Расчет элементов наружной обшивки судна

Наружная обшивка обеспечивает непроницаемость, а вместе с набором – общую продольную и местную прочность корпуса.

Наружную обшивку корпуса подразделяют на днищевую, бортовую, обшивку носовой и кормовой оконечностей. Бортовая, в свою очередь, делится на надводную, подводную обшивку и район переменных ватерлиний.

На наружную обшивку в различных районах корпуса действуют различные усилия в сложных комбинациях. Так, наружная обшивка днища в средней части судна, будучи наиболее удаленным от нейтральной оси пояском эквивалентного бруса, испытывает значительные усилия от общего продольного изгиба, а также давление воды. Наружная обшивка оконечностей испытывает меньшие усилия от общего изгиба, но в этих районах наблюдаются значительные местные нагрузки: гидростатические давления воды, ударные нагрузки. Бортовая обшивка в средней части судна воспринимает срезывающие усилия при общем продольном изгибе и одновременно усилия, создаваемые статическим и динамическим воздействием воды, усилия с внутренней стороны корпуса от груза, механизмов и др.

Это вызывает необходимость установки в различных районах корпуса листов наружной обшивки различной толщины.

Наружная обшивка корпуса проектируется из листов, располагаемых обычно вдоль судна, т.к. при этом легче обеспечить указанное выше изменение ее толщины. Продольная кромка листа называется пазом, поперечная (короткая) – стыком. Несколько листов, соединенных по стыкам называются поясом наружной обшивки.

В составе наружной обшивки принято выделять следующие характерные посясья:

· горизонтальный киль – средний пояс днищевой обшивки, толщина которого на 2 мм больше, чем остальная обшивка днища; усиление его связано с тем, что вместе с вертикальным килем и средним листом настила второго дна он включается в основную несущую связь днища – килевую балку;

· скуловой пояс – является переходным от днища к борту, поэтому его толщину выбирают по толщине днища или борта (что больше); при постройке корпуса этот лист подвергается гибке, а в процессе эксплуатации – большей коррозии и вероятности повреждений, чем днище.

· ширстрек – верхний пояс бортовой обшивки, испытывающий максимальные напряжения при общем продольном изгибе. Его толщина выбирается в зависимости от толщины бортовой обшивки и настила верхней палубы (палубного стрингера) – что больше.

· ледовый пояс – предусматривается на судах ледового плавания в районе переменных ватерлиний. Толщина и протяженность ледового пояса по высоте и длине судна определяются в зависимости от ледовой категории судна (района плавания).

Расчетные формулы и примеры расчета элементов наружной обшивки приведены в приложениях.

План расчета

1. Расчетные нагрузки (на наружную обшивку расчетной принимается нагрузка со стороны моря): на днищевую и бортовую обшивку определяются в соответствии с п. 2.2.3 «Правил» Регистра РФ по формуле

Здесь - статическое давление воды, кПа;

- волновое давление воды для точек, расположенных ниже летней ГВЛ;

- волновое давление воды для точек, расположенных выше летней ГВЛ;

- волновое давление воды на уровне летней ГВЛ;

- волновой коэффициент;

- коэффициент, зависящий от длины судна (L, м) и его скорости (, уз.);

- коэффициент, учитывающий отстояние рассматриваемого сечения от носового или кормового перпендикуляра (х₁), для района мидель-шпангоута можно принимать 0,267;

z_i - отстояние точки приложения нагрузки от летней ГВЛ, м.

Расчетная нагрузка определяется отдельно для днищевой обшивки и для бортовой обшивки (в подводной и надводной части). При этом расчет будет отличаться только в зависимости от z_i: для днищевой обшивки z_i=d (d – осадка судна, м), для бортовой обшивки в подводной части - (на уровне середины подводной части судна), в надводной части - (на уровне середины надводной части судна).

На суднах с двойным бортом (пространство внутри которого используется обычно для приема водяного балласта) расчетной нагрузкой принимается испытательный напор (при испытании цистерны на непроницаемость) по формуле

- на уровне настила второго дна (максимальное давление),

- высота воздушной трубки над ВП (для сухогрузов – 1,5 м; для танкеров – 2,5 м).

Расчетная нагрузка на ледовый пояс рассчитывается в зависимости от ледовой категории судна в соответствии с п. 3.10.3.2 «Правил» Регистра РФ по формулам:

Здесь - объемное водоизмещение судна, м³;

С_В – коэффициент общей полноты судна;

а₃ – коэффициент, определяемый по табл. 3.10.3.2.1 в зависимости от ледовой категории судна;

а_BII, a_BIII – коэффициенты, определяемые по табл. 3.10.3.2.5. в зависимости от ледовой категории судна.

BI, BII, BIII – районы ледовых усилений: В - район средней части судна, I – район переменной ватерлинии, II – от нижней кромки района I до верхней кромки скулового пояса, III – скуловой пояс (см. рис 3.10.3.2 «Правил»).

При этом надо иметь ввиду, что в курсовом проекте обычно выполняется расчет только для конструкций в средней части судна – район В, и ледовые усиления предусматриваются (в зависимости от ледовой категории судна) в следующих районах (по сечению судна):

• на судах без ледовых усилений и судах категории Ice1 – в средней части нет ледовых усилений;
• на судах категории Ice 2 и Ice 3 – в районе ВI,
• на судах категории Arc4 – в районах BI и BII,
• на судах категории Arc 5, Arc 6, Arc 7 – в районах BI, BII и BIII,
• более «мощные» ледовые категории, как правило, в курсовом проекте не рассчитываются.

2. Минимальная толщина наружной обшивки рассчитывается в соответствии с пп. 2.2.4.8, 1.1.4.3 по формуле (при L³30 м)

- коэффициент использования механических свойств стали, определяемый по табл. 1.1.4.3.

Правилами Регистра РФ (п.1.1.4.6) устанавливаются минимальные толщины, меньше которых не должна приниматься толщина элементов корпуса в расчетах.

3. Толщина днищевой обшивки – пп. 2.2.4.1, 1.6.4.4

Здесь m=15,8;

а – расстояние между основными балками набора (шпация), м;

=0,6 – в средней части судна;

- коэффициент, зависящий от соотношения размеров пластины обшивки: а и b – меньшего и большего, соответственно.

- расчетный нормативный предел текучести по нормальным напряжениям;

р_дн – расчетная нагрузка на днищевую обшивку, определенная в п. 1.

- запас на износ обшивки, определяемый в соответствии с п. 1.1.5.1;

u – среднегодовое уменьшение толщины (мм/год), принимаемое с учетом условий эксплуатации по табл. 1.1.5.2; для днищевой обшивки при наличии второго дна, используемого в качестве балластной цистерны, - 0,2 мм/г;

Т - планируемый срок службы конструкции – принимается 24 года.

4. Толщина бортовой обшивки - пп. 2.2.4.1, 1.6.4.4

Расчет выполняется аналогично п.3. Отличия – размеры пластины обшивки (а и b), которые надо выбрать для бортовой обшивки, u – по таблице 1.1.5.2 – в соответствии с особенностями конструкции и эксплуатации борта, а также расчетная нагрузка для бортовой обшивки р_б. – определенная в п. 1.

Толщина бортовой обшивки рассчитывается для надводной части борта (выше уровня ватерлинии) и подводной части борта (ниже уровня ватерлинии), соответственно величине расчетной нагрузки p, определенной в п. 1 данного расчета.

5. Ширина горизонтального киля рассчитывается в соответствии с п. 2.2.4. по формуле

6. Толщина горизонтального киля в соответствии с п. 2.2.4. принимается на 2 мм больше толщины днищевой обшивки

S_к=S_дн+2

7. Толщина скулового пояса – п. 2.2.4.3 должна приниматься равной толщине обшивки днища или борта, в зависимости о того, что больше

S_ск.л.=S_дн. или S_б (что больше)

8. Ширина ширстрека – п. 2.2.4.5

9. Толщина ширстрека – п. 2.2.4.5 должна приниматься равной толщине прилегающих листов обшивки борта или настила палубы (палубного стрингера), в зависимости о того, что больше

S_s.=S_б. или S_п.с. (что больше)

10. Толщина ледового пояса - п. 3.10.4.1 рассчитывается для тех районов, где для судна данной ледовой категории в средней части судна необходимы ледовые усиления наружной обшивки (см. п. 1 данного расчета), по формуле

S=S_но+DS_но

Здесь

p – расчетная нагрузка на ледовый пояс, определенная в п. 1 данного расчета;

R_eH – верхний предел текучести, МПа;

с=b£2 м – при поперечной системе набора борта;

с=l – при продольной системе набора борта;

b – высота распределения ледовой нагрузки, для средней части (района В) рассчитывается по формуле b=c₃c₄k_D;

l – расстояние между соседними поперечными связями борта;

c₃ , c₄ – коэффициенты, определяемые по табл. 3.10.3.3.1 и 3.10.3.3.3 в зависимости от ледовой категории судна;

- коэффициент, зависящий от водоизмещения судна D;

DS_но=0,75Тu;

u – по табл. 3.10.4.1 в зависимости от ледовой категории судна.

11. Ширина ледового пояса (район ВI) определяется в соответствии с табл. 3.10.1.3.2 и рис. 3.10.1.3.2 в зависимости от ледовой категории судна. При этом расстояние между ГВЛ и БВЛ можно принять, равным d/8.

Результаты расчета элементов наружной обшивки студенты должны нанести на чертеж конструктивного мидель-шпангоута.

Рекомендуется такая последовательность работы:

1. Выбрать масштаб чертежа – 1:50, 1:40, 1:25 – в зависимости от главных размерений судна (высоты борта и ширины судна) – так, чтобы изображение размещалось на формате А1, не заходя над основной надписью (штампом).

2. Вычертить обводы судна с учетом килеватости (крупнотоннажные суда не имеют килеватости или она составляет около 1,5⁰), радиуса скулы (обычно около 0,05В = 1,5-2,0 м), развала бортов (крупнотоннажные суда чаще всего имеют вертикальные борта, развал бортов около 10⁰ характерен для контейнеровозов, а также ролкеров – в подводной части), типа ширстрека (скругленный ширстрек – радиусом около 0,04-0,05В – на крупных танкерах или балкерах).

3. Выполнить разбивку наружной обшивки на поясья – в соответствии с расчетом, а также с учетом стандартной ширины листов, начиная от горизонтального киля – к скуле, а затем бортовую обшивку, определив положение ледового пояса (если он необходим) и ширстрека.

4. Обозначить толщину поясьев наружной обшивки – по расчету.