Что такое «местнаяпрочность судна»?
Способность суднавоспринимать действующие на него внешние силы без разрушения. Различают общую иместную П.С. Нарушение общей П.С. приводит к разрушению корпуса и, как правило,к гибели судна, местной П.С.- к местным (локальным) повреждениям. При расчетеобщей П.С. корпус рассматривают как составную пустотелую балку переменногосечения, у которой проверяют как общую продольную, так и общую поперечную П.С.Общая продольная П.С. обеспечивается связями корпуса, идущими непрерывно повсей или значительной части его длины (наружи, обшивка, настилы палуб,продольные переборки, второе дно, продольный набор), общая поперечная П.С.- поперечнымипереборками, поперечным набором, днищем, палубами. Для оценки П.С. наиболееважны: общая продольная П.С. при продольном изгибе корпуса на волнении,продольном спуске, постановке в док, посадке на мель; общая поперечная П.С. прикручении корпуса на волнении, при постановке судна в док, поперечном спуске наводу, посадке на мель; местная П.С. при действии сосредоточенных ираспределенных сил при приеме и снятии грузов, в районе грузоподъемныхустройств (краны, стрелы), реакций кильблоков при постановке в док, реакцийспускового устройства при спуске, гидростат, давления при аварийных затопленияхотсеков, сил обжатия корпуса льдом, сосредоточенных сил при швартовке ибуксировке и т. п. В зависимости от характера изменения внешних сил различаютстатическую (от действия неизменных и статических переменных сил) идинамическую (от действия динам, переменных или ударных сил) П.С. Общая иместная П.С. или его частей могут быть нарушены в результате разовогопревышения предельных значений внешних сил и (или) циклического воздействиявнешних сил, меньших их предельных значений. Усталостная П.С. разделяется намногоцикловую и малоцикловую, причем для последней указывается гарантированноечисло нагружений. Расчет прочности судна особенно важен при спуске его на водуи постановке в док. П.С. при спуске на воду проверяется расчетом для наиболеенеблагоприятных случаев совместного действия сил тяжести судна и спусковогоустройства, сил поддержания входящих в воду частей корпуса и спусковогоустройства, а также реакций спускового фундамента. П.С. практически проверяетсялишь при продольном спуске со стапеля. В процессе продольного спуска корпуссудна сначала испытывает деформацию перегиба, а затем, при всплытиипогружающейся его части с поворотом относительно надводного конца спусковогоустройства (спускового шарнира),- деформацию прогиба. Проверка общей П.С.сводится к расчетной оценке допустимости возникающих при указанных деформацияхобщих напряжений в корпусе с учетом степени его готовности к моменту спуска.Проверка местной П.С. осуществляется для днищевых связей в районе приложениянаибольших реакций подводного участка спусковой дорожки у порога стапеля, атакже в носовой части, где в процессе всплытия погруженной оконечности суднадействуют значительные опорные реакции. П.С. при постановке в сухой ил иплавучий док обеспечивается выбором наиболее подходящего способа постановки ивременным подкреплением корпусных конструкций. Расчеты П.С. включают:определение реакций элементов докового опорного устройства (килевая дорожка,боковые клетки, распоры и т. д.); нахождение возникающих в сечениях корпусаобщих изгибающих моментов и перерезывающих сил и вызванных ими нормальных икасательных напряжений; проверку местной прочности различных конструкцийкорпуса судна, воспринимающих нагрузку при его постановке в док; проверкудокового опорного устройства. При постановке в плавучий док может возникнутьнеобходимость проверки общей и местной прочности самого дока. Прочностьглиссирующего судна (ГС) проверяется в основном на действие ударов корпуса оводу при движении с макс, скоростью в режиме глиссирования на волнении. Силуудара определяют расчетом в зависимости от скорости и ходового дифферента ГС,распределения масс и формы днищевых обводов корпуса. Проверку общей (продольной)П.С. производят для случаев прогиба корпуса при ударе о волну носовойоконечностью и перегиба корпуса при ударе средней частью в районе редана.Проверка местной П.С. включает расчет бортов, палубы, переборок, надстроек надействие гидростат, нагрузки (например, от наката волн), а также днища надействие гидродинамической нагрузки при ударе о волну. Надежность клепаных исварных конструкций ГС из алюминиевых сплавов в большой степени зависит отконструктивного оформления связей и технологии изготовления. Прочность судна наподводных крыльях (СПК) проверяется для корпуса и крыльевого устройства (КУ).Необходимые для расчета наиб, внешние силы определяют для след,эксплуатационных случаев: ход на крыльях с макс, скоростью и движение вводоизмещающем положении при определенном волнении; переходные режимы (выход накрылья и посадка на корпус). В водоизмещающем положении и в переходных режимахдвижения расчетными являются силы удара корпуса о волну, определяемые так же,как и при расчете прочности глиссирующих судов, а при ходе на крыльях — подъемные силы на КУ, вычисляемые по вертикальным ускорениям или параметрамкачки. Изгибающие моменты и перерезывающие силы при проверке общей продольнойП.С. определяют по носовым и кормовым усилиям от КУ (или силе удара), инерционнымсилам, распределенным по длине корпуса, и силам тяжести. Вычисление нормальныхи касательных напряжений при общем изгибе корпуса, назначение внешних нагрузоки расчет местной прочности конструкций СПК (днища, бортов, палубы, переборок инадстройки) проводят так же, как для глиссирующих судов. Наиболее нагруженнойконструкцией СПК является КУ, прочность которого, как правило, определяетдопустимые условия эксплуатации и проверяется на действие нагрузок при ходе натихой воде с минимальным погружением КУ, на волнении с макс, погружением КУ иучетом крена, а также на циркуляции. При вычислении напряжений в КУ егорассматривают как плоскую или пространственную стержневую систему. Для высокихстоек КУ кроме проверки прочности необходима оценка устойчивости их нижнихконцов. Напряженное состояние конструктивно сложных узлов КУ исследуютэкспериментально на тензометрических моделях. Высокий уровень и большаяповторяемость нагрузок при эксплуатации ограничивают ресурс корпуса и особенноКУ- С целью проверки и подтверждения прочности и эксплуатационного ресурса СПКновых типов проводят натурные мореходные испытания, которым предшествуютстатические испытания КУ на стапеле. Прочность судна на воздушной подушке (СВП)проверяется для корпуса и гибкого ограждения (ГО). Внешние силы определяют дляследующих эксплуатационных условий: движение на подушке (парение) с макс,скоростью при расчетном волнении, движение в водоизмещающем положении наволнении повышенной балльности, постановка на опоры в случае базирования наберегу (амфибийные СВП) или подъем краном. Общую прочность СВП проверяют насилы удара днища о волну и силы обжатия ГО (для амфибийных СВП) или усилия,действующие на скеги (для скеговых СВП). Внешние силы определяют повертикальным ускорениям (перегрузкам) или параметрам качки, которымсоответствуют неблагоприятные сочетания и распределения этих сил, вызывающиходновременно наибольший изгиб в продольном и поперечном направлениях икручение. Продольный изгибающий момент, перерезывающую силу и крутящий моментвычисляют по внешним носовым и кормовым силам, инерционным силам и силамтяжести. Нормальные и касательные напряжения находят с учетом участиянадстройки в общем изгибе корпуса; кроме того, оценивают запас прочности СВП попредельным моментам. Проверка местной прочности СВП включает расчет бортов,палубы, переборок, надстроек на действие гидростатической нагрузки (накатволны, давление столба воды), а также днища при плоском ударе о воду.Дополнительно проверяют прочность днищевого перекрытия в целом на действиеизбыточного давления воздуха в подушке. Оболочку ГО проверяют на избыточноедавление воздуха и нагрузку от контактов с водой. Сравниваемые с допускаемымивеличины натяжения в элементах ГО зависят от равновесной формы оболочки,определяемой внешней нагрузкой и характером ее распределения. Сложностьвоздействия внешних сил на корпус и ГО СВП и необходимость учетапространственности деформирования конструкции (одновременное рассмотрениепродольных, поперечных изгибов и кручения) требуют большого объемаэкспериментальных работ. Для определения внешних сил проводят мореходныеиспытания буксируемых и самоходных моделей, подобных по жесткостным и массовымхарактеристикам проектируемым СВП, позволяющие, в частности, имитироватьаварийные ситуации (например, отказ вентиляторной установки, обеспечивающейподдув воздуха в подушку, и т. п.). При сложной конструктивно-силовой схемекорпуса для оценки напряженного состояния используют модели. Надежностьконструкции корпуса определяется статичной прочностью материала (алюминиевыесплавы) и соединения (клепка, сварка, клееклепка, контактная сварка и т. д.), аГО — также изгибной податливостью, сопротивлением износу. Отработку соединенияпроизводят экспериментальным путем (испытания узлов конструкции). Высокий уровеньи большая повторяемость нагрузок при эксплуатации ограничивают ресурс корпуса иГО.
При расчете на местнуюпрочность отдельные конструкции корпуса судна представляются в виде перекрытий,рам, изолированных балок и пластин.
Перекрытие — это системапересекающихся и взаимно связанных балок, концы которых закреплены на так называемомопорном контуре. Опорный контур днищевых и палубных перекрытий образуют бортасудна и поперечные переборки, опорный контур бортовых перекрытий — поперечныепереборки, днище и палуба судна. Балки перекрытия располагают параллельносторонам опорного контура (рис. 1, а). Те балки, которых в перекрытии больше,называются балками главного направления; балки, перпендикулярные им, называютсяперекрестными балками. При расчете перекрытия полагают, что нагрузкавоспринимается балками главного направления и передается перекрестным балкам,которые должны иметь достаточную жесткость, так как они предназначены дляразгрузки балок главного направления. Если жесткость перекрестных балок мала, тоони могут даже загружать балки главного направления, что иногда используетсядля разнесения сосредоточенных нагрузок на большее число балок главногонаправления.
Днищевые перекрытиярассчитывают на действие нагрузки от гидростатического давления забортной воды,веса грузов, оборудования и механизмов, находящихся на днище. Нагрузка должнасоответствовать тому положению судна на волне, для которого вычисленынапряжения от общего изгиба.
Расчет бортовыхперекрытий производят на гидростатическую нагрузку, распределенную потреугольнику и отвечающую положению судна на волне. Местная прочность связейпалубного перекрытия проверяется на действие равномерно распределенной нагрузкиот веса находящегося на палубе груза и веса воды, попадающей на палубу во времяшторма. Нагрузки, на которые рассчитываются перекрытия, регламентируются «Нормамипрочности морских судов».
Если число балок обоихнаправлений небольшое, то перекрытия рассчитывают методом приравниванияпрогибов. При нескольких перекрестных балках расчет перекрытия может бытьсведен к расчету балок главного направления, загруженных реакциями со стороныперекрестных связей и внешней нагрузкой (рис.1, а). Если число балок главногонаправления велико, то они как бы создают для перекрестных балок упругоеоснование. В этом случае расчет перекрытия сводится к расчету перекрестныхбалок на упругом основании.
Под рамами понимают балкинабора, расположенные в одной плоскости и жестко соединенные между собой. Нарис. 1, б показаны схемы шпангоутных рам однопалубного и двухпалубного судна.Рамы состоят из флора, шпангоутов и бимсов. Поскольку у промысловых судов флорызначительно больше шпангоутов, полагают, что шпангоуты жестко заделаны нафлорах, и производят расчет шпангоутных рам без днищевых ветвей. Шпангоутныерамы однопалубных судов рассчитывают методом трех моментов, многопалубных судов— методом угловых деформаций. Расчетной является гидростатическая нагрузка,распределенная по всей высоте борта по закону треугольника.
Изолированные балки — этотакие балки, прочность которых может быть рассчитана отдельно от прочностиперекрытия. Они намного меньше других связей перекрытия. К числу изолированныхбалок относятся, например, ребра жесткости, установленные по днищу междуфлорами. Вследствие симметрии конструкции и нагрузки такие ребра жесткостирассчитывают как балки, жестко заделанные на флорах и загруженные давлениемводы
Под пластинами понимаютчасти листов наружной обшивки, настилов палуб, платформ и двойного дна междубалками набора. Балки набора служат для пластины опорным контуром. Как правило,пластины имеют симметричные пролеты и нагрузку, поэтому их можно считать жесткозаделанными на опорном контуре. Если отношение сторон опорного контура велико,то пластину можно полагать гнущейся в средней части по цилиндрическойповерхности. В этом случае расчет пластины сводится к расчету балки единичнойширины, вырезанной из пластины вдоль короткой стороны.
Поскольку пластиныучаствуют в изгибе вместе с балками набора, в расчетное сечение балок включаютчасти пластин, прилегающие к балкам—так называемые присоединенные пояски.Ширина присоединенного пояска определяется по «Нормам прочности».
В связях, участвующиходновременно в обеспечении общей и местной прочности, производится суммированиенапряжений от общего и местного изгибов. Например, в днищевой обшивкесуммируются напряжения от общего изгиба, изгиба днищевой пластины вместе спродольными балками набора и изгиба самой пластины. Напряжения от местногоизгиба позволяют оценить местную прочность судовых конструкций, а суммарныенапряжения от общего и местного изгибов — общую прочность корпуса судна.