Правилами постройки ледоколов и транспортных судов для плавания в ледовых условиях предусматривается комплекс конструктивных мероприятий по подкреплению корпуса, обеспечивающих безопасность плавания во льдах.
Днищевые перекрытия речных судов проверяют также на восприятие реакции платформ и кильблоков косяковых тележек при подъеме судов на слипы.
Нормальные s и касательные t напряжения в связях корпуса:
s = MP/W; t = FPS/Jt
где МР — расчетное значение изгибающего момента, кН * м;
W — момент сопротивления, м3;
Fp — расчетное значение срезывающей силы, кН;
S — статический момент площади поперечного сечения относительно нейтральной оси, м3;
J — момент инерции площади поперечного сечения относительно нейтральной оси, м4;
t — толщина листа в рассматриваемом сечении по линии кратчайшего разреза, м.
Рис. 16. Эпюры нагрузок, действующих на поперечное сечение судна
Фактические напряжения в конструкциях корпуса вычисляют как алгебраическую сумму напряжений от общего изгиба и местных нагрузок.
При вычислении напряжений от общего изгиба (рис. 17) в расчетное сечение корпуса судна для определения момента инерции и момента сопротивления включают все продольные балки набора, а также пояса днищевой и бортовой обшивок и настила палубы. Листы обшивки, расположенные между балками набора, при критических нагрузках выгибаются и теряют устойчивость. Поэтому усилия общего изгиба будут воспринимать только пояски обшивки, непосредственно примыкающие к продольным балкам набора. Ширину поясов принимают равной 50t (где t — толщина обшивки корпуса).
Рис. 17. Определение напряжений в связях корпуса судна:
/ — продольные балки набора; 2 — пояса обшивки корпуса, включенные в расчет при определении напряжений от общего изгиба
По полученным значениям моментов сопротивления рассчитывают нормальные напряжения для всех сечений, которые по высоте корпуса распределяются по линейному закону. В крайних волокнах палубы и днища напряжение достигает максимального значения. В данном случае сечение палубы испытывает напряжение сжатия , а сечение днища — напряжение растяжения + . Положение нейтральной оси, где нормальные напряжения в сечениях корпуса равны нулю, определяется ординатой zH0.
Существенное значение для обеспечения эксплуатационной прочности корпуса имеет как порядок размещения груза в трюме или на палубе (равномерность укладки), так и очередность загрузки трюмов. Нарушение технологии загрузки может вызвать дополнительный изгибающий момент и привести к перелому корпуса судна. Регистром Украины утверждается инструкция по погрузке, выгрузке и балластировке для судов каждого типа. Отклонение от инструкции может привести к нарушению прочности, поэтому выполнение ее должно строго соблюдаться командным составом судна.
Правилами Регистра установлено два способа расчета прочности:
по допускаемым напряжениям и разрушающим (предельным) нагрузкам. В первом случае за расчетные напряжения в проверяемой связи корпуса принимают наибольшие нормальные и касательные напряжения, которые не должны быть больше допускаемых. Так, суммарные напряжения от общего изгиба и местной нагрузки в продольных балках набора могут составлять 0,75 т для сечений посередине пролета и 0,85т для опорных сечений (где т — напряжение в связях корпуса, соответствующее пределу текучести).
В поперечных связях корпуса, воспринимающих лишь усилия от местных нагрузок, напряжения могут достигать 0,75т, а в отдельных элементах водонепроницаемых переборок — предела текучести.
При проверке прочности по касательным напряжениям нормы допускаемых напряжений принимают равными половине значения допускаемых нормальных напряжений. При этом касательные напряжения от общего изгиба не должны превышать 0,3т. При проверке прочности конструкций корпуса по разрушающим нагрузкам устанавливают, во сколько раз действующие усилия должны быть меньше предельных, приводящих конструкцию к разрушению.
Для предупреждения потери общей и местной прочности, вызванной неправильным (неблагоприятным) размещением грузов, необходим их контроль в каждом рейсе.
Общая прочность корпуса в судовых условиях может быть проверена расчетным методом, с помощью диаграмм контроля прочности, а также с помощью моделирующих (аналоговых) и цифровых приборов.
Расчетные методы в последнее время оказываются неприемлемыми в судовых условиях, так как более точные из них громоздки и неудобны, а более упрощенные не учитывают влияние распределения груза.
Удачным и перспективным оказался комбинированный метод, сочетающий в себе береговой этап — расчет прочности на ЭЦВМ, с построением рабочих диаграмм контроля прочности и судовой этап — элементарные расчеты вручную или с помощью мини-ЭВМ.
До 1979 г. на суда выдавалась Инструкция по загрузке судна с рабочими диаграммами для контроля общей прочности. С 1979 г. эта Инструкция включена в виде раздела в новую типовую форму Информации об остойчивости и прочности грузового судна. С помощью такой Информации проверка прочности производится по изгибающим моментам и перерезывающим силам в тех сечениях корпуса, где могут возникнуть наибольшие напряжения.
Порядок проверки прочности по изгибающему моменту состоит в следующем: в стандартную таблицу Информации записываются массы (численно равные весу) Рi грузов, запасов и балласта, расстоянии хн i от центров этих масс до плоскости данного сечения. Затем вычисляется сумма моментов Мх - SРiхнi. На диаграмме контроля прочности (рис. 18) по горизонтали, соответствующей дифференту судна, в метрах, откладывается дедвейт DW = SPi и через полученную точку а проводится вертикаль, на которой откладывается сумма моментов Мх = SРiхнi, млн. тс*м. Так получается точка А, характеризующая состояние прочности судна.
Прочность судна по изгибающему моменту в данном сечении считается достаточной, если точка А находится в безопасной зоне, т. е. лежит между линиями «Опасно — перегиб в рейсе» и «Опасно — прогиб в рейсе». Если точка А лежит за пределами линий «Опасно — перегиб на рейде» и «Опасно — прогиб на рейде», то прочность достаточна только для плавания в условиях рейда.
Аналогично проверяется прочность по перерезывающим силам, с той лишь разницей, что для этого используется другая диаграмма (рис. 19) и по вертикали откладывается часть дедвейта, расположенная в нос от контролируемого сечения. Если хотя бы для одного сечения прочность по изгибающему моменту или перерезывающим силам оказывается недостаточной для заданных условий плавания, необходимо перераспределить груз по длине судна.
Прогиб (перегиб) судна можно уменьшить или устранить перемещением груза или запасов ближе к оконечностям (мидель-шпангоуту).
Использование моделирующих приборов для контроля загрузки с учетом необходимой посадки, остойчивости и прочности позволяет быстро и достаточно точно проверить несколько вариантов загрузки и выбрать приемлемый, а иногда и оптимальный вариант.
С ростом скорости, и размеров судов при плавании на волнении участились случаи слеминга, приводящего к повреждению днища и бортов судна. В наиболее тяжелых случаях повреждения охватывают до 30% длины судна в носу, а прогибы достигают 300 мм. что приводит к разрыву связей и обшивки корпуса, затоплению носовых трюмов.
Условия появления слеминга: волнение с встречных курсовых углов;
близость кажущегося периода волнения собственному периоду килевой качки; кажущаяся крутизна волны не менее 1/50; скорость вертикальных колебаний корпуса не менее 3,5 м/с. Днищевой слемннг появляется при осадке носом менее 0,04 - 0,05 длины судна.
Для судоводителя важно объективно оценить интенсивность удара вря слемииге для решения вопроса о поддержании скорости без опасения повредить корпус.
Из средств приборного контроля слеминга в эксплуатационных целях известны лишь единничные приборы для оценки частоты ударов (на судах типов «Росток», «Зоя Космодемьянская»). Практически судоводитель вынужден оценивать интенсивность слеминга чисто субъективно, чаще всего по силе звука и частоте ударов в единицу времени.
Рис. 18. Диаграмма контроля общей прочности по изгибающим моментам
Регулирование и контроль за обеспечением местной прочности палубных перекрытий, платформ, двойного дна, люковых закрытий осуществляется: путем назначения для каждого перекрытия допускаемых удельных нагрузок. Величины этих нагрузок указаны на чертежах палуб судовой документации и обычно лежат в пределах 1,0—10 тс/м2.
Рис. 19. Диаграмма контроля общей прочности по перерезывающим силам
6. Контроль и регулирование движения судна.
Ходкость—способность судна развивать с помощью движителей заданную скорость, преодолевая сопротивление окружающей среды — воды и воздуха. Сила сопротивления движению судна зависит от физических свойств среды. Важнейшими физическими характеристиками жидкости являются плотность и вязкость.
Плотностью называется величина, определяемая отношением массы вещества к занимаемому им объему, т/м3
r= m/V1
где т — масса жидкости, т;
V1 — объем, м8.
Вязкость (внутреннее трение) — свойство жидкостей оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. При течении вязкой жидкости в трубе ее скорость возрастает от нулевого значения у стенки трубы до максимального значения на оси. Между слоями, движущимися с разными скоростями, действуют касательные силы внутреннего трения: слой, перемещающийся быстрее, увлекает за собой слой, движущийся медленнее, а тот в свою очередь тормозит первый. Вязкость жидкостей увеличивается с понижением температуры; она характеризуется коэффициентами динамической и кинематической v вязкости.
Вязкость жидкости, а также шероховатость поверхности вызывают изменение скорости обтекания вблизи поверхности корпуса. Благодаря молекулярным силам сцепления частицы воды, непосредственно соприкасающиеся с обшивкой корпуса, как бы прилипают к ней и движутся со скоростью, равной скорости судна. По мере удаления от поверхности корпуса скорость частиц в слое воды уменьшается. На некотором удалении частицы имеют скорость невозмущенного потока. Зона, в которой наблюдается изменение скоростей движения частиц жидкости, называется пограничным слоем.
Относительное смещение слоев воды в пограничном слое и изменение при этом гидродинамического давления вдоль смоченной поверхности корпуса вызывают сопротивление движению судна.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
