Прочность корпуса судна
При плавании судна на его корпус действуют внешние нагрузки двух основных категорий:
- силы действующие при плавании на тихой воде;
- силы дополнительные, вызываемые волнением.
Первые определяются довольно просто, вторые - значительно сложнее, но обе эти категории внешних нагрузок вызываются общим продольным изгибом корпуса в вертикальной плоскости.
На тихой воде:
- общие местные нагрузки обусловлены разностью распределения
масс и гидростатических сил поддержания воды (вообще они уравновешиваются, но распределены по-разному - см. рис. 2.1 и 2.2);
- нагрузки от вибрации, вызванные гребным винтом;
- температурные нагрузки.
Рисунок 2.1 — Кривая распределения массы судна по длине:
а) приведенная к ступенчатой кривой;
б) не приведенная к ступенчатой кривой
Неуравновешенность сил веса и сил поддержания на отдельных участках длины судна вызывает общий продольный изгиб.Разность между силами веса и силами поддержания на единице длины судна называется интенсивностью нагрузки.
Рисунок 2.2 — Кривая сил поддержания:
1— строевая по шпангоутам;
2 — кривая сил поддержания
В результате общего продольного изгиба в сечениях корпуса возникают перерезывающие силыи изгибающие моменты,которые и необходимо определять. Их величина зависит от взаимного распределения сил тяжести и сил поддержания по длине судна, и нейтральная ось балки — корпуса при общем продольном изгибе может получить перегиб (ее средняя часть выше концевых участков) или же прогиб (концевые участки ее выше средней части).
f - стрелка прогиба корпуса;
N.тв- величина перерезывающих сил на тихой воде;
Мтв - изгибающий момент на тихой воде.
При перегибе судна верхняя палуба растянута, а днище сжато, при прогибе — наоборот (рис. 2.3).
Рисунок 2.3 — Общие продольные деформации корпуса
(изгиб в вертикальной плоскости): а — перегиб; б — прогиб
Одно и то же судно при различных вариантах загрузки может иметь как прогиб, так и перегиб.
Для расчетов прочности корпуса судна необходимо знать наибольшие значения изгибающих моментов на тихой воде в наиболее неблагоприятных, но возможных условиях его загрузки.
Основные факторы, влияющие на Мтв, могут быть:
- масса, длина и положение по длине ЦТ главных механизмов;
- расположения, форма и размеры грузовых трюмов;
- коэффициент общей полноты судна (Св);
- масса и расположение запасов.
При определении изгибающих моментов на тихой воде Правилами Регистра установлены стандартные случаи загрузки трюмов, топливных и балластных цистерн, рефрижераторных помещений. Эти случаи предусматривают наиболее неблагоприятные нагрузки, которые могут встречаться в нормальных условиях эксплуатации.
Пример: упрощенная схема определения изгибающих моментов в миделевом сечении с машиной в середине длины.
Полный груз, полные запасы:
Мтв = ∆L/100
полный груз, 10% запасов:
Мтв= ∆L/70
При плавании на волнении в дополнение к внешним силам на тихой воде на корпус действуют волновое давление и инерционные усилия, причем перерезывающие силы и изгибающие моменты достигают значительной величины (рис. 2.4).
То есть:
Мр = Мтв + Мв ,
где Мр - расчетный изгибающий момент;
Мв - волновая составляющая изгибающего момента.
При определенной загрузке Мтв - величина постоянная, а волнение имеет два максимальных значения: на вершине волны - Мввст и на подошве волны - Мш,ст. Мр в этом случае также имеет два максимальных значения. Статическая постановка на вершину и подошву предполагает расположение на миделе соответственно вершины или подошвы волны.
Рисунок 2.4 Волновая ватерлиния при длиной (а) и короткой (б) волне
Кроме рассмотренных силовых воздействий (на тихой воде и волновых) на корпусе на нерегулярном волнении воздействуют еще и удары носовой оконечности о воду - слеминг.Особенно эти удары сильны у скоростных судов, имеющих небольшую осадку носом. Для уменьшения ударов снижается скорость хода (и довольно значительно), иначе можно погубить судно. Известны случаи, когда суда переламывались во время шторма при движении с повышенными скоростями.
В 1946 году повышение скорости хода на танкере «Донбасс» привело к тому, что он переломился. В 60-е годы в районе Камчатки при попытке отойти от берега во время шторма переломился пароход «Валерий Чкалов» (∆ = 15000 т). Скорость при аварии была максимальная, т.к. капитан парохода пытался избежать выброса на мелководье.
Дата добавления: 2020-06-09; просмотров: 437;