ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.08.2019
Просмотров: 12971
Скачиваний: 276
130
Рис. 7.1 Эпюры сил веса (а), сил плавучести (б), нагрузки (в), перерезывающих сил (г)
и изгибающих моментов (д)
131
Из курса сопротивления материалов известно, что интеграл от кривой нагрузки
дает кривую перерезывающих сил (рис. 7.1. г)
????(????) = ∫ ????(????)
????(????).
????
−????
2
(7.1)
А интеграл от кривой перерезывающих сил дает кривую изгибающих
моментов (рис. 7.1. д)
????(????) = ∫ ????(????)????(????).
????
−????
2
(7.2)
Эта кривая дает величину и положение наибольшего изгибающего момента,
действующего на корпус при рассматриваемом состоянии нагрузки. Значение сил
????(????) и моментов ????(????) рассчитывают путем графического интегрирования.
7.2 Дополнительные силы и моменты, действующие на корпус судна
При плавании на волнении в зависимости от положения судна на волне
изменяется кривая сил поддержания, а значит, изменяются и кривые нагрузки
перерезывающих сил и изгибающих моментов. В качестве иллюстрации (на рис.
7.2) приведен пример изменения указанных величин для различных положений
судна на волне. Волна при этом принимается двухмерной, трохоидальной
формы (приближенно – синусоидальной).
Дополнительные перерезывающие силы и изгибающие моменты, при
статической постановке судна на волну, определяют по формулам
????(????) =
∙ g ∙ ∫
????????, (7.3)
????
−????
2
????(????) = ∫
N(x)????????, (7.4
????
−????
2
)
где
∙ g ∙
– интенсивность дополнительных сил поддержания судна на
волнении.
132
Найденные дополнительные изгибающие моменты и перерезывающие
силы от волнения суммируют c моментами и силами на тихой воде.
Обычно суммарные изгибающие моменты достигают наибольшей
величины в средней части корпуса судна, в районе миделя. Поэтому часто
напряженное состояние корпуса оценивают по изгибающему моменту в
миделевом сечении. Наибольший дополнительный изгибающий момент создает
волна, y которой длина ???? равна длине судна ????.
Рис. 7.2 Изгибающие моменты и перерезывающие силы при различных положениях судна
относительно волны:
а) – последовательность положений судна; б) – вес; в) – силы поддержания;
г) – перерезывающие силы; д) – изгибающие моменты
Дополнительные изгибающие моменты в миделевом сечении нa вершине
????
в
и подошве
????
п
волны можно оценить по приближенным формулам
????
в
=
∙ g ∙ ???? ∙ ????
2
∙ ℎ
в
2 ∙ [20 + 75 ∙ (1 − ????
????
)]
, кНм, (7.5)
????
п
=
∙ g ∙ ???? ∙ ????
2
∙ ℎ
в
2 ∙ [20 + 52 ∙ (1 − ????
????
)]
, кНм, (7.6)
133
где ???? – плотность забортной воды, т/м
3
;
g – ускорение свободного падения, м/с
2
;
???? – ширина судна, м;
???? – длина судна, м;
ℎ
в
0,17 ∙
0,75
– высота волны, м;
???? – длина волны, м;
????
????
– коэффициент полноты ватерлинии.
7.3 Нормирование общей прочности Правилами Регистра судоходства
Подобно изгибу призматических балок при общем изгибе судна в
поперечных сечениях корпуса появляются нормальные и касательные
напряжения,
уравновешивающие
внешний
изгибающий
момент
и
перерезывающие силы. Значения напряжений, а следовательно, и
сопротивление корпуса общему изгибу, зависят не только от площади
поперечного сечения продольных связей, но и от распределения этой площади
по высоте корпуса.
Определяя продольную прочность при общем изгибе судна в вертикальной
плоскости, расчетное поперечное сечение корпуса мысленно представляют в
зависимости от числа палуб в виде многотавровой монолитной тонкостенной
балки, называемой эквивалентным брусом, для которого справедлива гипотеза
плоских сечений. Эквивалентный брус является конструктивной идеализацией
(прочностной моделью) поперечного сечения корпуса формально с такими же
геометрическими характеристиками, как и у проектируемого судна, а все связи
считаются жесткими. Он состоит из совокупности одноосно нагруженных
продольных конструктивных связей, принимающих эффективное совместное
участие в общем изгибе судна, и простирающихся по всей длине судна или на
значительной ее части (рис. 7.3)
Распределение материала продольных связей по высоте поперечного
сечения корпуса характеризуется моментом инерции данного сечения ????
????
относительно нейтральной оси, а сопротивление общему изгибу – моментом
сопротивления, равным отношению
????
????
=
????
????
????
????
, м
3
, (7.7)
где ????
????
– отстояние по вертикали рассматриваемой продольной связи от
нейтральной оси поперечного сечения, м.
Тогда условие общей прочности судна по нормальным напряжениям
запишется в виде
????
????
=
????
????
∙ ????
????
????
????
=
????
????
????
????
< |????
доп
|, (7.8)
134
где ????
????
– расчетный изгибающий момент, кНм.
Рис. 7.3 Расчетное сечение и эквивалентный брус
Момент сопротивления ????
????
эквивалентного бруса, который обеспечивает
способность судового корпуса сопротивляться внешним силам и гарантирует на
заданном уровне безопасную эксплуатацию судна, называют стандартом
прочности.
По Правилам Регистра судоходства, при проектировании судов
неограниченного района плавания необходимо, чтобы фактический момент
сопротивления ????
????
продольных связей, рассматриваемого поперечного сечения
корпуса, был не меньше минимального значения ????
min
, определяемого по
формуле
????
min
= ????
????
∙ ???? ∙ ????
2
∙ (????
????
+ 0,7) ∙ ????, м
3
, (7.9)
гдe ????
????
= 0,0856 ∙ ???? – волновой коэффициент при длине судна ???? ≤ 90 м;
????
????
= 10,75 − (
300 − ????
100
)
3
2
при 90 < ???? < 300 м;
????
????
= 10,75 при 300 ≤ ???? ≤ 350 м;
???? – ширина судна, м;
????
????
– коэффициент полноты водоизмещения;
???? – коэффициент использования механических свойств стали.
А фактический момент инерции ????
????
рассматриваемого поперечного сечения
корпуса, должен быть не меньше минимального значения ????
min
, определяемого
по формуле