2.3. Принципиальные схемы проектирования элементов корпуса

Принципиальная схема определения размеров - толщин листовых связей (пластин), используемая Правилами РС, сводится к следующей

, (2.3.1)

где - число возможных случаев нагружения;

- расчетное давление для i-го случая нагружения;

- расчетная толщина при i-ом случае нагружения;

- коррозионная надбавка (запас на износ), мм;

- скорость износа (среднегодовое уменьшение толщины), мм/год;

- срок службы связи (конструкции/судна), лет;

- минимальная допускаемая толщина, см.2.5.

После расчетов по схеме (2.3.1) проектант, используя данные о сортаменте проката, принимает строительную толщину - , которую и отражает на чертежах. При этом выборе, как правило,

. (2.3.2)

Принципиальная схема для моментов сопротивления (для площадей - аналогично) сечений балок набора сводится к следующей

(2.3.3)

где - расчетный момент сопротивления при i-ом случае нагружения;

- коэффициент поправки на износ, не менее 1.

При этом, принимаемые строительные толщины полок и стенок балок не должны быть меньше, чем минимальная допускаемая толщина по п.2.5.

Таким образом, схема проектирования связей корпуса включает:

• расчеты размеров, обеспечивающих прочность на разные нагрузки;

• увеличение размеров надбавкой/поправкой на износ для долговечности;

• проверка размеров связей на превышение минимальных толщин;

• принятие строительных размеров связей для чертежей.

Представленная схема не всегда гарантирует обеспечение необходимой общей прочности корпуса судна. Окончательная проверка общей прочности корпуса выполняется после определения строительных размеров всех элементов, которые могут потребовать корректировки по результатам проверки.

При выборе (принятии) толщин и размеров связей проектировщик должен учитывать, что слишком большая номенклатура хотя и даст рациональный по весу корпус, но снизит показатели унификации и повысит трудоемкость постройки.

2.4. Выбор категории, марки стали и проката

В качестве основного материала корпуса морских судов используется сталь. Для надстроек допускается применение алюминиевых сплавов.

При выборе сталей учитывают их прочность, выносливость, вязкость (хрупкость) при низких температурах, свариваемость, коррозионную стойкость и стоимость.

Прочность сталей определяется при испытаниях на разрыв и характеризуется верхним пределом текучести . В табл.2.4.1 даны характеристики широко применяемых в судостроении марок сталей.

Таблица 2.4.1

Механические свойства отечественных сталей для судостроения

Марка стали	Толщина проката, мм	ReHт, МПа	в, МПа	5, %	ан (Н*м/см2) при температуре, ºС
					+20	−40	−70
ВСт3Сп4	5 – 25	240–250	380–490	26	50–80	3	—
09Г2	4 – 32	310	450	21	—	34	—
10ХСНД	4 – 40	400	520–540	19	—	40–50	30–35

Обозначения: _в – предел прочности (временное сопротивление) при растяжении;

_т – предел текучести при растяжении;

₅ – относительное удлинение при разрыве на базе 5 диаметров;

а_н – ударная вязкость на образцах с надрезом.

Прочность не в полной мере отражает такое свойство сталей как выносливость (или усталостная долговечность). Поэтому при проектировании чаще используют нормативный предел текучести, МПа,

, (2.4.1)

где – коэффициент использования механических свойств сталей

. (2.4.2)

С понижением температуры вязкость сталей сильно снижается, они становятся хрупкими. Поэтому стали делят на категории. На рис.2.4.1а представлены результаты испытаний на ударную вязкость при разных температурах. На основе таких испытаний Правила классификационных обществ определяют требования к выбору категории стали в зависимости от расчетной температуры и толщин связей корпуса, рис.2.4.1б. В обозначении категории используют букву - A, B, D, E или F.

Расчётная температура конструкции определяется минимальной температурой окружающей её среды. Для наружных конструкций выше ватерлинии эта температура принимается равной минимальной температуре окружающего воздуха . Для наружных конструкций подводной части принимается . Если с разных сторон связи находятся разные среды, то температуру можно усреднить:

• при контакте с наружным воздухом и воздухом внутри ;

• при контакте с наружной водой и воздухом внутри .

а б

Рис.2.4.1 Результаты испытаний на ударную вязкость (а) и их учет в Правилах для выбора категорий сталей (б) в зависимости от расчетной температуры и толщин связей (группы II)

Температуру можно принять равной:

-40ºС – для судов ледовых категорий от ЛУ5 до ЛУ9 и ледоколов;

-30ºС – для судов ледовой категории ЛУ4 и ледоколов категории ЛЛ6;

-10ºС – для судов ледовой категории ЛУ2 и ЛУ3;

0ºС – для судов категории ЛУ1 и без ледовых усилений.

Для конструкций подверженных динамическим нагрузкам (например, от ударов при швартовках судна в море) сталь категории А не допускается (рекомендуются категории D или E).

На рис.2.4.1б сплошные линии соответствуют сталям нормальной прочности A, B, D, E, а пунктирные – сталям повышенной и высокой прочности. Для выбора категории все связи корпуса делятся на группы, см. табл.2.4.2.

Сталь для судостроения поставляют металлургические заводы в виде листового и профильного проката, который стандартизован. Габаритные размеры листового проката даны в табл.2.4.3. Данные для профильного проката приведены в Приложении.

Качество сталей определяется техническими условиями. Например: ТУ 5.961-11679-2005. «Прокат толстолистовой свариваемый из стали нормальной, повышенной и высокой прочности», ЦНИИ КМ «Прометей». Он охватывает:

-стали нормальной прочности A, B, D, E;

-стали повышенной прочности A32,36,40; D32,36,40; E32,36,40; F36,40;

-стали высокой прочности D45,50; E45,50; F45,50.

Две цифры после категории отражают прочность – предел текучести (кг/мм²). Кроме этого, возможны дополнительные индексы:

«СВ» или «W» - улучшенной свариваемости;

«Z25» или «Z35» - гарантия сопротивления слоистым разрывам.

В документах при описании материалов следует указывать полные сведения. Пример - сталь РС D32СВZ25, Правила РС; ТУ 5.961-11679-2005.

Расшифровка примера – сталь, удовлетворяющая требованиям РС и соответствующая Правилам РС, категории D, пределом текучести не менее 315 МПа, улучшенной свариваемости, с гарантией сопротивления слоистым разрывам не менее 245 МПа, изготовлена в соответствии с техническими условиями - ТУ 5.961-11679-2005. Для плавучих буровых установок и/или морских стационарных платформ указываются Правила ПБУ/МСП.

Кроме стального проката в судостроении используют:

Стальные отливки для ахтерштевня, руля, ступицы винта, клюзов и т.п., где форма сложная и необходима высокая прочность.

Кованную сталь для баллера руля, штырей руля и т.п., где форма сравнительно проста, но необходима высокая прочность.

Алюминиевые сплавы для скоростных судов, надстроек корпуса и цистерн для сжиженного газа, из-за выигрыша в весе и коррозионной стойкости.

Таблица 2.4.2