  • толщины днищевых стрингеров и флоров;
  • расстояния между флорами и днищевыми стрингерами;
  • высоты двойного дна или диптанка и размеров вырезов-лазов в листовом наборе.

Туннельный киль в районе действия ударных нагрузок должен иметь конструкцию, обеспечивающую равнопрочность с соседними листовыми конструкциями двойного дна. Обнаружено, что при продольной системе набора вертикальные бракеты, устанавливаемые между флорами по стенкам киля (см. рис. 1), значительно повышают сдвиговую прочность ближайших к туннельному килю панелей флоров.

Рациональное конструктивное оформление носовых днищевых перекрытий, воспринимающих ударные нагрузки при слеминге, имеет важное значение, а из-за отсутствия контроля приборами внешних нагрузок возможны серьезные повреждения. Повышения надежности перекрытий пока приходится добиваться за счет увеличения прочности его элементов на основании данных о повреждениях, полученных во время эксплуатации.

Будет интересно: Наружная обшивка и подкрепляющий ее набор

Анализ результатов опыта эксплуатации судов в самых тяжелых условиях плавания позволил выработать несколько рациональных схем набора перекрытий, однако до сих пор ни одно классификационное общество не дает рекомендаций по применению той или иной Конструкция судового наборасистемы набора. Это вызвано тем, что в связи с быстрым увеличением за короткий период скорости судов первоначальные рекомендации по конструированию, разработанные в условиях отсутствия надежных расчетных методик и недостатка данных, касающихся точных значений действующих ударных нагрузок, не учитывали многих обстоятельств.

В последнее время установлено, что в зависимости от интенсивности нагрузок минимальную массу перекрытия можно получить при разных системах набора перекрытия:

  • при малых нагрузках более рациональна продольная система набора;
  • при больших — клетчатая.

Однако существует мнение о целесообразности применения поперечной системы набора. Определенную роль при выборе конструкции перекрытий в носу играют ремонтопригодность, удобство обслуживания и технологичность при постройке.

Исследования ДВПИ позволяют, используя простые зависимости, подбирать рациональную по массе и технологичности систему набора. В результате были разработаны графики, с помощью которых можно выбрать конструкции днищевого перекрытия с минимальной массой, зная систему набора и расчетную нагрузку (рис. 3).

График подбора системы набора носовых днищевых перекрытий
Рис. 3 Графики для выбора рациональной системы набора носовых днищевых перекрытий в зависимости от величины расчетных ударных нагрузок:
G — масса 1 м² перекрытия; q — интенсивность внешней нагрузки; А — продольная система набора; Б — поперечная система набора; В — клетчатая система набора

Они помогли установить, например, что при расчетных нагрузках более 3 МПа целесообразно использовать клетчатую систему набора, а при 1,5 МПа — продольную. В случае нагрузок с промежуточными значениями флоры рекомендуется ставить на каждом шпангоуте, а положение стрингеров подбирать путем проб, добиваясь минимальной массы перекрытия.

При проектировании днищевых перекрытий очень важно выбрать расположение и размеры вырезов-лазов в стенках листового набора. В настоящее время допускается вырезать в стенках отверстия с максимальными размерами, равными 0,4—0,5 высоты стенок. Вырезы делают во всех пластинах днищевых стрингеров и флоров. Следует иметь в виду, что при смещении центра конуса нагрузки по ширине перекрытия изменяется предельная прочность перекрытия вдоль флоров под действием ударных нагрузок (до 40%).

По мере перемещения от носового перпендикуляра в корму центр давления смещается от ДП к бортам и располагается в зоне минимальной прочности набора. Путем рационального размещения вырезов-лазов можно значительно увеличить предельную прочность отдельных участков днищевого перекрытия, работающего в условиях ударных нагрузок. Вырезы во флорах необходимо располагать в месте максимума расчетного давления. Если ширина днищевого перекрытия меньше размера основания эпюры внешней расчетной ударной нагрузки, то вырезы следует размещать ближе к килю.

Вырезы в пластинах днищевых стрингеров и флоров в районе действия ударных нагрузок необходимо подкреплять вертикальными и горизонтальными ребрами, идущими вдоль кромок вырезов. У вырезов-лазов в пластинах листового набора желательно их длинную сторону ориентировать по горизонтали. Это также облегчает перемещение людей в двойном дне.

Контейнеровоз для сухих грузов
Контейнеровоз для перевозки грузов на дальние расстояния
Источник: Pexels.com

Так как расчетные нагрузки по длине носовых перекрытий изменяются, требования к прочности отдельных элементов конструкций неодинаковы. Равнопрочности конструкций двойного дна можно добиваться за счет изменения толщины стенок флоров и стрингеров, оставляя постоянной систему набора перекрытия, а также за счет изменения системы набора и путем комбинирования этих двух приемов. Однако обычно меняют систему набора перекрытий.

В настоящее время при продольной системе набора флоры в носовой оконечности устанавливают через две шпации при днищевых стрингерах, расположенных на расстоянии 2,1 м друг от друга. При поперечной системе флоры должны стоять на каждом шпангоуте, а стрингеры — на таком же расстоянии, как при продольной системе набора. Иногда при поперечной системе набора дополнительно между стрингерами устанавливают полустрингеры (по одному с каждого борта), которые идут по днищевой обшивке на части высоты двойного дна. При поперечной усиленной системе расстояние между днищевыми стрингерами уменьшают до 1,4 м, а полустрингеры остаются. Наконец, при клетчатой системе все расстояния сохраняют такими же, как и при поперечной усиленной системе, но полустрингеры заменяют стрингерами полной высоты. Большинство классификационных обществ устанавливают поперечную и продольную шпации равными около 700 мм.

В последние годы в работах ученых уделялось большое внимание проектированию конструкций днищевых перекрытий в районе действия ударных нагрузок. Подробно были исследованы внутренние силы, возникающие при действии динамических нагрузок. Проанализировано влияние распора на работоспособность пластин в условиях динамического нагружения, их упругопластические деформации. Однако полностью не решены вопросы накопления остаточных деформаций при повторных нагружениях. Не ясно, как влияют поврежденные участки перекрытий на прочность прилежащих конструкций при деформациях пластин вместе с набором и какой эффект в этом случае производят эксплуатационные нагрузки при многократном воздействии.

Читайте также: Конструкция двойного дна в районе скулы в судовом корпусе

Как уже отмечалось, экспериментальные и теоретические исследования свидетельствуют о том, что повторные нагрузки на пластины и балки при наличии распора не вызывают прогрессирующего разрушения, т. е. не ведут к накоплению деформаций. Установлено, что при знакопеременном повторном воздействии одинаковой нагрузки деформации не увеличиваются. Это объясняется тем, что при циклическом нагружении в первом цикле пластины и балки приспосабливаются к ним, а в последующих циклах работают упруго. При возрастании нагрузки увеличиваются деформации, что вызывается только ростом нагрузки, а не многократным нагружением. Для оценки внешних нагрузок по замеренным деформациям можно использовать зависимости, полученные в предположении однократного действия этих нагрузок.

Результаты анализа деформаций, полученных корпусными конструкциями во время эксплуатации, обработанные соответствующими методами, — важный источник сведений для корректировки и усовершенствования положений Правил Регистра. Внешние нагрузки, определенные по размерам и форме остаточных деформаций, позволяют при ремонте назначать размеры конструкций, обеспечивающие их неповреждаемость в эксплуатации, и скорректировать требования Правил, предъявляемых к вновь проектируемым судам.

Сноски
Sea-Man

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Октябрь, 13, 2020 44 0
Читайте также