.

Оценка общей площади судов

Проектирование корпусов судов, удовлетворяющих требованиям прочности и долговечности, осуществляется методами обобщенного прототипа (правилами Российского Речного Регистра) и расчетными. В учебном пособии для стандартных судов внутреннего и смешанного плавания предлагается использовать Правила РРР. Расчет площади судна начинается еще на этапе проектирования, поэтому ошибки в исчислениях недопустимы.

В общем случае для оценки прочности судового корпуса решаются проблемы по определению внешних продольных нагрузок, внутренних усилий и необходимых запасов прочности. Связанные с проектированием конструкций расчеты носят проверочный характер.

Расчетные внешние нагрузки, действующие на корпус судна, представляются состоящими из двух частей: сил и моментов, действующих на тихой воде и дополнительных усилий на волнении. Волновое воздействие на судно реализуется в виде волновых нагрузок, изменяющихся с периодом, близким к периоду волн, ударов волн в днище и развалы бортов (слеминг), а также в виде волновой вибрации.

В расчетах общей прочности, когда корпус моделируется в виде пустотелой коробчатой балки, нагрузки представляются в виде интегральных характеристик – перерезывающих сил и изгибающих моментов. В частности, изгибающий момент представляется состоящим из изгибающих моментов на тихой воде, волнового и ударного. В Правилах РРР сумма волнового и ударного моментов называется дополнительным волновым моментом.

Читайте также: Конструкция судовых перекрытий

Суда внутреннего и смешанного плавания, в отличие от морских судов, подвергаются многочисленным эксплуатационным нагрузкам при посадке на мель, швартовке, шлюзовании, погрузке и выгрузке. При плавании в весенний – осенний период их корпуса подвергаются воздействию ледовых нагрузок.

По Правилам РРР за расчетные принимаются полные значения изгибающих моментов и перерезывающих сил при продольном изгибе путем суммирования моментов и сил на тихой воде и на волнении.

У речных низкобортных судов при L/H > 25 за счет изгиба корпуса существенно изменяются силы поддержания воды по длине судна, что приводит к уменьшению изгибающих моментов на тихой воде на 20-30 %.

Величина ударного изгибающего момента в большой степени зависит от осадки носом. Удары волн могут увеличить дополнительный момент на волнении в два раза. В связи с этим Правилами РРР ограничивается минимальная осадка носом для судов класса М-СП, М-ПР, О-ПР.

В частности, осадка носом судна класса М-СП во всех случаях нагрузки должна быть не менее 1,7 м для судов L ≥ 60 м и не менее 0,9 м для судов L ≤ 25 м. Осадка судов класса М-ПР должна быть не менее 1,4 м для судов L ≥ 60 м и не менее 0,75 м для судов L ≤ 25 м.

Осадка судов класса О-ПР должна быть не менее 0,9 м для всех случаев нагрузки при L ≥ 60 м и не менее 0,75 м при L ≤ 25 м. В формировании эквивалентного бруса и определении напряжений от общего изгиба корпуса морских и речных судов принципиальных отличий нет. Общая и местная прочность проверяется по нормальным и касательным напряжениям, а также по предельным моментам для вновь построенного судна и по предельным моментам в конце срока службы с учетом износа и остаточных деформаций.

Расчетные значения изгибающих моментов для прогиба и перегиба в расчетном сечении корпуса необходимо вычислять алгебраическим суммированием изгибающих моментов на тихой воде с дополнительным волновым изгибающим моментом в этом сечении:

Mp = Mтв+Mдв       Форм. 1

Расчетные значения перерезывающих сил для прогиба и перегиба в расчетном сечении необходимо определять суммированием абсолютных значений перерезывающих сил на тихой воде и на волнении:

Np = Nтв+Nдв        Форм. 2

В курсовом проекте за расчетное сечение принимается мидель-шпангоут.

Определение изгибающих моментов и перерезывающих сил, действующих на судно на тихой воде

Плавающее судно находится под действием сил тяжести и сил поддержания, которые в целом уравновешены. Корпус судна представляет собой упругую непризматическую балку, у которой распределение сил тяжести и сил поддержания непостоянны и распределены по длине неодинаково. Это приводит к появлению перерезывающих сил и изгибающих моментов:

N = 0xq(x)dx   M = 0x0xq(x)dxdx,       Форм. 3

где:

  • N, M – перерезывающая сила и изгибающий момент;
  • q(x) – нагрузка представляющая собой алгебраическую сумму сил тяжести и сил поддержания в каждом поперечном сечении по длине судна x.

Для вычисления изгибающих моментов и перерезывающих сил на тихой воде следует интегрировать кривую нагрузки по 21-й равноотстоящей ординате для наиболее неблагоприятных случаев нагрузки.

В курсовом проекте допускается определять искомые величины для одного случая – судно в полном грузу и 100 %-ными запасами. Кроме этого, допускается определять максимальные значения изгибающих моментов и перерезывающих сил по формулам

Mтв = DgLk   Nтв = 4MтвL,        Форм. 4

где:

  • k – коэффициент, определяемый по прототипу или по статистическим дан ным (табл. 1).

Таблица 1. Эмпирические коэффициенты kтв
Класс суднаL, м
4050607080100120140
М-СП90-105
М8395110170260370
О747681120160200
Р116
Л75

Для судов с отношением L/H > 25 изгибающий момент и перерезывающую силу на тихой воде надо определять с учетом гибкости корпуса.

Тогда

Mтв = βMтв0,   Nтв = βNтв0,        Форм. 5

где:

  • Mтв0, Nтв0

    – изгибающий момент и перерезывающая сила на тихой воде без учета влияния гибкости корпуса;

  • β – коэффициент, учитывающий гибкость корпуса, определяемый по формуле

β = 11+1,226·102L4BEIα2,        Форм. 6

где:

  • I — момент инерции площади поперечного сечения корпуса;
  • Е – модуль упругости материала корпуса;
  • α – коэффициент полноты расчетной ватерлинии.

В заключение следует отметить, что для сухогрузного суднаСпециализированные суда для перевозки сухих грузов на тихой воде при ходе порожнем, как правило, возникает перегиб судна (в палубе возникают напряжения растяжения, в днище – сжатия). При ходе в грузу картина меняется: возникает отрицательный изгибающий момент, вызывающий прогиб судна.

Дополнительные изгибающие моменты

Наибольшие дополнительные моменты возникают когда длина волны λ примерно равна длине судна, а мидель-шпангоут совпадает с вершиной или подошвой волны. Эти расчетные случаи называются постановкой на вершину или подошву волны. При этом при постановке на вершину волны возникает дополнительный момент, вызывающий перегиб судна, а на подошву волны – прогиб. Очевидно, что наиболее опасным будет случай, когда момент на тихой воде и дополнительный момент имеют одинаковый знак, так как величина суммарного момента получается наибольшей. Так, если судно на тихой воде испытывает перегиб, для него следует выполнить постановку на вершине волны.

Для речных судов, имеющих гибкий корпус и большое отношение L/H, частоты собственных изгибных колебаний первого тона не велики и часто оказываются близкими к частотам волн. Этот весьма опасный случай для речных судов называют волновой вибрацией. Волновая вибрация в околорезонансной зоне может привести к значительным дополнительным моментам и поэтому должна учитываться в расчетах.

Для судов класса «М-СП», корпуса которых более жесткие, такой учет не обязателен, поэтому рассмотрим отдельно учет дополнительных моментов в соответствии с «Правилами» для судов класса «М-СП» и других.

Дополнительные изгибающие моменты для судов класса “М-СП”, “М-ПР”, “О-ПР”

В качестве нормативной расчетной характеристики волнового режима принимается волна высотой 3,5 м 3 %-ной обеспеченности.

Дополнительный волновой изгибающий момент (кНм) определяется по следующей зависимости:

Mд = ±9,81k0k1k2δBL2h,       Форм. 7

где:

  • k0 – коэффициент, вычисляемый по формуле:

k0 = 1,241,7BL1,0,

  • k1 – коэффициент, значения которого определяются по формуле:

k1 = 0,042+0,124·103L0,391·102L,

  • k2 – коэффициент, определяемый по формуле:

k2 = 220TнL1,0,

  • h – расчетная высота волны, м.

Значения L, T и δ принимаются, исходя из расчетного случая нагрузки при определении изгибающего момента на тихой воде.

Для судов класса “М-ПР” в качестве нормативной расчетной характеристики волнового режима принимается высота волны 3 %-ной обеспеченности 3,0 м.

Дополнительный волновой изгибающий момент должен определяться в соответствии с формулой 6. Значения коэффициента k определяется по табл. 2.

Таблица 2. Значения коэффициентов k1
Длина судна, м2560100140
Коэффициент k10,02240,01720,01360,0116

Для судов класса “О-ПР” в качестве нормативной расчетной характеристики волнового режима принимается высота волны 3 %-ной обеспеченности высотой 2,0 м.

Дополнительный волновой изгибающий момент должен определяться в соответствии с формулой 7. Значения коэффициента k1 определяется по табл. 3.

Таблица 3. Значения коэффициентов k1
Длина судна, м60100140
Коэффициент k10,01540,01140,0089

Если длина судна в табл. 2 и 3 не совпадает с расчетной, определение коэффициента k1 проводится линейной интерполяцией.

Дополнительный волновой изгибающий момент принимают постоянным в средней части судна на длине 0,5L, так как показано на рис. 1.

Распределение волновых изгибающих моментов по корпусу судна
Рис. 1 Распределение волновых изгибающих моментов по длине судна

Дополнительные изгибающие моменты для судов классов “М”, “О”, “Р”, “Л”

Дополнительный волновой изгибающий момент на миделе судна (кНм) определяется по формуле:

Mдв = ±kpMв+Mу,        Форм. 8

где:

  • Мв – изгибающий момент, вызванный непосредственно действием волн;
  • Му – изгибающий момент, вызванный ударом волн в носовую оконечность;
  • kр – коэффициент, учитывающий влияние волновой вибрации (коэффициент динамичности).

Волновой изгибающий момент, кНм, определяется по формуле:

Mв = 0,255εkδkтkвBL2h,        Форм. 9

где:

  • h – расчетная высота волны, м;
  • ε – коэффициент, определяемый по табл. 4.

Коэффициенты kδ, kт, kв определяются по формулам:

kδ = e1,61δ,

kт = e1,14Тηh·δ2δ+1,

kв = 1e0.19δBηhηh0,19δB,

где:

kp = 1+ωк2/σ21ωк2σ22+2kμωкσ2,        Форм. 10

где:

  • ωк = ωср+1,92kν vтв/L, c1

    – средняя частота волнения,

σ = ksI1,2+B/3ТgDL3,

kμ = 0,06110,047σ0,008σ20,

где:

  • I – момент инерции поперечного сечения эквивалентного бруса на миделе, м4.

Собственная частота изгибных колебаний корпуса ωср определяется по табл. 3.

Коэффициент kv вычисляется по формулам:

kv = 1+1,1810ηhL28,010ηhL2+61,710ηhL3,

если 

10ηhL0,3;

kv = 0,50,810ηhL0,3+10ηhL0,32,

если 

10ηhL>0,3.

  • vтв – скорость хода судна на тихой воде, км/ч;
  • kδ = 123 · 104 – для грузовых судов;
  • kδ = 117 · 104 – для пассажирских судов;
  • kδ = 104 · 104 – для буксиров и толкачей.

Ударный изгибающий момент определяется по формуле:

Mу = kуφ1DgL,       Форм. 11

где:

  • kу = 5,33·104φ0σv0,
  • φ1 = 1,0 при ТнТн0,
  • φ1 = 32ТнТн0 при Тн0<Тн<1,5Тн0,
  • φ1 = 0 при Тн1,5Тн0,
  • Tн – осадка носом для расчетного случая нагрузки, м,
  • Тн0

    – пороговая осадка носом, м, равная

Tн0 = 0,68+0,21kvvтвLηh,

  • φ0 – коэффициент, равный

φ0 = 11,03b0b020,417b03,

b0 = 4,32δB/LT/L,

  • величина v0 вычисляется по формуле:

v0 = 0,336+0,104kvvтвLv1+0,024kvvтв,

  • величина v1 принимается по табл. 5.

Максимальное значение дополнительной волновой перерезывающей силы, кН, определяется по формуле:

Nдв = 4MдвL.       Форм. 12

Поскольку ее максимальное значение наблюдается в районах ±0,25L от оконечностей, на миделе следует принимать значение

Nдв = 0,7Nдв.       Форм. 13

Расчетные значения изгибающих моментов для прогиба и перегиба в миделевом сечении корпуса необходимо вычислять алгебраическим суммированием моментов на тихой воде с дополнительным моментом (Формула 1).

Расчетные значения перерезывающих сил необходимо определять суммированием абсолютных значений перерезывающих сил на тихой воде и дополнительной волновой перерезывающей силы (Формула 2).

Таблица 4. Значения величин при определении дополнительных моментов
Класс суднаВысота волн h, мεηωср, c1v, м/с
“М”3,00,9201,001,115,42
2,50,9701,001,224,95
2,01,001,001,364,43
“О”2,00,8050,8741,464,14
1,50,8570,8741,693,57
“Р”1,20,8480,8741,883,21
“Л”0,60,8740,8742,682,26

Форма распределения дополнительных волновых моментов и перерезывающих сил, рекомендуемая Правилами РРР, приведена на рис. 2.

Распределение дополнительных волновых изгибающих моментов
Рис. 2 Распределение дополнительных волновых изгибающих моментов по длине судна для судов классов “М”, “О”, “Р”, “Л”

Оценка прочности судов длиной менее 50 м

Для судов длиной 50 м и менее Правилами РРР регламентируется суммарное значение площади поперечного сечения палубы или днищевого пояса в зависимости от того, что меньше.

Эта площадь, см², должна быть не менее

F = DLH0,1L/T1k1+k2η,        Форм. 14

где:

  • D – водоизмещение судна в полном грузу;
  • k1 – коэффициент, определяемый по табл. 6;
  • k2 – коэффициент, равный для самоходных судов 1,0/L;
  • для несамоходных 0,67/L;
  • η – коэффициент, равный для связей палубного пояса, не несущих местной нагрузки, 0,65;
  • для связей днищевого и палубного пояса, несущего местную нагрузку, 0,75.

Значение выражения, стоящего в скобках формулы 13, не должно приниматься более 0,125.

Таблица 5. Значения коэффициента k1
Класс суднаДлина, м
2550
“М”1347
“О”2593
“Р”50193
“Л”132483

При вычислении площади поперечного сечения палубы включаются:

  • 65 % площади настила палубы при продольной системе набора;
  • полная площадь участков настила шириной 0,25 шпации с каждой стороны каждой продольной связи при поперечной системе набора;
  • 10 % остальной площади сечения настила при поперечной системе набора;
  • непрерывные продольные ребра жесткости, непрерывные комингсы и карлингсы;
  • верхний участок ширстрека, возвышающийся над палубой, а также участок ширстрека ниже палубы высотой 0,25 шпации при поперечной системе набора и 0,25 шпации при продольной.

Если полученное фактическое значение площади палубы превышает нормированное (Формула 18) значение, расчет общей прочности можно не проводить.

Определение фактического момента сопротивления

Для расчета фактического момента сопротивления и момента инерции поперечного сечения необходимо изобразить в масштабе на формате А4 поперечное полусечение со всеми продольными связями, участвующими в общем изгибе судна (рис. 3). Здесь же представляются размеры связей и их порядковый номер.

Эквивалентный брус
Рис. 3 Схема эквивалентного бруса

Расчет удобно вести в табл. 6.

Таблица 6. Расчет геометрических характеристик корпуса
№ п/пНаименование и размеры связиПлощадь сечения связей Fi, см2Отстояние от оси сравнения, zi, мСтатический момент площади, Fizi, см2·м2

Переносный момент инерции

Fizi2,

см2·м2

Собственный момент инерции Iс, см2·м2
1Полка комингсаF1z1F1z1F2z2F1z12,I1
2Стенка комингсаF2z2····F2z22,I2
3Настил палубы················
4РЖ
5Наружный бор
6Внутренний борт
7Платформа
8Настил двойного дна
9РЖ настила
10Диаметральный кильсон
11Боковой кильсон
12Днище
13РЖ днищаF13z13F13z13F13z132,I13
СуммыΣFiΣFiziΣFizi2ΣIс

При заполнении таблицы продольные одноименные связи, имеющие одинаковые размеры и расположенные на одном уровне, обычно объединяют в группы. В первый столбец заносят номера групп продольных связей, во второй – наименования и размеры листовых связей или номера профилей по сортаменту для каждой группы, в третий столбец – площади поперечных сечений каждой группы связей, Fi, (для профилей без присоединенного пояска), в четвертый – отстояние центра тяжести этих связей от оси сравнения – zi.

Предлагается к прочтению: Дополнительные или усиленные конструкции корпуса судна

Ось сравнения выбирается произвольно. Удобно принять ее, например, на основной плоскости. В пятый столбец заносят произведения Fizi (статические моменты), а в шестой – произведения

 Fizi2

(переносные моменты инерции площади связей). В седьмой столбец записывают собственные моменты инерции связей Ic, которые определяются или по характеристикам в сортаменте (для профилей), или по формуле

 Ic = sh3/12

(s – толщина связи, h – ее высота).

Отстояние нейтральной оси от оси сравнения, м, определяют по формуле:

e = ΣFiziΣFi       Форм. 15

Учитывая, что момент инерции относительно нейтральной оси сечения равен моменту инерции относительно оси сравнения за вычетом площади сечения на квадрат расстояния между ними, получим:

Iф = 2ΣFizi2+ΣI0e2ΣFi.       Форм. 16

Фактический момент сопротивления:

  • днища

Wg = I/e;      Форм. 17

  • палубы

Wn = I/He.      Форм. 18

Нормальные и касательные напряжения, действующие в связях эквивалентного бруса при общем изгибе вычисляются по формулам:

σi = MpIzi,        Форм. 19

τi = NpSIt,        Форм. 20

где:

  • σi, τi – нормальные и касательные напряжения в связях эквивалентного бруса;
  • S – статический момент относительно нейтральной оси части площади сечения, отсекаемой по линии, нормальной к площади сечения;
  • t – толщина стенки эквивалентного бруса.

Расчет нормальных напряжений

Обычно рассчитывают для прогиба и перегиба, однако в курсовом проекте допускается расчет выполнить один раз – для максимальных значений расчетного изгибающего момента. Расчет удобно делать в таблице форма которой приведена ниже.

Таблица 7. Расчет нормальных и касательных напряжений в первом приближении
№ п/пНаименование связиОтстояние от НО, м2σiτi
1Комингс люка
2Настил палубы
3
4
5Настил двойного дна
6Днище

Отстояние от нейтральной оси и расчетные моменты необходимо вычислять со своими знаками.

Полученные фактические значения нормальных и касательных напряжений необходимо сравнить с допускаемыми, нормы которых в долях от предела текучести приведены в табл. 9.

За опасные нормальные и касательные напряжения принимаются

σ = Reн,

τ = 0,57Reн.        Форм. 21

Если нормальные напряжения в связях корпуса не превышают критических, связи не теряют устойчивость и расчет эквивалентного бруса не требуется. Для проверки необходимо вычислить критические напряжения пластин.

Таблица 8. Нормы допускаемых напряжений
Наименование и характеристика связей корпусаХарактеристика расчетных напряжений от нагрузокНормируемые значения допускаемых напряжений в долях предела текучести
1. Жесткие связи эквивалентного бруса, участвующие только в общем изгибе и не несущие местной нагрузки (продольные непрерывные комингсы, связи ненагруженных палуб и т. п.)Нормальные напряжения от общего изгибаСм. примечание 1
2. Жесткие связи эквивалентного бруса, участвующие в общем изгибе и несущие местную нагрузку (связи днища всех судов, нагруженных палуб и нагруженных продольных непрерывных комингсов, за исключением комингсов судов с двойными бортами классов “Л”, “Р” и “О”)Нормальные напряжения от общего изгиба0,60
3. Продольные непрерывные комингсы и карлингсы судов, перевозящих грузы на люковых крышках и на палубе, а также кильсоны судов всех типовСуммарные нормальные напряжения от общего изгиба и от изгиба перекрытий:
в пролете0,75
на опоре0,95
4. Продольные балки (неразрезные ребра жесткости)Суммарные нормальные напряжения от общего и местного изгиба:
в пролете0,85
на опоре0,95
5. обшивка корпуса и настилы при поперечной системе набораНормальные напряжения от местной нагрузки:
в пролете0,80
на опоре0,95
6. Обшивка и настилы при продольной системе набораНормальные напряжения от местной нагрузки:
в пролете0,80
на опоре0,95
7. Связи корпуса, воспринимающие действие перерезывающей силы при общем изгибе (обшивка бортов и продольных переборок)Касательные напряжения0,30
8. Поперечный рамный набор корпуса: флоры, рамные шпангоуты и бимсыНормальные напряжения от местной нагрузки:
в пролете0,75
на опоре0,85
9. Поперечный холостой набор корпуса: днищевые и бортовые шпангоуты, бимсы и связи внутреннего дна при поперечной системе наборНормальные напряжения от местной нагрузки:
в пролете0,85
на опоре0,95
10. Продольные и поперечные переборки (в том числе и стенки цистерн):Нормальные напряжения от местной нагрузки:
рамные стойкив пролете0,85
на опоре0,90
холостые стойки (ребра жесткости)в пролете0,85
на опоре0,95
листы переборокв пролете0,85
на опоре0,95
11. Стенки балок рамного набораКасательные напряжения в сплошных сечениях0,45
Нормальные напряжения в районе вырезов0,95
Касательные напряжения в районе вырезов0,45

Примечания:

1 Для связей, указанных в п. 1 табл. 8, нормируемые значения допускаемых напряжений в долях предела текучести должны приниматься равными для судов:

  • класса «М»
    • 0,70 – при Reн = 235 МПа,
    • 0,65 – при Reн = 315 МПа,
    • 0,62 – при Reн = 355 МПа,
    • 0,60 – при Reн = 390 МПа;
  • классов «О», «Р» и «Л»
    • 0,75 – при Reн = 235 МПа,
    • 0,70 – при Reн = 315 МПа,
    • 0,67 – при Reн = 355 МПа,
    • 0,64 – при Reн = 390 МПа.

2 В расчетах прочности корпуса судна при подъеме из воды и спуске на воду, при испытании на непроницаемость и герметичность, а также при затопленном отсеке судна нормируемые значения допускаемых суммарных напряжений (от общего изгиба и от местной нагрузки) необходимо принимать равными 0,95 предела текучести материала связей.

3 Для изолированно работающих связей (пиллерсы и раскосы), проверяемых на устойчивость, нормируемые значения допускаемых напряжений при сжатии должны приниматься равными 0,50, для пересекающихся раскосов – 0,75 критического напряжения, но не более 0,50 предела текучести материала связей.

Критические напряжения пластин, сжатых вдоль длинной кромки, МПа, должны вычисляться по формуле:

σкр = σэ   при σэ0,6Reн          Форм. 22

σкр =1,630,8Reнσэ

при

0,6ReнσэReн         Форм. 23

где:

  • σэ – Эйлеровы напряжения;

     

    σэ = 78,5100t/a2

  • t – толщина пластины, см;
  • а – длина короткой кромки пластины, см.

Если

 

σж.сσкр

, то дальнейший расчет эквивалентного бруса надо вести с учетом редукционного коэффициента, представляющего собой отношение критического напряжения к напряжению в жестких связях

φ = σкр/σж.с.          Форм. 24

Если

 σэσж.с   φ1,0

, явления потери устойчивости нет. В этом случае редукционный коэффициент принимают равным 1. Если

 σэσж.с

, то

 φ1

и пластина теряет устойчивость. Коэффициент φ показывает, какая часть пластины воспринимает такие же напряжения, как и смежная с ней жесткая связь.

Для расчетов вводят понятие приведенной площади сечения пластины к нередуцируемой площади относят относят ширину 0,25b с каждой стороны продольного опорного контура. В этом случае приведенная площадь пластины

Fпр = b21+φt,        Форм. 25

где:

  • b – ширина пластины.

Если некоторые пластины в сжатой зоне эквивалентного бруса теряют устойчивость, то проводят расчет эквивалентного бруса во втором приближении. Цель второго приближения вычислить исправленные площади пластин, потерявших устойчивость, ввести их в таблицу расчета эквивалентного бруса и для уменьшенной площади вновь определить напряжения в продольных связях корпуса при общем изгибе.

Определение напряжений от общего изгиба во втором приближении производят раздельно для положения судна на вершине и на подошве волны, так как в этих случаях разные связи теряют устойчивость и редукционные коэффициенты связей различны.

Будет интересно: Листовые конструкции корпуса судна

Подсчитав исправленные площади сечения, статические моменты и моменты инерции площадей относительно оси сравнения, определяют отстояние нейтральной оси во втором приближении (раздельно для изгиба на вершине волны и на подошве волны).

Напряжения во втором приближении определяют вполне аналогично первому.

Если напряжения от общего изгиба судна, вычисленные во втором приближении отличаются от напряжений первого не более чем на 5 %, дальнейшие уточнения не производят.

Расчеты общей предельной прочности

Во всех случаях должна быть проверена общая прочность корпуса судна по предельным моментам. Под предельным понимается момент, изгибающий корпус судна и вызывающий в наиболее удаленной кромке напряжения, равные пределу текучести материала.

Определению подлежат два предельных момента Mпр (кНм), один при прогибе, другой при перегибе судна:

Mпр = ±103ReнW,       Форм. 26

где:

  • Reн – предел текучести материала, МПа;
  • W – фактический момент сопротивления эквивалентного бруса (днища или палубы), определяемый по формуле 16 или 17.

Однако в курсовом проекте допускается предельный момент вычислять один раз.

При вычислении момента сопротивления необходимо редуцировать гибкие связи корпуса (пластины), принимая напряжения на одной из кромок эквивалентного бруса, равными пределу текучести. Редукционные коэффициенты при поперечной системе набора можно назначать по табл. 9.

Таблица 9. Редукционные коэффициенты при поперечной системе набора
Виды деформацииРедукционные коэффициенты φ при толщине пластины, мм
46812
Растяжение0,080,240,400,60
Сжатие0,030,070,120,28

При продольной системе набора редукционные коэффициенты сжатых пластин определяются по формуле:

φ = Reн/σж,       Форм. 27

где:

  • σж

    – абсолютное значение сжимающего напряжения жестких связях, МПа, полученное при расчете эквивалентного бруса.

Редукционный коэффициент не должен быть более 1.

Для обеспечения прочности корпуса по предельному моменту должно выполняться условие:

MпрkMp,       Форм. 28

где:

  • k – коэффициент запаса прочности по предельному моменту;
  • Мр – расчетный изгибающий момент при прогибе и перегибе, кНм.

Значения коэффициента k, независимо от марки применяемой стали, определятся следующим образом:

  • если палуба или непрерывный комингс (за исключением судов с двойными бортами классов «О», «Р», «Л») загружены поперечной нагрузкой k = 1,5;
  • если поперечная нагрузка на палубу и непрерывный комингс отсутствуют, k = 1,35. Здесь предполагается, что напряжение в предельном со стоянии и днище не превышает 

    σд.пр0,9Reн

    ;

  • если поперечная нагрузка на палубу и непрерывный комингс отсутствуют, а

     0,9Reн<σд.прReн, то k = 1,5σд.прReн.

Для грузовых судов прочность корпуса по предельному моменту должна быть дополнительно проведена по условию:

MпрkпрDLg       Форм. 29

где:

  • kпр — коэффициент предельного момента, определяемый по табл. 10;
  • D – водоизмещение судна, т.
Таблица 10. Коэффициент предельного момента
b/a1,01011,21,31,41,61,82,02,53,0
k9,348,568,07,607,306,926,706,566,075,865,35

Примечание:

  • а – длина меньшей,
  • b – длина большей стороны пластины.

Определение дополнительных волновых изгибающих моментов для судов, эксплуатирующихся с ограничениями, не ответствующими классу

Судам, длительное время находящимся в эксплуатации, может быть понижен класс РРР, а некоторым судам при переоборудовании или модернизации может быть повышен класс РРР. При этом изменяются дополнительные волновые моменты, что должно быть учтено в расчетах прочности.

Предлагаемая методика Методика определения дополнительн6ых волновых изгибающих моментов для судов, эксплуатирующихся с ограничениями, не соответствующему классу РРР.x регламентирует назначение величин расчетных дополнительных изгибающих моментов при введении дополнительных ограничений условий эксплуатации судов с классом РРР.

Действие методики распространяется на грузовые и пассажирские суда классов “Р”, “О” и “М” длиной от 50 до 140 м и соотношениями главных размеренийОпределение главных размерений и водоизмещения буксирных судов, приведенными в табл. Общие вопросы проектирования судовых конструкций“Максимальные соотношения главных размерений судов” и на грузовые суда классов “О-ПР”, “М-ПР” и “М-СП” длиной от 50 до 140 м.

При введении ограничений по волнению допускается устанавливать следующие высоты волн для судов класса:

  • “М-СП” – 3,0 и 2,5 м;
  • “М-ПР” – 2,0 м;
  • “О-ПР” – 1,5 м;
  • “М” – 2,5 и 2,0 м;
  • “О” – 1,5 и 1,2 м;
  • “Р” – 0,9 и 0,6 м.

Здесь для всех судов, кроме класса “О” и “Р”, указана высота волн 3 %-ной обеспеченности. Для судов класса “О” и “Р” принимается высота волн 1 %-ной обеспеченности.

Дополнительный волновой изгибающий момент с учетом дополнительных ограничений условий эксплуатации определяется по формуле:

Mдвогр = k3Mдв,          Форм. 30

где:

  • Mдв — дополнительный волновой изгибающий момент, определяемый в зависимости от класса судна;
  • k3 — коэффициент, учитывающий уменьшения момента при введении дополнительных ограничений.

Величина k3 определяется по табл. 11. Промежуточные значения определяются линейной интерполяцией.

Таблица 11. Значения коэффициента k3
Класс суднаОграничения по высоте волны, мДлина судна L, м
506080100120140
“М-СП”3,00,9770,9610,9490,9360,927
2,50,9730,9520,9390,9240,913
“М-ПР”2,00,9600,9420,9240,9040,890
“О-ПР”1,50,9320,9060,8850,8630,842
“М”2,50,9100,8950,8650,8400,8150,785
2,00,8100,7700,7200,6500,6000,550
“О”1,50,7800,7200,6650,6050,6050,605
1,20,7350,5850,5200,5200,5200,520
“Р”0,90,6650,6300,6300,6300,6300,630
0,60,5400,4700,4700,4700,4700,470

Суда внутреннего и смешанного плавания с дополнительными ограничениями по волнению могут быть допущены к эксплуатации в бассейнах, разряд которых соответствует классу судна.

Сноски
Sea-Man

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Апрель, 02, 2021 323 0
Добавить комментарий

Читайте также

Текст скопирован
Пометки
Избранные статьи
Loading

Здесь будут храниться статьи, сохраненные вами в "Избранном". Статьи сохраняются в cookie, поэтому не удаляйте их.

Статья добавлена в избранное! Перезагрузка...