Мидель-шпангоут сухогрузного судна
7
Исходные данные:
L = 96.5м – длина расчетная;
B = 15,8м – ширина;
Н = 10,2м – высота борта;
Т = 7,1м – осадка;
R = 1,20м – радиус скругления скулы;
S>фл> = 9,0мм – толщина флора;
№ 22б – шпангоут полособульб;
№ 18а – бимс-полособульб;
S>дд> = 9,0мм – толщина настила двойного дна;
Sxh = 12x450мм – стенка карлингса;
Sxb = 14x220мм – поясок карлингса;
S>п> = 11мм – толщина настила палубы;
S>б> = 12мм – толщина наружной обшивки борта;
S>дн> = 14мм – толщина днища.
1.Введение
На корпус движущегося судна могут действовать постоянные и случайные нагрузки.
Постоянные нагрузки, действующие в течение всего периода эксплуатации, - это вес корпуса, надстроек, судовых механизмов и принятого груза, силы поддержания и силы сопротивления воды движению судна. Силы веса судна и силы гидростатического поддержания направлены в противоположные стороны и уравновешивают друг друга. По длине судна эти силы распределены неравномерно. Так в трюмах, расположенных в средней части судна, груза больше, чем в концевых трюмах, особенно в первом. При полной загрузке судна генеральным грузом форпик и ахтерпик часто бывают пустыми. Главный двигатель занимает небольшую площадь в машинном отделении, но масса его значительна. Однако общая масса механизмов в машинном отделении обычно меньше, чем масса груза в полностью загруженном трюме. Силы поддержания также неравномерно распределены по судну. Их интенсивность зависит от величины вытесняемых объемов, которые постепенно уменьшаются от середины судна к оконечностям при плавании судна на тихой воде и непрерывно изменяются в условиях волнения.
Случайные нагрузки воздействуют на корпус в течение какого-либо промежутка времени и возникают при ударах волн, посадке судна на мель, столкновении судов.
Для упрощения расчетов действующие нагрузки условно делят на две категории: вызывающие общий изгиб корпуса или местный изгиб отдельных его элементов.
На тихой воде характер общей деформации корпуса обычно сохраняется в течение всего рейса, если распределение основных грузов или балласта постоянное. Изменяется только степень кривизны корпуса в ДП по мере расхода топлива и запасов. На волнении общая деформация корпуса изменяется циклически множество раз: прогиб корпуса чередуется с перегибом. Прочность корпуса обеспечивается с учетом повторяемости нагрузок. Наибольший изгибающий момент действует в районе середины судна.
Способность корпуса выдерживать нагрузки, действующие на отдельные его перекрытия и связи, определяет местную прочность. Среди местных нагрузок выделяют гидростатическое давление при аварийных затоплениях отсеков, сосредоточенные и распределенные силы при приеме и снятии грузов в районе грузоподъемных устройств, реакции кильблоков при постановке в док, сосредоточенные силы при швартовке и буксировке, силы обжатия корпуса льдом при ледовой проводке судна.
Фактически напряжения в конструкциях корпуса вычисляют как алгебраическую сумму напряжений от общего изгиба и местных нагрузок.
2. Выбор системы набора и материала корпуса.
На сравнительно небольших судах (длиной до 100 метров) величина изгибающего момента от общего продольного изгиба корпуса сравнительно невелика. Определяющими для таких судов являются местные нагрузки: давление груза, воды, удары волн, удары льдин и другие.
Размеры основных связей корпуса таких судов определяются, в основном, из условий обеспечения местной прочности, но они достаточны для обеспечения общей прочности судна. Общая продольная прочность судов длиной до 100 метров обеспечивается при сравнительно небольших толщинах наружной обшивки и настила верхней палубы.
Местная прочность корпуса легко обеспечивается при поперечной системе набора перекрытий. При поперечной системе набора главные связи расположены поперек судна. Связи днищевого перекрытия, за исключением далеко отстоящих друг от друга продольных связей состоят из сплошных или бракетных флоров на каждом практическом шпангоуте; связи бортового перекрытия состоят из шпангоутов с нормальным расстоянием друг от друга; связи палубного перекрытия состоят из бимсов.
Поперечная система набора сравнительно проста и экономична.
Исходя из приведенных данных, в данной работе считаем, что корпус набран по поперечной системе набора.
Для судов небольшой длины (до 120м) применяется обычно сталь углеродистая судостроительная марки ВСт3спII с пределом текучести R>eH> = 235 МПа. Так как L = 96.5м, то в данной работе принимаем, что для постройки судна будет применяться сталь именно этой мерки.
3. Расчет основных связей корпуса
3.1 Вертикальный киль
Высота вертикального киля определяется по эмпирической формуле:
h>вк> = 0,0078L + 0,3 = 0,0078*96,5 + 0,3 = 1,053м,
где L – расчетная длина судна, м.
Принимаем h>вк> = 1м = 1000мм.
Толщина вертикального киля определяется по формуле:
h>вк> 235 1000 235
S>вк> = * = * = 12,5мм,
80 R>eH> 80 235
где R>eH> – предел текучести стали, которая принимается для постройки данного судна, м.
Согласно выпускаемым в промышленности листам принимаем толщину вертикального киля S>вк> = 13,0мм.
3.2 Шпация
Шпация определяется по формуле:
а = 0,002L + 0,48 = 0,002*96,5 + 0,48 = 0,67м.
Принимаем шпацию а = 700мм.
3.3 Днищевые стрингеры
Число днищевых стрингеров определяется в зависимости от ширины судна.
Исходя из того, что судно набрано по поперечной системе и В = 15,8м (т.е. 8В16), располагаем по одному днищевому стрингеру с каждого борта.
Толщина днищевого стрингера S>ст >равна толщине флора S>ст >=> >S>фл> = 9,0мм.
3.4 Флор
На флоре высотой более 900мм должны быть поставлены ребра жесткости толщиной не менее 0,8S>фл> и высотой не менее 10 толщин ребра, но не более 90мм.
Принимаем S>рж> =8мм.
При поперечной системе набора ребра жесткости флора устанавливаются так, чтобы неподкрепленный пролет флора не превышал 1,5м, поэтому в данной работе днищевой стрингер смещен. Одно из ребер жесткости располагается непосредственно под концом скуловой кницы.
Для доступа в междудонное пространство необходимо во флоре сделать лазы. Минимальная высота лаза 500мм, минимальная длина 500мм. Лазы располагаются посредине высоты флора. Отстояние кромки лаза от вертикального киля составляет 0,5 высоты вертикального киля. Отстояние кромки лаза от днищевого стрингера и ребер жесткости флора составляет 0,25 высоты флора в данном сечении.
Междудонное пространство используется для приемки балласта и технической воды. Кроме того, при доковании судна проверяется непроницаемость отсеков двойного дна наливом воды. Для вывода воздуха из отсеков двойного дна в атмосферу предусмотрены воздушные трубы, выходящие на верхнюю палубу. В верхней части флора у настила второго дна для выхода воздуха при заполнении отсека двойного дна жидкостью предусмотрены вырезы полукруглые диаметром 50мм. Для возможности осушения отсека во флорах выполнены аналогичные вырезы у обшивки днища.
3.5 Скуловая кница
Скуловая кница служит для соединения шпангоута с флором.
Высота скуловой кницы:
h>кн> = 0,1l>шп> ,
где l>шп> – пролет шпангоута, который определяется по формуле:
l>шп> = Н – h>вк> = 10,2 – 1,0 = 9,2 м.
Тогда получим значение высоты скуловой кницы:
h>кн> = 0,1*9,2 = 0,92м = 920мм.
Принимаем h>кн> = 900мм.
Ширина скуловой кницы:
b>ск кн> = h>ск> >кн> + h>шп> = 900 + 220 = 1120мм,
h>шп> – высота шпангоута, определяемая по номеру шпангоута полособульба.
3.6 Междудонный лист
На современных судах в трюмах междудонный лист выполняется горизонтальным.
Ширина междудонного листа:
b>мл> = b>ск кн> + 40 = 1120 + 40 = 1160мм.
Междудонный лист подвержен интенсивной коррозии, поэтому его толщина принимается на 1мм толще остальных листов настила второго дна
S>мл> = S>дд> + 1,0 = 9 + 1 = 10мм.
3.7 Бимсовая кница
Бимсовая кница имеет два одинаковых катета С, величина которого может быть принята:
С = 1,5h>бимса > = 1,5*180 = 270мм,
где h>бимса > - высота бимса согласно номеру профиля.
Толщина бимсовой кницы равна толщине стенки бимса S>кн> = 8мм.
Так как катет бимсовой кницы С 250мм, предусмотрен фланец по свободной кромке кницы для обеспечения ее жесткости – отогнутая свободная кромка под углом ~90 шириной 10 толщин кницы, т.е. 80мм.
3.8 Наружная обшивка
Ширстрек – усиленный лист обшивки борта.
Ширина ширстрека b>ш> 0,1Н, м и может быть принята в пределах от 500 до 2000мм. Принимаем b>ш> =1100мм.
Толщина ширстрека S>ш> принимается равной толщине наружной обшивки борта или настила палубы, что больше. Принимаем S>ш> = 12мм.
Горизонтальный киль – усиленный лист обшивки днища.
Ширина горизонтального киля определяется в зависимости от длины судна. Для судна длина L 80м ширина горизонтального киля определяется по формуле:
b>гк> =0,004L + 0,9 = 0,004*96,5 + 0,9 = 1290мм.
Принимаем b>гк> = 1300мм.
Толщина горизонтального киля (мм) должна быть больше толщины листов обшивки днища в средней части судна на величину
S = 0,03L + 0,6 = 0,03*96,5 + 0,6 = 3,5мм,
но эта величина не может превышать 3 мм, поэтому принимаем S = 3 мм и соответственно S>гк> = 17 мм.
3.9 Настил палубы
Так как толщина обшивки борта больше толщины настила палубы, крайний лист настила, примыкающий к борту, должен быть усилен, т.е. необходимо определить размеры палубного стрингера.
Ширина палубного стрингера равна ширине горизонтального киля b>пс> = b>гк> = 1300мм.
Толщина палубного стрингера принимается равной толщине обшивки борта S>пс> = S>б> = 12мм.
Примечание: Все необходимые построения произведены, и все необходимые размеры указаны на чертеже, прилагаемом к расчетно-пояснительной записке.
Литература:
Фрид Е.Г. Устройство судна - Л. : Судостроение, 1969.
Смирнов Н.Г. Теория и устройство судна – М. : Транспорт, 1992.
Р. Допатка, А. Перепечко Книга о судах – Л. : Судостроение, 1981.