ккс3. ККС3. 2 Расчетная часть проекта набор элементов судового корпуса по Правилам Морского Регистра судоходства
 Скачать 309.79 Kb.
|
|
2 Расчетная часть проекта - набор элементов судового корпуса по Правилам Морского Регистра судоходства 2.2 Конструкция и определение размеров конструктивных элементов наружной обшивки 2.1.1 Описание конструкции наружной обшивки При разработке конструкции корпуса в средней части проектируемого судна принята продольная система набора. Корпус судна – это сложная система, которая может быть разделена на две структуры: листовую (обшивки, настилы) и балочную (судовой набор). Из листовых структур особую роль в обеспечении технико-эксплуатационных качеств судна играет внешняя металлическая оболочка корпуса, состоящая из наружной обшивки днища и борта и настила верхней палубы. Полотнище обшивки или настила изготавливают из простых конструкций – металлических листов объединенных в поясья. Проектирование НО заключается в определении толщины и габаритных размеров листов обшивки и настилов. Листы обшивки в поясьях располагают длинной стороной вдоль судна, последовательно соединяя их между собой короткими сторонами. Размеры листов, используемых при изготовлении обшивки морских судов, колеблются от 1 м до 3 м по ширине, от 4 м до 10 м по длине, при толщине от 8 мм до 20 мм. Число типоразмеров листового и профильного проката, применяемого для изготовления корпуса судна, должно быть минимальным. Минимальное расстояние между пазами (стыками) листов и угловыми швами, соединяющими балки набора с обшивкой или настилом должно быть не менее 75 мм. Не все поясья наружной обшивки равноценны, часть поясьев обладает повышенной ответственностью за обеспечение прочности корпуса. Эти поясья называются основными или главными. Основные поясья: горизонтальный киль, скуловой пояс, ледовый пояс (у судов ледового класса), ширстрек, палубный стрингер. Расчетной моделью листовых конструкций является пластина – часть полотнища, которая с четырех сторон ограничена опорным контуром, образованным балками судового набора (рисунок 2.1).  Рисунок 2.1 – Пластины обшивки судовых перекрытий 2.1.2 Определение ширины основных поясьев НО. Схема связей НО судна Наружная обшивка состоит из днищевой обшивки, включая скулу, и бортовой обшивки. Проектирование НО начинается с распределения на пояса периметра поперечного сечения корпуса судна (рисунок 2.2). Вначале определяется положение и ширина основных поясьев обшивки. Основные поясья являются связями II и III групп ответственности и играют важную роль в обеспечении общей прочности корпуса судна. Ширина основных поясьев регламентируется Правилами, требования которых приведены в таблице 1. Таблица 2.1 – Требования Правил РМРС к основным поясьям НО и ВП
 Рисунок 2.2 – Основные поясья НО и положение расчетных точек для определения нагрузок В курсовой работе принимаем  а  Из правил РС для судна шириной более 20 м (B = 30,1 м) и категории ледовых подкреплений Ice 2 следует:   В ходе расчета выяснилось, что при вычерчивании миделевого сечения, выявилось нарушение условия в области ледового пояса. Минимальное расстояние между пазами (стыками) листов и угловыми швами, соединяющими балки набора с обшивкой или настилом должно быть не менее 75 мм. Поэтому целесообразно выбрать другую шпацию из ряда стандартных в этом районе.  Выберем шпацию равную 750 мм из ряда стандартных шпаций согласно ОСТ 5.1099-78. Таблица 2 Размеры, определяющие границы районов ледовых усилений (с сокр.) Тогда  Предварительно принимаем  Определение ширины ширстрека. Ширина ширстрека принимается не менее определяемой по формуле:  мм, но не более 2000 мм.Принимаем  1900 мм.В ходе расчета выяснилось, что при вычерчивании миделевого сечения, выявилось нарушение условия в области ледового пояса. Минимальное расстояние между пазами (стыками) листов и угловыми швами, соединяющими балки набора с обшивкой или настилом должно быть не менее 75 мм. Поэтому целесообразно выбрать другую шпацию из ряда стандартных в этом районе.  Выберем шпацию равную 900 мм из ряда стандартных шпаций согласно ОСТ 5.1099-78. Определение ширины палубного стрингера. Аналогично, ширина палубного стрингера принимается не менее определяемой по формуле:  мм, но не более 1800 мм.Предварительно принимаем  Определение ширин остальных поясьев. Ширину остальных поясьев принимаем по возможности большей, чтобы уменьшить объем сварочных работ, но в пределах 1,5 – 3 м, так как она должна отвечать техническим возможностям судостроительного завода. Для принятия решения находим: ‒ Ширину участка днищевой обшивки между кромками горизонтального киля и скулового пояса:  Ширина пояса горизонтального киля:  Принимаем  = 1900 мм.Ширина скулового пояса зависит от радиуса скругления скулы и определяется положением верхней и нижней кромок пояса:  Принимаем bск.п = 5600мм ‒ Высоты участков бортовой обшивки между: верхней кромкой скулового пояса и нижней кромкой ледового пояса  : Ширина участка палубы между кромкой палубного стрингера и продольным комингсом:  В ходе разбивки НО и настила ВП на поясья разнесении пазов со сварными швами набора получаем итоговую конструкцию наружной обшивки: Принимаем конструкцию этих участков: – для днищевой обшивки в виде трех поясьев шириной по 2,6 м и одного пояса – 2,8 м (расположен рядом со скуловым поясом); – для подводной бортовой обшивки в виде одного пояса шириной 2,3 м; – для надводной бортовой обшивки в виде одного пояса шириной 1,8 м (примыкает к верхней кромке ледового пояса) и одного пояса шириной 1,66 м (примыкает к нижней кромке ширстрека); – для настила палубы в виде одного пояса шириной 2,3 м. Проверяем конструкцию НО в соответствии с требованиями Правил о разнесении пазов поясьев и угловых швов, крепящих продольный набор к обшивке судна, на расстояние не менее 75 мм (не менее 200 мм от рамного набора). В ходе разбивки НО и настила ВП на поясьяи разнесении пазов со сварными швами набора получаем итоговую конструкцию наружной обшивки: - НО днища состоит из горизонтального киля (bг.к. = 1900 мм) и трех поясьев шириной по 2600 мм и одного по 2800 мм с каждой стороны от ДП; - два скуловых пояса (bск.п. = 5600 мм); - обшивка одного борта состоит из поясьев шириной 2300 мм и 2400 мм, ледового пояса (bл.п. = 2840 мм), поясьев шириной 1800 мм и 1660мм, ширстрека (bш = 1900 мм) – расположение поясьев от верхней кромки скулового пояса; - настил верхней палубы состоит из одного пояса шириной 2,3 м.  Рисунок 2.3 – Конструкция наружной обшивки и настила верхней палубы 2.1.3 Определение положения расчетных точек и нагрузок на НО В соответствии с выполненным разбиением периметра поперечного сечения корпуса судна на поясья производим определение положения расчетных точек по высоте корпуса для вычисления нагрузок на обшивку. Расчетным давлением на наружную обшивку является давление со стороны моря, которое представляется в виде суммы гидростатического pst и волнового давлений pw (рисунок 2.4).  Рисунок 2.4 – Схема распределения гидростатической и волновой нагрузки по периметру поперечного сечения судна Расчетные нагрузки определяются для расчетных точек 1, 2, 3, 4, 5 (см. рисунок 2.2 и 2.3), положение которых по периметру выбираем 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. С учетом вышесказанного определяем положение расчетных точек, вычисляя их отстояние zi от ГВЛ: - точка 1: z1 = d = 10,4 м; - точка 2: z2 = d – R – 0,2 = 10,4-3,3-0,2 = 6,9 м; - точка 3: z3 = 0 м при pw = 0; - точка 4: z4 = D – d – bш – bподш.п. = 16,4-10,4-1,9-1,66=2,44; - точка 5: z5 = D – d = 16,4-10,4=6,4 м. Для вычисления расчетного давления найдем следующие вспомогательные величины:  где  – волновой коэффициент, вычисляемый для судов 90…300 м;  – длина судна. где  – коэффициент, учитывающий зависимость давления на корпус от скорости судна;  – спецификационная скорость судна, [узлы]..  ,где ax – коэффициент, учитывающий положение сечения, в котором определяется давление, по длине судна; kx – коэффициент, равный 0,8 и 0,5 для поперечных сечений в нос и корму от миделя, соответственно; x1 – расстояние рассматриваемого сечения от ближайшего перпендикуляра. Так как рассматриваемое поперечное сечение на миделе, то ax = 0, тогда принимаем  . 0,6.Из условия  , то принимаем  0,6. ,где  – волновое давление на обшивку на уровне ГВЛ.Для точки 1 имеем:    Вычисление расчетного давления для остальных точек представлено в таблице 2.2. Для точки 3: В точке 3 на судно дополнительно действует ледовая нагрузка. Условная ледовая нагрузка определяется в Правилах РМРС тремя параметрами: давлением p, длиной lн и высотой bн её распределения. Так как мы рассматриваем миделевое сечение, то будем определять ледовую нагрузку в районе ВI (средний район по длине судна, район переменных ватерлиний по высоте борта). Высота района BI соответствует ширине ледового пояса (bл.п. = 3300 мм). В районе BI расчётное ледовое давление вычисляется по следующей формуле:  где 𝑎3 – коэффициент, определяемый по таблице 2 (для Ice2 𝑎3 = 0,22); ∆ - водоизмещение по летнюю ГВЛ  где 𝛾 – плотность воды (для морской 1,025 т/м3); 𝑐𝑑 – коэффициент общей полноты; 𝐿, 𝐵 и 𝑑 – длина, ширина и осадка судна соответственно. Таблица 1 - Коэффициенты ледовой нагрузки
Высоту распределения ледовой нагрузки для района В определим по формуле:  где 𝐶3 – коэффициент, определяемый по таблице 3.10.3.3.1 Правилам РМРС (для Ice2 𝐶3 = 0,27); 𝐶4 – коэффициент, учитывающий наклон борта в средней части судна (для судов с вертикальным бортом 𝐶4 = 1);  Принимаем максимальное значение:  Таблица 2.2 – Определение нагрузки в расчетных точках НО и ВП
2.1.4 Определение толщины днищевой, бортовой обшивки и настила ВП из условий прочности и устойчивости Толщина листовых элементов судового корпуса должна быть не менее определяемой по формуле:   – шпация основного набора;  м и  – меньший и больший размеры опорного контура листового элемента. – (для наружной обшивки в средней части судна при продольной системе набора) – коэффициент изгибающего момента и допускаемых напряжений; – для стали А36; расчётный нормативный предел текучести по нормальным направлениям; – запас на коррозионный износ, где 𝑢 = 0,2 мм/год – среднегодовая интенсивность коррозионного износа для обшивки днища,Т = 24 года – планируемый срок службы судна. Тогда толщина поясьев днищевой обшивки по условиям прочности будет равна:   ,где а = 0,85 м и b = 2,55 м - меньший и больший размеры опорного контура листового элемента κ должно быть не более 1, следовательно, принимаем κ = 1. Результаты вычислений для остальных точек представлены в таблице 2.3. Точка (на уровне ГВЛ) расположена на ледовом поясе, толщину которого определим далее в данной работе. Таблица 2.3 - Определение толщины наружной обшивки и настила верхней палубы в расчетных точках
Полученные по условиям прочности толщины днища, надскулового и подширстречного поясьев, ширстрека и настила верхней палубы должны быть проверены по условиям устойчивости при действии сжимающих напряжений от общего продольного изгиба. Определим необходимые по условиям устойчивости толщины поясьев. Для этого найдем расчетные значения действующих сжимающих напряжений. На этапе эскизного проектирования для расчета может быть использована следующая упрощенная формула:  ,где D = 16,4 м – высота борта; е = (0,34 + 0,06L · 10-2)D = (0,34 + 0,06 · 217,8 · 10-2) · 16,4 = 7,7 м – расстояние от нейтральной оси до основной плоскости (взяли в первом приближении); z1 = 7,7 м (для точки 1, расположенной на днище) – отстояние расчетной точки от нейтральной оси сечения; η = 0,72 – коэффициент использования механических свойств стали А32. Тогда сжимающие напряжения для точки 1:  Из условия устойчивости пластин обшивки 𝜎с ≤ 𝜎𝑐𝑟, принимая наихудший вариант нагружения, при котором пластины сохраняют устойчивость, определим критические напряжения 𝜎𝑐𝑟 = 𝜎𝑐 = 215,12 МПа. Найденное значение 𝜎𝑐𝑟 используем для вычисления эйлеровых напряжений в зависимости от отношения 𝜎𝑐𝑟 / 𝑅𝑒𝐻 = 215,12 / 355 = 0,61>0,5;  МПа .Толщина пластины наружной обшивки, которая отвечает условиям устойчивости, определяется по формуле: Толщина пластины наружной обшивки, которая отвечает условиям устойчивости, определяется по формуле:  где b = 2,55 м (для обшивки днища) – сторона пластины, которая воспринимает нормальные сжимающие напряжения; 𝑛 = 14.7 (для точки 1) - коэффициент, который учитывает соотношение сторон пластины и распределение нормальных сжимающих напряжений вдоль кромки пластины (находится по формуле из таблицы 1.6.5.5-1 Правил РС по значениям γ = a/b, ψ - коэффициент, учитывающий степень неравномерности сжатия кромок пластины принимаем ψ=1,  - для пластины подкрепленной флорами или рамным набором.γ = 3,2/0,85=3,7>1, следовательно использую формулу   ΔS = 2 мм – добавка к толщине на износ и коррозию (определяем по таблице 1.6.5.5-2 Правил РМРС). Тогда для точки 1 толщина днища по условию устойчивости будет равна: где b = 2,55 м (для обшивки днища) – сторона пластины, которая воспринимает нормальные сжимающие напряжения; Результаты расчетов толщин листовых конструкций наружной обшивки для остальных точек по условиям устойчивости приведены в таблице 2.4 Таблица 2.4 – Расчет необходимой толщины поясьев наружной обшивки по условиям устойчивости
2.1.5 Определение минимальных толщин НО и настила ВП В соответствии с требованиями Правил минимальная строительная толщина наружной обшивки днища и борта в любом случае должна быть не менее:  мм. Принимаем толщину днищевой обшивки по расчетной точке 1:  мм.Результаты расчетов минимальных толщин для остальных точек показаны в таблице 2.5. Таблица 2.5 – Определение минимальных толщин поясьев НО и настила ВП
2.1.6 Определение толщины основных поясьев НО Сопоставление и окончательный выбор толщин представим в таблице 2.6. Таблица 2.6 – Выбор строительной толщины поясьев НО и настила ВП
Продолжение таблицы 2.6
Используем полученные значения толщин для вычисления толщины основных поясьев. Толщина основных поясьев регламентируются Правилами, требования которых приведены в таблице 2.7. Таблица 2.7 – Требования Правил РС к основным поясьям НО и ВП
Исходя из Правил РМРС, толщину горизонтального киля увеличим по отношению к толщине обшивки днища на 2 мм: Sг.к. = Sдн + 2 = 23+ 2 = 25,0 мм. Принимаем Sг.к = 25,0 мм. Определим толщину скулового пояса: Толщина скулового пояса должна быть не менее большей из толщин обшивки днища и надскулового пояса обшивки борта: Sск.п. ≥ max{Sб1; Sдн} = max{18,0; 23,0} Принимаем Sск.п. = 23,0 мм. Определим толщину ледового пояса: Согласно п. 3.10 Правил РМРС толщина обшивки борта в районе ледового пояса должна быть не менее определяемой по формуле:  ,где p = 510,05 кПа – интенсивность ледовой нагрузки в рассматриваемом районе; a = 0,425 м – шпация (так как ледовые подкрепления (продольные балки) – 0,85/2); с = 3,2 м – расстояние между поперечными балками (при продольной системе набора); ReH = 355 МПапредел текучести стали А36; для судов Ice2  = ∆S = u (T − 12) = 0,2 · (24 − 12) = 2,4 мм;T = 24 года – планируемый срок службы судна; u = 0,25 мм/год – интенсивность износа обшивки. Тогда толщина наружной обшивки в районе ледовых усилений BI будет равна:  Принимаем 𝑠л.п. = 25 мм. Определим толщину ширстрека: Толщина ширстрека выбирается не менее чем большая из величин sп.стр. = 25,0 мм. Принимаем sш = 25,0 мм. Определим толщину палубного стрингера: Толщина палубного стрингера должна быть не менее большей из толщин ширстрека и соседнего пояса настила ВП: sп.стр ≥ max{sп; sш}=max{17,0;25,0}. Принимаем sп.стр = 25,0 мм. 2.1.7 Выбор строительной толщины поясьев НО и настила ВП По результатам расчетов составляем итоговую таблицу (таблицу 2.8). Эти расчеты нужно рассматривать как итоги первого приближения. Толщина некоторых листовых конструкций может быть увеличена с учетом требований общей продольной прочности и унификации листового проката. Таблица 2.8 – Итоговые значения строительной толщины поясьев наружной обшивки, настила верхней палубы и габаритные размеры листов, образующих поясья
* – размеры листов находятся по ГОСТ 19903–2015. Технические требования листового проката соответствуют ГОСТу 5521–93. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
м
, кПа
,кПа
,кПа
кПа
, кПа
, кПа
, МПа
, мм
, МПа
= 
, МПа
, МПа
