Тема: «Проектирование корпусных конструкций подводной лодки»
Студент:
Группа:
Преподаватель:
Северодвинск
Содержание
1. Исходные данные 4
2. Проектировочный расчёт элементов основного цилиндрического
корпуса подводной лодки 4
2.1. Нагрузки на основной корпус 4
2.2. Допускаемые напряжения и предел текучести
материала О.К. 4
2.3. Оболочка О.К. 5
2.4. Шпангоут О.К. 8
2.5. Проверка прочности спроектированной конструкции 12
2.6. Проверка устойчивости спроектированной конструкции 15
3. Проектировочный расчёт элементов плоской межотсечной переборки 17
3.1. Горизонтальная и вертикальная шпации 17
3.2. Полотно переборки 20
3.3. Вертикальные стойки 20
3.4. Горизонтальные рёбра жёсткости 23
4. Проектировочный расчёт элементов платформы 26
4.1. Настил 26
4.2. Продольная и поперечная шпация 27
4.3. Продольные рёбра жёсткости 28
4.4. Бимсы 29
5. Проектировочный расчёт элементов межбортной
прочной цистерны 32
5.1. Наружная обшивка 32
5.2. Продольные рёбра жёсткости 33
5.3. Поперечные рёбра жёсткости на бракетах 36
6. Заключение 42
7. Список литературы 43
8. Приложения.
8.1. Чертёж конструктивного поперечного сечения корпуса
подводной лодки на формате А1.
8.2. Чертёж секции основного корпуса подводной лодки
на формате А1.
Введение в работу.
В рамках изучения дисциплины «Конструкция корпуса спецсудов» предусматривается проведение практических занятий и курсового проекта.
Название работы «Проектирование корпусных конструкций подводной лодки».
Работа состоит из двух частей:
- проектирование цилиндрической оболочки-основного корпуса;
- расчеты местной прочности.
На основании расчетов разрабатываются чертежи:
- секции основного корпуса;
- конструктивного поперечного разреза.
В представленном методическом пособии приведены в полном объеме расчеты, представлена графическая часть.
В курсовой работе последовательно представлены следующие пункты:
Исходные данные:
1. Расчёт элементов основного цилиндрического корпуса П.Л.:
- нагрузки на основной корпус (О.К.);
- нормы допускаемых напряжений и предел текучести материала О.К.;
- расчет элементов основного корпуса;
- проектирование шпангоута основного корпуса;
- проверка прочности спроектированной конструкции;
- проверка устойчивости спроектированной конструкции.
2. Расчеты местной прочности:
- расчет элементов плоской межотсечной переборки;
- расчёт элементов платформы;
- расчёт элементов междубортной прочной цистерны.
Для проектируемых конструкций представлены расчеты по рациональному подбору составных и катаных профилей с учетом их работы в составе корпусных конструкций.
Исходные данные.
| Вариант № | R,м. | Глубина погружения | L/D |
| 5,4 | 2,2 |
Проектировочный расчёт элементов основного цилиндрического корпуса П.Л.
Нагрузки на основной корпус (О.К.).
Hраб. - глубина, на которую подводная лодка может опускаться неограниченное количество раз, маневрировать, выполняя поставленные перед ней цели и задачи.
Hпред. - глубина, на которую подводная лодка погружается ограниченное число раз, после чего необходимо обеспечить осмотр и ремонт конструкции корпуса при необходимости.
Hрасч. - расчётная глубина погружения подводная лодки, с учетом возможности аварийного провала.
Основные расчёты:
1) Hраб.=(0,7÷0,9)•Hпогр. исх.
Принимаем:
Hпред.= Hраб./0,7
Hпред.=300/0,7= 428 м.
2) Hрасч.=1,5•Hпред.
Hрасч.=1,5•428= 642 м.
3) Рассчитываем нагрузку на корпус на расчетной глубине погружения:
Ррасч.=0,01•Hрасч.
Ррасч.=0,01•642= 6,42 МПа.
Нормы допускаемых напряжений и предел текучести материала ОК.
a1 - коэффициент для сечения обшивки у шпангоутов;
a2 - коэффициент для сечения в обшивке между шпангоутами;
a3 - напряжения в самих шпангоутах.
σ02≤[σ2]=a2•σm;
σ1п.п.≤[σ1]=a1•σm;
σш.п.≤[σш.п.]=a3•σm.
Значения коэффициентов в предельных величинах:
a1 =0,9...0,95;
а2 =0,75...0,85;
а3 =0,55...0,65.
Выбираем следующие значения коэффициентов:
a1 =0,95;
а2 =0,8;
а3 =0,6.
Предел текучести материала:
σm = 700 МПа.
Оболочка О.К.
Расчёт производим тремя приближениями:
1) Используется формула для идеальной оболочки без шпангоутов;
2) Учитывается наличие шпангоутов на оболочке;
3) Учитываются поперечные переборки, т.е. конечность оболочки.
Расчёт приближениями позволяет сбалансировать параметры О.К., и полученные в проверочных расчётах напряжения будут близки к оптимальным, соблюдая условия прочности. Конструкция будет рациональна, т.е. будут отсутствовать чрезмерные запасы прочности и устойчивости.
;
.
;
.
;
;
;
.
Предельная величина шпации, при которой обеспечивается устойчивость:
Принимаем конструктивную шпацию: 
Рассчитываем элементы сечения шпангоутов:
, где 
- модуль нормальной упругости стали.
-момент инерции поперечного сечения шпангоута.
Площадь поперечного сечения шпангоута:
а) 
, где 
.
.
б) 
.
.
Выбираем наибольшее значение из двух:
Третье приближение:
- функции Бубного-Папковича, определяемые по графикам справочника СМК.
.
.
.
Значения вспомогательных функций:
, где 
.
.
Принимаем 
Обшивка в третьем приближении рассматривается как балка, лежащая на сплошном упругом основании, образованном шпангоутами.
Условие устойчивости наружной обшивки: 
, где:
- предельная длина шпации, для которой обеспечивается устойчивость.
.
.
Момент инерции шпангоутов определяем из условий обеспечения его устойчивости. Рассматриваем различные варианты формы потери устойчивости, где n - число полуволн потери устойчивости. Определяется момент инерции при n=2,3,4,5 и из полученных значений выбирается максимум. Т.е., выбирая максимум в качестве момента инерции шпангоута, не допускаем никакой формы потери устойчивости.
Как только последующее значение будет меньше предыдущего, значит что предыдущее - максимум.
Формула для момента инерции:
Где: 
, , 
.
, 
.
При n=2:
При n=3:
При n=4:
При n=5:
Максимальное значение момента инерции при n=2, его и выбираем в качестве основного.
.
Шпангоут ОК.
Рассчитываем площадь поперечного сечения шпангоута:
.
- высота профиля, Где: 
.
.
, Где: 
- коэффициент высоты профиля.
.
Коэффициент γ принимаемв пределах 
.
Расчет ведем до тех пор, пока 
.
;
.;
;
;
.
;
Принимаем значение высоты стенки профиля шпангоута 
.
Схема шпангоута:
Рис.1. Схема шпангоута.
Задача проектирования шпангоута - создание рационального профиля, иными словами, профиля с обеспеченной устойчивостью и прочностью и минимальными массовыми характеристиками.
.
Округляем до стандартного значения:
.
Толщина свободного пояска всегда должна быть больше толщины стенки.
на 4...6 мм.
Принимаем толщину 
.
Высота полки: 
.
. Принимаем H1= 0,331м.
Площадь сечения стенки шпангоута:
Площадь сечения свободного пояска:
Ширина свободного пояска:
Площадь шпангоута:
Для обеспечения устойчивости должны выполняться следующие условия:
Условие не выполняется.
Для обеспечения выполнения этого условия увеличиваем размеры профиля:
Примем ширину свободного пояска:
Увеличим высоту стенки, исходя из ориентировочного соотношения: 
(0,22...0,33 )•H1
Уточняем площадь сечения свободного пояска:
Площадь сечения стенки шпангоута:
Площадь шпангоута, с учётом внесённых изменений:
Условие обеспечения устойчивости - выполнено.
Результат проектирования профиля:
Рис.2. Итоговый результат проектирования профиля шпангоута.
Расчёт элементов профиля производим в табличной форме:
Вычисление элементов сечения проектируемого шпангоута. Таблица 1.
 Схема профиля
| № связи | Наименование и размеры связей, мм. | Площадь поперечного сечения F, см2 | Отстояние от оси сравнения z, мм. | Статический момент F•z, см3 | Моменты инерции, см4 | |
| Переносный F•z2 | Собственный i | ||||||
| Свободный поясок 24 х 140 | 33,6 | 16,13 | ||||
| Стенка 20 х 400 | 10667,0 | ||||||
| Присоединенный поясок 40 х 650 | 346,67 | ||||||
| Итоги: | А=373,6 см2 | B= 3211,5 см3 | C=112460 см4 |
Вычисляем момент инерции поперечного сечения профиля:
- условие выполнено.
Проверка прочности спроектированной конструкции.
Цель трех приближений - рационализировать конструкцию, минимизировать вес и площадь конструкции. Полученные результаты пропускаем через проверочные расчеты прочности и устойчивости.
Для определения степени прочности конструкции необходимо сравнить значения напряжений в конструкции, с разрешенными допусками.
Рис. 3. Напряжения в обшивке О.К.
Условие обеспечения прочности:
Определяем по формулам СМК значения действующих напряжений:
1) 
2) 
3) 
4) По графикам СМК определяем значения функций Бубного-Папковича:
5) 
6) 
7) 
;
- для внутренних волокон обшивки;
- для внешних волокон обшивки.
;
- для внутренних волокон;
- для внешних волокон;
;
- для внутренних волокон;
- для внешних волокон;
;
- для внутренних волокон;
- для внешних волокон;
8) Цепные напряжения:
;
.
9) Напряжения в шпангоутах:
;
.
10) Сравним полученные значения по модулю с допускаемыми значениями напряжений:
11) Уменьшение объёма отсека при обжатии корпуса ПЛ:
;
