Материалы, применяемые в судостроении
Технический прогресс любой отрасли промышленности в значительной мере обусловливается успехами в создании и использовании высококачественных материалов, обладающих определенным комплексом физических, механических и специальных свойств, и прогрессивной технологией их производства. Прочностные и другие свойства полимерных материалов (пластмасс) далеко не полностью отвечают современным требованиям судостроения, поэтому возможность замены металлов полимерами в судостроении носит достаточно ограниченный характер. Таким образом, основное применение для корпусных конструкций в ближайшие годы, как и ранее, найдут металлические материалы, в первую очередь на основе железа (сталь).
Сталь среди других металлов остается единственным материалом, который при аналогичных затратах на производство обладает наиболее подходящим сочетанием физических и механических свойств. При относительно низких требованиях к массе конструкций используют углеродистые стали обыкновенного качества марок ВСт.Зсп4, ВСт.Зсп2, ВСт.Зкп2 и другие с пределом текучести 235 МПа. Легирование в небольших количествах марганцем, медью и кремнием позволило создать серию низколегированных сталей повышенной прочности: марганцевую 09Г2, хромокремненикелемедистую 10ХСНД, а также нержавеющие стали: хромоникелетитановую 12Х18Н10Т и хромоникелеалюминиевую 09Х17Н7Ю1. Наилучший комплекс физико-механических свойств низколегированных сталей достигнут при их микролегировании ниобием.
Полученная таким путем сталь марки 15ГБ с пределом текучести 353 МПа успешно применяется при постройке судов. Наивысшей прочностью среди низколегированных сталей обладает сталь марки 10ХСНД с пределом текучести 392 МПа. Для судов, работающих в условиях низких температур, разработана низколегированная сталь марки 10ГНБ, микролегированная ниобием и алюминием.
Правила предусматривают использование для изготовления элементов конструкций корпуса судна судостроительной стали нормальной прочности категорий А, В, Д и Е с пределом текучести 235 МПа, а также сталей повышенной прочности с пределами текучести: 315 МПа для категорий А32, Д32, Е32; 355 МПа для категорий А36, Д36, Е36; 390 МПа для категорий Д40, Е40.
Наружная обшивка судна
Наружная обшивка судна – это непроницаемая оболочка корпуса судна, которая вместе с поддерживающим ее набором образует днище, борта и оконечности судна.
Листы наружной обшивки располагают длинной стороной вдоль корпуса судна, а их короткие стороны соединяют стыками, образуя ряд. Соединение продольных рядов листов обшивки именуют пазом, а ряд листов в продольном направлении, имеющих общий паз, — поясом наружной обшивки (рис. 1.10).
Скула судна – участок перехода подводной части от бортов к днищу, а пояс наружной обшивки в районе скулы —скуловым поясом наружной обшивки.
Наружную обшивку, расположенную выше скулового пояса, называют бортовой, а нижнюю часть обшивки, включающую листы скулового пояса, — днищевой обшивкой.
Пояс обшивки, примыкающий к брусковому килю (при отсутствии горизонтального киля), именуют шпунтовым, а крайний пояс настила палубы судна, примыкающий к бортовой наружной обшивке, — палубным стрингером.
Утолщенные листы наружной обшивки судна в районе действия ледовой нагрузки называют ледовым поясом наружной обшивки. Толщина поясьев наружной обшивки, кроме ледового пояса, к оконечностям уменьшается, а ледового пояса увеличивается. Вместе с тем в отдельных местах обшивка может иметь местные утолщения.
Перекрытия судна
Перекрытие судна — участок обшивки или настила, подкрепленный набором и ограниченный опорным контуром, на который опирается набор. Опорным контуром днищевых и палубных перекрытий являются борта и поперечные переборки, бортовых перекрытий - поперечные переборки, днище и палубы. Длина перекрытий равна расстоянию между двумя поперечными переборками или выгородками, высота днищевых перекрытий определяется верхними кромками скулового пояса наружной обшивки, бортовых — расстоянием от днищевого перекрытия до ближайшей палубы или между палубами.
Жесткий элемент набора корпуса судна, предназначенный для восприятия продольных и поперечных нагрузок, называют балкой набора корпуса судна. Балки набора перекрытия располагают параллельно сторонам опорного контура. Балки, которых в перекрытии больше, — балки главного направления, а перпендикулярные им балки перекрестные.
Пластиной именуют часть обшивки перекрытия, расположенную между двумя балками главного направления и двумя перекрестными балками набора.
Шпангоутные рамы
Шпангоутные рамы – рама, которая расположена по периметру в поперечном сечении корпуса судна и состоящую из последовательно соединенных друг с другом балок поперечного набора днища, шпангоутов и бимсов называют шпангоутной рамой, а шпангоутную раму миделевого сечения — мидель-шпангоутом.
Шпация - расстояние между двумя соседними рамами. Шпация по длине судна меняется.
Основные элементы шпангоутной рамы следующие:
Бимс — поперечная балка палубного перекрытия. Обыкновенный бимс выполняют из стального профиля, усиленный — из усиленного стального профиля, рамный (бимс увеличенных размеров) — из сварной тавровой балки. Бимс, идущий от борта и доходящий только до выреза грузового люка или карлингса называют полубимсом, а совпадающий с поперечной кромкой выреза грузового люка — концевым бимсом. Концевой бимс обычно выполняют в виде сварной тавровой балки, а полубимс — в виде стального профиля.
Шпангоут — поперечная балка бортового перекрытия. Как и бимс, он может быть обыкновенным, усиленным и рамным. Ветвь шпангоута, проходящую в трюме, называют трюмным шпангоутом, а в твиндеке — твиндечным. Шпангоут, устанавливаемый между основными шпангоутами, именуют промежуточным, а устанавливаемый в районе оконечностей судна под некоторым углом к ДП — поворотным.
Бимсовая кница — листовая деталь (чаще треугольной формы), соединяющая бимс со шпангоутом.
Флор — поперечная связь днищевого перекрытия судна в виде листов с подкрепляющим набором — сплошного флора, который может быть непроницаемым, разделяющим двойное дно на непроницаемое отсеки, и проницаемым, имеющим овальные или круглые вырезы—лазы, или в виде поперечных балок, идущих изнутри по наружной обшивке днища и снизу настила второго дна, соединенных у бортов бракетами, — бракетного флора. При отсутствии у судна двойного дна флор может быть выполнен в виде сварной тавровой балки.
Бракета — листовая деталь прямоугольной или близкой к прямоугольной формы, предназначенная для соединения набора корпуса судна и присоединения его к обшивке или настилу судна.
Скуловая кница — лист треугольной или близкой к треугольной формы, может быть с отогнутой кромкой или с приваренным пояском. При отсутствии второго дна скуловая кница соединяет шпангоут с флором или крайней днищевой продольной балкой либо крайние днищевые продольные балки с нижними бортовыми продольными балками судна. При наличии второго дна она соединяет шпангоут с крайним междудонным листом — горизонтальным или наклонным листом настила второго дна судна, примыкающим к его наружной обшивке.
Продольные связи набора корпуса судна
Продольные связи набора корпуса судна (см. рис. 1.10). К продольным связям набора корпуса относят стрингеры, карлингсы, кили, продольные балки набора.
Стрингер — усиленная продольная балка набора корпуса в районе бортового или днищевого перекрытия. Днищевой стрингер устанавливают перпендикулярно к ОП судна или нормально к наружной днищевой обшивке судна, бортовой — перпендикулярно или под некоторым углом к бортовой наружной обшивке судна. Днищевой стрингер уменьшенной высоты, расположенный между основными стрингерами по наружной днищевой обшивке или под настилом второго дна судна, называют полустрингером, а стрингер уменьшенной высоты и небольшой протяженности, служащий для распределения локальных нагрузок, приложенных к корпусу судна, — разносящим стрингером.
Карлингс - усиленная продольная балка палубного перекрытия.
Киль судна — продольная балка или балки, или пояс наружной обшивки судна, находящиеся в ДП либо простирающиеся симметрично этой плоскости в районе днища и служащие для обеспечения прочности корпуса судна.
Вертикальный киль — вертикальный днищевой стрингер в ДП, проходящий по всей длине или части длины судна.
Туннельный киль состоит из двух связанных вертикальных балок, расположенных рядом симметрично ДП судна. Горизонтальный средний пояс днищевой наружной обшивки, установленный симметрично ДП судна, называют горизонтальным килем, а киль в виде наружной продольной днищевой связи из бруса или нескольких полос, проходящий между форштевнем и ахтерштевнем по всей длине судна, — брусковым.
Балки набора корпуса судна, расположенные вдоль судна и подкрепляющие наружную обшивку днища, борта, настил палубы или платформы, настил второго дна, именуют продольной днищевой, продольной бортовой, продольной подпалубной балками судна и продольной балкой настила второго дна соответственно.
Ребро в виде профильного элемента, подкрепляющее лист обшивки, настила или балку набора корпуса судна составного профиля и обеспечивающее местную жесткость, называют ребром жесткости корпуса судна, а конструкцию, окаймляющую вырез в палубе, платформе, площадке, переборке, полупереборке, выгородке, настиле второго дна и бортах судна, — комингсом.
Переборки корпуса судна
Переборка — это вертикальная стенка из листов с набором, разделяющая внутреннюю часть корпуса на отсеки или ограничивающая надстройки и рубки. В зависимости от расположения и назначения переборка может быть поперечной и продольной, непроницаемой и проницаемой, главной, форпиковой и ахтерпиковой, полупереборкой, отбойной переборкой, выгородкой, огнестойкой переборкой.
Переборка, установленная в поперечном направлении судна, считается поперечной, в продольном направлении — продольной.
Переборку, которая в эксплуатации или аварийных случаях, предусмотренных расчетом, является непроницаемой, именуют непроницаемой, а к которой не предъявляется требований непроницаемости — проницаемой переборкой корпуса судна.
Непроницаемую поперечную переборку, которая доходит до палубы переборок, простирается от борта до борта и делит судно на отсеки, обеспечивающие его непотопляемость, называют главной поперечной переборкой корпуса судна, а аналогичную продольную переборку, простирающуюся на большей части длины судна и участвующую в обеспечении его общей продольной прочности, — главной продольной переборкой корпуса судна.
Непроницаемые поперечные переборки корпуса судна, отделяющие форпик и ахтерпик от остальных помещений, — соответственно форпиковая (таранная) и ахтерпиковая переборки.
Переборку корпуса судна, проходящую не по всей длине или ширине, или высоте отсека, именуют полупереборкой.
Переборка с вырезами, устанавливаемая внутри цистерн для уменьшения динамической нагрузки от перемещения жидкости—отбойная переборка.
Вертикальную или наклонную стенку с набором или без него, разделяющую помещения внутри отсека судна, называют выгородкой.
Если переборка вместе с изоляцией выдерживает действие пламени и не допускает значительного повышения температуры по другую сторону переборки, то это огнестойкая переборка корпуса судна.
Вертикальную балку набора корпуса судна составного или катаного профиля, входящую в состав набора переборки, именуют стойкой переборки судна, а усиленную стойку переборки — рамной стойкой.
Стойку увеличенных размеров, установленную над вертикальным килем или днищевым стрингером, под которым располагают кильблоки при постановке судна в док, называют доковой стойкой переборки. Горизонтальную балку переборок выполняют из составного или катаного профиля.
Усиленную горизонтальную балку переборки, состоящую из листа с подкрепляющим набором, именуют горизонтальной рамой переборки.
Литература
Устройство и основы теории судна - Бронштейн Д.Я. [1988]
