1) Для обшивки между шпангоутами:
По графику определяем значение числа полуволн потери устойчивости, используя соотношения
Число полуволн .
Определяем теоретическое значение критического давления по формуле:
,
Где:
,
;
Определяем коэффициент :
;
.
;
.
2) Отсека в целом:
;
Значения числа полуволн для отсека выбираются из ряда: n=2,3...5.
, .
При n=2:
.
При n=3:
.
При n=4:
.
Значит, минимальное значение .
; .
.
Таким образом, выполняется условие устойчивости:
Таблица 2.
Расчётные значения напряжений и давлений | Допустимые значения | Примечания | ||
Напряжения в обшивке по середине шпации, σ20 | 613 МПа | 640 МПа | 0,957 | Прочность обеспечена |
Напряжения в обшивке у шпангоутов, σ1пр | 670,2 МПа | 760 МПа | 0,882 | |
Напряжения в шпангоутах, σшп | 457,3 МПа | 480 МПа | 0,953 | |
Давления для обшивки между шпангоутами: | 8,37 МПа | 7,5 МПа | 1,12 | Устойчивость обеспечена |
Давления для отсека в целом Pкр: | 12,57 МПа | 9,75 МПа | 1,28 |
Можно сделать вывод: прочность и устойчивость спроектированной конструкции обеспечена, причем действующие напряжения близки к допускаемым, что говорит о рациональности конструкции - экономичном и целесообразном расходе металла и затрат на производство обечайки прочного корпуса подводной лодки.
3. Проектировочный расчёт элементов плоской межотсечной переборки.
3.1. Горизонтальная и вертикальная шпации.
Предварительно принимаем (см. рис 4.)
а = 0,4 м. - расстояние между горизонтальными рёбрами.
b = 0,5 м. - расстояние между вертикальными рёбрами.
Рис. 4. Расчётная схема плоской межотсечной переборки.
Оптимальное расстояние между стойками переборки (при установке на переборке также и горизонтальных рёбер жесткости) определяем с помощью формулы:
|
, Где:
- коэффициент удельной площади профиля по моменту сопротивления. Для сварного двутаврового профиля коэффициент равен соответственно 0,55;
- расчётный пролёт стойки;
P - расчётное давление на переборку. Принимаем, P = 0,75 МПа.
Ki - коэффициент расчётного момента выбираем из диапазона 0,07...0,1
Принимаем Ki = 0,09.
- предел текучести металла переборки. В соответствии с номером варианта назначаем
- допускаемые напряжения в середине пролёта пластины обшивки переборки в её сечении, параллельном длинным сторонам опорного контура. Обычно принимается,
a, b - коэффициенты, зависящие от соотношения сторон пластины обшивки переборки (см. табл. 3).
Коэффициенты для расчёта гибких пластин плоской переборки.
Таблица 3.
b/a | a | b |
0,381 | ||
1,1 | 0,422 | |
1,2 | 0,468 | |
1,3 | 0,506 | |
1,4 | 0,539 | |
1,5 | 0,527 | |
0,617 | ||
0,81 | ||
0,898 | ||
0,905 | ||
∞ | 0,910 |
; ; ;
Из конструктивных соображений оставляем предварительно выбранные значения расстояний между рёбрами жесткости:
а = 0,4 м. - расстояние между горизонтальными рёбрами.
b = 0,5 м. - расстояние между вертикальными рёбрами.
3.2. Полотно переборки.
Минимальную толщину полотна переборки t, выбираем из условия прочности по приведенным напряжениям:
;
Принимаем t = 0,011 м. = 1,1 см.
3.3. Вертикальные стойки.
Размеры профиля стойки переборки определяем по минимальному моменту сопротивления, с учётом присоединенного пояска обшивки, исходя из условия достижения в свободном пояске стойки предела текучести.
|
Момент сопротивления:
;
На рисунке ниже приведены основные компоненты сил и напряжений в профиле вертикальных стоек прочной переборки ПЛ.
Рис. 5. Схема профиля вертикальных стоек переборки.
Площадь сечения профиля:
;
, Где:
- коэффициент перерезывающей силы.
Вертикальные стойки переборки рассчитываем из условия прочности по минимальному моменту сопротивления.
1) Толщина стенки профиля:
2) Высота стенки профиля:
3) Площадь стенки профиля:
Увеличиваем высоту и толщину стенки. Принимаем:
4) Условие устойчивости стенки профиля:
, Где:
Условие устойчивости выполнено.
5) Площадь свободного пояска в первом приближении:
, Где, коэффициент
6) Толщина свободного пояска:
7) Необходимо выполнить условие:
Принимаем ширину свободного пояска b = 7,5 см.
8) Площадь присоединённого пояска:
, где
9) Уточняем коэффициент k:
;
.
10) Уточняем площадь свободного пояска:
;
11) По конструктивным соображениям оставляем ранее принятые значения:
12) Условие обеспечения устойчивости свободного пояска:
;
.
Условие выполнено.
13) Формула Бубнова (проверочный расчёт прочности профиля)
;
.
Условие выполнено.
Рис. 6. Результат проектирования профиля вертикальных стоек переборки.
3.4. Горизонтальные рёбра жёсткости.
Поскольку горизонтальные рёбра жёсткости выполняются разрезными, то для определения необходимого момента сопротивления этих ребер используем формулу:
|
;
По найденному значению подбираем полособульбовый профиль.
Минимальная площадь сечения профиля:
, Где: .
.
Выбираем несимметричный полособульбовый профиль № 10 ГОСТ 21937-76. По условию прочности момент сопротивления выбранного профиля должен быть больше расчётного момента сопротивления:
;
Рис. 7. Расчётная схема профиля горизонтального ребра жёсткости переборки.
Момент инерции выбранного полособульбового профиля с присоединённым пояском:
, Где:
- собственный момент инерции профиля;
- ордината центра тяжести профиля;
- толщина присоединённого пояска;
- ширина присоединённого пояска.
- площадь сечения профиля.
, Где:
h=10см. - высота профиля.
Рис. 8. Результат проектирования профиля горизонтального ребра жёсткости переборки.
- условие прочности выполнено.
4. Проектировочный расчёт элементов платформы.
4.1. Настил.
Рис. 9. Расчётная схема платформы.
Интенсивность давления плоской переборки на платформу Р0 может быть определена по формуле:
Ро= КR• Р • l1, Где:
P - давление на переборку;
l1 - наибольшее расстояние между платформами;
КR=1,143 - коэффициент реакции стоек. (Значение берем для средней, из трёх платформ):
Толщина первого от переборки листа платформы, располагающегося поперек судна, определяется по выражению:
;
Толщину второго и последующих листов подбираем по соотношению:
.
4.2. Продольная и поперечная шпация.
Расстояние между продольными рёбрами жёсткости должно быть не более высчитанного, по формуле:
,
Где: sэ - напряжение, до которого должна быть доведена устойчивость листов настила платформы.
Увеличиваем толщину листов платформы.
Принимаем:
Тогда:
Расстояние между продольными рёбрами жёсткости должно быть равным, соответствующему расстоянию b плоской переборки.
b = 0,5 м.
Шпацию между поперечными рёбрами жёсткости (бимсами) принимаем равной расстоянию между шпангоутами прочного корпуса ПЛ.