Конструктивные особенности лесосплавных судов
Контрольная
работа
Конструктивные
особенности лесосплавных судов
План
1 Понятие об общем устройстве судна.
Прочность корпуса судна.
Литература
. Понятие об общем устройстве судна
Несмотря на большое разнообразие судов, что
вызвано различным их назначением, при изучении устройства судна оказывается
возможным выделить и обобщить целый ряд таких конструктивных элементов, которые
являются общими для судов различных назначений.
К числу таких общих конструктивных элементов
относятся водонепроницаемый корпус определенной формы и размеров, способный
плавать и нести на себе необходимое оборудование, к которому относятся
различные судовые устройства и судовые системы, обеспечивающие возможность
эксплуатации судна.
Изучая корпус судна, в нем следует выделить
следующие главные части:
1. Основной корпус который состоит из набора
различных элементов, создающих каркас (скелет) и обшивки - днищевой, бортовой и
палубной, причем последняя может быть и не сплошной.
2. Надстройки, сооружения над основным корпусом
в целях увеличения вместимости судна и создания на судне специальных помещений
для пультов управления, жилищ и для выполнения служб;
. Внутренние перегородки, образующие в
корпусе и надстройке различные помещения и отсеки целевого назначения.
Основной корпус судна. При изучении главных
конструктивных элементов основного корпуса судна в первую очередь необходимо
остановиться на наборе, который образует каркас судна.
Под набором судна подразумевается система
многочисленных и разнообразных балок, уложенных в различных направлениях. Балки
набора воспринимают как внешние, так и внутренние силы, воздействующие на
судно. Внешние силы передаются набору через обшивку, а внутренние силы могут
быть восприняты набором непосредственно, или через специальные перекрытия,
устроенные в судне и распределяющие эти силы на большее число элементов. Как
правило, на судно действуют равномерно распределенные нагрузки различной
интенсивности, а сосредоточенные нагрузки бывают при ударах, посадках на мель и
в некоторых других случаях.
Балки набора каркаса судна и его обшивка в
зависимости от назначения судна, района плавания и материала, из которого
сделан основной корпус судна, имеют большое разнообразие конструктивных форм.
При изготовлении набора металлических судов
применяются различные катанные и сложные составные металлические профили,
которые с помощью электросварки легко и просто соединяются с обшивкой корпуса,
образуя жесткую конструкцию.
При изготовлении набора деревянных судов
применяются различные брусья прямоугольного сечения, а для обшивки судна -
деревянные доски. Характерной особенностью материала деревянных судов является
их большемерность лишь в одном направлении - в длину, а не в толщину и ширину.
В связи с указанным, как набор, так и обшивка состоят из значительного
количества элементов с большим числом соединений между ними.
Надстройки. Под надстройкой в широком смысле
этого слова понимают сооружения, которые занимают часть длины судна по всей его
ширине, когда стенки надстроек являются продолжением бортов основного корпуса.
К надстройкам также относятся и так называемые рубки и другие помещения,
продольные стенки которых располагаются на некотором расстоянии от бортов,
образуя на палубе проходы.
Надстройка в носовой части называется баком. На
судах лесосплавного флота часто бак отсутствует, а для обеспечения
незаливаемости палубы в носу, непосредственно от форштевня, устраивают козырёк,
а на палубе ещё и волнолом.
Надстройки в середине судна чаще всего служат в
качестве жилых и служебных помещений и для устройства на палубе рубок с целью
размещения в них оборудования по судовождению или созданию так называемых
ходовых рубок или мостиков для лучшего обзора курса, по которому движется
судно. Надстройка в кормовой части судна получила название ют.
В промежутках между указанными видами надстроек
верхняя палуба судна обычно ограждается с обеих сторон фальшбортом.
Перегородки, как в основном корпусе, так и в
надстройках устанавливаются в целях:
а) выделения нужных помещений (отсеков);
б) обеспечения непотопляемости судна путём
создания водонепроницаемых отсеков;
в) создания пожарной безопасности;
г) увеличения прочности судна.
Перегородки устраиваются как в поперечном, так и
в продольном направлениях судна. В первом случае они способствуют увеличению
поперечной прочности корпуса, а во втором - продольной прочности.
. Прочность корпуса судна
Под прочностью судна понимается способность его
корпуса не изменяя своей формы, воспринимать действия всех внешних сил.
Плавающее на воде судно постоянно находится под
действием внешних сил, которые вызывают в элементах его набора напряжения.
Такими внешними силами являются гидростатическое давление воды, собственный вес
судна и находящихся на нём грузов, сила удара волны, сила удара при швартовке
или столкновении, силы, возникающие при посадке на мель, при ударе о лёд,
действии буксирного каната, гидродинамическом действии набегающего потока и
т.п. Под действием этих сил корпус стремится деформироваться. Эти деформации
могут быть в продольной плоскости, обусловливая появление прогиба или перегиба
судна и в поперечной вертикальной плоскости, приводя к деформации шпангоутных
рам и отдельных элементов набора корпуса и обшивки судна. В соответствии со
сказанным, различают общую продольную прочность корпуса, поперечную прочность и
местную прочность.
Общая продольная прочность.
Рассмотрим случай плавания судна на спокойной воде. По всей длине судна на его
подводную часть действуют силы гидростатического давления, интенсивность
которых зависит от формы обводов подводной части судна и пропорциональны
площадям погружённой части шпангоутов. Закон изменения этих сил характеризуется
строевой по шпангоутам, а сами силы направлены вверх, как это видно на рисунке
18. Наряду с этим по всей длине судна на него действуют и сила веса - корпуса и
грузов. Вес корпуса представляет собой равномерно распределённую нагрузку. Вес
механизмов, который передается корпусу через фундаменты, является
полураспределенной нагрузкой. Сосредоточенными нагрузками могут быть переборки
или отдельные штучные грузы. Однако, учитывая, что сосредоточенные силы
составляют лишь незначительную часть от общей весовой нагрузки, их можно, с
достаточной для расчётов точностью, считать полураспределёнными весами и вместе
с весом корпуса судна представить эпюрой весовой нагрузки с направлением сил
сверху вниз (рисунок 18). Из теории плавучести судна известно, что 
Vп,
следовательно, площади этих эпюр равны между собой. Однако, в любом случае по
длине судна ординаты гидростатического давления могут быть не равны ординатам
весовой нагрузки. Если совместить эти эпюры (рисунок 18), то на некоторых
участках длины судна силы веса будут преобладать над силами поддержания, а на
некоторых - наоборот.
С учётом знаков направления действия
результирующих сил эта эпюра показана на рисунке 1. Алгебраическая сумма
равнодействующих положительных и отрицательных значений всегда должна быть
равна нулю.
Рисунок 1 - Эпюры сил
а - силы гидростатического давления
б - силы веса
в - наложение эпюр «а» и «б»
г - результатирующие силы и их
моменты
Несовпадение направления действия
рассмотренных сил по длине судна заставляет его изгибаться, а в случае
недостаточной прочности корпуса судна появляются остаточные деформации.
Длят определения прочных размеров
судна необходимо найти численные значения изгибающих моментов в различных его
сечениях. Для этого принимают судно как пустотелую балку с нагрузкой
сосредоточенными силами. Согласно эпюрам сил определяются изгибающие моменты.
При определении изгибающих моментов
руководствуются правилом знаков. Моменты, обусловливаемые силами, направленными
вверх, имеют знак (+), а направленными вниз (-). Математическая зависимость для
численного значения изгибающего момента, действующего в сечении посередине
суда, согласно принятому правилу знаков, выразится следующим уравнением
судно палуба корпус борт
Для вычисления этого момента эпюру
нагрузки судна обычно заменяют сосредоточенными силами Р, приложенными на
расстоянии l от
миделевого сечения судна. Если рассматриваемая сумма моментов 
будет иметь
знак (+), судно испытывает прогиб, когда оконечности судна под действием
моментов стремятся подняться, а середина судна опуститься. Если же сумма
моментов будет иметь
знак (-), судно испытывает перегиб, когда середина судна под действием моментов
будет подниматься, и оконечности опускаться. Действия этих моментов показаны на
рисунке 2.
а)
б)
а) перегиб;
б) прогиб.
Рисунок 2 - Изгиб судна
Как правило, наибольшее значение изгибающего
момента около середины длины судна. Нормальные напряжения
σ,
действующие в поперечном сечении корпуса, определяются по известной формуле
где W - момент
сопротивления сечения, в котором действует максимальный изгибающий момент.
[σдоп] -
допускаемое напряжение
Напряжения в наиболее удаленных от
нейтральной оси элементах корпуса судна (в палубе или днище) определяются по
формуле
,
где I - момент
инерции сечения судна.
hmax -
максимальное удаление волокон элементов корпусов от нейтральной оси.
Для определения момента инерции I корпус
судна рассматривают как сложную составную балку, состоящую из целого ряда
конструктивных элементов. Для этого заменяют миделевое сечение судна условной
балкой, называемой эквивалентным брусом, под которым понимается совокупность
всех продольных связей корпуса, принимающих участие в восприятии изгиба. В
эквивалентный брус включают площади на соответствующей высоте лишь тех
продольных элементов крепления судна, которые идут по всей длине или большей
его части, и, следовательно, могут сопротивляться действию изгибающего момента.
Простейший вид эквивалентного бруса,
вычерченного в определенном масштабе, представлен на рисунке 3. Горизонтальный
и вертикальный масштабы могут быть разными.
Рисунок 3 - Эквивалентный брус
Расчет ведется в следующей
последовательности: вычисляют площадь сечения эквивалента бруса Fo состоящую
из суммы отдельных площадей слагаемых элементов 
.
;
после этого находят статический
момент эквивалентного бруса S относительно оси, проходящий через
основание бруса:
далее находят расстояние от
основания эквивалентного бруса до его нейтральной оси h по формуле:
;
зная положение нейтральной оси,
определяют расстояние от этой оси до наиболее удаленных элементов судна h max
Найдя значение 
, не
представляет труда вычислить значение момента инерции h сечения
сложной составной балки.
В случае, если 
, поступают
следующим образом:
1. Изменяют распределения по длине судна
весовой нагрузки и заново вычисляют моменты;
2. Подбирают иные сечения элементов
корпуса;
. Изменяют материал, из которого элементы
должны быть изготовлены, и опять проверяют напряжения, пока не получат
удовлетворительного результата.
Выше был рассмотрен наиболее простой случай,
когда на корпус судна действовали лишь силы поддержания воды и силы веса при
условии плавания судна на спокойной воде. В действительности судно может
находиться и в иных, более неблагоприятных условиях, когда на него могут
действовать силы от действия руля, удары судна о судно, судна об дно, берега
водотоков, от тяги буксировщика или от работы двигателя, от качки и др.
Последние силы, кроме чисто динамического воздействия волн на корпус судна в
виде ударов, оказывают и другое вредное действие, которое связано с изменением
эпюры сил поддержания, вследствие чего увеличивается изгибающий момент, а при
нахождении судна на косой волне возникает деформация от скручивания судна.
В самом общем виде, в случае плавания судна в
условиях волнового режима, судно может оказаться или на гребне волны или на её
подошве (рисунок 4) .
В обоих случаях эпюра весовой нагрузки судна
остается такой же, какой она была в случае плавания на спокойной воде, а эпюра
сил поддержания изменит свое очертание.
Если профиль волны известен, не представляет
труда построить эпюру сил поддержания судна для случаев нахождения его как на
вершине волны, так и на подошве её. Несовпадение площадей эпюр сил веса и сил
поддержания по длине судна в этом случае будет более резким. Это указывает на
то, что кривая нагрузки будет более ступенчатой, что, в конечном счете,
вызывает для середины судна значительно большие значения изгибающих моментов.
При нахождении судна на вершине волны получится отрицательный момент,
вызывающий перегиб судна, а при нахождении судна на подошве волны момент будет
положительный, и судно будет испытывать прогиб.
а) На гребне волны
б) На подошве волны
Рисунок 4 - Положения судна на волне
Кроме приведенного упрощенного расчета на общую
продольную прочность от действия изгибающих моментов, судно проверяется так же
и на касательные напряжения от действия перерезывающих сил, эти расчеты ведут
по известным зависимостям строительной механики.
Поперечная и местная прочность. Под действием
сил веса и сил давления воды корпус судна подвергается и в поперечной плоскости
различным деформациям (рисунок 5).
а) сжатие корпуса от гидростатического давления.
Корпус подвергается сжимающим усилиям; при недостаточной прочности шпангаутных
рам они будут деформироваться;
б) сжатие от гидростатического давления и
действия грузов. Грузы передают свой вес или непосредственно на днищевые или
бортовые ветви шпангаутных рам или через бимсы на бортовые ветви, изгибая
последние и вызывая тем самым сжатие корпуса .
Рисунок 5 - Деформации корпуса
а) сжатие корпуса
от гидростатического давления
б) сжатие корпуса
от гидростатического давления и действия грузов
в) перекос корпуса судна
г) поперечный изгиб корпуса судна
Перекос корпуса судна нахождения судна на волне,
когда высота уровней с каждого борта различна. Этот перекос имеет место и при
бортовой качке и, в конечном своем виде, приводит к скручиванию судна;
Поперечный изгиб корпуса судна. Это происходит
или в случае посадки судна на мель; или когда судно находится в доке на
ремонте; или на стапеле, когда строится. Равнодействующие силы поддержания в
этом случае заменяются сосредоточенными силами реакции дна водоема или силами
опорных реакций кильблоков.
Таким образом, во всех случаях при расчете
поперечной прочности судна приходится иметь дело с изгибом ветвей шпангоутных
рам и с их сжатием или растяжением
Для увеличения поперечной прочности судна наряду
с устройством поперечных переборок делают особенно усиленной часть шпангоутных
рам, такие шпангоуты называются рамными шпангоутами.
У высоко бортных судов для создания поперечной
прочности, в особенности в районе люков, где отсутствуют верхние ветви
шпангоутных рам - бимсы, устраивается специальное крепление бортов.
Под местной прочностью понимается прочность
каждого в отдельности элемента набора корпуса или его обшивки. Расчеты этих
элементов производят методами, изучаемыми в курсе «Строительная механика
корабля».
Литература
Особенности
проектирования судов экологического назначения Методические указания,
2011Авторы: Давыдова С.В.
Особенности
проектирования танкеров. Конспект лекций, 2002 Авторы: Роннов Е. П., Любимов В.
И.
Оформление
общепроектной и технической документации в курсовых и дипломных проектах:
Методические указания 2005 Авторы: Кеслер А. А., Бурмистров Е.Г.
Оценка
технического состояния корпусов судов. Методические указания, 2006 Авторы:
Зяблов О.К, Фунтикова Е.В.
Оценка
уровня технической эксплуатации судна. Методические указания 2010 Авторы:
Зяблов О.К.
Принципы
архитектурного проектирования судов. Методические указания, 2006 Авторы:
Любимов В. И.
Проверка
остойчивости судов внутреннего плавания. Методические указания, 2009 Авторы:
Роннов Е. П.
Проектирование
судов внутреннего плавания. Учебное пособие, 2009