3. Расчет крепления палубных грузов

Исходные данные
Перевозится тяжеловес (ящик прямоугольной формы) весом 30 тонн, размером 5х2х3 (длина, высота, ширина) метров, установленный на палубе вдоль судна между комингсом люка и фальшбортом
Максимальный угол крена (град.)	30
Максимальный угол дифферента (град)	10
Период бортовой качки (с)	15
Период килевой качки (с)	7
Высота фальшборта (м)	1.2
Координаты центра тяжести груза (м) X Y Z	30 6 11
Допустимая нагрузка на палубу (кН/м²)	45
Ширина судна (м)	14.0
Высота надводного борта на миделе (м)	2.1
Длина полубимса (м)	6

1. Расчет внешних сил, действующих на груз в продольном, поперечном и вертикальном направлениях, производится по формуле:

F(x, y, z) = ma(x, y, z) + Fw(x, y) + Fs(x, y)

где F(x,y,z) – продольные, поперечные и вертикальные силы;

m - масса груза;

а(x,y,z) - продольное, поперечное и вертикальное ускорение;

Fw(x,y) - продольная и поперечная сила ветрового давления:

Р_вет = 1.5  S_п

где S_п - площадь парусности груза (соответственно поперечная и продольная).

Fs(x,y) - продольная и поперечная сила удара волн.

Из таблицы ускорений выбираем для судна длиной = 100 м, эксплуатационной скоростью 15 уз и отношением B/GM ≥ 13:

a_x = 3,8 м/с²;

a_y = 7,2 м/с²;

a_z = 8,1 м/с².

Коэффициент корректуры ускорений для судна длиной 90 м и скоростью 14 уз равен 1,03. Исправленные значения ускорений:

a_x = 3,9 м/с²;

a_y = 7,4 м/с²;

a_z = 8,3 м/с².

Продольная и поперечная сила ветрового давления:

;

.

2. Расчет силы ударов волн при заливании грузов:

где S(x, y) - площадь заливания поверхности, перпендикулярная соответственно осям X и Y;

р = 7,4 кН/ м² при высоте заливания ≤0,6 м;

р = 19,6 кН/м² при высоте заливания ≥1,2 м.

В диапазоне величин высоты заливания более 0.6 м и менее 1.2 м значение р определяется линейной интерполяцией.

Величина высоты заливания определяется по формуле:

где - максимальный угол крена;

высота фальшборта;

В – ширина судна;

- угол крена, при котором внешняя кромка палубы входит в воду;

Т.к. высота заливания больше 1,2 м, p = 19,6 кН. Продольная и поперечная сила удара волн:

Продольные, поперечные и вертикальные силы, действующие на груз:

;

;

.

3.1. Усилия, возникающие в найтовах при бортовой качке

h_к

h_g

h_з

h_п



F_н sin 

F_н

F_н cos 

P_y

P_z

P_y

P_y

N

Уравнение моментов относительно точки N:

.

Отсюда

h_к – расстояние по вертикали от палубы до верхней точки крепления найтова;

b - ширина ящика;

h_g- расстояние по вертикали от палубы до середины ящика;

h_п- половина высоты площади парусности;

h_з – половина высоты заливания.

Условно можно принять h_п=h_з=h_g равно половине высоты ящика.

 - угол между поперечным найтовом и палубой;

P_y-силы инерции и тяжести по оси У (P_y=ma(y));

P_z- силы инерции и тяжести по оси Z (P_z=ma(z));

P'_y-поперечная сила ветрового давления (Fw (y));

P"_y-поперечная сила удара волн (Fs(y)).

Под действием сил, смещающих груз:

С оставляем уравнения сил:

г де N - реакция опоры (палубы), f - коэффициент трения скольжения.

П одставляя во второе третье и четвертое уравнения, получим:

Коэффициент f принимается равным: 0,15 (сталь-сталь); 0,5 (сталь -дерево).

О ткуда находим:

Из полученных значений F_н выбирается большее, которое и принимается за усилие, возникающее в найтовах при бортовой качке. Т.о., усилие, возникающее в найтовах, равно 432,3 кН.