5 Проектування елементів конструкцій корпусу судна за Правилами Регістру

5.1 Проектування листових конструкцій корпусу

Корпус судна є складова система, що може бути поділена на дві структури: листову (обшивки, настили) і балкову (судновий набір). Кожне полотнище обшивки або настилу складається з простих конструкцій – поясів. Пояс – конструкція з послідовно з’єднаних короткими сторонами листів.

Розрахунковою моделлю листових конструкцій служить пластина – частка полотнища, яка з чотирьох боків обмежена опорним контуром, що утворюється балками суднового набору.

Переважна більшість пластин мають чітко виражену прямокутну форму і навантажені розподіленим нормальним навантаженням, яке викликає прогинання пластин за циліндричною поверхнею. Розрахунок листових конструкцій полягає у визначені товщини листів, а ширина і довжина їх визначаються умовами прокату і технічними можливостями суднобудівного заводу.

5.1.1 Проектування зовнішньої обшивки корпусу

Зовнішня обшивка складається з обшивки борту і дна. Проектування зовнішньої обшивки починається з розподілу на пояси обрису поперечного перерізу корпусу судна (рисунок 5.1).

Ширина горизонтального кіля b_к, мм, визначається по формулі (2.2.4.4). Товщина його повинна бути на 2 мм більше товщини зовнішньої обшивки дна. Ширина скулового поясу визначається положенням верхньої і нижньої кромки поясу. Нижня кромка відповідає точці поєднання плоскої частини обшивки дна з криволінійною. Верхня кромка в розрахунках приймається вище внутрішнього дна на 200 мм. Товщина скулового поясу приймається рівною товщині обшивки дна, або товщині надскулового поясу, в залежності від того, що більше.

Рисунок 5.1 Розподіл на пояси обрису поперечного перерізу корпусу судна

Ширина ширстрека приймається рівною ширині горизонтального кіля, а товщина його визначається рівною товщині палубного стрингера, або підширстречного поясу борта, в залежності від того, що більше.

Пази зовнішньої обшивки не повинні співпадати з лініями притикання до зовнішньої обшивки будь-яких поздовжніх в`язів.

Товщина зовнішньої обшивки S, мм, за умовами міцності визначається по формулі:

, (1.6.4.4)

де: – наведено в таблиці 5.1. Інші позначення наведені в розділі 2.1.

Для обшивки борту нижче рівня 0,4D визначається лінійною інтерполяцією між дна і борту в межах (0,4 – 0,5)D; для обшивки борту вище рівня 0,5D коефіцієнт визначається лінійною інтерполяцією між на рівні розрахункової палуби і в межах (0,4 – 0,5)D.

Коефіцієнти k_B і k_D визначаються по формулі:

k_B = ; k_D = (2.2.4.1)

де: W – необхідний за Правилами момент опору, см³, корпусу в середній

частині судна згідно розділ 4;

, – фактичні моменти опору, см³, дна і палуби відповідно, в середній частині судна. При виконанні курсового проекту слід прийняти W = = .

Розрахунок товщини листів зовнішньої обшивки за умовами міцності зведено в таблиці 5.1.

Таблиця 5.1. Розрахунок товщини зовнішньої обшивки за умовами міцності

Розрахункові величини та означення	Обшивка дна	Надскуловий пояс обшивки борту	Обшивка борту в межах 0,4D	Обшивка борту в межах 0,5D	Обшивка борту на рівні вантажної ватерлінії	Обшивка борту на рівні розрахункової палуби
	Розрахункові точки
	1	2	3	4	5	6
Менший розмір пластини а, м	0,60	0,60	0,60	0,60	0,60	0,60
Більший розмір пластини b, м	3,0	2,1	3,57	3,57	2,86	2,86
Відношення а/b	0,2	0,29	0,17	0,17	0,20	0,20
Коефіцієнт k = 1,2 – 0,5а/b	1,11	1,06	1,10	1,10	1,11	1,11
Розрахунковий тиск Р, кПа	59,5	53,4	37,4	31,8	22,6	17,8
Коефіцієнт kσ	0,6	0,6	0,6	0,6	0,6	0,6
S' = 15,8аk ,мм	5,9	5,34	4,64	4,3	3,6	3,2
Додаток товщини ΔS, мм	2,40	2,04	2,04	2,04	2,04	2,04
Товщина пластини S = S'+ΔS, мм	8,3	7,38	7,68	6,34	5,64	5,24

Стійкість зовнішньої обшивки дна, надскулового поясу, підширстречного поясу і ширстрека розраховується згідно розд.3.3.

Визначаються розрахункові стискуючі напруження σ_с, МПа, по формулі:

σ_с =

де: I = W_d(D – е)10² – момент інерції, см⁴, поперечного перерізу корпусу судна;

z_i – відстань, м, розрахункової точки від нейтральної осі;

W_d – момент опору, см³, палуби в середній частині судна (1.4.6.2);

D – висота, м, борту;

е – відстань, м, нейтральної осі від основної площини (в курсовому проекті слід приймати:

e = (0,34 + 0,06L10^–2)D.

e = (0,34 + 0,06∙88,1∙10^–2)∙7,23=2,84 м.

За розрахунковий згинальний момент для зовнішньої обшивки дна і надскулового поясу приймається момент, що викликає перегин корпусу, а за розрахунковий згинальний момент для ширстреку і підширстречного поясу приймається момент, що викликає прогин корпусу.

При перегині: I = 8,410⁵(7,23– 2,84)10² = 3,610⁸ см⁴

При прогині: I = 8,9810⁵(7,23 – 2,84)10² = 2,9410⁸ см⁴

Визначаються критичні напруження σ_cr = kσ_с за умови стійкості пластин зовнішньої обшивки, де k = 1,0 – коефіцієнт запасу стійкості для пластин.

Відношення σ_cr/R_ен визначає формулу для розрахунку ейлерових напружень:

σ_cr/R_ен ≤ 0,5 σ_е = σ_cr;

σ_cr/R_ен > 0,5 σ_е = 0,25R_ен²/(R_ен – σ_cr).

Товщина S, мм, пластини зовнішньої обшивки, яка відповідає умовам стійкості, визначається по формулі:

S = ,

де: b – сторона, м, пластини, що сприймає нормальні стискуючі напруження;

n – коефіцієнт, що враховує співвідношення сторін пластини і розподіл нормальних стискуючих напружень вздовж кромки пластини, таблиця (1.6.5.5-1); ∆S – додаток товщини, мм, на знос і корозію, таблиця (1.6.5.5-2).

Мінімальна будівельна товщина S_min, мм, повинна бути не менше:

S_min= (5,5+0,04L) при L > 30м (2.2.4.8)

S_min= (5,5+0,04∙88,1) =7,96 мм

Приймаю S_min=8 мм

Таблиця 5.2. Розрахунок товщин конструкцій зовнішньої обшивки на стійкість

Розрахункові величини	Перегин		Прогин
	Обшивка дна	Надскуловий пояс	Підширст-речний пояс	Ширстрек
Msw, кНм	8,23∙104	8,23∙104	8,23∙104	8,23∙104
Mw, кНм	10,6∙104	10,6∙104	11,9∙104	11,9∙104
Розрахунковий момент МТ, кНм	18,83∙104	18,83∙104	20,13∙104	20,13∙104
Zi, м	2,83	1,83	3,22	4,42
σс, МПа	148,0	95,7	173,9	231,8
σсr= kσс, МПа	148,0	95,7	173,9	231,8
σсr/ReH	0,57	0,37	0,74	0,98
σe, МПа	138,06	87,3	225,9	266,5
a, м	0,6	0,6	0,6	0,6
b, м	3,2	2,1	1,89	1,2
γ = a/b	0,19	0,29	0,32	0,5
ψ – табл.(1.6.5.5-1)	1,0	0,4	0,4	0,5
n	58,30	56,40	9,63	9,02
S' = , мм	11,44	6,07	14,26	15,15
∆S – табл.(1.6.5.5-2), мм	2,40	2,04	2,04	2,04
S = S' +ΔS, мм	17,84	8,11	16,30	17,19