Момент инерции поперечного сечения корпуса

Кафедра

"Океанотехника и кораблестроение"

 

 

Курсовой проект

 

 

по дисциплине

 

 

Строительная механика и прочность корабля

 

Выполнил: ст. гр. ______

 

Принял: доц., к.т.н. каф. ОиК

Игнатович В.С.

 

Севастополь

Содержание

Задание __

1. Распределение масс по отсекам __

1.1. Подготовка исходных данных __

1.2. Распределение массы корпуса __

1.3. Распределение массы запаса водоизмещения и груза __

2. Расчет изгибающих моментов и перерезывающих сил на

тихой воде и на волнении __

3. Расчет эквивалентного бруса __

3.1. Расчет характеристик эквивалентного бруса в первом приближении __

3.2. Вычисление нормальных напряжений в первом приближении __

3.3. Проверка устойчивости пластины __

3.4. Определение касательных напряжений __

4. Проверка прочности корпуса по Правилам Регистра __

4.1. Проверка продольной прочности __

4.2. Проверка по критерию эксплуатационной прочности __

4.3. Проверка по предельному состоянию __

5. Проверка местной прочности __

5.1. Вычисление элементов сечения балок __

5.2. Определение расчетных нагрузок для средней части длины судна __

5.3. Определение внешних нагрузок __

5.4. Внутренние нагрузки, вызванные воздействием груза __

5.5. Проверка местной прочности наружной обшивки __

5.6. Проверка местной прочности днищевых перекрытий __

6. Оценка качественных характеристик корпуса судна __

7. Определение частот продольных колебаний корпуса __

Вывод __

Библиографический список __

СЕВАСТОПОЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра ОКЕАНОТЕХНИКИ И КОРАБЛЕСТРОЕНИЯ

 

ЗАДАНИЕ

На выполнение курсового проекта по дисциплине

“Строительная механика и прочность корабля”

 

Студенту _________________________ группы ___-3__-_

Выполнить расчет прочности корпуса ______________ судна, имеющего главные размерения _______________________ и водоизмещение D=_______

Примечание: расчет выполнить для судна, корпус которого разработан студентом в процессе выполнения курсового проекта по конструкции корпуса корабля.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

1.Разбивки весовой нагрузки по разделам принять следующую:

А) вес корпуса с оборудованием и устройствами:	_______	% от D
Б) вес груза и пассажиров:	_______	% от D
В) вес механизмов:	_______	% от D
Г) вес топлива, воды, масла:	_______	% от D
Д) вес снабжения и команды:	_______	% от D
Е) запас водоизмещения:	_______	% от D

2.Материал корпуса:_______________________________________

 

ОБЪЕМ РАБОТЫ

1. Выполнить разбивку масс по отсекам.

2. Подготовить исходную информацию к расчету изгибающих моментов и перерезывающих сил на тихой воде и волнении и выполнить расчет на ЭВМ.

3. Провести анализ полученных результатов. Установить расчетные значения изгибающих моментов и перерезывающих сил на тихой воде и при статической постановке на волну.

4. Выполнить расчет эквивалентного бруса (определить момент сопротивления поперечного сечения корпуса судна в средней части для палубы и днища, вычислить напряжения от общего изгиба в продольных связях).

5. Выполнить проверку общей продольной прочности по правилам Морского Регистра и Нормам прочности.

6. Выполнить расчет прочности днищевого перекрытия.

 

Преподаватель: ______________() “_____”____________2017г.

 

1. Распределение масс судна по теоретическим отсекам

 

1.1. Подготовка исходных данных

 

Для определения изгибающего момента на тихой воде необходимо значение распределения масс по длине судна. Для этого судно разбивается на 20 теоретических шпаций с нумерацией с носа в корму.

Для построения кривой нагрузки масс судна необходимо иметь данные о массе и расположении всех грузов, составляющих водоизмещение.

а) укрупненные статьи нагрузки, включающие в себя массы всех грузов, корпуса и оборудования.

б) чертеж продольного разреза судна, позволяющий определить районы, занимаемые каждым грузом в отдельности (рисунок 1).

Перед распределением масс судна по теоретическим отсекам корпус необходимо разбить на отсеки. Разбивка производится по Правилам регистра (рисунок 1). Пробивается ось теоретических шпаций. Масса каждой укрупненной нагрузки рассчитывается по приближенным формулам в зависимости от типа судна. Полученные данные сводятся в таблицу 1 – 3.

 

Таблица 1 – Главные размерения судна

 

Длина наибольшая LНБ, м
Длина по КВЛ LКВЛ, м
Длина между перпендикулярами LПП, м
Длина теоретической шпации, ΔL, м
Ширина В, м
Высота борта H, м
Осадка d, м
Коэффициенты полноты:
— СВ
— СМ

 

Таблица 2 – Разбивка судна на отсеки

 

Длина ахтерпика LАХТ, м
Длина МО LМО, м
Длина трюмов №1 -5, м
Длина трюма №5, м
Длина форпика LФОР, м

 

 

 

Таблица 3 – Масса укрупненных статей нагрузки

 

Весовая нагрузка	т
Водоизмещение объемное D
Вес корпуса РК
Вес СЭУ с механизмами РМ
Вес полезного груза РГР
Вес снабжения экипажа РСН. ЭК.
Запас водоизмещения РЗ. В.
Вес топлива, масла и воды РТ

 

Рисунок 1 – Районы размещения нагрузок

 

1.2. Распределение массы корпуса

 

Для распределения массы корпуса по длине пользуются следующим способом. Эпюра массы корпуса представляется в виде трапеции, изображенной на рисунке 2. длина корпуса разбивается на три части. Значения ординат а, b, с в долях от Р_К/L равны в зависимости от обводов корпуса. Таким образом, масса корпуса на i – ую шпацию определится как

Масса данного груза Q, распределенного по какому либо закону на протяжении одного или двух смежных отсеков, представляется эквивалентными им равномерно распределенными в двух смежных отсеках нагрузками Р₁ и Р₂, равными

1.3. Распределение массы запаса водоизмещения производится аналогично

распределению массы корпуса

 

Значения ординат "а, b, с" в долях от Р_{З. В}/L равны в зависимости от обводов корпуса (б > 0.7) 0.71, 1.17, 0.6 соответственно. Для облегчения контроля вычислений и большей их наглядности разбивка масс по отсекам производится в табличной форме (таблица 4).

 

Таблица 4 – Разбивка масс по отсекам

 

Укрупненные статьи нагрузки	Масса по нагрузке, т	Шпация	Суммы слева
0-1	1-2	2-3	3-4	4-5	5-6	6-7	7-8	8-9	9-10	10-11	11-12	12-13	13-14	14-15	15-16	16-17	17-18	18-19	19-20
1. Корпус с оборудованием
2. Механизмы
3. Груз
4. Снабжение экипажа
5. Запас водоизмещения
6. Запас топлива
S

 

2. Расчет изгибающих моментов и перерезывающих сил на тихой воде и на волнении

 

Расчет выполняется на ЭВМ.

Исходные данные

Длина судна между перпендикулярами L_ПП, м ________

Ширина судна В, м ________

Высота борта D, м ________

Осадка d, м ________

Коэффициент общей полноты С_В ________

Предел текучести материала σ, МПа ________

Скорость судна v_S, узлы ________

Водоизмещение ∇, т ________

Нагрузки масс на шпации берутся из таблицы 4.

Для расчета используется программа "Прочность".

 

 

3. Расчет эквивалентного бруса

3.1. Расчет характеристик эквивалентного бруса в первом приближении

 

Эквивалентный брус (рисунок 2) представляет собой совокупность всех продольных связей корпуса судна, принимающих участия в восприятии общего изгиба, которые рассматриваются как одна балка. Для проверки прочности необходимо найти моменты инерции, моменты сопротивления и статические моменты поперечного сечения корпуса на мидель-шпангоуте.

При расчете момента сопротивления сечения корпуса учитываются все непрерывные продольные связи, если они эффективно поддерживаются продольными переборками, в том числе и переборками подпалубных цистерн.

Короткие продольные связи, высота которых соизмерима с их длиной (короткие надстройки, рубки, платформы, фундаменты) не включаются в состав эквивалентного бруса, т. к. степень их участия в общем изгибе незначительна.

Элементы эквивалентного бруса вычисляются в табличной форме (таблица 5) для половины сечения. За ось сравнения принимаем нижнюю кромку днищевой обшивки.

Собственные моменты инерции учитываются только для связей, ориентированных вертикально и имеющих сравнительно большую высоту листов (стрингеры, киль, ширстрек, обшивка борта и т. п.) и вычисляются по формулам

Для прямоугольного сечения

Для скулового листа

где i – собственный момент инерции, см²*м²,

F – площадь связи, см²;

h – высота связи, м;

r – радиус закругления скулы, м.

После заполнения столбцов с 1–го по 7–й таблицы 2, вычисляются следующие элементы эквивалентного бруса

– отстояние нейтральной оси от оси сравнения по формуле , м

– момент инерции относительно нейтральной оси по формуле , [см²*м²]

где А – сумма площадей продольных связей,

В – сумма статических моментов площадей продольных связей относительно оси сравнения,

С – момент инерции полусечения относительно оси сравнения.

– момент сопротивления поперечного сечения относительно крайней точки палубы по формуле

________, [см²*м],

где z_п – отстояние от нейтральной оси до крайней связи палубы, м.

– момент сопротивления поперечного сечения относительно днища по формуле

________, [см²*м],

где z_g – отстояние от нейтральной оси до крайней связи днища, м.

3.2. Вычисление нормальных напряжений в первом приближении

 

При общем изгибе в поперечных сечениях корпуса возникают нормальные напряжения, уравновешивающие внешний изгибающий момент. Нормальные напряжения в продольных связях вычисляются по формулам

– на вершине волны

, [МПа = кг/см²],

– на подошве волны

[МПа = кг/см²],

где к_ВВ и к_ПВ коэффициенты вычисляемые по формулам

________, [кН/см²*м]; ________, [кН/см²*м].

Изгибающий момент считается положительным при перегибе судна.

 

3.3. Проверка устойчивости пластины

 

Проверка устойчивости пластины производится для определения возможности потери устойчивости при сжимающих напряжениях от общего изгиба и необходимости редуцирования пластин, теряющих устойчивость. Данные для оценки устойчивости пластин приведены в таблице 3.7 [1].

В соответствии с нормами теоретические Эйлеровые напряжения должны быть исправлены с учетом отклонения от закона Гука. В номах даны рекомендации для перехода от Эйлеровых значений

При переходе к критическим напряжениям

При поперечной системе набора для пластин, сжатых вдоль коротких сторон контура, выполненных из стали

, при

, при

При продольной системе набора для пластин, сжатых вдоль длинных сторон контура

, при

, при

Все пластины палуб, обшивки борта, обшивки днища и настила второго дна при проверке устойчивости считаются свободно опертыми по контуру, образованному соответствующими балками набора.

Расчет выполняется в табличной форме.

Эйлеровые напряжения вычисляются по формулам приведенным в [1, таблица 3.7]

,

где t – толщина связи, см;

b – расстояния между продольными балками, см.

_________;

_______;

_________ м/см².

 

Рисунок 2 – Миделевое сечение судна

 

 

Таблица 5 – Расчет эквивалентного бруса

Наименование связи	Размер связи, мм	Площадь сечения F, см2	Отст. от оси сравн., м	Стат. момент, см2*м2	Пер. момент, см2*м2	Собст. момент, см2*м2	Напряж. от общ. изгиба, МПа	Эйл. напряж.
	А=__________		В=__________	С=__________
______________	___________

 

3.4. Определение касательных напряжений при общем изгибе корпуса

 

Величина касательных напряжений, определяемая по формуле:

, (1)

где N – перерезывающая сила в данном сечении;

N берем из таблицы 5. N_max = _________;

S – статический момент;

I – момент инерции сечения относительно нейтральной оси, из таблицы 5;

I_но = _____________;

t_i – толщина i-ой связи.

Момент инерции и статический момент, входящие в формулу (1), должны вычисляться для сечения, в котором действует наибольшая перерезывающая сила. Однако ввиду того, что отношение S/I для различных сечений корпуса изменяется значительно меньше, чем величины S и I в отдельности, допускается подставлять в формулу (1) значения S и I, вычисленные для миделевого сечения по результатам первого приближения.

Величина статического момента S для половины сечения корпуса вычисляется в табличной форме (таблица 6).

При определении касательных напряжений в сечениях корпусов, имеющих продольные переборки, можно считать, что эти напряжения в обшивке борта и обшивке продольной переборки на одном уровне от ОЛ одинаковы. В связи с этим в качестве толщины t в формуле (1) необходимо подставить суммарную толщину обшивки борта и продольной переборки.

Расчет выполняется в таблице 6. допускаемые касательные напряжения:

____________ МПа.

 

Таблица 6 – Вычисление касательных напряжений

Наименование	Размер, мм	Площ., F,см2	Отст. от н.о., м	Стат. мом. см2*м	SS	Кас. напряж. МПа
1. ВП
2. Верхний борт
3. Обшивка подпалубной цистерны
4. ВК
5. ГК
6. Днище
7. Скула
8. Нижний борт
9. Второе дно
10. Обшивка скуловой цистерны

 

4. Проверка продольной прочности корпуса по правилам Регистра

4.1. Проверка продольной прочности корпуса по правилам Регистра

Волновой изгибающий момент , кНм, действующий в вертикальной плоскости в рассматриваемом сечении:

вызывающий перегиб судна

=____________,

вызывающий прогиб судна

=_______________,

где , при м,

=1 – коэффициент

 

Волновая перерезывающая сила, , кН, в рассматриваемом сечении:

положительная =_____________________,

отрицательная =____________________,

где и коэффициенты, определяемые по таблице 3.8 [1];

Закон распределения по длине судна от значения на миделе запишем в виде

=_________________.

Момент сопротивления рассматриваемого сечения корпуса (для палубы и днища) , см³, должен быть не менее =____________________,

где – расчетный изгибающий момент, кНм, в рассматриваемом сечении равный максимуму абсолютной величины алгебраической суммы моментов.

Допускаемые нормальные напряжения, МПа,

=___________,

где – коэффициент использования механических свойств стали.

 

Таблица 3.8 – Значения коэффициента

	1.0	0.78	0.72	0.68

где – верхний предел текучести, МПа.

 

Момент сопротивления корпуса для наибольшего расчетного изгибающего момента должен сохраняться постоянным в средней части судна (в пределах ). Момент сопротивления должен плавно уменьшаться к оконечностям судна за пределами части судна, в которой он сохраняется постоянным.

Во всех случаях момент сопротивления поперечного сечения корпуса в средней части судна (для палубы и днища), см³, должен быть не менее

=________________.

 

Момент инерции поперечного сечения корпуса

Жесткость корпуса характеризуется моментом инерции поперечного сечения. По Правилам величина момента инерции в см⁴ поперечного сечения корпуса относительно горизонтальной нейтральной оси в средней части должна быть не менее:

=______________, .