Корабель - складна інженерна споруда і для виконання свого призначення повинен володіти рядом якостей. Одним з таких якостей є його міцність. Судно під час будівлі, експлуатації та ремонту відчуває дію різних сил статичного і динамічного характеру: вага корпусу і знаходяться в ньому механізмів, вантажів; сили тиску води, інерції при хитавиці, удару хвиль, реакції кильблоків і опорних пристроїв при будівництві, спуску і підйомі судна, реакція грунту при посадці на мілину, сили тиску льоду при плаванні в льодових умовах, періодично змінюються зусилля, що виникають при роботі механізмів, валів , гвинтів і т.д.
По відношенню до вказаних зусиллям корпус судна повинен мати достатню міцність в цілому і в окремих своїх частинах.
У будівельній механіці корпус корабля представляється у вигляді тонкостінної коробчатой балки змінного перерізу, що складається з листів зовнішньої обшивки, настилу другого дна, палуб, перегородок, підкріплених внутрішнім поперечними поздовжнім набором.
Корпус корабля, як коробчатая балка, повинен мати достатню загальної міцністю, тобто не повинен руйнуватися при його загальному поздовжньому згині і крученні зовнішніми силами. Крім цього окремі частини корпусу (днище, палуби, борта, перебирання, пластини, балки і ін.), Що знаходяться під безпосереднім впливом сил, відчувають, так званий, місцевий вигин між жорсткими зв'язками корпусу, які є опорами для цих конструкцій. Загальна міцність судна і міцність його елементів зазвичай оцінюються за величинами розрахункових і допустимих напружень.
Метою курсового проекту по міцності корабля є перевірочний розрахунок міцності корпусів суден, міцні розміри яких були визначені "Правилами класифікації та побудови суден внутрішнього плавання" або "Правилами класифікації та побудови морських суден".
Розрахунки виконуються на базі знань, отриманих студентами при вивченні курсів "Будівельна механіка корабля", "Міцність корабля"; використовуються також матеріали, що викладаються в курсах "Теорія корабля".
1. ВИХІДНІ ДАНІ, ОБСЯГ ПРОЕКТУ, ПРАВИЛА ЙОГО ОФОРМЛЕННЯ
Вихідними даними для виконання перевірочних розрахунків загальної і місцевої міцності судна є матеріали з проектування суднових конструкцій і проектування суден. Кожен студент виконує перевірочний розрахунок цивільного судна (внутрішнього або морського плавання), конструкцію якого він раніше розробляв.
Для виконання проекту необхідно мати:
1) масштаб бонжан по 20-ти теоретичним шпангоутам (в разі його відсутності, М.Бонжана повинен бути побудований з теоретичного креслення);
2) конструктивний креслення корпусу та креслення мидель-шпангоута;
3) пояснювальну записку по проекту судна і криві плавучості і початкової остойчіво-
4) креслення загального розташування (бічний вид, плани трюму, палуб, надбудов);
5) пояснювальну записку до проекту суднових конструкцій.
Проект по міцності корабля повинен містити наступні розділи:
1. Розрахунок вагового навантаження і побудова ступінчастою ліній ваги по 20-ти теоретичним шпаціями для судна в вантажу і судна в баласті.
2. Розрахунки по удіфферентовкі судна для побудови кривої сил підтримки.
3. Розрахунки за визначенням згинальних моментів і перерізують сил на тихій воді і хвилі з урахуванням ударної складової і побудова епюр згинаючих моментів і перерізують сил.
4. Розрахунок еквівалентного бруса в першому і наступних наближеннях і визначення напружень у зв'язках корпусу при загальному вигині.
5. Визначення граничних згинальних моментів. Оцінка загальної міцності по допускае-
мим напруженням, граничним изгибающим моментам та іншими критеріями міцності.
6. Вибіркові розрахунки місцевої міцності і стійкості зв'язків корпусу (за погодженням з керівником проекту). Оцінка місцевої міцності.
7. Загальні висновки і висновок.
Результати роботи повинні бути оформлені у вигляді пояснювальної записки, яка виконується на аркушах А4 відповідно до ЕСКД.
Всі основні креслення, схеми, епюри, ескізи та інше виконують в масштабі, оформляють відповідно до вимог ЕСКД і підшивають в записку.
Курсовий проект виконується в певній послідовності, всі кроки повинні бути озаглавлені. У разі необхідності наводяться короткі пояснення до застосовуваних формулами, обраним величинам і т.д. Усі буквені і інші позначення величин, що входять в формули, повинні бути пояснені в тексті або на кресленні.
Обчислення різних величин за формулами необхідно виконувати в наступній порядку виписують в загальному (буквеному) вигляді формулу, потім проводять підстановку чисельних значень і призводять остаточний результат із зазначенням розмірності отриманої величини.
Чисельні значення величин в інженерних розрахунках представляються наближено, з деяким ступенем точності. Неприпустимо вести обчислення з точністю, що перевищує точність вихідних даних, а рекомендується виконувати всі розрахунки з точністю до трьох значущих цифр. Якщо отримане в розрахунку число має зайві знаки, то його слід округлити. Правила округлення см. Наприклад, в / I /.
2. ВИЗНАЧЕННЯ згинальний момент І перерізують сил НА ТИХОЇ ВОДІ ДЛЯ СУДНА в Грузії і в баласті
2.1.Расчет мас судна і побудова східчастих ліній сил тяжкості для судна в вантажу і в баласті
В процесі експлуатації судна можлива зміна його навантаження за рахунок зміни кількості і положення вантажу, що перевозиться, палива, масла, питної і технічної води, продуктів та інших вантажів, що перевозяться. Очевидно, при визначенні величини згинальних моментів і перерізують сил необхідно вибрати, найбільш несприятливий випадок розташування змінних вантажів. Зазвичай для суховантажних суден з машинним відділенням в середній частині судна найбільш несприятливим випадком є випадок в вантажу з мінімальними (10 - 15%) запасами, якщо вони розташовані теж в середній частині.
Для суховантажних суден з машинним відділенням в кормі найбільш несприятливим випадком навантаження зазвичай є випадок в баласті з 100% запасів, якщо вони розташовані в кормовій частині судна. У наливних суден найчастіше розрахунковим є випадок в вантажу з частково витраченими запасами. У танкерів, що мають диптанків і сухі трюми та ін. Розрахунковий випадок повинен бути узгоджений з керівником проекту. Вибір розрахункових випадків слід проводити відповідно до вимог Регістрів.
Використовуючи конструктивні креслення, креслення загального розташування дані по судампрототіпам і інші матеріали, виробляють розбивку навантаження з теоретичних шпаціями / 1 /.
Сила тяжіння судна, кН [5]:
тіруемим судном однаковий клас, систему набору матеріал корпусу, обладнання; L. В. H - розрахункові головні розміри судна; довжина, ширина і висота борту в метрах.
Деякі дані по величині K K для різних типів суден наведено в методичних
вказівках / 2 / і навчальному посібнику / 3 /.
Після визначення маси корпусу доцільно виділити з нього вага надбудови. Можна масу надбудов обчислити по наближених формулах в залежності від їх обсягу, який легко знайти при відомих габаритних розмірах відповідних надбудов.
Для носової надбудови т НН = 0,09 V НН
Для середньої надбудови т СН = 0,13 V СН
Для кормової надбудови т КН = 0,13 V КН
Тут т НН. т СН. т КН - ваги носової, середньої і кормової надбудов в тоннах.
V НН. V СН. V КН - обсяги носовій, середній і кормовій надбудов в метрах кубічних.
Маса середньої надбудови зазвичай розподіляється рівномірно по її довжині. Маса носової надбудови (бака) розподіляється по трикутнику з вершиною у форштевня, якщо її довжина не
перевищує 0,15 L. Якщо l НН> 0,15 L. то на решті частини приймається рівномірний розподіляється
ня мас. Масу кормової надбудови можна розподілити по її довжині по трапеції, носова ордината якої в чотири рази більше кормової.
Інтенсивність сил тяжкості носової і кормової надбудов визначається з умови, що площа трикутника або трапеції дорівнює масі відповідної надбудови.
Крива розподілу маси корпусу без надбудов може бути представлена у вигляді трапеції або параболи, які потім приводяться до ступінчастому увазі. Принципи побудови трапеції і параболи викладені в довідковій літературі [1-3]. У разі досить розвинених частин судна, які виступають за носової або кормової перпендикуляри (зазвичай доводиться мати справу з кормовим звисом), масу цих частин, якщо довжина їх не перевищує половини теоретичної шпации, включають в масу шпаціями 1-0 і 20-19. Пов'язаної з цим похибкою при визначенні абсциси ЦТ судна нехтують.
Якщо довжина звисів перевищує половину теоретичної шпации, при побудові епюри сил тяжкості додають одну теоретичну шпацію (21-20 або-1-0) і рівномірно розподіляють масу виступаючої частини в межах цієї шпации.
Описаний спосіб побудови епюри мас корпусу судна не може бути застосований в початковій стадії проектування, коли в розпорядженні конструктора ще немає необхідних для цього матеріалів. У цьому випадку застосовується спрощений спосіб, при якому необхідно знати лише загальну масу корпусу судна.
За цим способом епюра мас корпусу будується, як показано на рис. 2.1. Ординати a, b і з повинні бути взяті з табл. 2.1.
Мал. 2.1. Наближена епюра мас корпусу судна (діаграма Байлса)
Таблиця 2.1 Значення а. b і з в частках т / L
Маса корпусу судна повинен відповідати площі побудованої фігури.
Епюра мас стосовно до звичайного побудови у вигляді ступінчастою лінії по 20 шпаціями дає ординати ступінчастою лінії в частках т / L і процентний розподіл мас по шпаціями, наведені в таблиці 2.2.
Маса головних і допоміжних механізмів і обладнання машинного відділення також може бути визначена наближено через відносний коефіцієнт:
де K M - відносна маса всієї енергетичної установки, яка припадає на I кВт (I к.с. = 0,7357 кВт). Деякі дані по величині K M наведені в методичних посібниках / 2, 3 /. Маса машинного відділення розподіляється рівномірно по його довжині.
Маса m Г передбачається технічним завданням на проект судна і розподіляється по трюмах пропорційно їх кубатурою, а в межах трюму - рівномірно.
При визначенні кількості та розташування баласту необхідно забезпечити осадку носом T НБ; для морських судів Т НБ = (2,5-3,0)% від довжини судна, для суден внутрішнього плавання
Т НБ = (2,0 -1,5)% від довжини судна. У Річковому Регістрі сказано: М-СП Т Н ≥ 1.7м; М-ін Т Н ≥ 1.4м;
О-ін Т Н ≥ 0.9м. Осадка кормою повинна забезпечити необхідне занурення гребного гвинта. Для морських суден вважається занурення допустимим, якщо відстань до нижньої кромки
гвинта від поверхні води становить не менше (0,8-1,0) D В. а для суден внутрішнього плавання не менш (1,1- 1,2) D В. де D В - діаметр гвинта. Середня осаду в баластному переході буде:
де т БП - масове водотоннажність в баласті; т - масове водотоннажність в його вантажу; Т - середнє осідання в його вантажу; α. δ - коефіцієнти повноти ВЛ і загальної повноти в вантажу.
По знайденому водотоннажності судна в баластному переході визначається кількість баласту:
т Б = т БП - т ПОР.
де т ПОР - масове водотоннажність порожньому.
Баластні ємності вибираються таким чином, щоб забезпечити необхідні опади носом і кормою.
Баласт розподіляється пропорційно ємностей баластних цистерн, а в межах відсіку - рівномірно.
Решта складових масового водотоннажності можна визначити за такими формулами:
m КП = m К + m П; m До = (0,1 0,15) n Е; m П = 0,1 n К + 0,075 n В,
де n Е - число членів екіпажу; n К. n В - число каютних і внекаютних пасажирів. m ВП = m В + m П; m В = (n Е + n К + n В) r У n 10 -3, т
а) для суден внутрішнього плавання: I група r В = 30 л,
При обладнанні судна станцією приготування питної води типу "ОЗОН" запас води приймається для 10 - 30 осіб екіпажу і пасажирів 0,5 -1,5 т; 30 - 100 чол. - 1,5 - 4,5 т; 100 - 300 чол. 4-12т.
Суду I гр. - пасажирські та вантажні транзитні судна, штовхачі-буксири з тривалістю рейсу більше 24 ч в одну сторону;
2 гр. - пасажирські судна місцевих ліній та вантажні і буксирні судна з рейсом рівним або менше 24 год;
де q T - питома витрата палива на I к.с. / год; n T - автономність роботи судна (без поповнення запасів), вказується в ТЗ на проектування. Для морських суден зазвичай задається дальність плавання l в милях. Тоді n T = l / 24 v; v - швидкість ходу в вузлах; k - коефіцієнт морського запасу, k = 1,1 - 1,2. Для суден внутрішнього плавання k = I.
Причому m М = 0,05 m Т; m T = 0,05 m T.
Маса прісної митьевой води
m ПМВ = (n Е + n К + n В) r МВ n 10 -3, т
де r МВ - добова норма митьевой води на I людини, л; r МВ = 30 л -для суден внутрішнього плавання, що плавають в морських і озерних солоних водах; r МВ = 0 - для суден, що плавають у водоймах з прісною водою.
2.2. Визначення сил підтримки. Удіфферентовкі судна на тихій воді
Визначення перерізують сил і згинальних моментів на тихій воді здійснюється вручну табличним способом / I / (для спеціальності 140100).
Для обчислення перерізують сил і згинальних моментів на тихій воді необхідно знати інтенсивність сумарного навантаження, що викликає вигин корпусу. Це навантаження буде складатися з інтенсивності сил тяжкості судна р (x) = gm (x), кН / м і сил підтримки
Інтенсивність сумарного навантаження [5]:
q (х) = p (х) - r (х).
де ω - площа зануреної частини шпангоута, м 2; ρ - щільність води (ρ = 1т / м 3 - прісна вода, ρ = 1.025т / м 3 - морська вода).
Під удіфферентовкі судна розуміють знаходження ватерлінії, що відповідає даному навантаженні судна q (x). Після побудови ступінчастою лінії мас стає відомим масове водотоннажність судна т і положення його центра ваги по довжині x g.
Умовами удіфферентованності судна є рівняння рівноваги
ρ g V = D; x g = x c