Условия размещения и площадки для размещения статей смотрите здесь
Глава 3 Общие вопросы проектирования корпуса
3.1 Методы определения размеров связей
Размеры конструктивных элементов корпуса {толщину обшивки, параметры
сечения балок набора) можно определять различными методами. Наиболее
распространены три метода рекомендованный Правилами классификационных
обществ (или правилами, издаваемыми ведомствами для некоторых типов
судов), основанный на расчетах прочности (расчетное проектирование),
взятый по прототипу (или на основе статистических данных по ряду
прототипов). Значительно реже используется метод определения размеров
связей па основе испытаний опытных конструкций.
В отечественной практике в зависимости от района плавания проектируемого
судна размеры связей корпуса судна могут выбираться либо по Правилам
Регистра СССР [36], либо по Правилам Речного
Регистра РСФСР [37].
Правила классификации и постройки морских судов Регистра СССР
распространяются на все несамоходные суда с мощностью главных двигателей
55 кВт в более, на все несамоходные суда валовой вместимостью 80 per. т
и более, на пассажирские суда, суда, предназначенные для перевозки нефти
и других горючих и опасных грузов, а также на буксиры независимо от
мощности главных двигателей и валовой вместимости.
Из приведенного перечня видно, что Правила Регистра СССР
распространяются на многие малые суда, имеющие указанную мощность
энергетической установки или указанное назначение.
С разрешения Регистра СССР Правила могут применяться и для
проектирования других типов судов, не перечисленных выше.
Правила классификации и постройки судов внутреннего плавания Речного
Регистра РСФСР распространяются на суда различного назначения и
архитектурного типа, которые подразделяются на классы в зависимости от
расчетных характеристик волнового режима водных бассейнов:
Класс судка Высота волны, м
<М> ....................3,0
<О>.....................2,0
<Р>......................1,2
<Л>.....................0,6
Расчетная высота волны для судов класса <М> соответствует обеспеченности
3 %, а для прочих классов- 1 %.
Суда, построенные по Правилам, могут получить класс соответствующего
классификационного общества. Присвоение судну класса означает, что оно
полностью или в степени, признанной Регистром достаточной, удовлетворяет
требованиям Правил Если в процессе проектирования корпуса будут приняты
какие-либо отступления от этих требований, то их необходимо обосновывать
при рассмотрении проекта инспекциями соответствующего общества.
Правила Регистра СССР до 1975 г. распространялись только на стальные
суда сварной конструкции длиной не менее 20 м. Бюллетенем дополнений и
изменений № 2 к этим Правилам, выпущенным в 1975 г., действие части II
<Корпус> распространено на сухогрузные, промысловые и рыболовные суда
технического флота, грузовые суда ограниченного района плавания, суда
смешанного (река - море) плавания и буксиры длиной от 12 до 20 м при
условии, что соотношения главных размерений этих судов находятся в
предусмотренных правилами пределах.
Эта часть Правил предусматривает применение сталей с пределом текучести
от 235 МПа (2400 кгс/см2) и выше. В ней приводятся требования к
категории стали для различных связей, формулы для определения минимально
допустимых толщин основных связей корпуса и нормальной шпации. Даются
общие указания по проектированию стальных сварных корпусных конструкций
и соединений, размеры швов тавровых сварных соединений. Размеры ряда
основных связей корпуса рассчитывают в зависимости от главных размерений
судна или размеров его элементов. Так определяются размеры штевней,
брускового и вертикального килей, толщина обшивки и т. п. Размеры
поперечных сечений связей, работающих в основном на изгиб, подбирают по
моменту сопротивления.
Чтобы получить момент сопротивления в сантиметрах в кубе, с учетом того,
что приняты а и в метрах, р в метрах водяного столба. Oт в
мегапаскалях, добавлен множитель 102. Размеры ряда связей, определенные
согласно части II Правил |36] без соответствующей корректировки,
получаются завышенными.
Автоматическое распространение действующих Правил Регистра СССР на суда
длиной менее 20 м привело к тому, что конструкторские бюро при выборе
размеров прочных связей были вынуждены отступать от многих требований
Правил чаще в сторону уменьшения размеров. На протяжении последующих лет
Правила корректировались, в результате чего в Правила 1981 г. [36]
внесен ряд изменений, и они стали более приемлемыми для малых судов, чем
ранее действовавшие. Однако опыт постройки и эксплуатации малых судов
показывает, что в ряде случаев от требований действующих Правил следует
отступать. В Правилах завышены многие минимально допустимые тол шины.
Например, толщина бортовой обшивки и концевых переборок надстроек, а
также переборок рубок по Правилам должна быть более 5 мм, а на плавающих
судах длиной 12- 15 м эти толщины составляют 3-4 мм. Минимальная толщина
расчетной палубы по Регистру больше 4 мм, что превышает принятую на
многих малых судах. Тоже можно сказать о некоторых других толщинах На
малых судах требуемые Правилами утолщенные листы палубного стрингера,
ширстрека и горизонтального киля обычно не выделяются. Толщину главных
водонепроницаемых переборок на малых судах принимают не более 3-4 мм при
требуемой толщине 5 мм, а толщину фальшборта не менее 2-3 мм. Па ряде
судов установлены флоры с отогнутыми фланцами на всей длине корпуса, при
этом включаются носовая оконечность и машинное отделение, в которых
установка таких флоров запрещена Правилами. Малые суда, как правило, не
имеют требуемых Регистром усилений набора в машинном отделении, пиках и
в районе ледового пояса. Наружная обшивка в районе ледового пояса
утолщается не более чем на i-2 мм по сравнению с толщиной обшивки таких
же судов, не имеющих ледовых усилений. Возможно облегчение бортового
набора, набора переборок, рубок и других связей корпуса по сравнению с
требуемыми Правилами.
В Правила 1981 г. [36] внесен ряд коррективов, и они более приемлемы для
малых судов, чем ранее действовавшие Правила.
Возможность постройки судна, удовлетворяющего мореходным и
эксплуатационным требованиям, порой зависит от возможности облегчения
ряда связей для получения минимальной массы корпуса. Поэтому разница в
тол шине листов, равная 1 мм, иногда имеет решающее значение.
Малые суда - сборщики льяльных вод, масло- и топливозаправщики и другие
суда, предназначенные для перевозки жидких грузов наливом - должны
проектироваться с учетом требований Правил, предъявляемых к судам для
перевозки нефтеналивных грузов. Однако ЛЦПКБ считает возможным уменьшить
минимальные толщины этих судов на I мм.
Правила Регистра СССР не распространяются на танкеры длиной менее 20 м,
но размеры некоторых связей танкеров длиной около 20 м при любой системе
набора бортов днища и палубы можно определить путем экстраполяции Правил
1981 г. [36).
Размеры связей малых судов можно выбирать по Правилам Английского
Ллойда, Норвежского Веритас, по японским правилам NKK. Однако, по данным
ЛЦПКБ, многие размеры получаются завышенными, как и при использовании
Правил Регистра СССР.
Правила Речного Регистра РСФСР [37] применимы для судов с <речными>
обводами, т. е. плоскодонных с вертикальными бортами, резко выраженной
скулой и малой высотой борта. Использовать эти Правила для килеватых
судов с плавно скругленной скулой затруднительно. Многие размеры связей,
выбранные согласно Речному Регистру РСФСР, также получаются больше, чем
на реальных судах.
В отечественной практике проектирования малых стальных судов иногда
использовались Правила Германского Ллойда для Судов, плавающих в
полузакрытых заливах и фиордах. По этим правилам, в частности, набран
корпус буксирного катера длиной 16 м, о котором упоминалось в 1.2, и ряд
пассажирских судов прибрежного плавания довоенной постройки.
Для стальных парусных яхт имеются Правила Английского Ллойда, а также
Правила Германского Ллойда.
Расчеты прочности могут быть использованы непосредственно для
определения размеров связей (толщины листов, сечения балок набора) при
заданных нагрузках н допускаемых напряжениях, для проверки прочности
спроектированного корпуса или его отдельных элементов, для пересчета
размеров связей по стальному судну-прототипу или прототипу, выполненному
из других материалов
Существует два метода определения размеров прочных связей. Первый метод
применим для статически определимых балок и пластин, рассчитываемых на
какую-то одну известную нагрузку. Например, при известных шпации набора,
нагрузке и допускаемом напряжении можно непосредственно рассчитать
требуемую толщину обшивки, выбрать минимально допускаемый момент
сопротивления бортового ребра жесткости и т. д.
Для статически неопределимых систем (многопролетных балок, перекрытий)
или для связей, рассчитываемых на несколько одновременно действующих
нагрузок, применяют второй метод. В этом случае на основе статистических
данных или по прототипам рекомендуется предварительно определить размеры
связей в первом приближении, затем выполнить проверку их прочности и в
случае, если расчетные напряжения будут больше допускаемых, увеличить
размеры связей, а если меньше допускаемых, - уменьшить. Полученные во
втором и последующих приближениях размеры снова проверяют расчетом на
прочность и корректируют.
Возможность выбора размеров связей и конструктивного оформления узлов по
прототипу зависит от наличия хорошего прототипа, т. е. однотипного судна
(или проекта), надежность и работоспособность конструкции которого не
вызывает сомнений. Если размеры прототипа или его конструкций отличаются
от размеров проектируемого судна, то при определении размеров
проектируемого судна необходимо выполнить соответствующие пересчеты.
Если судно-прототип отличается от проектируемого судна размерами,
воспринимаемыми нагрузками и характеристиками материала, то при
пересчете последовательно используют приведенные выше формулы. Такие
упрощенные пересчеты возможны лишь при одинаковых условиях работы
конструкций и их оформлении. Эти расчеты не дадут должных результатов в
случае, если связи рассчитываются на действие нескольких нагрузок (общий
и местный изгиб днищевого перекрытия, работы переборочной стойки на
поперечный и продольный изгиб и т. п.), а также при разном
конструктивном оформлении конструкций корпуса прототипа и проектируемого
судна.
Организации, проектирующие близкие по размерам, конструкции и назначению
суда, как правило, накапливают богатый статистический материал (по
размерам связей, повреждениям корпусов, объему выполняемых ремонтных
работ), сбор и обработка которого - необходимое условие повышения
качества корпусов будущих проектов. К сожалению, таких данных, особенно
по малым стальным судам, недостаточно.
В книге приведены конструктивные чертежи корпусов большей части малых
судов, спроектированных отечественными конструкторскими бюро, которые
могут помочь конструктору при решении вопросов о выборе размеров связей
корпуса проектируемого судна.
В табл. 17 даны размеры конструктивных элементов моторных лодок и
катеров, заимствованные из книги А. Брикса [6], а в табл. 18-26 размеры
связей стальных малых судов различного назначения, заимствованные из
книги Пишки [35]. Таблицы составлены на основе зарубежного (главным
образом, немецкого) опыта постройки и эксплуатации малых стальных судов,
накопленного за 10-20-летний период, предшествующий выпуску указанных
книг. Данные, приведенные в таблицах, можно использовать для выбора
размеров связей в первом приближении. Соответствие выбранных размеров
современным требованиям следует проверить расчетом прочности, сравнением
с судном-прототипом и другими методами.
При пользовании таблицами следует учитывать конструктивные особенности
малых стальных судов того времени, которые в отличие от современных
строились клепаными или клепано-сварными. Листы обшивки этих судов, а
также обшивка с набором чаще соединялись с помощью заклепок. В качестве
шпангоутов использовались угольники, которые размалковывались так, чтобы
одна полка прилегала к обшивке, а другая располагалась в поперечной
плоскости судна. Флоры приклепывались к обшивке с помощью такого же
угольника, как и шпангоутный, а по верхней кромке имели отогнутый фланец
или приклепанный угольник. Вертикальный киль на килеватых малых судах не
устанавливался, а использовался брусковый киль, к которому
приклепывались отогнутые кромки шпунтовых поясьев наружной обшивки.
При планировании крупносерийной постройки малых стальных судов
полезно предусмотреть проверку прочности одного из первых судов серии в
особо тяжелых условиях эксплуатации, определить величину нагрузок,
приводящих к повреждениям и даже разрушению корпуса, на основе чего
необходимо внести коррективы в конструкцию серийных судов. Затраты на
изготовление опытного образца будут окуплены повышением качества
серийных корпусов.
Метод выбора размеров связей зависит от его достоверности, а также
соответствия размерам, назначению и типу проектируемого судна. Например,
морские малые суда длиной более 12 м можно проектировать на основе
Правил Регистра СССР, а если их длина меньше 12 м, то следует
воспользоваться статистическими данными или данными судна-прототипа.
Также полезно сопоставить результаты, полученные разными методами,
проанализировать причины расхождений и принять для конструкции размеры
по наиболее достоверному в каждом конкретном случае методу либо найти
какое-то компромиссное решение, гарантирующее прочность и надежность
конструкции в процессе эксплуатации.
