Капитану о прочности корпуса судна (Максимаджи А.И.) - часть 2

перекрытие служит опорным контуром для бортов и переборок судна.

Наиболее  подвержены  коррозии  и  износу  участки  днища,

расположенные в ДП (горизонтальный киль), и район скулы (скуловой
лист). Коррозия и износ могут быть связаны с затрудненным доступом
к горизонтальному килю (очистка и окраска) при постановке в док, так
как  в  этом  районе  устанавливаются  опорные  клетки.  Необходимо  на
судне  иметь  доковые  чертежи  и  следить,  чтобы  места  установки
опорных  клеток  при  очередных  докованиях  изменялись.  Коррозия  и
износ  особенно  характерны  для  судов  с  наклонным  крайним
междудонным  листом.  В  труднодоступном  районе  между  наклонным
междудонным листом и скуловым поясом могут скапливаться остатки
грузов  (часто  активных)  и  может  создаваться  среда,  способствующая
интенсивной  коррозии  изнутри  корпуса.  Необходимо  следить  за
чистотой указанных районов.

Бортовые  перекрытия.  Борта  образуют  стенку  корпуса  судна  —

балки  и  воспринимают  совместно  с  продольными  переборками
срезывающие  усилия,  возникающие  при  изгибе  в  вертикальной
плоскости. Борта, подобно днищу, образуют непроницаемую оболочку
корпуса  и  воспринимают  давление  забортной  воды,  удары  волн,
ледовые нагрузки, нагрузки при швартовке. В случае изгиба корпуса в
горизонтальной  плоскости  борта,  формирующие  верхний  и  нижний
пояски  соответствующего  эквивалентного  бруса,  являются  наиболее
напряженной его частью. Бортовые перекрытия,  опираясь  на  днище  и
палубы,  в  свою  очередь  служат  опорами  для  этих  конструкций.  Наи-
более подвержены повреждениям участки бортов в районе переменных
ватерлиний. Повреждения этих участков—следствие как повышенного
износа, так и воздействия льда, ударов-тычков при швартовках.

Серьезной  проблемой  является  местное  повышенное  истирание

наружной  обшивки  бортов  по  линиям  приварки  шпангоутов,  если
между  ними  имеется  гофрированная  наружная  обшивка.  Такой  износ
особенно  характерен  для  судов  ледового  плавания,  поэтому  при
определении допускаемых остаточных толщин требуется специальный
подход.  В  частности,  следует  учитывать  перераспределение  усилий  в
листах об-

19

шивки,  имеющей  избирательный  линейный  износ.  В  этом  случае
допускаемые  остаточные  толщины  в  местах  линейного  износа  могут
быть уменьшены на 10-15% [2].

Продольные  и  поперечные  переборки.  Продольные  переборки

воспринимают  поперечную  нагрузку  от  жидких  и  сыпучих  грузов,  а
также в случае значительного протяжения по длине часть касательных
усилий  при  общем  изгибе  корпуса.  Эти  переборки  служат  опорным
контуром  для  палубных  и  днищевых  перекрытий  и  для  поперечных
переборок.  Если  такие  переборки  используются  как  несущие
конструкции  при  постановке  в  док,  то  опорные  клетки  выклады-
ваются в районах пересечения продольных переборок и днища.

Поперечные  переборки  обеспечивают  поперечную  жесткость

корпуса  как  пустотелой  балки.  На  судах,  у  которых  число  их
ограничено  (например,  суда  типа  ро-ро),  поперечная  жесткость
достигается  с  помощью  рам  (бимсов,  шпангоутов,  флоров)
соответствующих размеров и форм.

Поперечные  переборки  служат  опорным  контуром  для  всех

остальных  перекрытий  корпуса  и  нагружаются  реакциями  этих
перекрытий  как  в  обычных  условиях  эксплуатации,  так  и  при
постановке  в  док.  Обшивка  и  набор  поперечных  переборок  должны
быть  способны  воспринять  поперечную  нагрузку  от  жидких  и
сыпучих грузов и аварийный напор в случае затопления отсека.

§ 4. Характеристики для оценки общей

продольной прочности

Эквивалентный  брус.  При  движении  судна  по  взволнованной

поверхности  моря  в  его  корпусе  возникают  напряжения,
уравновешивающие  внешние  нагрузки.  Сложное  напряженное
состояние  корпуса  как  пустотелой  балки  обычно  представляется  в
виде  суммы  напряжений,  вызванных  изгибом  в  вертикальной,
горизонтальной плоскостях и кручением 

(рис. 1. 1, а— в)

. Эти

напряжения  образуются  в  связях  корпуса,  которые  участвуют  в
сопротивлении  действию  внешних  нагрузок.  К  таким  связям
относятся:  обшивка  днища  и  бортов,  настилы  палуб  и  второго  дна,
обшивка продольных переборок, стенки вертикаль-

20

Рис.  1.1.  Схема  распределения
нормальных 

напряжений 

по

поперечному  сечению  корпуса  при
общем  изгибе  в  вертикальной  пло-
скости 

(прогиб) (а), 

в 

го-

ризонтальной  плоскости  (б)  и  при
кручении (в).

1—нейтральная плоскость; 2 —

напряжения сжатия; 3—напряжение

растяжения.

ного  киля,  стрингеров,  карлингсов,  продольные  балки  набора  и
другие непрерывные продольные связи. Для удобства решения задач
об  общем  изгибе  корпуса,  представляющего  пустотелую  балку
сложного  и  переменного  по  длине  профиля,  принято  площади  по-
перечных  сечений  всех  конструктивных  элементов,  идущих
непрерывно  вдоль  судна,  заменять  условной  балкой,  называемой
эквивалентным брусом.

Основным  при  оценке  общей  продольной  прочности  является

расчет напряжений при изгибе в вертикальной плоскости. Однако для
открытых  судов  с  большими  вырезами  в  палубах,  например  контей-
неровозов,  может  потребоваться  также  оценка  суммарных
напряжений от изгиба в вертикальной, горизонтальной плоскостях  и
кручения.  В  этом  случае  необходимо  рассматривать  элементы
эквивалентного бруса в двух  плоскостях:  относительно  горизонталь-
ной  и  вертикальной  осей,  а  также  секторальные  характеристики
сечения,  определяющие  сопротивление  кручению.  Такой  контроль
прочности  корпуса  достаточно  сложен  и  выполняется  при
проектировании  судна  в  конструкторских  бюро  по  специальным
методикам, одобренным Регистром СССР.

21

Ограничимся  рассмотрением  только  основного  случая  —

контроля общей продольной прочности при изгибе  в  вертикальной
плоскости   (Longitudinal Strength). Определим  момент  инерции
площади  поперечного  сечения  продольных  связей  относительно
горизонтальной нейтральной оси.

Расчет выполняют в таблице и в силу симметрии сечения только

для его половины 

(табл. 1. 4)

. Продольные связи, расположенные на

одном  уровне  по  высоте  сечения,  для  упрощения  расчета  обычно
объединяют в группы. В одну группу не объединяют листы обшивки
и  настилов,  имеющие  разную  толщину,  листы  и  балки  набора,  так
как в  процессе расчета  может  выявиться  различная  степень  участия
этих связей в общем изгибе корпуса.

Таблица 1.

 

4. Вычисление элементов эквивалентного бруса

Момент инерции

№

групп

связей i

Наимен

ование

связей

Размер
связей,

Мм

Площадь

сечения

F

I 

, см

2

Отстояние

ЦТ от

основной

линии

z

I 

,м

Статиче

ский

момент

F

I 

z

I 

,

М см

2

Перено

сный
F

I 

z

2

I

,

См

2

м

2

Собствен

ный

i

o

, cм

2

м

2

1

2

3

4

5

6

7

8

Σ

—

А

—

В

С

В столбец 1 

(см. табл. 1. 4)

 записывают номера групп продольных

связей  i,  а  в  столбец 2—их  наименования.  В  столбец 3 заносят
размеры  листовых  связей  в  миллиметрах  или  номера  профилей  по
сортаменту  для  каждой  группы,  в  столбец 4—площади  поперечных
сечений каждой группы связей Fi, см

2 

(для полусечения), а в столбец

5—отстояние  их  ЦТ  от  основной  линии  z

i

,  м.  В  столбец 6 заносят

произведения  F

i

Z

i

  для  каждой  группы  связей,  а  в  столбец 7—

произведение F

i

z

2

i

. В столбец 8 записывают

22

собственные моменты инерции связей i

oi

, протяженность которых  по

высоте  более  1/10  высоты  эквивалентного  бруса  (листы  обшивки
бортов,  продольных  переборок,  вертикальный  киль,  стрингеры,
карлинг-сы  и  т.  п.).  Собственные  моменты  инерции  (в  см

2

м

2

)

вычисляют  по  формуле  i

oi

= h

3

s/120,  где  h—высота  связи,  м; s —

толщина связи, мм.

После заполнения 

табл. 1.4

 определяют суммы величин,

записанных  в  столбце 4 (А),  столбце 6 (В)  и  столбцах 7 и 8 (С).
Отстояние нейтральной оси сечения от основной плоскости в метрах
определяют по формуле

е=В/А

Момент инерции  всего  сечения  относительно  нейтральной  оси  (в

м

2

см

2

) будет

                                         I =2 (С -В

2

/А).                                              (1. 2)

Нормальные  напряжения  от  общего  изгиба  корпуса.  Для

любой  i-й  группы  связей  нормальные  напряжения  (в  Н/мм

2

)

определяют по формуле

                                    σ

i

 = (10M / I)( z

i

-e )                                           (1. 3)

где М—расчетный изгибающий момент, кН

.

м; I и е—см. формулы

( 1. 1) 

и 

(1.2)

.

Положительному  изгибающему  моменту  (случай  перегиба)

соответствуют положительные (растягивающие) напряжения в связях,
расположенных 

выше 

нейтральной 

оси, 

и 

отрицательные

(сжимающие)—  для  связей,  расположенных  ниже  этой  оси.  Отрица-
тельному  изгибающему  моменту  (случай  прогиба),  наоборот,
отвечают напряжения сжатия в верхней части эквивалентного бруса и
растягивающие  напряжения  в  нижней.  Полученные  при  расчете
наибольшие  напряжения  в  крайних  связях  эквивалентного  бруса
сопоставляют  с  допускаемыми,  значения  которых  регламентируются
Правилами постройки судов Регистра СССР или Нормами прочности.
Результат такого сопоставления позволяет оценить продольную проч-
ность  корпуса  в  первом  приближении.  Для  расчета  в  более  высоких
приближениях необходимо выполнить оценку устойчивости связей и
определить степень их редуцирования. На этих вопросах мы здесь не
останавливаемся.

23

(1. 1)

Для  расчетных  значений  суммарных  нагрузок  (на  тихой  воде  и

волновых),  регламентируемых  Правилами  Регистра  СССР,  и  для
корпуса  в  момент  постройки  в  качестве  допускаемых  используют
напряжения, приведенные в 

табл. 1.5.

Таблица 1.

 

5. Допускаемые напряжения при изгибе корпуса в вертикальной

плоскости, Н/мм

2

Сухогрузные и подобные им суда

Наливные, для перевозки

навалочных грузов и подобные им

суда

Перегиб

Прогиб

Перегиб

Прогиб

Наименование

напряжении

Па
лу

ба

Д

нищ

е

Па
лу

ба

Д

нищ

е

Па
лу

ба

Д

нищ

е

Па
лу

ба

Д

нищ

е

Напряжения при
действии изгибающих
моментов на тихой воде
σ

т.в.

*

73,

 

6

78,

 

5

78,

 

5

73,

 

6

66,

 

7

71,

 

6

71,

 

6

66,

 

7

Суммарные напряжения
при действии изги-
бающих моментов на
тихой воде и волнового
σ

с

*

147,

 

1

152,

 

0

152,

 

0

147,

 

1

140,

 

2

145,

 

1

145,

 

1

140,

 

2

* Для обычной углеродистой стали с пределом текучести 235 Н/мм

2

. Для сталей с более высоким

пределом текучести допускаемые напряжения увеличиваются делением величин, представленных в
таблице на коэффициент η(см. § 2).

Кроме  контроля  по  нормальным  напряжениям  при  общем  изгибе

корпуса  необходим  также  контроль  прочности  по  касательным
напряжениям, возникающим в сечениях, в которых действуют макси-
мальные  срезывающие  силы.  Этот  контроль  выполняют  расчетом  по
формуле

доп

B

.

B

.

T

H

F

/

)

N

N

(

5

τ

τ

≤

+

=

где  N

т.в 

и  N

в

—расчетные  значения  перерезывающей  силы

соответственно на тихой воде и на волнении,

24

(1. 4)

кН; F—площадь поперечного сечения обшивки одного борта (включая
ширстрек и скуловой пояс) и продольных переборок для полусечения
(при одной продольной переборке—половина площади ее поперечного
сечения), см

2

; τ

доп

—допускаемые касательные напряжения, равные 110

Н/мм

2

,  для  корпуса  в  момент  постройки.  Такой  контроль  общей

продольной  прочности  применяется  при  проектировании  и  строи-
тельстве  корпуса  судна.  Для  судов,  находящихся  в  эксплуатации,
методы нормирования остаточной прочности изменяются.

§ 5. Нормирование прочности связей корпуса после

длительной эксплуатации

Характеристики  остаточной  прочности.  Для  корпусов  судов,

находящихся длительное время в эксплуатации, остаточная прочность
регламентируется не допускаемыми напряжениями, а непосредственно
остаточными  толщинами  и  моментами  сопротивления  в  долях
значений,  которые  требуются  Правилами  Регистра  СССР  для  нового
корпуса.  Моменты  сопротивления  корпуса  после  длительной
эксплуатации могут быть вычислены согласно 

табл. 1.4

 по значениям

остаточной толщины связей, полученным в результате дефектации.

Если  данные  дефектации  корпуса  отсутствуют,  то  остаточный

момент  сопротивления  к  n-му  году  службы  корпуса  можно
приближенно 

оценить, 

используя 

среднегодовые

(среднестатистические) 

уменьшения 

толщины 

связей,

регламентируемые Правилами Регистра СССР [15]. Для этого толщину
всех  продольных  связей  уменьшают  на  величину  Δ

i

  = u

i

n,  где  u

i

, —

среднегодовое  уменьшение  толщины  связи  по  Правилам  (см.

приложение 3

); п— число лет эксплуатации. Затем выполняют расчет

элементов  эквивалентного  бруса  для  уменьшенных,  указанным  выше
образом, значений толщины связей (по схеме, представленной в 

табл.

1. 4

).
После определения по табл. 1. 4 остаточного момента инерции для

связей изношенного корпуса  [см. формулу 

(1.2)

] необходимые для

оценки  прочности  значения  моментов  сопротивления  вычисляют  по
формулам:

25

для палубы (в м см

2

)

W

d

=I/(D-e),

для днища (в м • см

2

)

W

b

=I/e,

где D— высота борта судна м; е— см. формулу 

( 1.1)

.

Величины  W

d

  и  W

b

  сравнивают  с  допускаемыми  значениями,

которые 

регламентируются 

соответствующими 

нормативными

документами:  Методикой  дефектации  или  Специальными  нормами
допускаемого износа. Последние носят индивидуальный характер, так
как разрабатываются для судов данной серии, данного судна.

Нормативная  документация.  В  соответствии  со  сложившейся

практикой  значения  коэффициентов  допускаемого  уменьшения
прочности  задаются  как  доля  требований  Правил  для  связей  нового
корпуса.  Допускаемые  значения  возможного  уменьшения  толщины
листов,  моментов  сопротивления,  моментов  инерции  корпуса,
элементов  его  набора,  регламентируемых  Правилами  для  нового
корпуса,  и  являются  содержанием  соответствующей  нормативной
документации.  Нормирование  допускаемых  дефектов  по  корпусу
подчинено общей схеме 

( табл. 1.6)

.

Наиболее  совершенной  и  удобной  формой  нормирования

остаточной  прочности  связей  судового  корпуса  после  длительной
эксплуатации  являются  Специальные  нормы  допускаемых  дефектов
для  данной  серии  судов  (судна).  Такие  нормы,  разрабатываемые  в
результате  расчетного  анализа  прочности  конкретного  корпуса,  с
одной  стороны,  позволяют  получить  оптимальные  решения  в  части
уменьшения  объема  ремонта,  а  с  другой — предельно  упрощают
процесс  дефектации,  сводя  его  к  простому  сравнению  замеренной
остаточной  толщины  с  зафиксированной  в  Специальных  нормах.
Основой  для  разработки  Специальных  норм  служат  положения
действующих  Методики  дефектации  и  Методики  разработки
специальных норм.

В  настоящее  время  практически  все  основные  серии  морских

транспортных  судов  обеспечены  Специальными  нормами,  и  их
эффективность  подтверждена  многолетней  практикой  применения.
Этот опыт

26

(1. 5)

Таблица 1.

 

6. Документация по нормированию допускаемых

дефектов корпуса

Наименование нормативной

документации

Кто издает

Назначение

Руководство по технадзору

Нормативно - методические
указания по определению
технического состояния
корпусов морских судов в
эксплуатации
Ведомственные методики
дефектации

Методики разработки

специальных норм
допускаемых дефектов

Специальные нормы
допускаемых дефектов

Регистр СССР

То же

Ведомственные НИИ

То же

Бассейновые ЦПКБ, ве-
домственные НИИ

Общие принципы де-
фектации. Прямое при-
менение для целей де-
фектации перед ремонтом
Общие принципы де-
фектации. Возможные
пределы нормативов. База
для разработки
ведомственных методик
дефектации Нормативы
допускаемых дефектов су-
дов всех типов для прямого
применения на СРЗ. База
для разработки
специальных норм
Методическое пособие,
регламентирующее
порядок разработки и
согласования специальных
норм Нормативы допус-
каемых остаточных
размеров связей корпуса
судов данной конкретной
серии для прямого
использования при
дефектации

широко  распространен  на  речные  и  рыболовные  суда.  Более
подробные сведения по данному вопросу можно найти в работе [14].

Нормы  дефектов.  Применительно  к  остаточной  прочности  при

общем  изгибе  корпуса  в  вертикальной  плоскости  используются
следующие  нормативы:  W 

≥

  kW

o

, F 

≥

 kF

o

,  где  W  и  F—

соответственно  остаточный  момент  сопротивления  корпуса  и
площади  полусечения  обшивки  борта  и  продольных  переборок  [см.
формулы 

(1. 4)

 и 

(1. 5)

]; k—нормативный коэффициент; W

o

— момент

сопротивления  корпуса  по  Правилам  Регистра  СССР  для  корпуса  в
момент

27

постройки;  F

0

—площадь  полусечения  обшивки  борта  и

продольных переборок  [см. формулу 

(1.4)

], обусловленная

требованиями  Правил  Регистра  СССР  для  корпуса  в  момент
постройки  Коэффициент  k  в  действующих  нормативных  до-
кументах  назначают  в  функции  от  типа  и  размеров  судна  с
учетом  его  геометрии  поперечного  сечения.  Для  наливных  и
подобных им по условиям эксплуатации судов коэффициент k
зависит только от длины судна ввиду относительной простоты
поперечного сечения. При L=80 м k =0,66, при L

≥

200 м k=

0, 90. Если 80 м < L < 200 м, значения k определяют линейной
интерполяцией. Для сухогрузных и подобных им по условиям
эксплуатации  судов  коэффициент  k  вычисляют  по  формуле,
учитывающей особенности поперечного сечения корпуса.

,

)

1

(

1

k

4

3

2

1

χ

χ

χ

χ

−

−

=

где  χ

1

 

= 0, 78 при  L = 80 м  и  χ

1

 = 0,90 при  L 

≥

 200 м.  Для

промежуточных  значений  длины  судов  χ

1

  определяют

линейной  интерполяцией;  χ

2

 

= [ 104/(L/D)

2

]+0,278 —

коэффициент, учитывающий влияние L/D
(отношение длины судна L  к высоте борта D); χ

3

 =  (B

1

/B)+

+0,750 — коэффициент,  который  показывает  влияние
отношения реальной ширины палубного настила на один борт
B

1

 к ширине судна В;

χ

4

= 0, 1m + 0, 90— коэффициент, учитывающий число палуб

т.

Для определения величины W

o

, см

3

, используется формула,

требующая  знания  только  основных  характеристик  судна  и
расчетного изгибающего момента на тихой воде,

[

]

|)

M

|

|

M

(|

/

10

k

W

k

W

б

.

B

.

T

B

.

T

c

3

1

б

2

0

−

⋅

+

=

σ

η

Здесь  η  и  k

2

—коэффициенты,  зависящие  соответственно  от

предела текучести материала корпуса 

(см. § 2)

 и от типа судна

и  расчетной  фибры  эквивалентного  бруса.  Значения  k

1

  и  k

2

.

приведены ниже (для палуб k

2

 = 1).

k

1

,

k

2

 (дни)

Сухогрузные и подобные им суда

1,

 

0

1,

 

10

Наливные и подобные им суда:

1,

 

1

1,

 

10

с двойным дном
без двойного дна

1.

 

1

1.

 

04

28

Базисный  момент  сопротивления  (в  см

3

)  определяют  по

формуле

δ—коэффициент общей  полноты корпуса при  осадке  по  ГВЛ.
Кроме  того,  в  формуле  для  W

o

  имеем:  σ

с

—  суммарные

допускаемые напряжения по 

табл. 1.5

;

М

т.в.

 — расчетное  значение  изгибающего  момента  на  тихой

воде  (абсолютное  значение  без  учета  знака),  кНм.  Базисное
значение  изгибающего  момента  на  тихой  воде,  в  кН-м
(абсолютное)

3

.

B

.

T

б

б

.

B

.

T

10

W

M

−

⋅

= σ

(σ 

т.в

—допускаемые напряжения на тихой воде по 

табл. 1.5

,

Н/мм

2

).

Допускаемое  уменьшение  толщины  листов  и  моментов

сопротивления  балок  набора  из  условия  обеспечения
остаточной    местной    прочности      (local  strength)
устанавливается  в  долях  соответствующих  значений  согласно
требованиям Правил Регистра СССР  (см. 

приложение 1

): s =

S

0

α,  где 

s

0

—допускаемая  остаточная  толщина  связи; S

0

—

толщина  связи  по  требованиям  Правил;  α—коэффициент  по
таблице 

приложения 1

.

Если  данные  о  размерах  связей  корпуса,  которые

требуются  Правилами  Регистра  СССР,  отсутствуют,  то
допускается  применять  нормативы  α

1

  к  размерам,  указанным

на построечных чертежах.

При использовании коэффициентов а по 

приложению 1

под общим  износом листовых элементов  α

1

 следует понимать

их  среднюю  остаточную  толщину,  а  под  местным  износом  α

3

—толщину  в  районах  локального  утонения  (параметр  β
характеризует 

допускаемую 

часть 

площади 

листа,

подверженную  такому  локальному  утонению).  Для  балок
набора  соответствующие  значения  α

1

  и  α

3

  определяют  допус-

каемое утонение стенок и полок балок.

Допускаемые  остаточные  деформации.  К  остаточным

относятся  следующие  деформации:  бухтины—  остаточные
прогибы  ограниченного  участка  листа  обшивки  или  настила
между двумя смежными балками

29

),

7

.

0

(

BL

C

W

2

n

б

+

=

δ

(1.6)

где

;

75

.

10

100

L

300

75

.

10

C

5

.

1

n

≤













−

−

=

(1. 7)

Таблица 1. 7. Допускаемые значения остаточных стрелок прогиба

Расчетная палуба и днище в средней части длины судна

Поперечная система набора

при L, м

Вид остаточной

деформации

Продольная система набора

>80

<60

Расчетная палyбa и днище вне средней части
судна;  нижние  палубы,  борта,  настил
второго дна по всей длине судна

Бухтина (большая)

[0. 12 (b/а) - 0, 38] b

a/20

а/12

[0, 12 (b/а) -0, 38] b

Бухтина (малая)

0.  22b

0, 22b

Гофрировка

а/14

а/20

а/14

Вмятины

b/20

а/14

l [13,2l/2h- 0, 43 (l/2h}

2

-8, 22] 10

-3

Выпучены

Стенка набора в районах вырезов (0,45—0,55) а; район пересечения набора 25 мм

Примечания: а—расстояние между балками набора; b—минимальный деформированного участка листа плане; 1—протяженность
деформированной балки в районе вмятины; h— высота стенки деформированной балки.

набора,  они  подразделяются  на  большие  и  малые  (тычки);
гофрировки—остаточные  прогибы  листов  обшивки  или
настила  между  несколькими  смежными  балками  набора;
вмятины—остаточные  прогибы  листов  обшивки  или  настила
совместно  с  подкрепляющим  набором;  выпучены—местные
остаточные деформации стенок набора в районе вмятины.

Согласно  действующей  нормативной  документации

допускаемые 

остаточные 

деформации 

ограничены

максимальными  стрелками  прогиба,  которые  назначаются  в
зависимости 

от 

длины 

судна, 

системы 

набора,

ответственности  связи  и  ее  положения  по  длине  корпуса

( табл. 1. 7)

. Для наиболее ответственных листов (ширстрека и

палубного 

стрингера) 

стрелка 

прогиба 

остаточных

деформаций  не  должна  превышать 25 мм.  Во  всех  случаях
суммарная протяженность бухтин и гофрировок в сечении по
ширине судна не должна быть более 0,4 В в средней части и
0,75 B в оконечностях.

Глава 2 НАГРУЗКИ НА ТИХОЙ

ВОДЕ

§ 6. Изгиб корпуса на тихой воде

Причина  изгиба  корпуса  на  тихой  воде.  Изгиб  корпуса
судна на тихой воде вызывается тем, что обычно силы веса и
силы поддержания распределены по длине судна неодинаково
и в каждом поперечном сечении имеют разные значения, хотя
в целом они уравновешены и их суммарные величины равны
между  собой.  Схема  нагрузок,  действующих  на  корпус  на
тихой воде, показана на 

рис. 2.1.

 Силы поддержания

распределены  по  плавной  кривой.  Форма  ее  определяется
строевой по шпангоутам для данной посадки судна (кривая 2),
а силы веса отображаются ступенчатой кривой 1, отвечающей
распределению  массы  продольных  и  поперечных  связей
корпуса, надстроек, механизмов, устройств, запасов и грузов.
Разность  между  значениями  сил  веса  и  сил  поддержания  в
каждом  поперечном  сечении  определяет  интенсивность
результирующей нагрузки q (x) (кривая 3),

31

Рис. 2.

 

1. Нагрузки на тихой воде (изгиб в вертикальной плоскости).

1—кривая  сил  веса; 2- кривая  сил  поддержания:  З—кривая  результирующей
нагрузки;

 

4—сечение—силы веса больше сил поддержания;

5—сечение—силы веса меньше сил поддержания; 6—сечение—силы веса

примерно равны силам поддержания.

которая вызывает изгиб корпуса. Возникающие под действием этой
нагрузки  срезывающие  силы  N  (x)  и  изгибающие  моменты  М(х)
являются  интегральными  функциями  q  (x)  и  характеризуются
зависимостями

∫

=

x

0

,

dx

)

x

(

q

)

x

(

N

∫

∫

=

x

0

x

0

,

dxdx

)

x

(

q

)

x

(

M

где  х  —  координата  сечения,  измеренная  от  любой  оконечности
судна. Кривые, отражающие эти зависимости, носят название эпюр
соответственно изгибающих моментов и перерезывающих сил 

(рис

.

2.2)

. Чем меньше q (x), тем меньше максимальные значения N (x) и

М (х). Так, например, бревно или равно-

32

(2.

 

1)

мерно  загруженный  понтон,
плавающие 

на 

воде,

практически  не  испытывают
изгиба,  поскольку для них q (x)
в  каждом  сечении  близко  к
нулю. Отсюда следует  важный
вывод: чем лучше соблюдается
условие — груз      распределен
пропорционально 

кубатуре

внутренних  помещений  судна,
тем,  как  правило,  меньше  будут  нагрузки  на  тихой  воде.  Для
оценки нагрузок на тихой воде судов с существенно неравномерной
загрузкой (имеющих пустые трюмы, перевозящих в разных трюмах
грузы  различной  плотности)  обычно  необходимо  строить  эпюры
или,  по  крайней  мере,  определять  нагрузки  на  тихой  воде  в
нескольких  сечениях  по  длине  судна.  Это  обусловлено  тем,  что
максимумы  изгибающих  моментов  и  перерезывающих  сил  могут
находиться  в  сечениях,  положение  которых  в  общем  случае
устанавливают только специальным расчетом.

Для  построения  эпюр  требуется  интегрирование  кривой

нагрузки.  Оно  обычно  выполняется  в  конструкторских  бюро.
Результаты  таких  расчетов  для  характерных  сечений  и  типовых
случаев  нагрузки  приведены  в  Информации  об  остойчивости  и
прочности  грузового  судна 

1

,  которая  имеется  на  каждом  судне  в

виде «графиков прочности», определяющих допускаемые значения
нагрузок N и М применительно к нескольким расчетным сечениям
по длине корпуса.

Чтобы  оценить  нагрузки  судов  с  относительно  равномерным

распределением  груза  по  длине,  на  тихой  воде,  достаточно  найти
изгибающий  момент  в  миде-левом  сечении,  где  он  обычно  имеет
наибольшее  значение.  В  Информации  приведены  графики
прочности только для миделевого сечения таких судов.

Вычисление  изгибающего  момента  на  тихой  воде  в

миделевом  сечении.  В  этом  случае  может  быть  использована
достаточно простая методика, основанная
_________

1

 В дальнейшем указано сокращенно «Информация».

33

Рис. 2.

 

2. Эпюры нагрузок на

тихой воде.

N (

 

x) — эпюра срезывающих сил;

М(x)—эпюра изгибающих моментов.

на  расчленении  нагрузок,  вызывающих
изгиб  корпуса,  на  симметричные  и
асимметричные [7].

Известно,  что  изгибающий  момент  от

чисто 

асимметричной 

нагрузки,

действующей  на  корпус  судна,  в  сечении,
проходящем  через  центр  тяжести  (ЦТ)
ватерлинии,  практически  равен  нулю.
Указанное  сечение  расположено  близко  от

миделевого сечения и изгибающие моменты
в этих двух сечениях не могут существенно
различаться,  так  как  соответствующая
эпюра  не  имеет  скачков.  В  связи  с
приведен-
             ными  соображениями  изгибающий
момент  в  миделевом  сечении,  как  и  в  се-
чении,  проходящем  через  ЦТ  ватерлинии,

можно  вычислять  только  от  симметричной  части  нагрузки  На  этом
положении основаны некоторые практически важные зависимости для
определения  составляющей  изгибающего  момента  на  миделе  от
различно  расположенной  нагрузки:  на  участке  не  перекрывающем
мидель, с ЦТ на расстоянии а от миделя 

(рис. 2. 3, а)

; на участке,

перекрывающем мидель 

( рис. 2. 3, 6)

.

Указанные  зависимости  выводят  с  учетом  следую  щих

дополнительных  допущений:  корпус  судна  рассматривается  как
жесткое  тело,  а  его  обводы  предполагаются  прямостенными  в  районе
действующей  ватерлинии.  Такие  допущения,  как  и  учет  только  чисто
симметричных  составляющих  нагрузки,  не  вносят  заметных
погрешностей  в  расчет  изгибающего  момента  на  тихой  воде  в
миделевом сечении транспортных судов.

Пусть  нагрузка  mg  приложена  слева  от  миделя  с  ЦТ,

расположенным  на  расстоянии  а  от  него  Прикладывая  справа  от
миделя на том же расстоянии а две силы -mg/2 и +mg/2 

(см. рис. 2.3, а)

,

получим

Рис. 2. 3. Схемы  вычисления
моментов 

при 

различно

расположенной нагрузке: а—на
участке,  не  перекрывающем
ми-дель;  б—на    участке,
перекрывающем мидель.