КАФЕДРА «Управление судном»
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
По выполнению практической работы № 7 по дисциплине
"Технология перевозки грузов" (для курсантов и студентов заочников)
Тема: "Методтка расчета критерия несмещаемости структурообразующих грузов"
Методические указания составлены:
доцентом кафедры "Управление судном" Егоровой Л.И.
Утверждены на заседании кафедры
Протокол № 7, от 26/06/08 г.
Новороссийск 2008 г.
1.ЦЕЛЬ РАБОТЫ
1. Изучить Приложение 5 РД 31.11.21.16 - 96.
2. Решить пример расчёта критерия несмещаемости согласно выданного варианта.
Правила безопасной морской перевозки генеральных грузов. РД 31.11.21.16-96. Приложение 5
Определения
Нестандартный груз (по терминологии ИМО) означает груз, для укладки, крепления которого каждый раз требуется индивидуальный подход.
Нестандартные грузы делятся на две большие группы:
-грузовые места;
-структурообразующие грузы.
Грузовые места - это грузы, размещение и крепление которых производится индивидуальном порядке путем соединения каждого грузового места с конструкциями корпуса судна. Рекомендованные (ИМО MSC/Circ. 664) способы размещения и методика расчета средств крепления грузовых мест приведены в приложении 8 РД 31. 11.21.16-96. Все остальные нестандартные грузы являются структурообразующими, при их укладке на судне они образуют дискретные (составленные из отдельных элементов) структуры - штабели, свойства которых зависят не только от характеристик отдельных грузовых мест, но и от порядка, направления, способа их укладки, т.е. от их структуры. Один и тот же груз, уложенный различными способами, образует штабели, обладающие различающимися свойствами, в том числе, разной степенью устойчивости в отношении смещения в различных направлениях действия внешних сил.
В качестве измерителя способности штабеля структурообразующего груза противостоять смещению применяется угол статической устойчивости структуры Х - острый угол между горизонтальной плоскостью и наклоняемым основанием штабеля в момент, начала разрушения его структуры в любой форме: опрокидывания, соскальзывания или потери устойчивости структуры.
Например, угол статической устойчивости структуры штабеля в зависимости от способа укладки рулонов в верхнем ярусе:
Для каждого груза, рекомендуемая структура штабеля которого достаточно хорошо изучена, значение угла статической устойчивости Х приведено в Правилах перевозки соответствующего груза. При его отсутствии в Правилах значение угла статической устойчивости структуры штабеля Хможет быть определено по методике, приведенной в приложении 1 настоящих Правил, иуказано разработчиком в "Информации о грузе".
Критерий несмещаемости
Безопасность перевозки структурообразующего груза оценивается критерием несмещаемости в виде
(П.5.1)
где 
- угол динамической устойчивости груза, град., 
; Тк - период бортовой качки судна с грузом, сек;
- амплитуда бортовой качки судна с грузом в трюмах или угол динамического крена судна с грузом на верхней палубе при бортовой качке судна без хода лагом к резонансному волнению, соответствующему району предстоящего плавания, град., 
; ho - начальная метацентрическая высота судна с грузом, м.
2.1. Угол динамической устойчивости груза - определяется путем пересчета известного значения угла статической устойчивости Х с учетом характера загрузки судна направления перевозки, определяющих динамику качки судна.
В зависимости от расположения поверхности смещения штабеля груза (выше центра тяжести судна или ниже его) применяются две разные динамические модели, каждая из которых состоит из двух вариантов:
- с учетом орбитального движения судна (вертикальной качки на регулярном волнении) на основе амплитуды бортовой качки низкобортного судна;
- без учета орбитального движения судна, но на основе учета динамического угла крена судна с большой площадью парусности.
2.1.1. При перевозке груза, поверхность которого располагается выше центра тяжести судна - угол динамической устойчивости груза определяется по графикам с соответствующим Х или путем решения относительно (в радианах) следующих уравнений.
2.1.1.1. На основе амплитуды бортовой качки с учетом орбитального движения 
(П 5.2)
2.1.1.2. На основе динамического угла крена судна площадью парусности без учета орбитального движения
(П.5.3)
2.1.2. При перевозке груза, поверхность которого располагается ниже центра тяжести судна, - угол динамической устойчивости груза определяется по графикам с соответствующим X или путем решения относительно , следующих уравнений.
2.1.2.1. На основе амплитуды бортовой качки с учетом орбитального движения 
(П.5.4)
2.1.2.2. На основе динамического угла крена судна с большой площадью парусности без учета орбитального движения
(П.5.5)
Тк - период бортовой качки судна с грузом, сек;
Х - угол статической устойчивости груза, град.;
g - ускорение свободного падения g = 9,81 м/с;
r0 - полувысота волны, соответствующая району плавания (см. табл. П.5.2), м;
Z - вертикальное отстояние поверхности смещения (узла разрушения структуры) груза от центра тяжести судна, м.
2.2. Угол динамического крена и амплитуда бортовой качки судна для расчета критерии несмещаемости определяются по следующей методике.
2.2.1.Расчет крепящего момента от давления ветра.
2.2.1.1.Кренящий момент Mv, кН-м, принимается равным произведению давления ветра 
. Па, на площадь парусности Av, м2, и на отстояние центра парусности Z, м, от плоскости действующей ватерлинии
(П.5.6)
Кренящий момент принимается постоянным за весь период накренения судна.
2.2.1.2.Давление ветра pv принимается по табл. П.5.1 в зависимости от района плавания судна и плеча парусности Z.
Давление ветра pv, Па
Таблица П.5.1
| Район плавания судна | z. м | |||||||||||||
| 0.5 | 1,0 | 1.5 | 2.0 | 2,5 | 3.0 | 3.5 | 4.0 | 4.5 | 5.0 | 5.5 | 6.0 | 6.5 | 7,0 и более | |
| Неограниченный | - | |||||||||||||
| Ограниченный I | 0,567 давление для неограниченного района | |||||||||||||
| Ограниченный II | 0,275 давление для неограниченного района |
2.2.2.Расчет амплитуды качки.
2.2.2.1.Амплитуда качки судна с круглой скулой, град, не снабженного скуловыми килями и брусковым килем, вычисляется по формуле
(П.5.7)
где X1 X2 - безразмерные множители; У - множитель, град.
Множитель У принимается по табл. П.5.2 в зависимости от района плавания судна и отношения 
Множитель Х1, принимается по табл. П.5.3 в зависимости от отношения B/d, где В - ширина судна, м; d - осадка, м.
Множитель Х2 принимается по табл. П.5.4 в зависимости от коэффициента общей полноты судна СВ
Множитель У и расчетная высота волны
Таблица П.5.2
| Район плавания судна | Расчетная высота волны |
| |||||||||
| 0,04 и менее | 0,05 | 0,06 | 0.07 | 0,08 | 0,09 | 0,10 | 0.11 | 0.12 | 0.13 и более | ||
| Неограниченный Ограниченный 1 Ограниченный II | 11,0 8.5 7,0 | 24,0 19,0 16,0 | 25,0 20.0 17.0 | 27,0 22,4 19.7 | 29,0 25.1 22,8 | 30,7 27,4 25,4 | 32.0 29,2 27,6 | 33.4 30,8 29,2 | 34.4 32.0 30,5 | 35.3 32,9 31,4 | 36.0 33,5 32.0 |
Множитель Х1
Таблица П.5.3.
| B/d | Х1 | B/d | Х2 |
| 2.4 и менее | 1.0 | 3.0 | 0.90 |
| 2.5 | 0,98 | 3.1 | 0,88 |
| 2.6 | 0.96 | 3.2 | 0,86 |
| 2,7 | 0,95 | 3,3 | 0.84 |
| 2,8 | 0,93 | 3,4 | 0,82 |
| 2,9 | 0,91 | 3,5 и выше | 0,80 |
Множитель Х2
Таблица П.5.4
| Св | 0.45 и менее | 0,5 | 0.55 | 0,6 | 0.65 | 0,7 и более |
| Х2 | 0.75 | 0.82 | 0,69 | 0.95 | 0,97 | 1.0 |
2.2.2.2. Если судно имеет скуловые кили или брусковый киль или то и другое вместе, амплитуда качки, град, должна вычисляться по формуле
(П.5.8)
где к - коэффициент, который принимается по табл. П.5.5 в зависимости от отношения Ak/LB;
Ak - суммарная габаритная площадь скуловых килей, либо площадь боковой проекций брускового киля, либо сумма этих площадей, м2;
L- длина судна между перпендикулярами, м.
Скуловые кили не принимаются во внимание для судов, которые имеют в символе класса знаки категории ледовых усилений УЛА, УЛ и Л1.
Коэффициент к
Таблица П.5.5
| Ak/LB | 1,0 | 1,5 | 2.0 | 2.5 | 3.0 | 3,5 | 4,0 и более | |
| к | 1,00 | 0,98 | 0,95 | 0,88 | 0,79 | 0,74 | 0,72 | 0.70 |
2.2.2.3. Амплитуду качки судна с острой скулой следует принимать равной 70% амплитуды, вычисленной по формуле П.5.7.
2.2.2.4. Амплитуда качки судов, снабженных успокоителями качки, должна определяться без учета их работы.
2.2.2.5. Расчетные значения амплитуды качки следует округлять до десятых долей градусов.
2.2.3. Определение угла динамического крена судна при одновременном действии внезапно приложенного момента от ветрового шквала и бортовой качки.
Наибольший динамический крен получается в том случае, если в момент внезапного приложения кренящей пары судно имело от качки наибольшее наклонение на противоположный борт.
Для определения угла динамического крена диаграмма динамической остойчивости продолжается в сторону отрицательных абсцисс и на ней фиксируется точка А, соответствующая заданной амплитуде 
качки.
Из точки А проводят прямую, параллельную оси абсцисс, и на ней откладывают отрезок АВ, равный одному радиану (57,3').
Из точки В откладывают перпендикулярно вверх отрезок ВС, равный плечу lкр, данного кренящего момента. Абсцисса точки Е пересечения прямой АС с диаграммой динамической остойчивости определяет искомый угол динамического крена .
2.3. Обеспечение продольной устойчивости грузовых мест и штабелей; структурообразующих грузов должно быть дополнительно проверено при расчетной амплитуде килевой качки конкретного судна или при условном расчетном статическом угле дифферента судна в 17’. Такая проверка должна выполняться с учетом коэффициентов трения использованных материалов и с соблюдением баланса соответствующих моментов.
3. Если по результатам расчета по формуле П.5.1 критерий несмещаемости оказывается меньше 1,0, то это свидетельствует о необходимости дополнительного крепления, прочность которого с каждого борта определяется нагрузкой Q, тс, возникающей от превышении угла динамического крена над углом динамической устойчивости груза и рассчитывается по формуле:
(П.5.9.)
где n - число грузовых мест, нуждающихся в креплении; р- средняя масса грузового места, т.
Количество необходимых найтовов N определяется схемой их сложения и безопасной (максимальной) рабочей нагрузкой SWL (см. приложение 6 настоящих Правил).
При совпадении линии найтова снаправлением действия нагрузки количество необходимых найтовов N определяется по формуле
N=Q/SVVL (П.5.10)
4. Критерий несмещаемости
Безопасность перевозки структурообразующего груза оценивается критерием несмещаемости в виде:
(П. 5.11)
Пример расчета критерия несмещаемости груза:
где - угол динамической устойчивости груза, град., ; с
, , на судах типа "Художник Моор" приведен на графиках рис. 2;
Тк - период бортовой качки судна с грузом, сек;
- амплитуда бортовой качки судна с грузом в трюмах или угол динамического крена судна с грузом на верхней палубе при бортовой качке судна без хода лагом к резонансному волнению, соответствующему району предстоящего плавания, град., ; для судов типа "Художник Моор" приведен на графиках рис. 1;
ho - начальная метацентрическая высота судна с грузом, м.
Для судна типа "Художник Моор" полностью загруженного грузом с X =30° для перевозки в неограниченном районе плавания:
hо =3,67 м, Т =8,07 с;
= 31,3° (cм. рис. 1); = 20,9° (см. рис..2).
Критерий несмещаемости для груза с Х =30°;
т.е. меньше 1, следовательно, необходимо дополнительное крепление.
Прочность необходимого крепления определяется нагрузкой Q, возникающей превышения угла динамического крена над углом динамической устойчивости груза рассчитывается по формуле:
где n - число грузовых мест в верхнем ярусе,
р - средняя масса грузового места, т.
Количество грузовых мест N, нуждающихся в креплении, определяется допустимой рабочей нагрузкой Qpaб на используемые средства крепления.
В случае выполнения крепления стальной лентой "TITAN"с допустимой рабочей нагрузкой Qpaб = 4,7
Q= 11.7,5 (tg31,3 -tg20,9') =18,66 т
N = Q/ Qpaб = 18,66/4,7 = 3,97 = 4 (грузовых места),
т.е. как минимум 4 грузовых места из 11 должны быть принайтованы к нижележащим в каждом ряду, не имеющем опоры на борт.
Произвести расчёт критерия несмещаемости структурообразующих грузов согласно вариантов приведенных в таблице:
| № Варианта | h0 | Tk | n | p | Неогр | Огр 1 | Огр 2 |
| 1,0 | 14,5 | * | |||||
| 1,1 | 14,5 | * | |||||
| 1,2 | 14,5 | * | |||||
| 1,3 | 14,5 | * | |||||
| 1,4 | 14,5 | * | |||||
| 1,5 | 14,0 | 3,5 | * | ||||
| 1,6 | 14,0 | * | |||||
| 1,7 | 14,0 | 2,5 | * | ||||
| 1,8 | 14,0 | * | |||||
| 1,9 | 14,0 | * | |||||
| 2,0 | 13,0 | * | |||||
| 2,1 | 13,0 | * | |||||
| 2,2 | 13,0 | * | |||||
| 2,3 | 13,0 | * | |||||
| 2,4 | 13,0 | 3,5 | * | ||||
| 2,5 | 12,0 | * | |||||
| 2,6 | 12,0 | 2,5 | * | ||||
| 2,7 | 12,0 | * | |||||
| 2,8 | 12,0 | * | |||||
| 2,9 | 12,0 | * | |||||
| 3,0 | 11,0 | * | |||||
| 3,1 | 11,0 | * | |||||
| 3,2 | 11,0 | * | |||||
| 3,3 | 10,0 | 3,5 | * | ||||
| 3,4 | 10,0 | * | |||||
| 3,5 | 10,0 | 2,5 | * | ||||
| 3,6 | 10,0 | * |
Угол статистической устойчивости структуры Х для всех вариантов.
Крепежный материал стальная лента «Титан» для всех вариантов.