Ккс. ККСС вопросы. 1. Классификация пл и га 2 Конструктивные типы пл и га
 Скачать 2.67 Mb.
|
|
Gz. Гидродинамическое воздействие на подводную лодку пропорционально квадрату скорости её движения. Это обстоятельство необходимо учитывать и использовать, управляя подводной лодкой при различных скоростях хода. Так, при больших скоростях гидродинамические силы и моменты значительно превышают статические, а на малых скоростях хода статические силы и моменты соизмеримы с гидродинамическими и оказывают существенное влияние на управляемость подводной лодки. 4. Классификация корпусных конструкций по прочности По мнению иностранных специалистов, прочный корпус подводных лодок необходимо также рассчитывать на усталостную прочность с числом циклов «погружения- всплытия», равным 10 000- 30 000. Концентрация напряжений от гибки и сварки, коррозии, вибрации, растягивающих напряжений при всплытии корабля, когда возникает знакопеременный цикл нагрузки и т. п., может привести к текучести материала прочного корпуса в отдельных узлах, на глубинах, которые значительно меньше предельной. Производится также проверка динамической равнопрочности элементов прочного корпуса подводной лодки или уточнение размеров отдельных корпусных конструкций в случае воздействия на лодку стандартного подводного взрыва. Отношение расчетной глубины погружения к рабочей в иностранной литературе называется коэффициентом безопасности (аналогично отечественному понятию о запасе прочности). Основным элементом конструкции подводного корабля является его прочный корпус, представляющий собою соединение круговых цилиндров или конических колец оболочки, называемых обечайками, подкрепленных поперечными ребрами жесткости – шпангоутами. В зарубежном подводном кораблестроении нашли применение также прочные корпуса с поперечными сечениями, имеющими вид овала и вертикальной или горизонтальной «восьмерки» (рис. 49). Шпангоуты прочного корпуса имеют в сечении вид таврового профиля и поставлены внутри или снаружи корпуса. Наружный набор улучшает условия использования внутренних объемов и выполняет одновременно роль набора легкого корпуса. Для однокорпусных конструкций обычно применяют внутренние, а для двухкорпусных – наружные шпангоуты. Поперечные водонепроницаемые переборки повышают устойчивость обшивки прочного корпуса и рассчитываются на равные с ним нагрузки. Как правило, применяются плоские поперечные переборки, полотнища которых подкреплены вертикальными стойками, опирающимися на прочный корпус и платформы. Конструктивное оформление легкого корпуса, оконечностей подводных лодок, надстроек и ограждений выдвижных устройств рассчитывается на волновые нагрузки при плавании на водной поверхности (2,5-5 т/м?) или на взрывную нагрузку, которую принимают исходя из условия обеспечения равнопрочности всех конструкций лодки при подводном взрыве. Надстройки и ограждения выдвижных устройств некоторых атомных лодок ВМС США выполнены усиленными, исходя из возможности всплытия подводной лодки в битом льду или пробивки льда толщиной до 1 м. 5. Безмоментное напряженное состояние Теория оболочек может быть построена как обобщение теории изгиба пластинок. В основе расчета оболочек лежат гипотезы Кирхгофа-Лява. Ляв произвел обобщение гипотез Кирхгофа на случай расчета оболочек: 1. Любое прямое волокно, нормальное к срединной поверхности до деформации, остаётся прямым и нормальным к срединной поверхности и после деформации; вместе с тем его длина остаётся неизменной; 2. Нормальными напряжениями в направлении, перпендикулярном к срединной поверхности, можно пренебречь по сравнению с основными напряжениями. При этом общая трёхмерная задача теории упругости переходит в двумерную. При нагружении оболочки возможны различные виды напряженного состояния. В оболочке может возникать только растяжение или сжатие без изгиба стенки (безмоментное состояние); растяжение совместно с изгибом (смешанное состояние) или только изгиб без растяжения (моментное состояние). Примером безмоментного состояния может служить напряженное состояние, возникающее в сферической оболочке под действием равномерного внутреннего давления. В качестве примера смешанного напряженного состояния можно указать состояние, возникающее в оболочке при нагружении ее распределенным моментом (рис.7.3). Под действием момента стенка оболочки изгибается, и точки, расположенные около края, получают радиальные смещения, в связи с чем срединная поверхность оболочки растягивается в окружном направлении. При деформации подобного вида стенка оболочки одновременно испытывает изгиб и растяжение. 6. Конструктивные варианты оболочек Прочный корпус состоит из обшивки, набора, переборок. Обшивка в продольном сечении может иметь следующие формы: 1. Лекальная форма обводов (Рис. 6.2) выполняется очень редко, т.к. требуется очень сложная технология. 2. Составная из трех участков, из которых центральный представляет собой круговой цилиндр, а концевые - усеченные круговые конусы с наклонной осью (Рис. 6.3) Часто такая форма корпуса используется для ПЛ штевневого варианта. 3. Составной корпус, состоящий из центрального кругового цилиндра и концевых круговых конусов с прямыми осями Переход одного цилиндра к другому может осуществляться с помощью переборки или с помощью плавного перехода коническим коротким участком. 5. Сочетание конических концевых участков с цилиндром и цилиндром с восьми образным поперечным сечением. Конические и цилиндрические участки состоят из отдельных частей, которые, в свою очередь, собираются из отдельных обечаек. Обечайка собирается из отдельных листов, которые обычно располагаются поперек прочного корпуса, т.к. в этом случае удобнее изгибать листы (требуется меньшее усилие на гибочных вальцах) и меньше сварных швов в продольных сечениях которые больше нагружены, чем поперечные. В зависимости от диаметра прочного корпуса обечайка имеет 3-4 паза. Толщина обшивки прочного корпуса выбирается в зависимости от прочности материала и глубины погружения. Для сварных ПЛ толщина колеблется от 30 до 80 мм. Обечайки собираются в участок прочного корпуса в пределах одной строительной секции, которая затем обстраивается легким корпусом. В нее устанавливают платформы и другие конструкции, и такая секция подается на стапельную сборку. Обечайки собираются на прихватках. Для сохранения правильной формы устанавливают специальные шайбы. Отдельные обечайки собираются в блок и затем происходит сварка всего блока. Сварка производится на специальном устройстве, позволяющем производить сварку всегда в нижнем положении. Блок из собранных обечаек устанавливается на вращающиеся валики, так что сварочный автомат, установленный на неподвижной балке, производит сварку стыков всегда в нижнем положении. Для сварки пазов блок поворачивается так, чтобы паз лежал на нижней образующей цилиндра. Так как толщина листов прочного корпуса значительна, то разделку кромок делают Х-образную или Y -образную. Монтажные стыки варят вручную таким образом, чтобы избежать 80 потолочных швов. Поэтому верхнюю часть стыкового шва разделывают под сварку снаружи, а нижнюю часть - изнутри. 7. Обеспечение условий прочности для обеспечения прочности должны выполняться следующие условия: коэффициенты а1, а2 и а3 мы определяем в начале проектирования так же в начале выбираем предел текучести из ряда 800, 1000 или 1200 МПа Расчётные напряжения находим по формулам: Данные напряжения зависят от главных параметров, заданных для проектирования: радиуса ОК, расчётного давления и толщины оболочки ОК а так же от коэффициентов эпсилон 1, 2, 3 и 4, которые в своб очередь зависят от значений F 1, 2, 3 и 4, определяемых по графикам Бубного-Папковича 8. Обеспечение условий устойчивости Основной вид разрушения прочного корпуса – потеря устойчивости оболочки прочного корпуса между шпангоутами переборками. Для прочного корпуса ПЛ устойчивость оболочки зависит в первую очередь от шпации Предельная величина шпации, при которой обеспечивается устойчивость конструкции определяется по формуле: здесь n1 и n2 коэффициенты, определяемые по формулам: так же предельная шпация, при которой обеспечивается устойчивость, зависит от давления на корпус, толщины ПК и отношения расчётного модуля Юнга от стандартного так же все проектируемые профили проверяются на устойчивосить и в первую очередь по I (моменту инерции) Удовлетворение критериям прочности по напряжениям не гарантирует ПК от разрушения, так как при проверке условий прочности исходят из того, что обшивка и шпангоуты ПК при действии расчетной нагрузки сохраняют после деформации свою исходную круговую форму. В действительности оболочка может сохранять свою первоначальную равновесную форму лишь до некоторой, определенной для каждой оболочки, величины внешнего давления и при её превышении теряет устойчивость. Вследствие потери устойчивости и появления вмятин и выпучин в обшивке и шпангоутах возникают дополнительные напряжения от изгиба, сильно снижающие несущую способность оболочки. Поэтому критерии прочности, являясь необходимыми и обязательными условиями расчета прочности корпуса. ГА, не являются в то же время достаточными условиями, гарантирующими его безопасную работу. В связи с этим появляется необходимость нормировать величину нагрузки, которая может вызвать потерю устойчивости обшивки и шпангоутов ПК. При оценке устойчивости оболочки ПК следует исходить из следующих соображений: 1. При напряжениях, имеющих место на расчетной глубине, потеря устойчивости обшивки, как свидетельствуют эксперименты, приводит к разрушению прочного корпуса. Таким образом, критическая нагрузка для прочного корпуса является опасной. 2 Устойчивость обшивки ПК должна быть обеспечена в пределах каждого отсека между двумя соседними поперечными переборками. Так как в рассматриваемом случае могут иметь место две формы потери устойчивости обшивки ПК: между ребрами, которые сохраняют круговую форму, и потерю устойчивости вместе с подкрепляющими ребрами, то для обеспечения устойчивости оболочки необходимо, чтобы - обшивка между шпангоутами при действии расчетного давления сохраняла свою первоначальную круговую равновесную форму; - круговые шпангоуты, являющиеся опорами для обшивки ПК, сохраняли устойчивость при нагрузке на корпус, отвечающей моменту потери устойчивости обшивки в пролетах между шпангоутами. 3. При проверке условий прочности действительную критическую нагрузку можно, исходя из верхнего критического давления, определять по формуле 9. Конструкция обшивка основного корпуса. расстояния между пазами должно быть максимальное при сборке на заводе у секции используются обечайки одинаковых размеров стандартных величин кроме одной обечайки, ширина которой должна быть не менее метра листы бывают по длине 6, 8 и 10 метров по ширине 1600, 1800 и 2000 мм и всегда они подрезаются по ширине и длине на 50 мм толщина обшивки ОК определяется по формулам в три этапа по таким формулам: третье приближение в первую очередь толщина обшивки зависит от расчётного давления, от диаметра корпуса, коэффициент а2 и предела текучести а затем значение уточняется листы в обшивке корпуса располагаются поперечно материал для обшивки обычно используется легированная сталь с пределами текучести 800, 1000 и 1200 МПа и бывает титан титан не магнитный, более прочный и лёгкий и более коррозионно стойкий 10. Шпангоуты ОК Шпангоуты прочного корпуса могут быть составными сварными или из специального проката. Поперечное сечение шпангоута может быть тавровым, или тавровым с усиленными полками. В последнее время широко используется симметричный полособульбовый профиль, который в некоторых случаях может быть подкреплен. В некоторых случаях для 85 шпангоутов используются несимметричные полособульбы. Высота шпангоутов колеблется от 200-400 мм, для больших диаметров – до 600 мм. Шпангоуты могут располагаться снаружи или внутри прочного корпуса. Расположение шпангоутов зависит от конструктивного типа лодки. В однокорпусных конструкциях применяют внутреннее расположение шпангоутов, в двухкорпусных - наружное. Однако, в некоторых случаях внутреннее расположение шпангоутов встречается и у двухкорпусных подводных лодок. Оба способа размещения шпангоутов имеют свои преимущества и свои недостатки. При внутреннем расположении шпангоутов имеет место следующие преимущества: 1. Более технологична гибка несимметричных профилей, из которых изготавливаются шпангоуты, т.к. полка находится в сжатой зоне, а бульб профиля обладает достаточной устойчивостью (Рис. 6.19а.). При гибке шпангоутов, расположенных внутри, стенка профиля находится в растянутой зоне и потеря плоской формы изгиба невозможна, т.е. не могут возникать радиальные морщины. Ввиду этого не требуются специальные технологические приспособления для устранения потери устойчивости стенки профиля. Более высокая взрывостойкость при подводных взрывах. При наружном расположении шпангоута на обшивку действуют значительные давления, которые стремятся оторвать обшивку от шпангоута. Поэтому при наружном расположении шпангоутов устанавливаются дополнительные подкрепления в виде книц (рис. 6.20) или продольных балок 3. Более удобное крепление и установка мелких фундаментов, скоб и др. внутри прочного корпуса. 4. Не подвергаются коррозии в морской воде К недостаткам внутреннего расположения шпангоутов относится: 1. Потеря некоторой части запаса плавучести, так как при наружном расположении запас плавучести увеличивается за счет объема самих шпангоутов. 2. Потеря некоторой части полезного объема внутри прочного корпуса. 3. Худшие технологические возможности с точки зрения установки крупных фундаментов внутри прочного корпуса (фундаменты под дизели, электродвигатели и др.). Для наружного расположения шпангоутов преимущества и недостатки ясны из предыдущего. Шпангоуты привариваются к прочному корпусу непрерывным двухсторонним швом. Кроме сплошных кольцевых шпангоутов, установленных снаружи или внутри, могут быть и другие варианты: 1. Установка шпангоута снаружи в верхней части корпуса и внутри – в нижней его части (Рис. 6.21). 2. Установка шпангоута на части периметра прочного корпуса в случае установки в данном сечении внутренней переборки или бракеты (переборки) прочной цистерны. 11. Напряжения, действующие в элементах ОК 12. Расчет элементов корпуса методом приближений Когда делаешь расчёт элементов с каждым приближением число получается точнее, то есть стоит сделать примерно 3 приближения для более точного результата. К тому же при предварительном определении размеров конструктивных элементов оболочки большинство её геометрических параметров неизвестно. Поэтому целесообразно для таких целей использовать последовательные приближения. В первом приближении пренебрегается влиянием шпангоутов и поперечных переборок на напряженно-деформированное состояние оболочки прочного корпуса, т. е. считается, что обшивка оболочки ГА находится в условиях безмоментного напряженного состояния. Так как при действии всестороннего равномерного давления на круговую цилиндрическую оболочку безмоментное напряженное состояние соответствует случаю бесконечно длинной оболочки, то в рассматриваемом приближении может быть определена только толщина обшивки прочного корпуса. Используя для оценки прочности теорию прочности по наибольшим касательным напряжениям приходим к выводу, что T 2 2 р a ] [ h r Р ; (1.10) отсюда находим T 2 р ) 1 ( a r Р h (1.11) Следует заметить, что определяемая по формуле (1.11) толщина обшивки h 1 получается примерно на 20% больше необходимой толщины h Во втором приближении учитывается влияние шпангоутов на прочность и устойчивость оболочки ГА, но при этом пренебрегается местным изгибом обшивки у шпангоутов и поперечных переборок. Этим условиям соответствует замена оболочки с ребрами жесткости приближенно эквивалентной ей оболочкой без ребер, когда жесткости каждого шпангоута на изгиб и на растяжение равномерно распределяются по всей ширине пролета, поддерживаемого ребром, и прибавляются к соответствующим жестокостям оболочки в кольцевом направлении. 13. Проверка прочности обшивки 14. Проверка устойчивости обшивки Проверка устойчивости обшивки производится по формулам для круговой цилиндрической оболочки, причем для вычисления верхнего критического давления рекомендуется использовать выражение 2 P P P 2 1 в кр (2.53) где P 1 - верхнее критическое давление, определенное по формуле для цилиндрической оболочке имеющей радиус r=R P 2 - то же для цилиндрической оболочки с радиусом r=a. 15. Проверка устойчивости отсека в целом 16. Выбор элементов шпангоута, оценка жесткостных характеристик При проектировании связей корпуса приходится часть решать задачи подбора катаных профилей. Рациональным сечением балки будет такое, которой при выполнении необходимых условий прочности и устойчивости обладает наименьшим весом. При подборе профилей работающих на изгиб определяющими факторами являются наименьший момент сопротивления и площадь стенки, воспринимающая касательные напряжения. Если балка выбирается из условия устойчивости, то определяющим будет значение момента инерции поперечного сечения. У балок судового корпуса сечение состоит из собственно профиля и присоединенного пояска обшивки, эффективная ширина которого вычисляется на основании известных решений плоской задачи теории упругости. Исходной информацией для подбора профиля, таким образом, являются, значение момента инерции или наименьший момент сопротивления, размеры присоединенного пояска. Отстояние нейтральной оси сечения от оси сравнения a Z o в Центральный момент инерции определяется как 2 o AZ C J и момент сопротивления на уровне свободного пояска равен o Z H J W где Н - высота профиля. Разработанная программа подбора профиля состоит из головного модуля и четырех подпрограмм. Каждая подпрограмма представляет собой банк данных по одному из следующих типов профилей: тавр из низколегированных сталей, тавр из высокопрочных сталей; симметричный полособульб и несимметричный полособульб (см. стр. 62). |