Продольная прочность

Расчетные нагрузки, определяющие продольную прочность судна, включают изгибающие моменты и перерезывающие силы на тихой воде, волновые изгибающие моменты и перерезывающие силы. Расчетные волновые нагрузки могут определятся по формулам приведенным в Регистре.

Перерезывающие силы, направленные вниз, считаются положительными, а вверх – отрицательными. Изгибающие моменты, вызывающие перегиб корпуса, считаются положительными, а вызывающие прогиб корпуса, - отрицательными.

Существуют требования регистра, предъявляемые к корпусу судна:

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

W_min= С_w·В·L² ·(С_b+0,7)· η = 9,15·21,43·163,2² ·(0,76+0,7)· 0,78=5947454 см³.

Момент инерции поперечного сечения корпуса I_min, см⁴, в средней части судна должен быть не менее:

I_min = 3·С_w·В·L² ·(С_b+0,7) = 3·9,15·21,43·163,2² ·(0,76+0,7) = 1850169 см⁴.

Изгибающий момент на тихой воде.

Волновые изгибающие моменты и перерезывающие силы.

Волновой изгибающий момент М_w, кН/м, действующий в вертикальной плоскости, в поперечном сечении определяется по формулам:

вызывающий перегиб судна -

М_w=190·С_w·В·L² ·С_b·α·10^-3,

α = 1 при 0,4≤x/L≤0,65;

М_w=190·9,15·21,43·(163,2)² ·0,76·1·10^-3 = 754138 кН*м.

вызывающий прогиб судна –

М_w=-110·С_w·В·L² ·(С_b+0,7)·α·10^-3,

М_w=-110·9,15·21,43·(163,2)² ·(0,76+0,7)·1·10^-3= - 838743 кН*м.

Изгибающий момент на вершине волны:

кН∙м;

W= см³;

W= см³.

Изгибающий момент на подошве волны:

Кн∙м;

W= см³.

Расчет эквивалентного бруса.

Понятие эквивалентного бруса.

Нормальные напряжения, уравновешивающие внешний изгибающий момент в каждом поперечном сечении корпуса, изменяются по высоте пропорционально отстоянию от нейтральной оси рассматриваемого элемента сечения и определяются по формуле:

σ_i=M(x)z_i/I,

где М(х) – изгибающий момент в сечении ч, I – момент инерции поперечного сечения относительно НО, z_i – отстояние продольной связи от НО сечения.

Эквивалентный брус является геометрической моделью поперечного сечения корпуса, которая используется для проверки общей прочности судна.

В первом приближении все связи расчетного сечения считают жесткими, не теряющими устойчивость при действующих сжимающих напряжениях и работающих всей своей площадью. Потерю устойчивости связей, установленную расчетами, учитывают в расчетах эквивалентного бруса во втором и последующих приближения. В данном случае это нее требуется. Расчет ведут для половины поперечного сечения.

Расчет эквивалентного бруса в первом приближении выполняется в табличной форме (табл 3.1).

Для определения I проводят ось сравнения О-О, относительно которой рассчитывают статические моменты площадей и моменты инерции всех связей расчетного сечения. Ось сравнения выбирают обычно в плоскости днища.

В таблицу заносят площади поперечных сечений всех связей расчетного сечения Fi и отстояние их центров тяжести от оси сравнения. Произведения Fi*Zi – статические моменты площадей связей, и Fi*(Zi)² – переносные моменты инерции связей также заносятся в данную таблицу. Собственные моменты инерции горизонтальных связей не учитываются в виду их малости по сравнению с суммой переносных моментов инерции. После заполнения таблицы суммируют площади связей А, статические моменты В и и переносные моменты инерции С и определяют элементы эквивалентного бруса.

Напряжения в продольных связях корпуса:

Таблица 3.1 Расчет эквивалентного бруса

А=ΣF= 9871;

В= ΣF*Zi = 55278;

С= ΣF*Zi²+Σi0 = 518369;

Положение от нейтральной оси Z_o=5,6м;

Момент инерции I = 2·(C-A·Zo²)=2*(518369-9871*5,6²) = 41,7629 м⁴;

Момент сопротивления W = I/(H-Z_o) = 41,76/(11,23-5,6) = 74,179 м⁴;

W_расч > W_min; 74,17 > 59,4; I _расч > I_min; 41,76 > 37,4;

ЗАКЛЮЧЕНИЕ:

Произведенные в табличной форме расчеты эквивалентного бруса в первом приближении парома показали, что возникающие в связях судового корпуса нормальные напряжения при действии суммарных изгибающих моментов при перегибе и прогибе судов не превышают допускаемых значений. Максимальные напряжения возникают в настиле палубы (151МПа) не превышают допускаемых напряжения σ_доп=151 МПа, т.е. σ_max≤ σ_доп. Моменты инерции и сопротивления больше минимальных значений.

Общая продольная прочность корпуса при продольном изгибе обеспечена. Полученные в таблице значения момента сопротивления W, момента инерции I и не превышают регламентируемых Российским Морским Регистром Судоходства.

ЛИТЕРАТУРА

1. Барабанов Н.В., Турмов Г.П. Конструкция корпуса морских судов: Учеб. – В 2-х т. – Т. 1: Общие вопросы конструирования корпуса судна. – СПб.: Судостроение, 2002. -448 с.

2. Барабанов Н.В., Турмов Г.П. Конструкция корпуса морских судов: Учеб. – В 2-х т. – Т. 2: Местная прочность и проектирование отдельных корпусных конструкций судна. – СПб.: Судостроение, 2002. – 472 с.

3. Стадников А.А., Новикова С.С. Расчеты прочности корпусных конструкций: Учеб. – Северодвинск: ФГУП «ПО «Севмашпредприятие»; Севмашвтуз, 2003. -313 с.

4. Короткин Я.И., Ростовцев Д.М., Сиверс Н.Л. Прочность корабля: Учеб. – Л.: Судостроение, 1974. – 434 с.

5. Степанов В.В., Степаненко А.Г., Корнилов Э.В. Справочное пособие по чтению чертежей корпусных конструкций судов. – Одесса: Фенiкс, 2003. – 59 с.

6. Тряскин В.Н. Проектирование конструктивного мидель-шпангоута морских транспортных судов: Учеб. – Л.: Изд. ЛКИ, 1986. – 102 с.

7. Правила классификации и постройки морских судов. В 4-х т. – СПб.: РМРС, 2007

8. Нормы прочности морских судов. – Л.: Регистр СССР, 1991. – 92.

9. Шиманский Ю.А. Справочник по строительной механике корабля. – В 3-х т. – Т. 2. – Л.: СУДПРОМГИЗ, 1960. – 528 с.

10. Шиманский Ю.А. Справочник по строительной механике корабля. – В 3-х т. – Т. 3. – Л.: СУДПРОМГИЗ, 1960. – 631 с.