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:
Wmin= Сw·В·L2 ·(Сb+0,7)· η = 9,15·21,43·163,22 ·(0,76+0,7)· 0,78=5947454 см3.
Момент инерции поперечного сечения корпуса Imin, см4, в средней части судна должен быть не менее:
Imin = 3·Сw·В·L2 ·(Сb+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 Мw, кН/м, действующий в вертикальной плоскости, в поперечном сечении определяется по формулам:
вызывающий перегиб судна -
Мw=190·Сw·В·L2 ·Сb·α·10-3,
α = 1 при 0,4≤x/L≤0,65;
Мw=190·9,15·21,43·(163,2)2 ·0,76·1·10-3 = 754138 кН*м.
вызывающий прогиб судна –
Мw=-110·Сw·В·L2 ·(Сb+0,7)·α·10-3,
Мw=-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:
σi=M(x)zi/I,
где М(х) – изгибающий момент в сечении ч, I – момент инерции поперечного сечения относительно НО, zi – 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 Zo=5,6м;
Момент инерции I = 2·(C-A·Zo2)=2*(518369-9871*5,62) = 41,7629 м4;
Момент сопротивления W = I/(H-Zo) = 41,76/(11,23-5,6) = 74,179 м4;
Wрасч > Wmin; 74,17 > 59,4; I расч > Imin; 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 σдоп=151 МПа, т.е. σmax≤ σдоп. 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.