Местная и общая прочность судна. Особенности контроля общей прочности крупнотоннажных судов.

Понятие прочности судна

Прочностью судна называется способность его корпуса не разрушаться и не изменять своей формы под действием постоянных и временных сил. Различают общую и местную прочность судна.

Общей продольной прочностью корпуса судна называется его способность выдерживать действие внешних сил, приложенных по длине.

Общая прочность судна обеспечивается водонепроницаемой оболочкой, которой служит обшивка и верхняя палуба, настил других палуб, продольные переборки с подкрепляющими их конструкциями и всеми конструктивными связями, имеющими длину больше высоты борта.

Местной прочностью корпуса называется способность его отдельных конструкций противостоять дополнительному воздействию сил: главным образом давлению забортной воды и сосредоточенным нагрузкам. Местная прочность в первую очередь характеризует прочность палуб судна и крышек трюмов, на которые оказывает давление установленный груз. Местная прочность выражается допустимыми давлениями тонн деленных на метр (т/м) и необходимо, чтобы давление от размещенного груза не превосходило величину допустимого.

Для обеспечения местной прочности отдельных конструкций предусматривают их специальное местное подкрепление.

При типовых случаях нагрузки транспортных судов длиной L ≥ 80 м и L < 180, приводимых в Информации об остойчивости и прочности судна для капитана, общую прочность его корпуса можно считать обеспеченной. Поэтому необходимость проверки общей прочности упомянутых транспортных судов в эксплуатации может возникнуть при загрузке трюмов, отличной от типовых случаев, с большой нерав­номерностью распределения груза по длине судна (например, при загрузке концевых трюмов и отсутствии груза в средних или, наобо­рот, при загрузке средних трюмов и отсутствии груза в концевых трю­мах), а также для выяснения возможности выполнения грузовых операций в порту или на рейде в требуемой последовательности.

Напряженное состояние корпуса судна определяется изгибающим моментом и перерезывающей силой, действующими на судно в раз­личных его поперечных сечениях. Для сухогрузных судов, перевозящих генеральные, лесные и легкие сыпучие грузы, обычно ограничиваются проверкой общей прочности по изгибающему моменту, действующему в миделевом сечении судна..

Полные изгибающий момент и перерезывающая сила при данном состоянии нагрузки судна складываются из изгибающего момента и перерезывающей силы на тихой воде и дополнительных изгибаю­щего момента и перерезывающей силы от морского волнения, которые практически одинаковы при различных осадках судна. Поэтому без большой погрешности допустимо оценивать и проверять напряженное состояние корпуса судна по значению изгибающего момента M_T.B и перерезывающей силы Q_T.B на тихой воде.

Типовая информация об остойчивости и прочности грузового морского судна содержит специальные диаграммы контроля проч­ности, по которым общая прочность судна может быть проверена для любого состояния его нагрузки и в любых условиях его эксплуатации (в рейсе, на рейде, в порту). Каждую такую диаграмму (рис. 11.5) строят в конструкторском бюро на основе формул, приводимых в Правилах Регистра. Поскольку значения моментов сопротив­ления и площади поперечного сечения продольных связей для каждого конкретного судна известны, эти формулы дают возможность вычислить максимальные допустимые значения М_т.в и Q_T.B.

При наличии диаграммы контроля общей продольной прочности судна по изгибающему моменту или перерезывающей силе проверку прочности в данном поперечном сечении осуществляют в следующем порядке:

1. Определяют дифферент судна d_н – d_к .

2. В табличной форме рассчитывают дедвейт судна Δ_w и сумму +М_Х положительных моментов части дедвейта, расположенной в нос от данного поперечного сечения (табл. 11.2).

Рис. 11.5. Диаграмма контро­ля общей продольной проч­ности

3. На диаграмме контроля общей продольной прочности (см. рис. 11.5) откладывают значение дедвейта Δ_w (на рисунке Δ_w = 7000 т). От полученной точки переходят по наклонной прямой к го­ризонтали, отвечающей найденному ранее дифференту судна (в дан­ном примере d_н- d_K = -2м). Через найденную точку проводят вертикаль, на которой откладывают сумму моментов +М_Х и ставят точку А.

Таблица 11.2. Расчет изгибающего момента от грузов, входящих в дедвейт

Прочность корпуса считается достаточной, если точка А находит­ся в безопасной зоне, т. е. для плавания в рейсе, когда она лежит между линиями «Опасно-перегиб в рейсе» и «Опасно-прогиб в рейсе». Если точка А лежит за этими линиями, но между линиями «Опасно- перегиб на рейде» и «Опасно-прогиб на рейде», то прочность достаточна только для погрузки-разгрузки на рейде и т. д.

Допустимые значения суммы +М_Х определяют по точкам пересе­чения вертикали для заданного дедвейта и дифферента с соответ­ствующими границами и заносят в табл. 11.2.

Сложнее контролируется прочность корпусов крупнотоннажных судов длиной ориентировочно более 180 м. У таких судов величина и положение наибольших значений перерезывающих сил и изгибающих моментов значительно меняется в зависимости от расположения грузовых трюмов и порядка их загрузки. В качестве иллюстрации показано влияние способа загрузки трюмов на кривые изгибающих моментов и перерезывающих сил для балкера дедвейтом 50000 т и длиной 223 м. Поэтому для крупнотоннажных судов контроль прочности производится по изгибающим моментам и перерезывающим силам в нескольких сечениях, обычно совпадающих с поперечными переборками.

Проверка прочности таких судов производится аналогично сказанному выше, путем сравнения рассчитанных величин с допустимыми, ограниченными соответственными граничными кривыми на диаграмме контроля для рассматриваемого сечения, однако расчет перерезывающих сил и изгибающих моментов отличается тем, что суммируются только массы, расположенные в нос от рассматриваемого сечения, и их моменты, вычисленные относительно этого сечения. Последовательность построения точек, изображающих нагрузку судна, такая же, как описана выше. Исходя из дифферента, по горизонтали откладывается дедвейт судна и проводится вертикаль до значения, соответствующего сумме масс дедвейта, расположенных в нос от расчетного сечения или сумма моментов этой части дедвейта. Прочность считается достаточной, если нанесенные точки лежат в допустимой зоне для соответствующих условий плавания (в порту, на рейде или в море). Если хотя бы для одного сечения прочность по изгибающему моменту или перерезывающей силе окажется недостаточной для заданного условия плавания, то необходимо перераспределить груз по длине судна.