Условия размещения и площадки для размещения статей смотрите здесь
Глава 2. Прочность корпуса
2.2 Классификация корпусных конструкций. Системы набора
Корпус малого стального судна можно представить в виде тонкостенной
пустотелой балки переменного по длине сечения, состоящей из оболочки
(обшивки, настила палубы), подкрепленной балками набора и жесткими
диафратами (поперечными переборками, выгородками, платформами и т. п.)Л
Характерной особенностью конструкции корпуса судна, ее отличием от
конструкций зданий, мостов и других наземных сооружений является
многообразие действующих на корпус сил, восприятие отдельными связями
корпуса различных комбинаций этих сил, что приводит к сложным
деформациям связей, к сложному напряженному состоянию Например, наружная
обшивка непосредственно воспринимает гидростатическое давление воды и
другие нормальные к ее поверхности нагрузки. Являясь непрерывной
продольной связью, обшивка обеспечивает общую продольную прочность.
Вместе с другими связями она воспринимает и поперечные нагрузки. Кроме
того, полосы обшивки, расположенные вдоль балок набора, участвуют в
изгибе балок в качестве их присоединенных поясков. Естественно, что при
одновременном действии перечисленных нагрузок напряженное состояние
обшивки очень сложное.
Балки набора корпуса, как правило, испытывают действие различных сил.
Например, бимс воспринимает поперечное нагрузки, передаваемые палубным
настилом, испытывает осевое сжатие при действии поперечных нагрузок на
борта, обеспечивает устойчивость палубного пастила при его сжатии и т.
п.
Прочность элементов корпуса, воспринимающих несколько нагрузок, обычно
рассчитывают на одну главную нагрузку, а действие других учитывают при
выборе запаса прочности. Однако некоторые конструкции рассчитывают на
несколько одновременно действующих нагрузок. Например, днищевое
перекрытие рассчитывают на одновременное действие общего и местного
изгибов.
Набор, подкрепляющий обшивку и палубный настил, по расположению
относительно главных плоскостей судна делится на поперечный (флоры,
шпангоуты, бимсы) и продольный (днищевые, скуловые и бортовые стрингеры,
карлингсы, продольные ребра жесткости). Обшивка переборок подкрепляется
горизонтальными (ребрами, шельфами) и вертикальными (стойками) балками.
Масса конструкций и трудоемкость их изготовления зависят от расстояния
между балками набора. Если балки одного направления расставлены на
сравнительно небольшом расстоянии, то перпендикулярные к ним балки
располагают на расстоянии, в три - пять и более раз большем. Балки,
расставленные чаще, называют балками главного направления, а
расставленные реже перекрестными. Последние подразделяются на
поддерживающие и разносящие (распределительные). Поддерживающие балки
имеют большой профиль и служат опорой для балок главного направления.
Разносящие балки имеют профиль, близкий к профилю балок главного
направления или одинаковый с ними, и служат для разнесения
сосредоточенных нагрузок на ряд балок главного направления.
Расстояние между одноименными балками набора принято называть шпацией.
Можно выделить шпацию балок главного направления и шпацию перекрестных
балок.
Система набора определяется расположением балок главного направления.
При поперечном расположении этих балок система набора будет поперечной,
а при продольном - продольной.
Балки главного направления и перекрестные делят обшивку на отдельные
пластины, толщина которых мала по сравнению с размерами сторон опорного
контура. Очевидно, что при поперечной системе набора пластины своей
длинной стороной будут сориентированы поперек судна, а при продольной -
вдоль. В случае, когда размеры шпаций поперечных и продольных балок
равны, отмечается клетчатая система набора, используемая очень редко.
Балки набора по возможности должны образовывать замкнутые контуры.
Например, флор, шпангоуты и бимс образуют раму, расположенную в
поперечной плоскости, называемую шпангоутом. Вертикальный киль,
диаметральные стойки поперечных переборок и средний карлиигс образуют
раму, расположенную в диаметральной плоскости и т. п. В узлах стержни
рам, как правило, соединяют с помощью книц. Каждый стержень в составе
рамы работает на изгиб лучше, чем отдельный стержень, благодаря
разгружающему действию балок, которые расположены в соседних пролетах,
обеспечивающих уменьшение угла поворота на опорах и величины пролетного
изгибающего момента. Замыкание расположенных в одной плоскости стержней
в раму является одной из мер, которые позволяют снизить концентрацию
напряжений и избавиться от <жестких точек> по концам стержня,
образующихся в местах соприкосновения с обшивкой срезанных концов балок
набора, концов книц или углов других конструкций. В <жестких точках> в
процессе эксплуатации судна могут появиться трещины.
При выполнении расчетов местной прочности корпус судна условно делится
на отдельные перекрытия, состоящие из обшивки и подкрепляющих ее балок
набора, ограниченных жестким опорным контуром. Палубным перекрытием,
например, называется часть палубы, состоящая из палубного пастила и
набора, ограниченная бортами и двумя соседними поперечными переборками,
или часть палубы, ограниченная бортом, продольной и двумя поперечными
переборками. Соответственно бортовым перекрытием является часть борта, в
которую входят обшивка и балки набора и которая ограничена жестким
опорным контуром, состоящим из палубы, днища и двух соседних поперечных
переборок и т. п. Переборки тоже рассматриваются как перекрытия.
По характеру работы элементы конструкции корпуса принято делить на
следующие четыре категории:
непосредственно воспринимающие давление воды и другие распределенные
нагрузки (обшивка и настилы);
воспринимающие нагрузку от элементов первой категории. К ним в расчетах
прочности обычно относят только балки Главного направления, полагая, что
нагрузка на перекрестные балки передается в виде реакций балок главного
направления;
служащие опорами для элементов второй категории (перекрестные балки);
служащие жесткими опорами для концов перекрестных балок и балок главного
направления перекрытий (для палубных и днищевых балок опорами служат
борта и переборки, для бортовых- палуба, днище, переборки и т. п.).
Известно, что резкое изменение площади поперечного сечения или обрыв
связи обусловливает появление концентрации напряжений. При неправильном
конструктивном оформлении некоторых узлов первых цельносварных судов,
построенных без должного учета монолитности и большей жесткости сварных
корпусов по сравнению с клепаными, именно концентрация напряжений была
причиной многочисленных разрушений корпусных конструкций.
Связи, идущие на части длины, либо связи с резким изменением сечения
называют прерывистыми. К ним относятся палубы с большими вырезами,
продольные связи надстроек и рубок, фундаментные балки под главный
двигатель, карлиигсы и днищевые стрингеры, не доходящие до носа и кормы,
поперечные связи с резким изменение сечения и т. и.
Если материал связи достаточно пластичен, то благодаря пластической
деформации металла в районе концентрации напряжений, когда последние
достигают значений, равных пределу текучести, будут повышаться
напряжения в прилегающих к району концентрации участках стали, и
целостность конструкции сохранится. Если же материал недостаточно
вязкий, то напряжения в зоне концентрации могут достигнуть предела
прочности (при статически приложенной нагрузке) или предела усталости
(при переменной нагрузке), что приведет к появлению трещин.
Прерывистые связи состоят из прерывистых и непрерывных частей. Так,
участки палубы у бортов, идущие по всей длине, непрерывные, а участки
палубы на ширине больших вырезов (кокпита, нала, люка и т. п.)
прерывные. При обрыве или резком окончании карлингсов, которые работают
вместе с присоединенным пояском палубного пастила, карлингсы являются
прерывной частью, а присоединенные пояски - непрерывной. При
неправильном конструктивном оформлении в палубном настиле у конца
карлингса может возникнуть опасный очаг концентрации напряжений.
На концентрацию напряжений влияет длипа прерывной части, конструктивное
оформление ее концов и соотношение площадей поперечного сечения
прерывной и непрерывной частей. Если длина прерывной части такова, что
средняя ее часть полностью включается в работу прерывистой связи, то
дальнейшее увеличение длины прерывной части не приведет к увеличению
концентрации напряжений, величина которой зависит от площади и жесткости
прерывной части в районе перехода. Следовательно, снизить концентрацию
напряжений можно уменьшением жесткости прерывной части у перехода. Это
достигается постепенным уменьшением сечения конца прерывной части, а
также установкой переходных книц или устройством скруглений прерывной
части у ее конца. Напряжения в районе концентрации можно снизить и
установкой местного, ограниченного по длине, подкрепления непрерывной
части в районе перехода.
Концентрация напряжений зависит также от технологического процесса
сборки и сварки конструкций. Существенно повысить концентрацию
напряжений могут технологические дефекты в районе перехода, а в процессе
эксплуатации она может увеличиваться вследствие коррозии. При небольшой
длине прерывной части в ее середине напряжения не достигают расчетных
значений, и концентрация напряжений будет тем меньше, чем меньше длина
прерывной части.
Правила классификационных обществ и. другие нормативные документы,
используемые при проектировании конструкции корпуса, содержат
необходимые требования к проектированию отдельных прерывистых связей.
Такие требования, применимые к малым судам, излагаются ниже.
При правильном конструктивном оформлении прерывистых связей коэффициент
концентрации напряжений равен 1,5-2,0.
Концентрация напряжений неопасна для малонагруженных конструкций.
В случае превышения действующей нагрузки могут возникнуть следующие
повреждения корпуса:
вмятины (местные остаточные деформации листов обшивки вместе с балками
набора);
бухтины (местные, отдельно расположенные остаточные прогибы пластин
между балками набора);
гофры (остаточные прогибы листов волнообразного характера на ряде
смежных шпаций).
Разрушения обшивки могут быть в виде трещин, разрывов или пробоин.
