Нормы прочности морских судов
Обновлено: 01.05.2024
ПРОЧНОСТЬ СУДНА Способность судна воспринимать действующие на него внешние силы без разрушения. Различают общую и местную П.С. Нарушение общей П.С. приводит к разрушению корпуса и, как правило, к гибели судна, местной П.С.- к местным (локальным) повреждениям. При расчете общей П.С. корпус рассматривают как составную пустотелую балку переменного сечения, у которой проверяют как общую продольную, так и общую поперечную П.С. Общая продольная П.С. обеспечивается связями корпуса, идущими непрерывно по всей или значительной части его длины (наружи, обшивка, настилы палуб, продольные переборки, второе дно, продольный набор), общая поперечная П.С.- поперечными переборками, поперечным набором, днищем, палубами. Для оценки П.С. наиболее важны: общая продольная П.С. при продольном изгибе корпуса на волнении, продольном спуске, постановке в док, посадке на мель; общая поперечная П.С. при кручении корпуса на волнении, при постановке судна в док, поперечном спуске на воду, посадке на мель; местная П.С. при действии сосредоточенных и распределенных сил при приеме и снятии грузов, в районе грузоподъемных устройств (краны, стрелы), реакций кильблоков при постановке в док, реакций спускового устройства при спуске, гидростат, давления при аварийных затоплениях отсеков, сил обжатия корпуса льдом, сосредоточенных сил при швартовке и буксировке и т. п. В зависимости от характера изменения внешних сил различают статическую (от действия неизменных и статических переменных сил) и динамическую (от действия динам, переменных или ударных сил) П.С. Общая и местная П.С. или его частей могут быть нарушены в результате разового превышения предельных значений внешних сил и (или) циклического воздействия внешних сил, меньших их предельных значений. Усталостная П.С. разделяется на многоцикловую и малоцикловую, причем для последней указывается гарантированное число нагружений. Расчет прочности судна особенно важен при спуске его на воду и постановке в док. П.С. при спуске на воду проверяется расчетом для наиболее неблагоприятных случаев совместного действия сил тяжести судна и спускового устройства, сил поддержания входящих в воду частей корпуса и спускового устройства, а также реакций спускового фундамента. П.С. практически проверяется лишь при продольном спуске со стапеля. В процессе продольного спуска корпус судна сначала испытывает деформацию перегиба, а затем, при всплытии погружающейся его части с поворотом относительно надводного конца спускового устройства (спускового шарнира),- деформацию прогиба. Проверка общей П.С. сводится к расчетной опенке допустимости возникающих при указанных деформациях общих напряжений в корпусе с учетом степени его готовности к моменту спуска. Проверка местной П.С. осуществляется для днищевых связей в районе приложения наибольших реакций подводного участка спусковой дорожки у порога стапеля, а также в носовой части, где в процессе всплытия погруженной оконечности судна действуют значительные опорные реакции. П.С. при постановке в сухой ил и плавучий док обеспечивается выбором наиболее подходящего способа постановки и временным подкреплением корпусных конструкций. Расчеты П.С. включают: определение реакций элементов докового опорного устройства (килевая дорожка, боковые клетки, распоры и т. д.); нахождение возникающих в сечениях корпуса общих изгибающих моментов и перерезывающих сил и вызванных ими нормальных и касательных напряжений; проверку местной прочности различных конструкций корпуса судна, воспринимающих нагрузку при его постановке в док; проверку докового опорного устройства. При постановке в плавучий док может возникнуть необходимость проверки общей и местной прочности самого дока. Прочность глиссирующего судна (ГС) проверяется в основном на действие ударов корпуса о воду при движении с макс, скоростью в режиме глиссирования на волнении. Силу удара определяют расчетом в зависимости от скорости и ходового дифферента ГС, распределения масс и формы днищевых обводов корпуса. Проверку общей (продольной) П.С. производят для случаев прогиба корпуса при ударе о волну носовой оконечностью и перегиба корпуса при ударе средней частью в районе редана. Проверка местной П.С. включает расчет бортов, палубы, переборок, надстроек на действие гидростат, нагрузки (например, от наката волн), а также днища на действие гидродинамической нагрузки при ударе о волну. Надежность клепаных и сварных конструкций ГС из алюминиевых сплавов в большой степени зависит от конструктивного оформления связей и технологии изготовления. Прочность судна на подводных крыльях (СПК) проверяется для корпуса и крыльевого устройства (КУ). Необходимые для расчета наиб, внешние силы определяют для след, эксплуатационных случаев: ход на крыльях с макс, скоростью и движение в водоизмещающем положении при определенном волнении; переходные режимы (выход на крылья и посадка на корпус). В водоизмещающем положении и в переходных режимах движения расчетными являются силы удара корпуса о волну, определяемые так же, как и при расчете прочности глиссирующих судов, а при ходе на крыльях - подъемные силы на КУ, вычисляемые по вертикальным ускорениям или параметрам качки. Изгибающие моменты и перерезывающие силы при проверке общей продольной П.С. определяют по носовым и кормовым усилиям от КУ (или силе удара), инерционным силам , распределенным по длине корпуса, и силам тяжести. Вычисление нормальных и касательных напряжений при общем изгибе корпуса, назначение внешних нагрузок и расчет местной прочности конструкций СПК (днища, бортов, палубы, переборок и надстройки) проводят так же, как для глиссирующих судов. Наиболее нагруженной конструкцией СПК является КУ, прочность которого, как правило, определяет допустимые условия эксплуатации и проверяется на действие нагрузок при ходе на тихой воде с минимальным погружением КУ, на волнении с макс, погружением КУ и учетом крена, а также на циркуляции. При вычислении напряжений в КУ его рассматривают как плоскую или пространственную стержневую систему. Для высоких стоек КУ кроме проверки прочности необходима оценка устойчивости их нижних концов. Напряженное состояние конструктивно сложных узлов КУ исследуют экспериментально на тензометрических моделях. Высокий уровень и большая повторяемость нагрузок при эксплуатации ограничивают ресурс корпуса и особенно КУ- С целью проверки и подтверждения прочности и эксплуатационного ресурса СПК новых типов проводят натурные мореходные испытания, которым предшествуют статические испытания КУ на стапеле. Прочность судна на воздушной подушке (СВП) проверяется для корпуса и гибкого ограждения (ГО). Внешние силы определяют для следующих эксплуатационных условий: движение на подушке (парение) с макс, скоростью при расчетном волнении, движение в водоизмещающем положении на волнении повышенной балльности, постановка на опоры в случае базирования на берегу (амфибийные СВП) или подъем краном. Общую прочность СВП проверяют на силы удара днища о волну и силы обжатия ГО (для амфибийных СВП) или усилия, действующие на скеги (для скеговых СВП). Внешние силы определяют по вертикальным ускорениям (перегрузкам) или параметрам качки, которым соответствуют неблагоприятные сочетания и распределения этих сил, вызывающих одновременно наибольший изгиб в продольном и поперечном направлениях и кручение. Продольный изгибающий момент, перерезывающую силу и крутящий момент вычисляют по внешним носовым и кормовым силам, инерционным силам и силам тяжести. Нормальные и касательные напряжения находят с учетом участия надстройки в общем изгибе корпуса; кроме того, оценивают запас прочности СВП по предельным моментам. Проверка местной прочности СВП включает расчет бортов, палубы, переборок, надстроек на действие гидростатической нагрузки (накат волны, давление столба воды), а также днища при плоском ударе о воду. Дополнительно проверяют прочность днищевого перекрытия в целом на действие избыточного давления воздуха в подушке. Оболочку ГО проверяют на избыточное давление воздуха и нагрузку от контактов с водой. Сравниваемые с допускаемыми величины натяжения в элементах ГО зависят от равновесной формы оболочки, определяемой внешней нагрузкой и характером ее распределения. Сложность воздействия внешних сил на корпус и ГО СВП и необходимость учета пространственности деформирования конструкции (одновременное рассмотрение продольных, поперечных изгибов и кручения) требуют большого объема экспериментальных работ. Для определения внешних сил проводят мореходные испытания буксируемых и самоходных моделей, подобных по жесткостным и массовым характеристикам проектируемым СВП, позволяющие, в частности, имитировать аварийные ситуации (например, отказ вентиляторной установки, обеспечивающей поддув воздуха в подушку, и т. п.). При сложной конструктивно-силовой схеме корпуса для оценки напряженного состояния используют модели. Надежность конструкции корпуса определяется статичной прочностью материала (алюминиевые сплавы) и соединения (клепка, сварка, клееклепка, контактная сварка и т. д.), а ГО - также изгибной податливостью, сопротивлением износу. Отработку соединения производят экспериментальным путем (испытания узлов конструкции). Высокий уровень и большая повторяемость нагрузок при эксплуатации ограничивают ресурс корпуса и ГО.
Морской энциклопедический справочник. — Л.: Судостроение . Под редакцией академика Н. Н. Исанина . 1986 .
Полезное
Смотреть что такое "ПРОЧНОСТЬ СУДНА" в других словарях:
ПРОЧНОСТЬ СУДНА ПРОДОЛЬНАЯ — способность корпуса сопротивляться тем силам, которые стремятся его изогнуть в продольном направлении. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941 … Морской словарь
ЛЕДОВАЯ ПРОЧНОСТЬ СУДНА — свойство корпусных конструкций и их элементов сопротивляться разрушению под действием ледовых нагрузок, возникающих при плавании судов во льдах. Оценивается напряжениями от расчетной ледовой нагрузки. Ледовая Прочность Судна разновидность местной … Морской энциклопедический справочник
ДИНАМИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ судна — свойство корпуса судна воспринимать действие динамических нагрузок не разрушаясь, без существенных изменений его формы. Действие на корпус судна динамических нагрузок, т. е. нагрузок, характеризующихся быстрым изменением во времени величины,… … Морской энциклопедический справочник
ПРЕДЕЛЬНАЯ ПРОЧНОСТЬ судна — Характеристика прочности судна, отвечающая значениям внешних сил, при которых начинается разрушение корпуса. Принимается для миделевого поперечного сечения и измеряется значением предельного для него изгибающего момента, при котором появляется… … Морской энциклопедический справочник
Прочность корабля — способность корпуса корабля (судна) и всех его элементов сохранять неизменность и целостность формы, воспринимая усилия, действующие на него во время эксплуатации. Для изучения прочности корабля ее принято разделять на местную прочность корабля и … Морской словарь
Корпус судна — основная часть судна, состоящая из оболочки и каркаса (набора корпуса судна (См. Набор корпуса судна)). К. с. обеспечивает плавучесть, общую и местную прочность судна, а также возможность размещения людей, грузов, оборудования, вооружения … Большая советская энциклопедия
Вертикальный киль судна — киль судна в виде усиленной балки (вертикального днищевого стрингера), проходящей в диаметральной плоскости судна по всей его длине или части длины. Обеспечивает продольную прочность судна. EdwART. Толковый Военно морской Словарь, 2010 … Морской словарь
КРЕПОСТЬ СУДНА — см. Прочность судна. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941 … Морской словарь
НП 054-04: Нормы расчета на прочность элементов оборудования и трубопроводов для судовых атомных паропроизводящих установок с водо-водяными реакторами — Терминология НП 054 04: Нормы расчета на прочность элементов оборудования и трубопроводов для судовых атомных паропроизводящих установок с водо водяными реакторами: 1 . Амплитуда напряжений половина от разности максимального и минимального… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
набор корпуса судна — совокупность балок (бимсов, стрингеров, шпангоутов и т. д.), придающих корпусу заданную форму и вместе с наружной обшивкой обеспечивающих ему жёсткость и прочность. * * * НАБОР КОРПУСА СУДНА НАБОР КОРПУСА СУДНА, совокупность балок (бимсов (см.… … Энциклопедический словарь
Прочность судна — это способность корпуса воспринимать действующие на него внешние и внутренние нагрузки (силы) без разрушения или остаточных деформаций. Судно считается прочным, если его корпус выдерживает следующие внешние нагрузки, действующие на него при эксплуатации (рис. 161):
‒ весовая нагрузка — вес судна и всех находящихся на нём грузов, механизмов и оборудования;
‒ гидростатическое давление воды (силы поддержания), действующее на наружную обшивку погружённого в воду судна;
‒ гидродинамическое давление воды, оказываемое на корпус при ударах волн;
‒ силы инерции, возникающие при качке от всех масс, расположенных на судне.
Рис. 161. Расположение главных сил, действующих на судно:
а - силы поддержания; б - равнодействующие сил веса и сил поддержания;
P - сила веса судна; D - сила поддержания; С - центр величины; G - центр тяжести судна
Весовую нагрузку и гидростатическое давление воды на корпус относят к статическим нагрузкам, влияние которых на корпус не оставляет на нём заметных последствий.
Удары волн о корпус в шторм и инерционные нагрузки при качке относят к динамическим (внезапным) нагрузкам, которые могут носить остаточный характер, их последствия — вмятины или пробоины.
Рис. 162. Нагрузка судна:
а - кривая сил веса; б - кривая сил поддержания (с приведением к ступенчатой кривой);
в - наложение кривой сил веса на кривую сил поддержания;г - результирующая кривая нагрузки, действующей на судно:
1 - избыток сил веса; 2 - избыток сил поддержания
При плавании в реальных морских условиях (на косом волнении) КС испытывает ещё и деформации кручения, в результате которых в определённых местах судна возникают напряжения изгиба и растяжения.
Конструктивные элементы корпуса должны обладать достаточной прочностью и жёсткостью, чтобы сопротивляться силовым нагрузкам, т. е. днищевые, палубные и бортовые перекрытия должны рассчитываться на допустимые напряжения сжатия и растяжения от внешних нагрузок согласно «Нормам прочности стальных морских судов».
Из схемы действия главных сил на КС (см. рис. 161) видно, что сила веса Р всего судна направлена вертикально вниз, а навстречу ей действует равная по величине сила поддержания D. Сила веса приложена в ЦТ судна, а сила поддержания — в ЦВ, т. е. в геометрическом центре подводного объёма судна.
Чтобы знать, как они влияют на прочность корпусных конструкций, необходимо распределить их по длине судна через каждую шпацию. Точки приложения сил веса будут лежать в ЦТ механизмов и грузов, размешённых по длине судна, и графически в масштабе будут изображаться ступенчатой ломаной линией, как это показано на рис. 162, а.
Диаграммы, изображающие распределение сил по длине судна, называют эпюрами нагрузки судна (см. рис. 162).
Эпюра весовой нагрузки, или кривая сил веса (тяжести), судна показывает, что вес груза по 20 теоретическим шпациям распределён неравномерно, и это естественно, так как веса надстроек, механизмов, водяного балласта в двойном дне и судовых запасов распределены в разных частях по длине судна. Поэтому, чтобы эпюра весов на каждой шпации не носила ступенчатый характер, её сглаживают плавной кривой, проведённой через концы отрезков, характеризующих величины нагрузок на каждой шпации.
Точно так же строится и ступенчатая кривая сил поддержания D (рис. 162, б), действующих на те же шпации, на которых строилась и кривая сил Р, ординаты откладывают в масштабе давления воды.
Кривую сил поддержания строят для судна, плавающего на тихой воде и на волнении в положении на подошве волны или на её вершине, длину волны принимают равной длине судна.
После наложения эпюр весовой нагрузки и сил поддержания друг на друга (рис. 162, в) можно убедиться, что они не совпадают и не уравновешивают друг друга на каждой шпации, так как распределены неравномерно по длине судна. Разность сил веса и поддержания называется нагрузкой, которая откладывается в соответствии с направлением преобладающих сил по обе стороны прямой. Таким образом, получают эпюру суммарной нагрузки судна (рис. 162, г). На одних участках (нос и корма) суммарная нагрузка будет действовать сверху вниз, а на других — снизу вверх (ближе к середине), вызывая общий продольный изгиб КС.
Эпюра суммарной нагрузки судна и будет представлять собой действие на судно внешних сил (тяжести и поддержания) (рис. 163), создающих изгибающий момент, на который проверяют общую продольную прочность КС.
Рис. 163. Типичная форма кривых для грузового судна:
1 - кривая сил поддержания, тс/м; 2 - кривая сил веса, тс/м; 3 - кривая изгибающего момента, тc м; 4 - кривая перерезывающей силы, тс; 5 - кривая нагрузки, тс/м
Интегральная кривая от нагрузки называется диаграммой перерезывающих сил, которые стремятся сдвинуть левую часть судна относительно правой.
Суммируя элементарные моменты перерезывающих сил, получим диаграмму изгибающих моментов, которая является интегральной кривой диаграммы перерезывающих сил.
Практика показывает, что для большинства морских транспортных судов традиционных обводов максимальные значения изгибающего момента имеют место в районе миделя независимо от состояния нагрузок, что хорошо видно на рис. 163. Его можно определить с помощью следующего выражения:
где К — коэффициент, определяемый нагрузкой судна по графику (рис. 164, а, б);
D, L — водоизмещение (т) и длина (м) судна.
Рис. 164. Зависимость коэффициента Кт.в от коэффициента полноты δ и длины L судна:
а - сухогрузные суда; б - танкеры
Приведённая на рис. 163 типичная форма кривых для грузового судна позволяет установить следующую взаимосвязь между нагрузкой, изгибающим моментом и перерезывающей силой:
— пиковые величины перерезывающей силы располагаются в тех точках по длине судна, в которых кривая нагрузки пересекает ось абсцисс х-х;
‒ кривая изгибающего момента имеет максимум в точке В, где ордината кривой перерезывающей силы равна нулю;
‒ точки перегиба кривой изгибающего момента А находятся в тех местах, где ординаты кривой перерезывающей силы имеют пиковые величины, а кривая нагрузки пересекает ось абсцисс х-х.
По существу, кривая изгибающих моментов характеризует собой те наибольшие усилия, которые испытывает судно. Эти усилия создают перегиб при положении судна на вершине волны, или прогиб, когда судно находится на подошве волны, т. е. вызывают общий продольный изгиб, который является наиболее опасным для палубных и днищевых перекрытий.
Характерные положения судна на волнении, при которых возникают опасные изгибающие и скручивающие моменты, показаны на рис. 165.
Рис. 165. Нагрузка на судно в условиях волнения:
а - судно на вершине волны; б - судно на подошве волны; в - судно на косом волнении
При положении на вершине волны (рис. 165, а) средняя часть судна глубоко погружена в воду и сила поддержания в этом месте больше силы тяжести. Оконечности судна, наоборот, оказываются оголёнными. В этих районах действуют лишь небольшие силы поддержания и преобладают силы тяжести. В результате возникает деформация корпуса, называемая перегибом, при которой палуба оказывается растянутой, а днище — сжатым.
При положении судна на подошве волны (рис. 165, б) оконечности судна глубоко погружены в воду, а средняя часть оголена. Силы поддержания преобладают над силами тяжести только в оконечностях. Это приводит к деформации корпуса, называемой изгибом. Палуба судна оказывается сжатой, а днище — растянутым. Кроме того, положение судна на подошве волны при вертикальной качке приводит к увеличению суммарного изгибающего момента, в то время как при положении на вершине волны — к его снижению. Диаграмма действующих изгибающих моментов и перерезывающих сил на вершине и подошве волны показана на рис. 166.
Рис. 166. Перерезывающие силы и изгибающие моменты на вершине и подошве волны
При положении судна под углом к набегающим волнам (на косом волнении) (рис. 165, в) возникает сложная картина. Профиль волны по бортам оказывается различным, что вызывает асимметричное распределение сил поддержания и появление значительных скручивающих моментов, создающих в судовых конструкциях напряжения сдвига. В наибольшей степени таким деформациям подвержены крупные морские суда с широкими люками и контейнеровозы, имеющие большое «раскрытие» палуб.
Способность КС выдерживать действие внешних сил, вызывающих его продольный изгиб (прогиб или перегиб), называют общей продольной прочностью КС, а вызывающих сжатие, перекос и поперечный изгиб, — поперечной прочностью КС.
Для судна большие прогибы и перегибы очень опасны, поэтому следует избегать укладки тяжёлых грузов на коротких участках длины судна.
За счёт перераспределения сил поддержания при качке появляются дополнительные нагрузки в виде инерционных и гидродинамических сил, которые на 10‒12 % выше статической нагрузки. Чтобы снизить уровень этой нагрузки, принято «ставить судно на волну» в том случае, если длина её равна длине судна; тогда можно считать, что силы, действующие на судно, будут статическими, и можно пренебречь силами инерции.
Наибольшие величины дополнительной перерезывающей силы ΔN и изгибающего момента ΔМ возникают при длине волны, близкой к длине судна, для положений на вершине и подошве волны.
При расчётах прочности, как правило, анализируют нормальные и касательные напряжения.
Нормальные напряжения возникают от действия растягивающих или сжимающих усилий, действующих перпендикулярно к площади поперечного сечения корпуса. Касательные напряжения обусловлены наличием сил, действующих вдоль плоскости корпуса и стремящихся сдвинуть верхние слои металла корпуса относительно нижних.
Наряду с рассмотренными силами носовая часть КС на волнении воспринимает ударную нагрузку о воду (слеминг) от вертикальной и килевой качки, обусловленную действием инерционных и гидродинамических сил. Возникновение слеминга отмечается, прежде всего, в балластном рейсе, а также у судов с малой осадкой и плоским днищем. Слеминг приводит к значительному возрастанию продольного изгибающего момента, появлению значительных динамических нагрузок на днище. Наибольшие напряжения от ударных нагрузок при слеминге наблюдаются в районе миделя и достигают 15‒30 % от допускаемых в палубных связях при общем изгибе. Для снижения вероятности появления слеминга и сглаживания его последствий обычно увеличивают осадку носом, применяют V-образные обводы шпангоутов в носовой части, снижают скорость судна.
В то же время при V-образных обводах волновой изгибающий момент оказывается выше на 25‒30 %, чем при U-образных, что лишний раз подтверждает противоречивость требований к форме корпуса с позиций мореходных и прочностных качеств судна. Поэтому предпочтение отдаётся мореходным качествам, так как V-образная форма обводов снижает сопротивление судна на волнении, а также амплитуды килевой и вертикальной качки. При разрешении этого противоречия исходят из вероятностного метода анализа, позволяющего определить экстремальное значение волновой нагрузки, которое, согласно отечественной и зарубежной практике, имеет место один раз за 20-летний период эксплуатации судна. При этом количество изменений (циклов) вертикального момента за 20 лет эксплуатации судна принимается равным 10 8 при среднем периоде цикла, равном 6 с.
Метод расчётного проектирования, позволяющий создавать оптимальные конструкции судовых корпусов, был внедрён в российском судостроении после 1958 г., когда Регистром СССР впервые были выпущены «Нормы прочности морских стальных судов».
Впервые расчётный метод и формулу определения допускаемых напряжений в корпусных конструкциях линейных кораблей предложил в 1908 г. русский инженер-кораблестроитель И.Г. Бубнов (1872‒1919), при участии которого в 1909 г было выпущено 5-томное издание расчётов прочности военных кораблей:
(23)
где σmin и σmax — наименьшее и наибольшее по модулю напряжения;
n — коэффициент, учитывающий наличие местных напряжений в различных связях судового корпуса; для общих напряжений значение коэффициента n = 1.
Своей формулой И.Г. Бубнов заложил принципиальные основы нормирования прочности, которые были затем перенесены в транспортное судостроение и до настоящего времени широко применяются с незначительными поправками.
При использовании этой формулы предполагалось, что при общем изгибе нарушение прочности связей корпуса, испытывающих статически переменные (циклические) напряжения, связано с усталостным разрушением. Поэтому в качестве опасного напряжения (критерия прочности) принимался предел выносливости. Допускаемые напряжения, естественно, дифференцировались в зависимости от характера действия и изменения по времени нагрузок. При этом различались:
‒ по времени — переменная ударная нагрузка (статическая и динамическая);
‒ по характеру действия — постоянно действующая и случайная.
Со временем взгляды на природу разрушения конструкций корпуса изменялись, и в действующие нормы прочности корпусов судов были внесены изменения. Так, в изданных в 1958 г. Регистром СССР Нормах прочности в качестве опасного напряжения принят вместо предела выносливости предел текучести, т. е. считается, что переход общих (и суммарных) напряжений за предел текучести приводит к разрушению корпуса. Такой современный взгляд опирается на результаты опыта. Специальные эксперименты это подтвердили. Поэтому в Нормах прочности допускаемые напряжения нормируются в долях от предела текучести.
Допускаемые напряжения установлены дифференцированно для сухогрузных и наливных судов, общей и местной прочности, а также в зависимости от характера действия и изменения нагрузок. Нормирование допускаемых напряжений тесно увязано с величиной внешней нагрузки, расчётные значения которой также регламентируются Нормами, и выполняется в соответствии со специальной «Методикой расчёта прочности морских транспортных судов», в которой рекомендованы расчётные схемы.
При расчёте прочности проектируемого судна ставится главная задача — определение напряжений в заданных элементах судового корпуса под действием заданных внешних нагрузок. Но при этом решается и обратная задача — создание такой конструкции корпуса, которая обеспечивала бы ему заданную прочность, а также необходимые экономические показатели при эксплуатации судна.
Цель проектирования корпусных конструкций — выбор их элементов таким образом, чтобы напряжения и (или) деформации не превосходили некоторые допустимые величины, установленные на основе опыта проектирования, постройки и эксплуатации судов.
При этом используется основной нормативно-технический документ — «Правила классификации и постройки морских судов Российского морского регистра судоходства», в котором изложены требования к качеству материала, размерам элементов конструкций, указания по конструктивному оформлению основных узлов и их изготовлению, техническому надзору в процессе постройки и эксплуатации судов. Считается, что надёжность конструкций обеспечена, если они спроектированы в соответствии с требованиями этих Правил.
Поверочные расчёты прочности проводят с использованием норм прочности, разработанных на основе Правил Регистра.
В отечественной практике широко применяется следующая схема проектирования корпусных конструкций.
В соответствии с рекомендациями Правил разрабатывают конструктивные схемы отдельных перекрытий и определяют расчётные нагрузки, действующие на них. Из условия обеспечения местной прочности определяют толщины листовых элементов и размеры балок набора перекрытий. При этом проверяют устойчивость балок и пластин, выполнение требований к усилению конструкций в отдельных районах (МО, ледового пояса и др.). Полученные размеры сопоставляют с минимально допустимыми. Находят, исходя из условий обеспечения прочности и жёсткости при общем изгибе корпуса, требуемые значения момента сопротивления, площади стенки и момента инерции поперечного сечения эквивалентного бруса.
Если это необходимо по соображениям общей прочности, корректируют элементы продольных связей корпуса, выбранных из условия обеспечения местной прочности.
Требования к размерам элементов корпусных конструкций устанавливаются Правилами на основе нормирования их прочности к середине срока службы, т. е. учитывается неизбежный коррозионный износ. Так, например, толщину пластин находят в виде
δ = (24)
где δ — расчётная толщина из условия местной прочности или устойчивости;
Δδ — добавка на износ.
Аналогичные зависимости используют и для определения площадей поперечного сечения, моментов сопротивления и инерции балок набора. Добавки на коррозионное изнашивание назначаются в соответствии с рекомендациями Правил.
Величины допускаемых напряжений, входящие в условия прочности, в соответствии с Правилами назначают в долях от нормативных пределов текучести материала:
(25)
где [σ], [τ], [σ]пр — допускаемые нормальные, касательные и приведенные напряжения;
Кσ, Кτ, Кпр — соответствующие коэффициенты допускаемых напряжений;
σн и τн = 0,57 σн — нормативные пределы текучести по нормальным и касательным напряжениям соответственно, кПа;
σ и τ — расчётные напряжения в рассматриваемых связях.
Условие прочности по приведенным напряжениям должно выполняться для связей, в которых одновременно действуют высокие нормальные и касательные напряжения.
Коэффициент η зависит от предела текучести стали:
кПа 2,35 2,95 315 355 390
η 1,0 0,83 0,79 0,72 0,66.
Для элементов конструкций, которые подвержены действию больших сжимающих напряжений или испытывают значительные сдвиговые деформации, Правила устанавливают критические напряжения, зависящие как от эйлеровых напряжений, так и от предела текучести материала.
Необходимая величина момента сопротивления эквивалентного бруса в средней части судна устанавливается из условия обеспечения общей продольной прочности:
(26)
где Мт.в, — расчётные изгибающие моменты на тихой воде и волновой на нерегулярном волнении;
[σ] — допускаемые нормальные напряжения от общего изгиба для состояния корпуса к середине срока службы;
ΔW — запас на износ.
Изгибающие моменты определяют в районе миделя независимо от состояния нагрузки по известным рекомендациям. Подсчитанный по ним момент Мт.в сравнивается с Мт.в0, который устанавливается Правилами в зависимости от формы и размеров судна, условий его эксплуатации. Для нахождения требуемого момента сопротивления в вышеприведённую формулу для W подставляется большая из двух величин Мт.в или Мт.в0.
Правилами устанавливается также и минимальная величина момента сопротивления поперечного сечения эквивалентного бруса в миделевом сечении корпуса
(27)
где В, L, δ — ширина, длина и коэффициент общей полноты судна;
hв.р — расчётная высота волны.
Нормирование Правилами минимальной величины момента сопротивления проводится из условия обеспечения достаточной жёсткости корпуса при общем изгибе. При этом фактически нормируется максимально допустимый прогиб, поскольку, зная W0 и положение нейтральной оси, легко найти и момент инерции I0 поперечного сечения эквивалентного бруса.
Для оценки отстояния е нейтральной оси от основной плоскости можно использовать зависимости
е = (0,34 + 0,06 L 10 -2 ) H — для сухогрузных судов длиной 100 200 м;
е = (0,44 + 0,03 L 10 - 2 ) H — для танкеров той же длины без двойного дна.
Для танкеров большей длины (L > 200 м) рекомендуется принимать е = 0,5 H, где H — высота борта судна.
Проверка прочности судовых конструкций осуществляется путём сравнения действующих в них напряжений с допускаемыми. Коэффициенты допускаемых напряжений ki назначаются в зависимости от характера воспринимаемой нагрузки рассматриваемым элементом конструкции (общий изгиб, местный изгиб, их сумма), от места расположения сечения (пролёт или опора), от вида учтённой внешней нагрузки. Так, например, коэффициент нормальных допускаемых напряжений изменяется для основных элементов судового корпуса в пределах kσ = 0,35‒0,70.
Второй метод проверки прочности по предельным нагрузкам заключается в сопоставлении действующих напряжений с разрушающими, в качестве которых принимается предел текучести σт. Так, условие обеспечения предельной прочности при общем изгибе записывается в виде
WТ — минимальный момент сопротивления эквивалентного бруса, вычисленный в предположении, что в верхней палубе действуют напряжения, равные пределу текучести (включаются только связи, не теряющие устойчивости вплоть до напряжений, равных σТ;
М — расчётный момент в рассматриваемом сечении;
п — коэффициент запаса по предельным нагрузкам.
В зависимости от типа и размеров судна, характера расчётной нагрузки коэффициент запаса изменяется в пределах п = 1,35‒1,50.
Контрольные вопросы
1. Какая задача ставится при расчёте прочности проектируемого судна.
2. Какой способ расчёта напряжений в элементах корпуса используется на стадии проектирования судна и какова последовательность самого расчёта.
3. Какие внешние нагрузки действуют на корпус судна в море и какие они вызывают деформации и напряжения.
4. Как изображаются эпюры весовой нагрузки и сил поддержания на диаграммах сил, действующих на корпус, и с какой целью они строятся.
5. Как строится диаграмма перерезывающих сил и изгибающих моментов и какими точками она характеризуется.
6. В каких положениях при плавании судна возникают опасные изгибающие моменты и скручивающие усилия, какие меры должен предпринять штурман в штормовых условиях для снижения уровня нагрузок на корпус судна.
7. Что такое "слеминг", от чего, в каком месте судна и когда он возникает, к каким последствиям приводит, как уменьшить его негативное действие на судно.
8. На каком этапе создания судна и для каких целей строятся "строевая по шпангоутам" и "строевая по ватерлиниям", какие задачи могут быть решены с их помощью.
Как выбрать специалиста по управлению гостиницей: Понятно, что управление гостиницей невозможно без специальных знаний. Соответственно, важна квалификация.
Почему двоичная система счисления так распространена?: Каждая цифра должна быть как-то представлена на физическом носителе.
Как распознать напряжение: Говоря о мышечном напряжении, мы в первую очередь имеем в виду мускулы, прикрепленные к костям .
Генезис конфликтологии как науки в древней Греции: Для уяснения предыстории конфликтологии существенное значение имеет обращение к античной.
НОРМЫ ПРОЧНОСТИ судов документ, устанавливающий методологию и требования к оценке результатов расчетов прочности судовых конструкций. Во вводном разделе норм прочности регламентируются пределы и порядок распространения норм на суда различных типов, назначений и размерений. Указывается взаимосвязь с другими нормативно-техническими документами, упорядочивающими проектирование судового корпуса. В основном техническом разделе норм прочности приведены способы определения расчетных нагрузок. Оговариваются принципы идеализации конструкций при выборе расчетных схем, устанавливаются опасные состояния конструкций при действии характерных нагрузок, достижение которых считается нарушением прочности, приводятся нормативы запасов по расчетным нагрузкам либо вызываемым ими напряжениям и деформациям по отношению к их опасным величинам, соответствующим нарушению прочности. Все основные требования норм прочности взаимосвязаны и отражают конкретные физические и количественные закономерности условий обеспечения прочности, установленные на основе обобщения результатов исследований и опыта эксплуатации судов.
Морской энциклопедический справочник. — Л.: Судостроение . Под редакцией академика Н. Н. Исанина . 1986 .
Смотреть что такое "НОРМЫ ПРОЧНОСТИ судов" в других словарях:
РД 50-726-93: Совместимость технических средств, размещаемых на морских подвижных объектах, электромагнитная. Нормы, правила обеспечения и методы комплексной оценки — Терминология РД 50 726 93: Совместимость технических средств, размещаемых на морских подвижных объектах, электромагнитная. Нормы, правила обеспечения и методы комплексной оценки: Абсолютное значение мощности побочных излучений Значение уровня… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ПРОЧНОСТЬ ПОДВОДНОГО АППАРАТА — Способность подводного аппарата воспринимать без разрушения гидростатическое давление. Обеспечивается главным образом его прочным корпусом (ПК). Основной расчетный случай разрушения потеря устойчивости оболочки ПК за пределом упругости материала … Морской энциклопедический справочник
Новожилов Валентин Валентинович — [р. 5(18).5.1910, Люблин, ныне в Польше], советский учёный в области механики, академик АН СССР (1966; член корреспондент 1958), Герой Социалистического Труда (1969). После окончания Ленинградского физико механического института (1931) научный… … Большая советская энциклопедия
Новожилов — I Новожилов Валентин Валентинович [р. 5(18).5.1910, Люблин, ныне в Польше], советский учёный в области механики, академик АН СССР (1966; член корреспондент 1958), Герой Социалистического Труда (1969). После окончания Ленинградского физико … Большая советская энциклопедия
Новожилов, Валентин Валентинович — Валентин Валентинович Новожилов Дата рождения: 5 (18) мая 1910(1910 05 18) … Википедия
Валентин Валентинович Новожилов — (18 мая, 1910, Люблин, ныне в Польше 1987) советский учёный в области механики, академик АН СССР (1966; член корреспондент 1958), Герой Социалистического Труда (1969). Брат Виктор выдающийся специалист в области статистики, экономики… … Википедия
Валентин Новожилов — Валентин Валентинович Новожилов (18 мая, 1910, Люблин, ныне в Польше 1987) советский учёный в области механики, академик АН СССР (1966; член корреспондент 1958), Герой Социалистического Труда (1969). Брат Виктор выдающийся специалист в области… … Википедия
Новожилов, Валентин — Валентин Валентинович Новожилов (18 мая, 1910, Люблин, ныне в Польше 1987) советский учёный в области механики, академик АН СССР (1966; член корреспондент 1958), Герой Социалистического Труда (1969). Брат Виктор выдающийся специалист в области… … Википедия
Новожилов Валентин Валентинович — Валентин Валентинович Новожилов (18 мая, 1910, Люблин, ныне в Польше 1987) советский учёный в области механики, академик АН СССР (1966; член корреспондент 1958), Герой Социалистического Труда (1969). Брат Виктор выдающийся специалист в области… … Википедия
зона — 3.11 зона: Пространство, содержащее логически сгруппированные элементы данных в МСП. Примечание Для МСП определяются семь зон. Источник: ГОСТ Р 52535.1 2006: Карты идентификационные. Машиносчитываемые дорожные документы. Часть 1. Машин … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
При расчете на местную прочность отдельные конструкции корпуса судна представляются в виде перекрытий, рам, изолированных балок и пластин.
Перекрытие - это система пересекающихся и взаимно связанных балок, концы которых закреплены на так называемом опорном контуре. Опорный контур днищевых и палубных перекрытий образуют борта судна и поперечные переборки, опорный контур бортовых перекрытий - поперечные переборки, днище и палуба судна.
Балки перекрытия располагают параллельно сторонам опорного контура (рис. 1, а). Те балки, которых в перекрытии больше, называются балками главного направления; балки, перпендикулярные им, называются перекрестными балками.
При расчете перекрытия полагают, что нагрузка воспринимается балками главного направления и передается перекрестным балкам, которые должны иметь достаточную жесткость, так как они предназначены для разгрузки балок главного направления. Если жесткость перекрестных балок мала, то они могут даже загружать балки главного направления, что иногда используется для разнесения сосредоточенных нагрузок на большее число балок главного направления.
Днищевые перекрытия рассчитывают на действие нагрузки от гидростатического давления забортной воды, веса грузов, оборудования и механизмов, находящихся на днище. Нагрузка должна соответствовать тому положению судна на волне, для которого вычислены напряжения от общего изгиба.
Расчет бортовых перекрытий производят на гидростатическую нагрузку, распределенную по треугольнику и отвечающую положению судна на волне. Местная прочность связей палубного перекрытия проверяется на действие равномерно распределенной нагрузки от веса находящегося на палубе груза и веса воды, попадающей на палубу во время шторма. Нагрузки, на которые рассчитываются перекрытия, регламентируются «Нормами прочности морских судов».
Если число балок обоих направлений небольшое, то перекрытия рассчитывают методом приравнивания прогибов. При нескольких перекрестных балках расчет перекрытия может быть сведен к расчету балок главного направления, загруженных реакциями со стороны перекрестных связей и внешней нагрузкой (рис.1, а). Если число балок главного направления велико, то они как бы создают для перекрестных балок упругое основание. В этом случае расчет перекрытия сводится к расчету перекрестных балок на упругом основании.
Конструктивные элементы и связи корпуса судна:
а - ахтерпиковая переборка, b - коробчатая балка, с - надстройка, d - носовая оконечность, е - кормовая оконечность, f - район грузового люка, g - район между грузовыми люками, h - район машинного отделения, i - главная палуба в районе угла грузового люка 1 — палуба ахтерпиковой цистерны; 2 — дейдвудная труба; 3 — верхний пояс обшивки; 4 — стенка; 5 — нижний пояс обшивки; 6 — настил палубы; 7 — продольный комингс люка; 8 — поперечный комингс люка; 9 — ширстрек; 11 — скуловой пояс; 12 — настил второго дна; 13 — днищевая обшивка; 14 — цепной ящик; 15 — твиндек; 16 — таранная переборка; 17 — ют; 18 — аварийный выход; 19 — ахтерпик; 20 — гребной вал; 21 — дейдвудная труба; 22 — ахтерштевень; 23 — перо руля; 24 — баллер руля; 25 — бак; 26 — форпик; 27 — бортовой стрингер; 28 — твиндечный шпангоут; 29 — трюмный шпангоут; 30 — верх-ная (главная) палуба; 31 — туннель гребного вала; 32 — карлингсы; 33 — днищевые стрингеры; 34 — вертикальный киль; 35 — машинная шахта; 36 — верхний световой люк; 37 — навигационный мостик; 38 — шлюпочная палуба; 39 — палуба средней надстройки; 40 — верхняя (главная) палуба; 41 — фундамент главного двигателя; 42 — шпангоут надстройки; 43 — крайний междудонный лист; 44 — рамный бимс; 45 — рамный шпангоут; 46 — ромбоидальный лист-накладка; 47 — пиллерс; 48 — носовые брештуки; 49 — продольное ребро.
Под рамами понимают балки набора, расположенные в одной плоскости и жестко соединенные между собой. На рис. 1, б показаны схемы шпангоутных рам однопалубного и двухпалубного судна. Рамы состоят из флора, шпангоутов и бимсов. Поскольку у промысловых судов флоры значительно больше шпангоутов, полагают, что шпангоуты жестко заделаны на флорах, и производят расчет шпангоутных рам без днищевых ветвей (рис. 1, б). Шпангоутные рамы однопалубных судов рассчитывают методом трех моментов, многопалубных судов — методом угловых деформаций. Расчетной является гидростатическая нагрузка, распределенная по всей высоте борта по закону треугольника.
Изолированные балки - это такие балки, прочность которых может быть рассчитана отдельно от прочности перекрытия. Они намного меньше других связей перекрытия. К числу изолированных балок относятся, например, ребра жесткости, установленные по днищу между флорами. Вследствие симметрии конструкции и нагрузки такие ребра жесткости рассчитывают как балки, жестко заделанные на флорах и загруженные давлением воды (рис. 1, в).
Под пластинами понимают части листов наружной обшивки, настилов палуб, платформ и двойного дна между балками набора (рис. 1, г). Балки набора служат для пластины опорным контуром. Как правило, пластины имеют симметричные пролеты и нагрузку, поэтому их можно считать жестко заделанными на опорном контуре. Если отношение сторон опорного контура велико, то пластину можно полагать гнущейся в средней части по цилиндрической поверхности. В этом случае расчет пластины сводится к расчету балки единичной ширины, вырезанной из пластины вдоль короткой стороны.
Поскольку пластины участвуют в изгибе вместе с балками набора, в расчетное сечение балок включают части пластин, прилегающие к балкам—так называемые присоединенные пояски. Ширина присоединенного пояска определяется по «Нормам прочности».
В связях, участвующих одновременно в обеспечении общей и местной прочности, производится суммирование напряжений от общего и местного изгибов. Например, в днищевой обшивке суммируются напряжения от общего изгиба, изгиба днищевой пластины вместе с продольными балками набора и изгиба самой пластины. Напряжения от местного изгиба позволяют оценить местную прочность судовых конструкций, а суммарные напряжения от общего и местного изгибов — общую прочность корпуса судна.
Автор статьи
Читайте также: