Понятие о прочности корпуса и системах набора
Корпус судна представляет собой сложное инженерное сооружение, подверженное действию многих сил, из которых важнейшими являются силы тяжести и силы поддержания. Под действием этих сил корпус в целом и его отдельные элементы деформируются.
Силы тяжести и силы поддержания распределены по длине судна неравномерно. Неравномерность распределения сил поддержания резко возрастает, когда судно находится на взволнованной поверхности и может занимать различные положения по отношению к волне (рис. 1). В одном случае середина судна совпадает с гребнем волны и значительно погрузится в воду, а его оконечности выйдут из воды, в другом, наоборот, нос и корма будут находиться на гребнях волн и погрузятся в воду, в то время как середина, совпадающая с подошвой волны, оголится. В первом случае силы поддержания в основном будут действовать посередине длины судна, а во втором – в оконечностях.
Неравномерность распределения сил тяжести и сил поддержания вызывает деформацию общего изгиба, в результате чего судно может разломиться.
Способность судна сопротивляться общему изгибу называется общей – продольной прочностью.
Под действием сил давления воды, которые в каждой точке направлены нормально к судовой поверхности, судно будет изменять форму поперечного сечения, т. е. борта и днище будут прогибаться внутрь судна. Способность судна сопротивляться изменению формы поперечного сечения называется поперечной прочностью.
Внешние силы, действуя непосредственно на отдельные элементы судового корпуса, вызывают их местную деформацию. Поэтому корпус судна должен также обладать местной прочностью.
Кроме достаточной прочности, корпус судна во всех случаях эксплуатации должен обладать водонепроницаемостью, которая обеспечивается оболочкой, образованной наружной обшивкой и настилом верхней палубы. Для обеспечения жесткости оболочка с внутренней стороны подкрепляется набором – продольными и поперечными балками. Система набора определяется направлением большинства балок и бывает поперечная продольная и комбинированная.
При поперечной системе набора (рис. 2, а) оболочка подкрепляется в основном поперечными балками, идущими под палубой, по бортам и днищу. Поперечные балки, соединяясь между собой, образуют так называемые шпангоутные рамки, которые устанавливают по всей длине судна на расстоянии 500-800 мм друг от друга. Это расстояние между балками поперечного набора называется шпацией.
При такой системе набора с часто поставленными шпангоутными рамками хорошо обеспечивается поперечная прочность, что особенно важно для коротких и широких судов. Продольная прочность в этом случае обеспечивается наружной обшивкой и настилом палуб.
Но при увеличении размеров судов, особенно их длины, для обеспечения общей продольной прочности необходимо либо значительно увеличить толщину обшивки, либо устанавливать продольные балки так как тонкая обшивка, не подкрепленная продольными балками, будет выпучиваться между поперечным набором.
При продольной системе набора (рис. 2, б) оболочка подкрепляется продольными балками, идущими по днищу, бортам и под палубой.
Большое число продольных балок позволяет с наименьшей затратой материала обеспечить общую продольную прочность, так как балки, с одной стороны, сами принимают участие в общем изгибе судна, а с другой – повышают устойчивость обшивки и тем самым улучшают условия ее работы. Для обеспечения поперечной прочности в этой системе набора поперечные переборки устанавливают чаще, чем при поперечной системе (или используют для той же цели рамные шпангоуты). Это приводит к уменьшению длины судовых помещений и тем самым ограничивает область применения продольной системы набора, в частности она не нашла широкого применения для сухогрузных судовСпециализированные суда для перевозки сухих грузов.
При комбинированной системе набора (рис. 2, в) указанных недостатков как одной, так и другой системы набора можно избежать. При этой системе набора днище и палубу выполняют по продольной системе, а борта – по поперечной. При такой комбинации систем бортовые шпангоуты хорошо обеспечивают поперечную прочность без уменьшения длины судовых помещений, а продольные балки днища и палубы – продольную прочность при наименьшей затрате материала.
Рекомендуется к прочтению:
Парусные работы
Судостроительные материалы
