Выбор категории и марки судостроительной стали проектируемого судна

Согласно Правилам Морского Регистра судоходства определим категорию, марку и свойства применяемой стали. Выбор стали для элементов конструкции корпуса, в том числе подверженных длительному воздействию низких температур, производится для различных групп связей, исходя из степени ответственности конструкции, расчетной температуры эксплуатации конструкции и фактической толщины конструктивных элементов. Должны быть приняты во внимание экономические факторы (стоимость материала) и весовые характеристики корпуса.

Расчетные температуры судовых конструкций выражаются через минимальную температуру окружающей среды T_А в районе эксплуатации проектируемого судна в зависимости от категории ледовых усилений. Приближенно температуру T_А можно определить в зависимости от предполагаемой ледовой категории судна, приняв ее равной (1.2.3.3):

0ºС – для судов категории Ice1 и без ледовых усилений.

-10ºС – для судов ледовой категории Ice2 и Ice3;

-30ºС – для судов ледовой категории Arc4;

-40ºС – для судов ледовых категорий от Arc5 до Arc9.

Элементы конструкции корпуса в зависимости от уровня напряженности, наличия значительной концентрации напряжений, сложности оформления и изготовления узлов, предполагаемых последствий их разрушения для безопасности судна в целом подразделены на 3 группы, по которым определяется номер группы связей в средней части корпуса (подробнее см. табл. (1.2.3.7-1):

Ширстрек, палубный стрингер, скуловой пояс, листы настила верхней палубы в углах люков, непрерывные продольные комингсы ВП – 3 группа;

Прочие поясься настила ВП, поясья обшивки днища и настила второго дна, включая горизонтальный киль; верхний пояс обшивки продольных переборок и подпалубных цистерн, продольные балки ВП, верхней части продольных переборок и днища, обшивка и набор в виде сварных балок в районе I ледовых усилений судов категорий Аrc5-Arc9 – 2 группа;

Поясья бортовой обшивки, продольных переборок, за исключением верхнего пояса, обшивка и набор в виде сварных балок в районе I ледовых усилений судов категорий Ice1-Ice3, Arc4, набор из катаного профиля судов ледового плавания всех категорий – 1 группа.

В районах судна вне средней части номер группы связей понижается на единицу.

Толщина элементов конструкций может быть определена по прототипу либо принята в учебных целях равной 15-20 мм для связей III группы и 8-15 мм для остальных связей.

С учетом этого определяем категорию стали для проектируемого судна, исходя из заданной ледовой категории судна (Ice2) и принятой толщины металла по таблицам и графикам Правил Регистра (см рис. (1.2.3.1-):

1 группа связей: –10 ^°C(толщина 8-20 мм) – A; А32;

2 группа связей: А; А32;

3 группа связей: D; А32.

Исходя из возможных вариантов для всех конструкций принимаем судостроительную сталь повышенной прочности категории – А32.

Согласно Правилам Регистра данная марка стали имеет предел текучести R_еH =315 МПа. В качестве расчетных характеристик материала конструкции корпуса принимаются:

σ_n - расчетный нормативный предел текучести по нормальным напряжениям, который рассчитывается по формуле:

σ_n =235/η, МПа, где

η - коэффициент использования механических свойств стали, определяемый в таблице (1.1.4.3) Правил Регистра. η =0,78:

σ_n =235/0,78=301 МПа.

τ_n - расчетный нормативный предел текучести по касательным напряжениям:

τ_n=0,57∙ σ_n =0,57∙301,2=172 МПа.

Химический состав и механические свойства стали.

Химический состав и механические стали повышенной прочности определяются по таблице

- раскисление – спокойная;

- состояние поставки – с термомеханической обработкой (ТМ);

Химический состав – (см. табл. 6)

Таблица 6

Химический состав в процентах (%)

Название	%	Название	%	Название	%
Cmax	0,18	Cumax	0,35	Nb	0,02-0,05
Mnmin	0,90-1,60	Crmax	0,2	V	0,05-0,1
Simax	0,5	Nimax	0,4	Timax	0,02
Pmax	0,04	Momax	0,08
Smax	0,04	Almin	0,015

- механические свойства при растяжении:

Временное сопротивление R _m, МПа 440 – 590;

Предел текучести R _ен, МПа 315;

Относительное удлинение А5, % 22;

- испытания на ударный изгиб:

t⁰ испытания, ⁰С -30⁰С;

работа удара для продольных образцов, Дж 31;

работа удара для поперечных образцов, Дж 22;

Минимальное относительное удлинение при испытаниях на растяжение стандартных образцов полной толщины от 10 до 30 мм находится в пределах (17 – 20)%.