Файл: Методичка для практических занятий по ТУС 3к судоводители.doc

а) – последовательность положений судна; б) – вес; в) – силы поддержания;

г) – перерезывающие силы; д) – изгибающие моменты

Напряжения от изгиба найдутся делением изгибающего момента на момент сопротивления сечения корпуса , который рассчитывается с включением в сечение всех продольных связей корпуса, участвующих в общем изгибе, т.е.связей, простирающихся по всей длине судна или на значительной ее части (рис. 11.3).

. (11.1)

Такой расчет называется расчетом элементов эквивалентного бруса, т.е. бруса, по прочности эквивалентного сечению корпуса судна.

Рис. 11.3 Расчетное сечение и эквивалентный брус

Зная изгибающий момент и рассчитав момент сопротивления сечения, можно найти напряжения в наиболее нагруженных связях и, наоборот, исходя из допустимых напряжений, можно найти наибольший изгибающий момент, допустимый из условия прочности корпуса.

Если из допустимого момента вычесть изгибающие моменты от всех дополнительных сил, происходящих от плавания на волнении, а также от сил поддержания и веса судна порожнем, получим допустимый изгибающий момент от сил дедвейта, который судоводитель может регулировать, меняя распределение дедвейта по помещениям. На этом основана диаграмма контроля общей прочности, входящая в судовую документацию.

Кроме рассмотренных изгибающих моментов в вертикальной продольной плоскости, при плавании косым курсом на волнении появляются изгибающий момент в горизонтальной плоскости и крутящий момент в вертикальных поперечных плоскостях. Эти моменты достигают наибольшей величины при курсовом угле волнения около 60° и длине волны, равной длине судна. Дополнительный крутящий момент появляется при несимметричной загрузке относительно ДП на различных участках по длине судна. Такие моменты особенно опасны для судов с большим раскрытием палубы, в частности для контейнеровозов. Учет напряжений, вызванных горизонтальным изгибающим и крутящим моментами, заложен в той части Правил, которые относятся к судам указанных типов и требуемая прочность корпуса для типовых случаев загрузки обеспечивается при проектировании, а в процессе эксплуатации контролируется расчетами по специальной программе на судовом компьютере.

При отсутствии необходимых данных изгибающий момент на миделе может быть проконтролирован по приближенным формулам.

Общий изгибающий момент представляется в виде суммы

. (11.2)

Составляющая изгибающего момента на миделе от веса судна порожнем принимается равной

, (11.3)

где – водоизмещение судна порожнем, т;

– длина судна, м;

– коэффициент, приведенный в (табл. 11.1);

= 9,81, м/с² – ускорение свободного падения.

Таблица 11.1 – Значения коэффициента

Составляющая изгибающего момента на миделе от сил, входящих в дедвейт, определяется по формуле

, (11.4)

где – абсолютная величина абсциссы центра тяжести груза , м.

Если плоскость миделя проходит через грузовое помещение, то отдельными слагаемыми входят части груза в нос и в корму от миделя, каждая со своим .

Составляющая изгибающего момента на миделе от сил поддержания определяется по формуле

, (11.5)

где – водоизмещение загруженного судна, т;

– коэффициент, приведенный в (табл. 11.2).

Таблица 11.2 – Значения коэффициента

Для промежуточных значений коэффициент находится линейной интерполяцией.

Если в результате расчета по формуле (11.2) момент окажется положительным, то судно испытывает деформацию перегиба, а если отрицательным – деформацию прогиба.

Нормативная величина изгибающего момента на тихой воде определяется по формуле

, (11.6)

где – ширина судна, м;

– коэффициент, приведенный в (табл. 11.3).

Таблица 11.3 – Значения коэффициента

Прочность на тихой воде считается обеспеченной, если абсолютная величина изгибающего момента удовлетворяет условию

. (11.7)

11.2 Контроль общей прочности в судовых условиях

Для малых судов общая прочность практически всегда обеспечена. Для судов среднего тоннажа длиной 120 – 180 м, прочность по перерезывающим силам считается обеспеченной, а наибольший изгибающий момент расположенным в районе миделя, поэтому для таких судов контроль общей прочности производится только по изгибающему моменту на миделе. Такой контроль особенно необходим при большой неравномерности загрузки по длине или для подтверждения возможности производства грузовых операций в намеченной последовательности.

Достаточность продольной прочности корпуса проверяется сравнением рассчитанного изгибающего момента на миделе с допустимым изгибающим моментом, определенным в соответствии с Правилами Регистра. Проверка производится по диаграмме контроля продольной прочности (рис. 11.4) в следующей последовательности.

По грузовому плану рассчитывается дедвейт , дифферент и сумма положительных моментов + части дедвейта, расположенного в нос от миделя. Если плоскость миделя проходит через грузовое помещение, то в сумму включают момент только той массы, которая расположена в нос от плоскости миделя и имеет плечо , равное расстоянию от миделя до центра тяжести этой части груза.

Рис. 11.4 Диаграмма контроля общей прочности

На диаграмме контроля прочности на горизонтали, соответствующей дифференту судна, откладывается величина и проводится вертикаль. На вертикальной оси откладывается сумма моментов + части дедвейта, расположенного в нос от миделя и проводится горизонталь до пересечения с вертикалью в точке . Прочность корпуса считается достаточной, если точка лежит между линиями «Опасно – перегиб в рейсе» и «Опасно – прогиб в рейсе».

Если точка лежит за этими линиями, но между линиями «Опасно – перегиб на рейде» и «Опасно – прогиб на рейде», то прочность достаточна только для случаев, когда судно находится на рейде или в порту.

Допустимые значения суммы + могут быть определены по точке пересечения вертикали для заданных дедвейта и дифферента с соответствующими граничными линиями. На диаграмме имеется кривая, соответствующая моменту +, при котором изгибающий момент на миделе равен нулю, при меньших значениях + судно имеет деформацию прогиба, при больших – деформацию перегиба, а пунктирные кривые диаграммы дают значения деформации корпуса на миделе в сантиметрах. Знак > 0 соответствует перегибу, знак < 0 – прогибу.

На некоторых судах диаграммы контроля прочности построены без учета дифферента (рис. 11.5).

Рис. 11.5 – Упрощенная диаграмма контроля прочности

Тогда на вертикальной оси откладывается арифметическая полусумма моментов масс, расположенных в нос и в корму от миделя, , т.е. полусуммы модулей моментов. Достаточность прочности корпуса определяется так же, как указано выше. Если контрольная точка вышла за пределы допустимых значений для условий плавания в рейсе, то для возможности выйти в плавание необходимо изменить грузовой план. Причем, если точка оказалась выше линии «Опасно – перегиб в рейсе», это означает, что перегружены трюмы в оконечностях судна и необходимо перенести грузы дедвейта ближе к миделю. Если же контрольная точка оказалась ниже линии «Опасно – прогиб в рейсе», то это означает перегрузку средних трюмов и грузы дедвейта необходимо разнести в оконечности, дальше от миделя.

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 (на рис. 11.6) показано влияние способа загрузки трюмов на кривые изгибающих моментов и перерезывающих сил для навалочного судна дедвейтом 50 тыс.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.

Рис. 11.6 Влияние способа загрузки трюмов на кривые изгибающих моментов и перерезывающих сил для навалочного судна дедвейтом 50 тыс.т:

а) – все трюмы загружены, длина трюмов одинакова; б) – загружены трюмы 1, 3, 5, 7, длина всех трюмов одинакова; в) – загруженные трюмы 1, 3, 5, 7 короче пустых; г) – загруженные трюмы 1, 3, 5, 7, 9 короче пустых.

____ касательные напряжения, соответствующие перерезывающим силам, кг/см²;

_ _ _ нормальные напряжения, соответствующие изгибающим моментам, кг/см²;

ЛИТЕРАТУРА

1. Алферьев М.Я. Теория корабля. – М.: Транспорт, 1972. – 445 с.

2. Воеводин Н.Ф. Изменение остойчивости судна. – Л.: Судостроение, 1973. – 200 с.

3. Мельник В.Н. Эксплуатационные расчеты мореходных характеристик судна. – М.: Транспорт, 1990. – 142 с.

4. Муру Н.П. Прикладные задачи плавучести и остойчивости судна. – Л.: Судостроение, 1985. – 215 с.

5. Семенов-Тян-Шанский В.В. Статика и динамика корабля. – Л.: Судостроение, 1978. – 608 с.

6. Сизов В.Г. Теория корабля. – О.: Феникс, М.: ТрансЛит, 2008. – 464 с.

7. Правила классификации и постройки морских судов: В двух томах. / Российский Морской Регистр Судоходства, 2011.

8. Справочник по теории корабля. / Под ред. Дробленкова В.Ф. – М.: Воениздат, 1984.

9. Справочник по теории корабля: В трех томах. / Под ред. Войткунского Я.И. – Л.: Судостроение, 1985.

10. Статика корабля. / Рождественский В.В., Луговский В.В., Борисов Р.В., Мирохин Б.В. – Л.: Судостроение, 1986. – 240 с.

11. Статика корабля / Рождественский В.В., Луговский В.В., Борисов Р.В., Мирохин Б.В. – С-П.: Судостроение, 2005. – 256 с.

12. Теория и устройство судов. / Кацман Ф.М., Дорогостайский Д.В., Коннов А.В., Коваленко Б.П. – Л.: Судостроение, 1991. – 416 с.

13. Derrett D.R., Barrass C.B. Ship Stability for Masters and Mates, 5th ed. – Oxford, Butterworth/Hernemann, 1999. – 447 р.

14. IMO Assembly Resolution A.749(18) – Code on intact stability for all types of ships covered by IMO instruments.

Навчальне видання

ТОЕРІЯ ТА БУДОВА СУДНА

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

З ВИКОНАННЯ ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ

Укладачi: Бурмака Ігор Олексійович,

Король Альберт Якович,

Любенко Сергій Сергійович,

Мазур Оксана Миколаївна,

Сауляк Сергій Валентинович

Підп. до друку

Формат 60х84/16. Папір офсет. Ум.друк. арк.

Тираж 50 пр. Зам. №

ОНМА, центр «Видавінформ»

65029, м. Одеса, Дідріхсона,8, корп.7

Свідоцтво ДК №1292 від 20.03.2003

Тел./факс:(0482)34-14-12

publish@ma/odessa.ua