Лабораторная работа №10

7 8 9 10 11 12 13

«Крепление груза при подготовке к плаванию в штормовых условиях»

Цель: Приобретение опыта расчета крепления палубного груза с учетом штормовых условий плавания в море.

Задачи: При выполнении лабораторной работы по данной теме производятся расчеты следующих разделов:

1. Определение сил, действующих на груз при бортовой и вертикальной качке.

2. Определение сил, действующих на груз при килевой и вертикальной качке.

3. Крепление груза:

3.1. Расчет усилий, возникающих в найтовах при бортовой качке;

3.2. Расчет усилий, возникающих в найтовах при килевой качке;

3.3. Расчет крепления грузов.

Условия расчета: На крышки грузовых трюмов судна смешанного плавания (СП) загружен контейнер (груз-тяжеловес), который крепиться найтовыми.

Схема размещения груза приведена на рис.10.1

Рис.11.1. Схема размещения груза

1 – найтовы; 2 – крышка грузового трюма; 3 – корпус судна;

4 – фальшборт; 5 – контейнер

1. Определение сил, действующих на груз при бортовой

и вертикальной качке

Схема сил, действующих на груз при бортовой и вертикальной качке представлена на рис. 10.2.

Рис.11.2. Схема действующих на груз сил при бортовой

и вертикальной качке

где – максимальная суммарная сила, действующая на груз в поперечном направлении, кН;

– максимальная поперечная составляющая сил инерции и тяжести, кН;

– поперечная составляющая динамического давления ветра, кН;

– поперечная составляющая гидродинамических ударов волн, кН;

– суммарная составляющая сил инерции и тяжести, действующая по оси при бортовой качке, кН.

При бортовой качке на груз действуют силы инерции и тяжести, максимальную суммарную поперечную составляющую которых по оси можно определить по выражению

(10.1)

где , , – координаты ЦМ (центра масс) груза, относительно ЦМ судна, м;

– радиус перемещения орбиты ЦМ судна при вертикальной качке, м.

Определяется как: ;

– высота волны, м;

– масса груза, т;

– ускорение свободного падения, ;

– угол крена, рад и град.;

– период собственных поперечных колебаний судна (период бортовой качки), с.

Это усилие смещает груз и создает опрокидывающий момент.

Принимая и округляя значение вводных данных до десятых долей, получим расчетное выражение:

(10.2)

1.2. Суммарная составляющая сил инерции и силы тяжести, действующая по оси , определяется по выражению

(10.3)

Это усилие нагружает палубу и обеспечивает устойчивость груза.

Действуя таким же образом, как и в формуле (10.2) при , получим расчетное выражение:

(10.4)

1.3. Динамическое давление ветра на палубный груз можно определить по формуле

(10.5)

где – площадь парусности боковой поверхности груза, .

где – длина груза, м;

– высота груза, м.

При получим расчетное выражение

(10.6)

1.4. Усилие, вызванное гидродинамическими ударами воды при заливании груза, можно определить по формуле

(10.7)

где – площадь заливания боковой поверхности груза, .

где – высота заливания груза, м;

– гидродинамическое давление воды, (снимается с графика рис. 10.3 в зависимости от высоты заливания груза).

1.5. Сила, воздействующая на груз в поперечном направлении

(10.8)

где – максимальная суммарная сила, действующая на груз в поперечном направлении, кН.

Примечание. Уменьшение силы за счет сил плавучести палубного груза здесь не учитывается так же, как и не учитывается ее увеличение за счет натяжения найтовых.

При определении площади поверхности груза, подверженного воздействию ветра, следует учитывать наличие несплошных поверхностей, а для цилиндрических поверхностей, расположенных перпендикулярно направлению ветра, необходимо вводить коэффициент обтекания, равный 0,6.

Рис. 10.3. График зависимости гидродинамического давления воды

от высоты заливания груза

Например: м; кН/м; м; кН/м

2. Определение сил, действующих на груз при килевой

и вертикальной качке

Схема сил, действующих на груз при килевой и вертикальной качке показана на рис.10.4.

Рис. 10.4. Схема действующих на груз при килевой

и вертикальной качке

где – максимальная продольная составляющая сил тяжести и инерции, кН;

– суммарная составляющая сил инерции и тяжести, действующая по оси при килевой качке, кН;

– продольная составляющая динамического давления ветра, кН;

– продольная составляющая гидродинамических ударов волн, кН;

– максимальная суммарная сила, действующая на груз в продольном направлении, кН.

2.1. Максимальную суммарную составляющую сил инерции и тяжести можно определить по выражению

(10.9)

где – угол дифферента, рад и град.;

– период собственных продольных колебаний судна (период килевой качки), с.

Принимая, получим расчетное уравнение:

(10.10)

2.2. Суммарная составляющая сил инерции и силы тяжести, действующая по оси , определяется по выражению

(10.11)

Исходя из принятого , расчетное уравнение примет вид:

(10.12)

2.3. Динамическое давление ветра на палубный груз можно определить по формуле

(10.13)

где – площадь парусности лобовой поверхности груза, .

где – ширина груза, м;

– высота груза, м.

2.4. Усилие, вызванное гидродинамическими ударами воды при заливании груза, определяется по формуле

(10.14)

где – площадь заливания лобовой поверхности груза, .

где – высота заливания палубного груза, м.

2.5. Сила, действующая на груз в продольном направлении

(10.15)

где – максимальная суммарная сила, действующая на груз в продольном направлении, кН.

3. Крепление грузов

3.1. Расчет усилий, возникающих в найтовах при бортовой качке

Рис. 10.5. Схема опрокидывающих моментов

Произведем расчет усилия, возникающего в найтовах под действием опрокидывающих моментов, при этом составим уравнение моментов (см. рис.10.5):

.
,	(10.16)

где – усилие в поперечных найтовах, возникающее от действия опрокидывающих моментов, кН;

– угол между поперечными найтовами и палубой, град.;

– ширина груза, м;

– высота груза, м;

– расстояние от палубы до точки крепления найтова, м;

– высота заливания груза, м.

Рис.6. Схема сдвигающих сил

Расчет усилия, возникающего от смещения груза, определяется из очевидного уравнения:

(10.17)

При этом:

;
,

где – коэффициент трения, ед.;

– сила реакции опоры, кН.

При расчете усилия в поперечных найтовах, возникающее от сил смещения груза, силу трения не учитываем, так как груз установлен на верхней палубе, а коэффициент трения принимается равным нулю, кН.

Тогдаиз уравнения (10.17) получаем выражение

(10.18)

3.2. Расчет усилий, возникающих в найтовах при килевой качке

При килевой качке опрокидывание тяжеловесу не угрожает, поэтому он остается в равновесии, если:

(10.19)

с учетом того, что и .

Здесь – угол между продольными найтовами и палубой, град., получим расчетное значение

(10.20)

где – усилие в продольных найтовах, возникающее от действия сил, смещающих груз, кН.

3.3. Расчет крепления грузов

3.3.1. Расчет разрывного усилия и количества поперечных найтовых.

При расчете разрывного усилия в найтовых следует принимать коэффициент запаса не менее 3 при креплении груза на открытой палубе, так как рабочая нагрузка должна составлять 1/3 разрывного усилия в тросе. При этом:

(10.21)

где – разрывная нагрузка на поперечные найтовы, кН;

– рабочая нагрузка на поперечные найтовы, равная или , кН.

Тяжеловес с одного борта может быть закреплен одним из следующих вариантов:

1. Двумя найтовыми с разрывной нагрузкой около ;

2. Тремя найтовыми с разрывной нагрузкой около ;

3. Четырьмя найтовыми с разрывной нагрузкой около ,

где – количество поперечных найтовых одного борта.

В зависимости от выбранного варианта и в соответствии с разрывной нагрузкой по ГОСТ (см. Приложение 3) выбираем диаметр стального троса. При этом учитываем, что для крепления тяжеловесов применяются тросы диаметром 18-27 мм.

3.3.2. Расчет разрывного усилия, диаметра и количества продольных найтовых.