Проверка общей прочности судна

 

Расчетные нагрузки, определяющие продольную прочность судна, включают изгибающие моменты на тихой воде и волновые изгибающие моменты.

Изгибающий момент на тихой воде:

,

где - водоизмещение судна;

- коэффициент изгибающего момента:

.

Волновой изгибающий момент, вызывающий перегиб судна п.1.4.4. Правил:

,

где - волновой коэффициент;

- ширина судна;

- коэффициент общей полноты;

- коэффициент для миделевого сечения:

Волновой изгибающий момент, вызывающий прогиб судна п.1.4.4. Правил:

Суммарный изгибающий момент на вершине волны:

Суммарный изгибающий момент на подошве волны:

 

Эквивалентный брус является геометрической моделью поперечного сечения корпуса, которая используется для проверки общей прочности судна. Эскиз элементов эквивалентного бруса показан на рисунке 12.

Рисунок 12 – Схема эквивалентного бруса

 

В первом приближении все связи расчетного сечения считают жесткими, не теряющими устойчивость при действующих сжимающих напряжениях и работающих всей своей площадью.

Для определения фактического момента сопротивления и момента инерции корпуса судна проводят ось сравнения, относительно которой рассчитывают статические моменты площадей и моменты инерции всех связей расчетного сечения. Ось сравнения лежит в ОП. Расчет характеристик эквивалентного бруса выполняется в табличной форме (таблица 6). В таблицу заносим площади поперечных сечений всех связей расчетного сечения Fi и отстояние их центров тяжести от оси сравнения Zi. Произведения Fi*Zi – статические моменты площадей связей. После этого определяется расстояние от нейтральной оси корпуса до оси сравнения:

Далее определяются переносные моменты инерции связей Fi*(Zi)². Собственные моменты инерции горизонтальных связей не учитываются в виду их малости по сравнению с суммой переносных моментов инерции.

Для вертикальных связей собственные моменты инерции учитываются:

,

где - толщина связи;

- высота связи, м;

Полный момент инерции:

,

где

.

 

Таблица 6 – Расчет характеристик эквивалентного бруса

Наименование элемента эквивалентного бруса (для половины сечения)	Площадь связи Fi, cм2	Отстояние от оси сравнения Zi, м	Статический момент Fi*Zi, см2*м	Fi*Zi2, см2*м2	ioi, м2*см2
Горизонтальный киль	1,6x90		0,008	1,12	0,01
Днище	1,4x552,5	773,5	0,008	6,188	0,05
Обшивка скулы	1,4x480		1,4	940,8	1317,1
Подводный борт	1,2x350		5,62	2360,4	21274,2
Надводный борт	1x100		6,875	687,5	4942,9
Ледовые усиления	2x310		8,9		18683,6
Ширстрек	1,5x150		11,15		22378,1
Вертикальный киль	1,5x120		0,6		64,8
Стрингеры	1,2x120x3шт		0,6	259,2	155,5
Набор стрингеров	14,05х3шт	42,15	0,6	25,29	15,2
Второе дно	1х890		1,2		1281,6
Набор днища	27,36х7шт	191,52	0,12	22,9824	2,8
Набор второго дна	14,05х7шт	98,35	1,14	112,119	127,8
Твиндек	1,2х150+1х140		7,1		16131,2
Набор твиндека	14,05х2шт+22	55,7	7,04	392,128	2760,6
Палуба	1,2х150+1х140		12,1		46851,2
Набор палубы	14,05х2шт+22	55,7	12,04	670,628	8074,4
Комингс палубы	1,2х120+1,4х20		12,2	2098,4	25600,5
Комингс твиндека	1,2х0,75+1,4х20		6,75	796,5	5376,4
Сумма

 

 

Момент сопротивления палубы:

;

Момент сопротивления днища:

;

Минимальный момент сопротивления для палубы – его принимаем за расчетный.

Согласно п. 1.4.6.7 момент сопротивления корпуса должен быть не менее:

Условие выполняется.

Также необходимо, согласно п. 1.4.6.9 Правил, чтобы момент инерции корпуса был не менее:

.

Кроме того момент сопротивления должен быть не менее:

Таким образом, выполняются требования по общей продольной прочности судна, предъявляемые Регистром.

Отстояния центров тяжести элементов эквивалентного бруса до нейтральной оси определяются как:

Расчетные напряжения в любой связи определяются по формуле:

Расчетные напряжения в связях приведены в таблице 5.

Прочность считаем обеспеченной, если выполняются условие:

Устойчивость элементов конструкции считается обеспеченной, если выполняется условие:

,

где - максимальные сжимающие напряжения (со знаком минус);

- критические напряжения, согласно п.1.6.5.3 Правил принимаются:

, при ;

, при ;

- Эйлеровы напряжения, для пластин определяются в соответствии с п.1.6.5.5 Правил:

где - коэффициент, в расчете принято минимальное из значений; - толщина пластины с учетом износа, мм, - ширина пластины, м.

Для набора Эйлеровы напряжения определяются согласно п. 1.6.5.4.1:

где - собственный момент инерции элемента набора с учетом присоединенного пояска (присоединенный поясок принимается с учетом износа), см⁴; - площадь сечения элемента набора, см², - пролет балки, м.

Значения расчетных, допускаемых, Эйлеровых и критических напряжений приведены в таблице 7.

Согласно данным таблицы 7 условия прочности и устойчивости для всех элементов конструкции корпуса выполняются, прочность и устойчивость конструкции корпуса обеспечена.

 

Таблица 7 – Расчетные напряжения в связях

Наименование элемента эквивалентного бруса	Отстояние от нейтральной оси, м	Напряжения на вершине волны, МПа	Напряжения на подошве волны, МПа	Допускаемые напряжения, МПа	Эйлеровы напряжения, МПа	Критические напряжения, МПа
Горизонтальный киль	-3,72	-97,80	-39,12
Днище	-3,72	-97,80	-39,12
Обшивка скулы	-2,33	-61,18	-24,47
Подводный борт	1,89	49,82	19,93
Надводный борт	3,15	82,83	33,13
Ледовые усиления	5,17	127,10	54,44
Ширстрек	7,42	195,28	78,11
Вертикальный киль	-3,13	-82,22	-32,89
Стрингеры	-3,13	-82,22	-32,89
Набор стрингеров	-3,13	-82,22	-32,89
Второе дно	-2,53	-66,44	-26,58
Набор днища	-3,61	-94,85	-37,94
Набор второго дна	-2,59	-68,02	-27,21
Платформы	3,37	88,75	35,50
Набор платформ	3,31	87,17	34,87
Палуба	8,37	220,27	88,11
Набор палубы	8,31	218,69	87,48
Комингс платформы	8,47	222,90	89,16
Комингс палубы	3,02	79,55	31,82

 

Заключение

 

В результате работы над проектом разработан архитектурно-конструктивный тип сухогруза, компоновка его поперечного сечения. Рассчитаны в соответствии с Правилами РМРС элементы конструкции корпуса судна и выполнена проверка его общей прочности.