Файл: Конспект 3 курс СВ.doc

М_кр – постоянная, поэтому А_кр – прямая, проходящая через начало координат (формула 47), так как при =0 -А_кр=0 а при =1рад - А_кр= М_кр (рис. 28б).

28.Определение опрокидывающего момента при прямом начальном положении судна.

Опрокидывающим моментом называется наибольший динамически приложенный момент, который ещё выдерживает судно не опрокидываясь.

При увеличении М_кр равенство работы кренящего и восстанавливающего моментов наступает при б’ольших углах динамического крена . И, наконец, при некоторой величине М_кр=М_опр запас остойчивости соответствующий площади ECD (рис.27, 30а) становится равным нулю. При большем моменте судно опрокидывается, а меньший момент не является предельным. Следовательно, этот момент является опрокидывающим.

Рис.30.Определение опрокидывающего момента по диаграмме: а- статической остойчивости,

б- динамической

На диаграмме динамической остойчивости (рис. 30б) большей величине динамически приложенного кренящего момента соответствует больший угол наклона прямой, которая изображает зависимость . Очевидно, что касательной к диаграмме А_в() соответствует наибольший динамически приложенный момент, который ещё выдерживает судно не опрокидываясь - М_опр. Действительно, при большем кренящем моменте линия не пересечёт А_в() , что приведёт к опрокидыванию судна.

29. Определение опрокидывающего момента при качке судна.

Проследим за тем, как изменяется энергия, и определим величину работы восстанавливающего момента при качке судна (рис. 31). Судно совершает колебания относительно положения статического равновесия ( ), наибольшее наклонение на левый борт - , на правый борт - . Следовательно, при = и = - угловые скорости и кинетические энергии равны нулю. При изменении угла наклонения судна с до кинетическая энергия увеличивается под действием восстанавливающего момента , стремящегося привести судно к вертикальному положению ( ) . При этом восстанавливающий момент совершает работу, соответствующую вертикально заштрихованной площади, которая численно равна работе восстанавливающего момента - ординате ^Авл ^{диаграммы динамической остойчивости (по определению). При изменении угла наклонения от} 0о до восстанавливающий момент действует уже в направлении противоположном наклонению судна. Его работа затрачивается на уменьшение кинетической э

Рис.31. Работа восстанавливающего момента при качке судна

Р

Работа при изменении угла крена с ^о=0 до = численно равна заштрихованной горизонтально площади или ординате диаграммы динамической остойчивости. Очевидно, что в соответствие с законом сохранения энергии А_в^л = , или горизонтально и вертикально заштрихованные области диаграммы статической остойчивости должны быть равны по площади. Обратное колебательное движение судна происходит аналогично (подобно колебаниям маятника).

Рассмотрим случай, когда динамически приложен момент при = (рис. 32а).

При = кинетическая энергия =0. При изменении угла наклонения судна с до 0^о кренящий момент и восстанавливающий момент направлены в одну и ту же сторону, поэтому работа их должна суммироваться и соответствует вертикально заштрихованной области ОАВС (рис. 32а). При изменении угла крена с 0^о до кренящий момент действует в ту же сторону, поэтому площадь прямоугольника OCD , соответствующую работе М_кр на интервале 0^о - , штрихуем так же вертикально (рис.32а). Таким образом, работа моментов, стремящихся наклонить судно на правый борт , соответствует всей вертикально заштрихованной площади - OABD . При изменении угла крена с 0^о до восстанавливающий момент М_в^пр направлен в сторону противоположную наклонениям. Работа этого момента А_в^пр соответствует горизонтально заштрихованной площади под кривой М_в^пр (OEF ). При равенстве горизонтально и вертикально заштрихованных областей работа моментов, стремящихся увеличить угол наклонения на правый борт, будет равна работе момента, стремящегося уменьшить угол наклонения (то есть работы равны по модулю). Следовательно, кинетическая энергия будет равна нулю, что соответствует . можно определить и по равенству площадей ABE и EFD , так как площадь OED общая.

Для решения этой задачи на диаграмме динамической остойчивости необходимо построить график А+А_кр , то есть суммы работ внезапно приложенного кренящего момента М_кр , который начинает действовать с =, и восстанавливающего момента М , который действует с = до 0^о .

Работа восстанавливающего момента М (площадь ОА) соответствует ординате А (рис.32). Следовательно, к ординатам прямой, соответствующим работе М_кр , необходимо добавить ординату А . Это сложение можно выполнить графически, если прямую, соответствующую работе М_кр , отстроить от точки N ,как показано на рис. 32б . Пересечение этой кривой с кривой А_в^пр соответствует равенству работ кренящих и восстанавливающего моментов и, следовательно, определяет .

Если мы будем увеличивать величину кренящего момента (рис. 32а), то при некоторой величине кренящего момента М_опр будет использован весь запас остойчивости. При дальнейшем увеличении кренящего момента равенство работ не будет достигнуто при любых . Следовательно, методом подбора можно определить по диаграмме статической остойчивости М_опр.

По диаграмме динамической остойчивости (рис.32б) для определения М_опр необходимо из точки N построить касательную к кривой А_в^пр . Эта касательная является графиком наибольшего момента, который выдерживает судно не опрокидываясь.

30. Требования Регистра судоходства к остойчивости морских судов.

Остойчивость судов в любом состоянии загрузки должна удовлетворять следующим требованиям:

1. Исправленная начальная метацентрическая высота должна быть положительна (h>0).

2. Максимальное плечо диаграммы статической остойчивости должно быть не менее 0,25м при L  80м и не менее 0,2м при L 105м.

3. Угол максимума диаграммы статической остойчивости должен быть не менее 30^о (_max30^o).

4. Угол заката диаграммы статической остойчивости должен быть не менее 60^о (_зак60^о).

5. Критерий погоды (К) должен быть не менее 1 :

К , К=М_опр/М_кр.

Кренящий момент определяется по формуле:

,

где: A_v – площадь парусности судна в м²,

p_v - давление ветра в паскалях [Па] , зависящее от района плавания и z ,

z – отстояние центра парусности от плоскости ватерлинии в метрах.

Амплитуда качки при определении М_опр расчитывается по формуле:

,

где: X₁=f(B/T),

X₂=f() ,

Y=f() и зависит от района плавания.

При наличии у судна скуловых килей расчётная амплитуда качки может быть уменьшена:

;

А_ск – площадь скуловых килей в м².

Необходимые для расчётов величины p_v, X₁, X₂, Y, k определяются по таблицам, приведенным в Правилах Регистра судоходства. Опрокидывающий момент определяется как показано в п.29.

6. Остойчивость по критерию ускорения считаетсяч приемлемой, если расчётное ускорение не превішает 0,3*g

=

=; C₁=f(h*B/z_g/).

C₁ определяется по таблицам Правил Регистра судоходства.

31. Альтернативные требования к остойчивости судов неограниченного плавания (основанные на кодексе ИМО).

Диаграмма статической остойчивости должна удовлетворять указанным ниже требованиям:

1. Площадь под кривой восстанавливающих плеч должна быть не менее 0,055 мрад. до угла крена 30^о и не менее 0,09 мрад. до угла крена 40^о . Площадь под кривой восстанавливающих плеч между углами крена 30^о и 40^о должна быть не менее 0,03 мрад.

2. Максимальное плечо должно быть не менее 0,2 м при угле крена не менее 30^о.

3. Угол закатадиаграммы должен быть не менее 60^о..

4. Исправленная начальная метацентрическая высота при всех вариантах загрузки должна быть не менее 0,15 м.

5. Остойчивость судна по критерию погоды считается достаточной, если судно способно противостоять одновременному действию ветра и волнения.

Считается, что судно находится под воздействием постоянного ветра с плечом кренящего момента l_w1=p_v*A*z_v/(1000*g*D) (p_v=504 Па - давление ветра, z_v – плечо парусности, А – площадь парусности). От угла крена , вызванного постоянным ветром, судно в процессе качки кренится на наветренный борт на угол, равный амплитуде (расчётные данные приведены в таблицах). На наклонённое судно действует порыв ветра, которому соответствует l_w2=1.5*l_w1. Площадь “в” ограничена кривой восстанавливающих плеч, прямой, соответствующей плечу l_w2 при угле крена не больше 50^о (см. рис. 33). Площадь «а» ограничена кривой восстанавливающих плеч, прямой l_w2 и углом крена, соответствующим амплитуде качки . Остойчивость считается достаточной по критерию, если площадь «а» не больше площади «в». Допустимый угол крена от действия постоянного ветра не должен превышать 0,8 угла входа палубы в воду или 15^о, в зависимости от того, что меньше.

Рис.33. Требования ИМО к критерию погоды.

32. Основные понятия о непотопляемости.

Непотопляемостью называется способность судна при затоплении одного или нескольких судовых отсеков сохранять остойчивость и плавучесть в необходимых пределах. При обеспечении непотопляемости предпочтение отдаётся обеспечению аварийной остойчивости, так как потеря плавучести обычно происходит сравнительно медленно и есть время для принятия мер по спасению судна и его экипажа, а при потере остойчивости судно опрокидывается очень быстро.

В обеспечении непотопляемости можно выделить три комплекса мероприятий:

1.-Конструктивные мероприятия, которые проводятся при проектировании, постройке и ремонте судна.

2.-Организационно-технические мероприятия, которые являются предупредительными и проводятся во время эксплуатации судна.

3.-Оперативные мероприятия по борьбе за непотопляемость после аварии, направленные на борьбу с поступлением воды, восстанавливание остойчивости и спрямление повреждённого судна. Если оценка ситуации свидетельствует о невозможности обеспечения непотопляемости, принимаются меры по спасению экипажа с помощью спасательных средств.

При наличии на судне программ расчёта непотопляемости оценку ситуации при авариях желательно производить до выхода в рейс и уточнять при аварии. При отсутствии программы и наличии информации – до выхода в рейс.

При оценке аварийной ситуации необходимо определять аварийную осадку, тенденцию в изменении осадки, аварийную остойчивость, меры по спрямлению судна. Расчёты в судовых условиях обычно выполняются методом приёма груза, то есть влившуюся воду считают принятым жидким грузом. Если отсек сообщается с забортной водой и уровень воды в отсеке соответствует уровню забортной воды и количество влившейся воды изменяется, то в этом случае решение находят методом последовательных приближений. Условно принимают некоторый уровень влившейся воды, исходя из этого определяют количество влившейся воды и расчётную осадку при этом. Если при этой посадке принятый уровень забортной воды совпадает с уровнем забортной воды в районе отсека, то расчёт закончен. В противном случае назначают новый уровень с учётом расчётной посадки и повторяют расчёты до совпадения принятого уровня воды в отсеке с уровнем забортной воды.

Количество влившейся воды зависит от заполнений помещений грузом, оборудованием и т. д.

Отношение объёма влившйся v_в к теоретическому объёму помещения по уровень затопления v_т называется коэффициентом проницаемости (v_т). Масса влившейся воды .Для генерального груза , для МО , лесной груз – 0,35, для жилых помещений – 0,95.

33. Конструктивные меры и организационно-технические мероприятия по обеспечению непотопляемости.

Непотопляемость судна обеспечивается за счёт запаса его плавучести, под которым понимается объём прочной водонепроницаемой части корпуса, расположенной выше ватерлинии.

Кроме запаса плавучести для обеспечения непотопляемости необходимо разделить корпус судна на отсеки водонепроницаемыми поперечными переборками, чтобы исключить распространение воды по всему судну при пробоине. Таким образом запас плавучести и поперечные переборки являются необходимыми конструктивными мерами для обеспечения непотопляемости.

Дополнительными конструктивными мерами являются двойное дно и двойные борта, которые могут ограничивать распространение воды по судну в случае не глубокой пробоины.

К организационно-техническим мероприятиям относятся:

• правильная организация и систематическая подготовка личного состава к борьбе за непотопляемость (учения, расписания по тревогам);

• систематическое наблюдение за корпусом с целью предупреждения недопустимых износов;

• борьба с коррозией корпуса (окраска, электрохимическая защита);

• поддержание непроницаемости дверей, иллюминаторов, сходных лючков, люковых крышек;

• поддержание в исправном состоянии запорных устройств вентиляционных каналов;

• контроль забортных отверстий (в доке);

• раскрепление грузов для предотвращения смещения;

• контроль за свободными поверхностями жидких грузов и возможное их сокращение.

34. Нормирование непотопляемости.

В соответствие с Кодексом ИМО должна быть обеспечена непотопляемость всех пассажирских судов (судов, у которых более 12 человек не членов экипажа).

В соответствие с требованиями Регистра судоходства непотопляемость должна быть обеспечена также:

• судов типа УЛА и УЛ при L>90 м и самостоятельном плавании в Арктике (велика вероятность пробоины);

• суда типа ро-ро длиной более 170 м (в грузовых помещениях мало поперечных переборок и поэтому опасна пробоина);

• ледоколы при длине более 50 м, буксиры-спасатели (велика вероятность пробоины);

• суда с атомной силовой установкой и суда, перевозящие радиоактивные материалы (очень опасно затопление из-за загрязнения моря).

Расчётная пробоина – длиной 3+3%L или 11 м или11% L в зависимости от того, что меньше; глубина пробоины 1/5 В, а по высоте – от киля до верхней палубы. Аварийная ватерлиния без учёта крена не должна проходить выше палубы вне зоны затопления и не менее, чем в 0,3м от открытых отверстий. Крен после затопления должен быть не более 15^о для пассажирских судов и 20^о для непассажирских судов, после спрямления 7^о и 12^о соответственно.

Аварийная метацентрическая высота должна быть не менее 0,05м, и протяженность положительных плеч диаграммы аварийной остойчивости должна быть не менее 20^о.

35. Общая прочность и её контроль.

Прочностью называется способность судна воспринимать действующие нагрузки без разрушений и остаточных деформаций.

Нагрузками для корпуса судна являются силы тяжести корпуса, оборудования, устройств, запасов, грузов, снабжения, силы гидростатического давления воды, инерционные силы при качке, удары волн о корпус и т. д.

Корпус судна с точки зрения прочности рассматривают как мощную пустотелую коробчатую балку переменного сечения, образованную бортами, днищем и верхней палубой и подкрепленную поперечными и продольными переборками, палубами и платформами.

Постоянные силы действующие на судно, в целом взаимно уравновешены (силы тяжести и силы поддержания), но они распределены не одинаково по длине судна. Поэтому в пределах каждого ограниченного участка длины преобладают те или иные силы. Из-за этого в корпусе развиваются перерезывающие силы и изгибающие моменты и корпус деформируется как балка, получая прогиб или перегиб. Прочность этой балки-корпуса называется общей прочностью