Принципы проектирования наружной обшивки и настила ВП

Определение ширины поясьев. Наружная обшивка состоит из днищевой обшивки, включая скулу, и бортовой обшивки и ее проектирование начинается с распределения на пояса периметра поперечного сечения корпуса судна (рис.21). Вначале определяется положение и ширина основных поясьев обшивки, к которым относятся горизонтальный киль, скуловой пояс, ширстрек, палубный стрингер, а для судов ледовых классов еще и ледовый пояс. Основные поясья являются связями II и III групп ответственности и играют важную роль в обеспечении общей прочности корпуса судна. Размеры основных поясьев регламентируются Правилами, требования которых к указанным поясьям приведены в табл. 7.

Рис. 21. Основные поясья наружной обшивки и положение расчетных точек для определения нагрузок.

Ширина горизонтального киля определяется по формуле

b = 5 L + 800, мм. (2.2.4.4)

и может не превышать 2000 мм. Толщина его должна быть на 2 мм больше толщины соседних поясьев днищевой обшивки. Ширина ширстрека принимается не мене определяемой по формуле (2.2.4.4), но не более 2000 мм. Ширина скулового пояса зависит от радиуса скругления скулы и определяется положением верхней и нижней кромок пояса. Нижняя кромка соответствует точке перехода плоской части обшивки днища в криволинейную. Верхнюю кромку в расчетах берут выше второго дна на 200 мм.

Таблица 7

Требования Правил РС к основным поясьям НО и ВП

№ п/п	Наименование пояса	Ширина пояса, мм	Толщина пояса, мм
	Горизонтальный киль	b г.к = 5 L + 800	s = s дн + 2
	Скуловой пояс	b ск.п» p R /2 + 200 + 200	s ≥ max{ s б; s дн}
	Ширстрек	b ш = 5 L + 800 £ 2000	s ≥ max{ s б; s п.стр}
	Палубный стрингер	b стр = 5 L + 800 £ 1800	s ≥ max{ s п; s ш}
	Ледовый пояс	(d ЛГВЛ – d ЛБВЛ) + h 1 + h 3	см. п. 3.10 Правил РС

Ширина палубного стрингера верхней палубы расчитывается по формуле

b _c = 5 L + 800 < 1800 мм. (2.6.4.1.4)

Ширина ледового пояса в районе переменных ватерлиний определяется по формуле

b _л.п = (d _ЛГВЛ – d _ЛБВЛ) + h ₁ + h ₃,

где d _ЛГВЛ и d _ЛБВЛ – осадки по ледовые грузовую и балластную ватерлинии, а h ₁ и h ₃ находятся по табл. 3.10.1.3.2 Правил РС.

Ширину неосновных поясьев берут по возможности большей, чтобы уменьшить объем сварочных работ, но она должны отвечать техническим возможностям судостроительного завода.

Определение толщин. Толщина наружной обшивки и настила ВП должна быть не менее определяемой из условий прочности по формуле (1.6.4.4)

где k = 1,2 – 0,5 a / b, но не более 1; a и b – меньший и больший размеры опорного контура листового элемента, м; p – расчетная нагрузка, кПа; s _п – расчётный нормативный предел текучести для принятой марки материала, МПа; k _s принимается в соответствии с рекомендациями п.2.4.21 Правил. В средней части судна при продольной системе набора k _s = 0,6, а при поперечной системе набора k _s определяется согласно табл. 8; D s – запас на износ для листовых конструкций, мм, равный

D s = u (Т – 12), (1.1.5.1)

где u – среднегодовое уменьшение толщины связи, мм/год, вследствие коррозионного износа или истирания, принимаемое с учетом условий эксплуатации и расположения элементов конструкций по табл. (1.1.5.2) Правил РС; Т – планируемый срок службы конструкции в годах; если срок службы специально не установлен, следует принимать T = 24. При Т < 12 лет, D s = 0.

Таблица 8

Значения коэффициента k _s для НО и настила ВП

при поперечной системе набора

Обшивка днища	k s = 0,3 kB £ 0,6
Обшивка борта	Ниже 0,4 D от основной плоскости	0,3 kB £ k s £ 0,6, линейная интерполяция
(0,4...0,5) D от основной плоскости	k s = 0,6
На уровне верхней палубы	0,3 kD £ k s £ 0,6, линейная интерполяция
Настил ВП	k s = 0,3 kD £ 0,6

Коэффициенты k_B и k_D рассчитываются по формулам

k_B = ; k_D = , (2.2.4.1)

где W -необходимый по Правилам момент сопротивления корпуса, см³, в средней части судна согласно п.5; , – фактические моменты сопротивления соответственно днища и палубы в средней части судна, см³. При выполнении учебных расчетов можно взять W = = .

В соответствии с требованиями Правил минимальная строительная толщина наружной обшивки днища и борта в любом случае должна быть не менее

s _min = (5,5 + 0,04 L) , мм при L ≥ 30 м. (2.2.4.8)

а для настила верхней палубы не менее

s _mіn = (7 + 0,02 L) , мм при L ≥ 100 м. (2.6.4.1.5-4)

Определение нагрузок. Расчетным давлением на наружную обшивку является давление со стороны моря (см. п. 1.3.2 Правил РС), которое предста­вляется в виде суммы гидростатического p_st и волнового p_w давлений, рис. 22. Для определения нагрузок используются формулы (1.3.2.1-1) и (1.3.2.1-2)

Рис. 22. Схема распределения гидро­статической и волновой нагрузки по периметру поперечного сечения судна

Расчетные нагрузки определяются для расчетных точек 1, 2, 3, 4, 5 (см. рис. 21), положение которых по периметру судна выбирается следующим образом:

точка 1 – на ближайшей к ДП кромке пояса днищевой обшивки, расположенного рядом с горизонтальным килем;

точка 2 – на нижней кромке надскулового пояса;

точка 3 – на уровне ГВЛ;

точка 4 – на нижней кромке подширстречного пояса;

точка 5 – на ближайшей к борту кромке соседнего с палубным стрингером поясе палубы.

Эти точки входят в обязательный минимум расчетных точек.

Расчетное давление для точек 1 и 2 обшивки, расположенных ниже ГВЛ, представляется в виде

, кПа, (1.3.2.1-1)

где p_st = 10 z_i, кПа,

определяет гидростатическое давление на обшивку, а

p_w = p_{w 0} – 1,5 c_wz_i / d, кПа, (1.3.2.2-1)

равно волновой составляющей морского давления.

В этих формулах

z_i – равно расстоянию в метрах от ГВЛ до рассматриваемой точки;

p_{w 0} – давление в кПа на обшивку на уровне ГВЛ, равное

;

c_w – волновой коэффициент, вычисляемый для судов длиной от 90 м до 300 м по формуле

;

a_v – коэффициент, учитывающий зависимость давления на корпус от скорости судна v

;

а_х – коэффициент, учитывающий положение сечения, в котором определяется давление, по длине судна

;

k_x – коэффициент, равный 0,8 и 0,5 для поперечных сечений в нос и корму от миделя, соответственно;

х ₁ – расстояние, м, рассматриваемого сечения от ближайшего перпендикуляра

В любом случае произведение a_v a_x должно приниматься не менее 0,6.

Для точек 4 и 5, расположенных выше ГВЛ

р = p_w,

при этом

p_w = p_{w 0} – 7,5 а_x z_i, кПа, (1.3.2.2-2)

Нагрузка на верхнюю палубу в т. 5 определяется по формуле р ₅ = 0,7 p_w ³ p _{mi n} (1.6.4.4), где р _{mi n} = 0,015 L + 7 в средней части корпуса судна.

На основе изложенного принимаем следующий порядок проектных работ по разработке конструкции наружной обшивки и настила ВП:

1. Находится ширина основных поясьев на основе данных табл. 7;

2. Производится разбивка на поясья остальной части обшивки и настила ВП;

3. Определяется положение расчетных точек и находятся значения нагрузок для вычисления толщины обычных поясьев НО и ВП, включая соседние с основными;

4. Выполняется расчет толщины обычных поясьев НО и ВП из условий прочности с учетом коррозионного износа;

5. Вычисляются минимально допустимые толщины обшивки для НО и ВП;

6. На основе сравнения минимально допустимых толщин и найденных из условий прочности принимается решение о величине строительных толщин обычных поясьев;

7. Определяются толщины основных поясьев с учетом рекомендаций, приведенных в табл. 7.

8. Составляется сводная таблица толщин и размеров листов и выполняется эскиз разбивки поперечного сечения корпуса на поясья.