Расчет прочности корпуса судна
 Скачать 2.55 Mb.
|
|
1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 1.1 Проверка общей продольной прочности корпуса по критерию эксплуатационной (усталостной) прочности Проверка производится в соответствии с зависимостью (по [2]) , (1) где – коэффициент, учитывающий влияние высокочастотных напряжений (волновой вибрации. [ ( ) ( ) ] , (2) ( ) , (3) – коэффициент полноты носовой части ватерлинии – угол между касательной к шпангоуту и вертикалью на уровне ватерлинии в сечении, расположенном на от носового перпендикуляра момент сопротивления сечения на миделе, см 0 W – базисный момент сопротивления, см. формулу (8) практическое задание 4; √ , где мс – скорость суднам с – волновой момент, кН·м. ( ) ( ), (5) где – расчетная высота волны, определяемая по графику (рис. 5.1). ( ) , (6) ( ) ( ), (7) ( ) ( ) (8) 32 Рис. 5.1. Значения расчетной высоты волны Значения и приведены на рис. 5.2. – коэффициент полноты летней ВЛ; – коэффициент общей полноты ( )– коэффициент, учитывающий изменение волнового момента по длине. В диапазоне ( ) ⁄ коэффициент ( ) . ( ) – для растянутых на тихой воде элементов для сжатых на тихой воде элементов , (9) W – уменьшение момента сопротивления в результате износа продольных связей к середине срока службы (см. ( ), (10) , (11) , (12) , (13) для пл, палуба, для дн, днище, – ширина палубного настила в районе люковых вырезов – для нефтерудовозов; – для сухогрузов и им подобных судов. – расчетный срок эксплуатации судов (обычно ); К п = 1 – судно с одной палубой 33 Рис. 5.2. Значения – судно с двумя палубами – судно стремя и более палубами. Допускаемое напряжение [ ( ) ] , (14) где – для верхних связей корпуса – для днища при одинарной конструкции – для днища при наличии двойного дна [ ( ) ] ; (15) ; – максимально возможное по абсолютной величине изменение в процессе эксплуатации судна – коэффициент, учитывающий непропорциональность эксплуатационной прочности конструкции пределу текучести материала ( ) ; , МПа. В заключении раздела выписать и проанализировать выполнение условия (1). 1.2. Проверка общей прочности по предельному состоянию Проверка должна показать, что как при прогибе, таки перегибе судна на волне, в грузу ив балласте отношение предельного изгибающего момента к наибольшему расчетному суммарному удовлетворяет условию , (16) где – при прогибе судна – при перегибе судна. , (17) см. (9) по формуле (5) прим) где – нормативный предел текучести, МПа , ( ) (19) По результатам расчета проанализировать условие (16). 2. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА Отчет должен содержать расчет общей продольной прочности корпуса по критерию эксплуатационной прочности и по предельному состоянию. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1) Какая зависимость определяет эксплуатационную прочность корпуса) Дать определение предельного изгибающего момента. 3) Из каких составляющих складывается наибольший расчетный изгибающий момент 35 Практическое задание 6. ПРОВЕРКА МЕСТНОЙ ПРОЧНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ КОРПУСА Цель работы. Определить действующие на корпус нагрузки при общем изгибе судна. Вычислить напряжения в пластинах и наборе днищевого перекрытия. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 1.1. Общие положения В настоящем разделе даны рекомендации по выполнению проверки местной прочности основных конструкций днищевой части корпуса наружной обшивки, продольных балок и перекрытий. Днищевые перекрытия рассматриваются как система взаимно перпендикулярных пересекающихся балок в пределах между поперечными переборками и бортами или между продольными и поперечными переборками (для наливных судов. При определении элементов сечения продольных балок набора и балок перекрытий ширина присоединенного пояска обшивки принимается как меньшая из величин полусумма расстояний до ближайших балок того же направления и одна шестая пролета балки. Пролеты балок следует назначать – вертикального киля и днищевых стрингеров как расстояние между поперечными переборками при жестком защемлении концов – флоров как расстояние между продольными переборками или бортами и при жестком защемлении или свободном опирании концов – продольных балок при продольной системе набора жесткозакрепленных на флорах. В целом требования к расчетным схемам конструкций не должны отличаться от требований Правил Регистра [1]. Следует иметь ввиду, что расчеты местной прочности выполняются для состояния конструкции с учетом износа и коррозии. При проверке прочности нового корпуса по Нормам строительные толщины должны быть уменьшены на величину . Запас на износ , принимается для конструкций, планируемый срок службы которых превышает 12 лети определяется по формуле (1) практического задания 3. ( ), где – среднегодовое уменьшение толщины связи, мм/год, вследствие коррозии или износа см. таблицу 3.4]; – планируемый срок службы конструкции, годы если срок не установлен, то принимается года. Для конструкций, у которых срок меньше 12 лет, В соответствии с [1] проверка местной прочности основных судовых конструкций в средней части судна производится в упругой области на 36 эксплуатационную нагрузку с обеспеченностью Q=10 -5 . Коэффициенты допускаемых напряжений определяются по формулам [ ] , [ ] , (1) где [ ], [ ]– допускаемые напряжения для расчета нормальных и касательных напряжений. При расчете балочных конструкций в упругой стадии, когда действуют одновременно нормальные и касательные напряжения, эффект их суммирования можно оценить по приведенным напряжениям √ (2) Коэффициент допускаемых приведенных напряжений В соответствии с Нормами [2] , (3) где ( Для сталей повышенного сопротивления – при т МПа – при т МПа – при т МПа – нормативный предел текучести по касательным напряжениям, МПа. 1.2. Внешние нагрузки на корпус судна со стороны моря по Правилам Регистра Распределение давления р, кПа, действующие на корпус судна со стороны моря, определяется по формулам - для точек приложения нагрузок ниже летней грузовой ватерлинии , (4) - для точек приложения нагрузок выше уровня летней грузовой ватерлинии) где – статическое давление, кПа; – отстояние точки приложения нагрузки от летней грузовой ватерлинии. Расчетное давление, обусловленное перемещениями корпуса относительно профиля волны , кПа, определяется по формуле ⁄ , (6) 37 для точек приложения нагрузок, расположенных выше летней грузовой ватерлинии , (7) где Распределение нагрузки w p по контуру поперечного сечения показано на рис. 1. 1.3 Внутренние нагрузки, вызванные воздействием груза Суммарное ускорение в вертикальном направлении а z , мс, от всех видов качки можно определить по формуле √ ( ), (8) где ( ⁄ ) в носовой части судна ( ⁄ ) в кормовой части судна – отстояние рассматриваемого поперечного сечения до ближайшего носового или кормового перпендикулярам Рис. 6.1. Распределение нагрузки по контуру сечения корпуса При 80 L метров в формуле принять 80 L м. Расчетное давление Г, кПа, на перекрытие грузовых палуб, платформ, двойного дна от штучного груза с учетом сил инерции определяется по формуле 38 ( ⁄ ) , кПа, (9) где – расчетная высота укладки грузам плотность груза, т/м 3 , – расчетное ускорение в вертикальной плоскости согласно (8). Расчетное давление Г, кПа, на конструкции, ограничивающие отсек, предназначенные для перевозки штучных грузов и балласта в грузовых танках и балластных цистернах при их полном затоплении, определяется по формуле ( ⁄ ) где – плотность груза, т/м 3 – отстояние рассматриваемой связи от уровня палубы в диаметральной плоскости, м. Расчетное давление , кПа, на конструкции, ограничивающие трюм для навалочных грузов, определяется по формуле ( ⁄ ) , (11) где – плотность груза, т/м 3 ; ( ⁄ ) или в зависимости оттого что больше – угол наклона стенки к основной плоскости, град – угол внутреннего трения навалочного груза, град – отстояние по вертикали точки приложения нагрузки от уровня свободной поверхности грузам для двойного дна. 1.4. Проверка прочности наружной обшивки В соответствии с [1] расчет пластин производится в предположении их жесткой заделки на опорном контуре. За расчетные принимаются нормальные напряжения от изгиба посередине длинной стороны опорного контура. Расчетная нагрузка принимается равномерно распределенной по полю пластины. Пластины сухогрузных и наливных судов с двойными бортами и двойным дном рассчитываются на суммарное давление снаружи при наибольшей осадке судна и расчетной высоте волны (12) 39 При этом для обшивки днища , а для борта , где отстояние нижней кромки листа от основной плоскости – осадка суднам. Для судовых пластин характерно соотношение сторон опорного контура как при продольной, таки при поперечной системе набора ⁄ . Для таких пластин напряжение посередине длинной стороны опорного контура, МПа ( ) , (13) напряжения посередине пролета пластины ( ) , (14) где и – короткая сторона опорного контура и толщина пластины, соответственном. Проверка местной прочности основного набора днища Продольная балка по симметрии пролетов считается жестко заделанной на опорах и загружена равномерной нагрузкой (15) За расчетные принимаются нормальные напряжения в опорных сечениях продольных балок , (16) где b , a – расстояние между балками, длина балки, м б минимальный момент сопротивления балки с пояском. 75 , 0 K K для продольных балок второго дна, 6 , 0 35 , 0 B W K K K для продольных балок, T H H T K 5 , 1 1 235 16 , 0 Для стали с 235 T , Мпа, 1 H K 1.6. Проверка прочности днищевых перекрытий в средней части судна 1.6.1. Общие положения При расчете в упругой стадии рекомендуется представлять перекрытие в виде стержневой системы пересекающихся балок, работающей на изгиб, сдвиг, с учетом влияния прилегающих конструкций, их жесткости и загрузки. 40 При расчете днищевых перекрытий можно использовать следующие допущения – перекрытие плоское, без учета погиби; – опорный контур абсолютно жесткий (для супертанкеров и других крупных судов необходимо учитывать податливость опорного контура – расчетная нагрузка на днищевое перекрытие принимается равно- мерно-распределенной по площади в пределах отсека и вычисляется для положения судна на вершине и подошве волны с учетом противодействия груза. В качестве расчетной нагрузки принимается большее из двух значений для положения на вершине волны w g P d g P , (17) – для положения на подошве волны Г, (18) где w P – волновая нагрузка (6) при h h i и 0 i z , Г – наибольшее из возможных противодействий груза со стороны отсека, кПа. Величина всех составляющих нагрузки определяется в точке, посередине длины и ширины перекрытия. Для сухогрузных и наливных судов характерны перекрытия типа двойное дно. Перекрытия первого типа имеют обычно большое количество одинаковых поперечных (главного направления – флоры) и несколько продольных перекрестных связей (киль, стрингеры) одинаковой высоты. Перекрытия танкерного типа имеют ограниченное число флоров (4-6) и одну перекрестную связь (киль) с большими концевыми кницами, нарушающими их призматичность. В настоящее время существует несколько методов расчета прочности перекрытий в зависимости от их конструкции. Расчет перекрытия Из всех типов днищевых перекрытий выделим следующие (рис. 6.2). 1) Симметричные, с одной перекрестной связью (вертикальный киль) и несколькими балками главного направления (сплошные флоры, расчет перекрытия можно свести к расчету неразрезной балки, опертой на упругие опоры, коэффициент податливости которых определяется как прогиб балки главного направления, загруженной в точке пересечения с перекрестной связью единичной нагрузкой. 41 2) Симметричные стремя перекрестными связями (вертикальный киль и по одному стрингеру с каждого борта) и несколькими балками главного направления (сплошными флорами). 3) Симметричные с пятью перекрестными связями и большим количеством балок главного направления. Рис. 6.2. Основные типы днищевых перекрытий Условия заделки перекрестных связей (киля и стрингеров) на поперечных переборках зависит соотношение жесткостей, длин пролетов и нагрузок в смежных перекрытиях. Для практических целей можно принять перекрестные связи жестко защемленными на переборках. Условия заделки балок главного направления (флоров) на бортах зависят от соотношения жесткости флора и шпангоута и величины нагрузки. Обычно шпангоуты мало влияют на степень заделки флоров и поэтому при расчете днищевых перекрытий сухогрузных судов балки главного направления (флоры) часто считают свободно опертыми. На танкерах при продольной системе набора днища и борта рамные шпангоуты имеют соизмеримую с жесткостью флоров. Поэтому флоры на танкерах можно считать жестко защемленными на рамных шпагоутах или рамных стойках продольных переборок при наличии бортовых цистерн. Элементы поперечного сечения (площади, моменты инерции, моменты сопротивления) балок перекрытия определяют, как для составных балок, в табличной форме (табл. 6.1) 42 Таблица Расчет элементов поперечного сечения балок Наименование и размеры связей, мм Площадь поперечного сечения, F , см 2 Отстояние от оси сравнениям Статический момент, z F , см 2 ·м Моменты инерции, см 2 ·м 2 Переносный, Собственный П Отстояние нейтральной оси от оси сравнения F S е Момент инерции относительно нейтральной оси F S I I П о н 2 (19) Момент сопротивления сечения e I W 1 , где h – высота балки (двойного дна, м. Ширина присоединенных поясков днища и настила второго дна С, включаемых в состав сечения соответствующих балок с учетом величин пролетов этих связей. Для киля и стрингера П П L L C 8 1 6 1 1 или С С 1 в зависимости оттого, что меньше, где С – ширина присоединенного пояска обшивки днища и настила второго дна, м С – фактическое расстояние между перекрестными связями, м П – пролет перекрестной связи, м. При продольной системе набора площади сечения продольных ребер жесткости в пределах присоединенного пояска включается в состав сечения киля и стрингеров. Для сплошных флоров при установке на каждом шпангоуте в сечении флора засчитываются пояски обшивки днища и настила второго дна шириной равной шпации. 1.6.3. Нормирование прочности связей днищевого перекрытия Прочность связей днищевого перекрытия на действие расчетной нагрузки оценивается – поясков балок – по наибольшим касательным напряжениям – стенок балок – по средним касательным напряжениям с учетом вырезов опорных сечений киля при продольной системе набора дополнительно по приведенным напряжениям 2 2 0 пр, (20) где 0 – расчетные нормальные напряжения от общего изгиба в точке посередине высоты стенки вертикального киля – касательные напряжения в стенке вертикального киля. R Z K ф Н Т 0 0 80 , 0 , (21) где ф – фактический (расчетный) коэффициент запаса прочности (см. формулу (16), практическое задание 5); R – отстояние крайней по высоте связи, для которой определяется (3.48) и от нейтральной оси корпусам отстояние от нейтральной оси середины высоты вертикального килям. Коэффициенты допускаемых напряжений приведены в табл. 6.2. Таблица Коэффициенты допускаемых напряжений Наименование связи Пояски K K ПР K для стенки В средине пролета Опорные сечения Вертикальный киль и днищевые стрингеры Настил второго дна 0,40·Kw 0.60 0,60·Kw 0.90 1.0* Днище 0,15·Kw Сплошные флоры Настил второго дна 0.80** / 0.70 --- *– при поперечной системе не нормируется **– числитель относится к продольной системе набора в случае растяжения поясков от изгиба флоров и к поперечной системе во всех случаях, знаменатель – к продольной системе в случае сжатия поясков от изгиба флоров. ***– случай сжатия днища при общем и местном изгибе, растяжение – настил второго дна. 1.6.4. Суммирование напряжений в продольных связях перекрытия Продольные балки днищевого перекрытия (киль, стрингеры) относятся к связям второй категории, в которых суммируются напряжения от общего изгиба корпуса на волнении в составе пояска эквивалентного бруса и напряжения местного изгиба этих связей между поперечными переборками. Поэтому после определения напряжений от общего изгиба при статической постановке на волну и от изгиба днищевого перекрытия производится суммирование напряжений в связях днища для двух сечений – посередине пролета перекрытия ив опорном сечении (у переборки) в табл. 6.3. Таблица Суммирование напряжений в связях второй категории Наименование связи Сечен ие На вершине волны На подошве волны Д 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Обшивка дна Настил внутреннего дна наибольшее по абсолютной величине суммарное напряжение Суммирование производится, как правило, для связей, примыкающих к вертикальному килю. Если при расчете перекрытия окажется, что напряжение от изгиба в стрингере больше, чем в киле, то суммирование производится для первого от киля стрингера. Суммирование напряжений в днищевых связях танкеров производится в середине пролета киля. В опорном сечении киля у переборки суммирование не производится ввиду наличия больших книц в этом районе (первая строка в табл. 6.3). 2. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА Отчет должен содержать определение давления на конструкции корпуса, расчеты прочности пластин, основного и рамного набора днищевого перекрытия корпуса судна, суммирование напряжений в продольных рамных балках перекрытия от общего изгиба корпуса и местной нагрузки. 3. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1) Дать определение общей и местной прочности корпуса. 2) Порядок определения внешних нагрузок на корпус судна. 3) Как определяется давление на палубы, второе дно от нагрузки под действием груза 4) Назовите типы днищевых перекрытий. 5) Какие элементы включаются в расчетные сечения балок днищевого перекрытия 6) Опишите приближенный метод расчета изгибающих моментов в рамных связях днищевого перекрытия, приведенный в справочнике ч. 3]. 7) Каким способом суммируются напряжения в связях I и II категории при общем изгибе корпуса БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Правила классификации и постройки морских судов. – СПб.: Российский морской регистр судоходства, 2019. 2. Бойцов Г.В. Нормы прочности морских судов / Г.В. Бойцов, О.М.Палий. – СПб.: ЦНИИ им. АН. Крылова. – 1988, Выпуск 32381. – 235 с. 3. Короткин Я.И. Прочность корабля / Я.И. Короткин, ДМ. Ростовцев, И.Н.Сиверс. – Л Судостроение, 1974. – 345 с. 4. Давыдов В.В. Прочность судов внутреннего плавания / В.В. Давы- дов, Н.В.Маттес, И.Н.Сиверс. – МЛ Транспорт, 1978. – 213 с. 5. Постнов В.А. Строительная механика корабля и теория упругости / В.А. Постнов, ОМ. Палий, И.Н. Сиверс: В х ч. ЧЛ Судостроение, 1987. 6. Постнов В.А. Расчет судовых конструкций по методу конечных элементов / В.А. Постнов, И.Я. Хархурим. – Л Судостроение, 1987. – 156 с. 7. Справочник по строительной механике корабля / Под ред. Ю.А. Шиманского: В х ч. ЧЛ Судостроение, 1960. – 567 с. 8. Постнов В.А. Вибрация корабля / В.А. Постнов, В.С. Калинин, ДМ. Ростовцев. – Л Судостроение, 1983. – 247 с. РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ КОРПУСА СУДНА Методические указания к выполнению практических заданий Составители Игнатович Владилен Сергеевич, Кузьмина Анна Валентиновна, Балашов Михаил Георгиевич, Родькина Анна Владимировна В авторской редакции Изд. № 280/2020. Объем 3 пл. РИИЦМ ФГАОУ ВО Севастопольский государственный университет |