Корпус плавающего судна испытывает на воде действие постоянных и временных сил. К постоянным относятся такие силы, как вес судна и давление воды на погруженную часть корпуса - силы поддержания. Временные силы появляются при качке судна на взволнованной поверхности воды: силы инерции масс судна, ветра и силы сопротивления воды. Все эти силы, как правило, по длине судна распределяются неравномерно. По этой причине возникает общий продольный изгиб корпуса судна.
Способность судна сопротивляться изгибающим нагрузкам называется общей продольной прочностью судна. Общая прочность судна обеспечивается водонепроницаемой оболочкой, которой являются обшивка и верхняя палуба, настил других палуб, продольные переборки.
Кроме продольного изгиба судна, под действием давления воды, груза и механизмов возникает местная деформация днища, бортов, палуб в поперечном направлении.
Способность судна противостоять усилиям, которые вызывают деформацию корпуса в поперечном направлении, называется поперечной или местной прочностью.
В соответствии с требованиями Временных норм прочности морских судов прочность корпуса судна проверяют по допускаемым напряжениям и по предельному состоянию. В первом случае выявляют способность корпуса судна сопротивляться действующим в процессе нормальной эксплуатации силам, во втором — способность сопротивляться кратковременным перегрузкам.
На спокойной воде судно находится в состоянии равновесия под воздействием сил тяжести и поддержания. Однако интенсивность распределения этих сил по длине судна не одинакова, и при их сложении получается эпюра нагрузки, действующей на судно как на балку сложного поперечного сечения. Очевидно, что если в средней части судна наблюдается избыток сил поддержания, а в оконечностях — сил тяжести, то наблюдается перегиб судна, в палубе возникают напряжения растяжения, в днище — сжатия. При изменении соотношения сил тяжести и поддержания наблюдается прогиб судна, характер напряжений меняется. На волнении происходит изменение эпюры сил поддержания за счет изменения размеров и формы смоченной (подводной) поверхности судна. Так, на вершине волны значение силы поддержания в средней части судна существенно возрастает, в оконечностях — уменьшается и наблюдается перегиб судна, на подошве волны — прогиб (рис. 1.11).
Настилы палуб, платформ и второго дна, обшивка днища и борта при возникновении напряжений сжатия (при изгибе) могут потерять устойчивость. Это произойдет тогда, когда напряжения сжатия, вычисленные без учета потери устойчивости, окажутся больше критических напряжений, полученных при расчете на устойчивость упомянутых связей. В результате пластины настилов, платформ или обшивки выпучатся и не смогут воспринимать продольных усилий, превышающих усилия потери устойчивости. Эту дополнительную часть нагрузки воспримут продольные связи, не потерявшие устойчивость (карлингсы, стрингеры, продольные балки набора корпуса), напряжения в них увеличатся.
В связи с этим все продольные связи, включаемые в состав эквивалентного бруса, разделяют на гибкие связи, которые могут потерять устойчивость, и жесткие, не теряющие устойчивости. К жестким связям относят все продольные балки набора с присоединенными к ним поясками (примыкающими слева и справа участками пластин шириной 0,25 размера короткой стороны опорного контура пластины). К гибким связям относят все пластины (настилы, наружную обшивку) за вычетом присоединенных поясков жестких связей.
Системы набора корпуса судна
Расположение балок главного направления в перекрытии определяет его систему набора, а система набора большинства перекрытий — систему набора корпуса судна в целом. Различают три системы набора корпуса судна: поперечную, продольную и комбинированную.
При поперечной системе набора продольную прочность обеспечивают редко расставленные днищевые и бортовые стрингеры, карлингсы, а также кили, наружная обшивка, настилы палуб, платформ. Расположение длинных сторон пластин поперек судна значительно снижает их устойчивость при действии больших усилий, что приводит к увеличению толщины обшивки длинных судов и массы корпуса в целом (уменьшению грузоподъемности). Поэтому поперечную систему набора применяют на сравнительно небольших судах (при длине до 120 м), испытывающих действие относительно небольших изгибающих моментов, на буксирах, судах ледового плавания и т. п.
При продольной системе набора корпуса судна поперечную прочность обеспечивают редко расставленные рамы, наружная обшивка, настилы, поперечные переборки (расставленные чаще, чем при поперечной системе). Расположение длинных сторон пластин вдоль судна значительно повышает их устойчивость при действии больших сжимающих усилий, что позволяет уменьшить толщину наружной обшивки и соответственно массу корпуса в целом. Поэтому продольную систему набора применяют на судах большой длины, испытывающих действие значительных изгибающих моментов (например, на некоторых крупных обрабатывающих судах, танкерах и др.). Оконечности судов всегда имеют поперечную систему набора, так как при незначительных изгибающих нагрузках в оконечностях (см. рис. 1.11) и существенных поперечных нагрузках (при слеминге, ударах в результате столкновений, воздействии ледовой обстановки и т. п.) продольная система их набора неэффективна.
При равной прочности корпус с продольной системой набора имеет массу, на 5—7% меньшую, чем с поперечной, однако его сборка при постройке усложняется, что и ограничивает область применения продольной системы набора.
Борт судна в значительно меньшей степени, чем палуба и днище, участвует в обеспечении общей продольной прочности. Исходя из этого, Ю. А. Шиманский в 1908 г. предложил комбинированную систему набора. При таком наборе продольную систему имеют палуба или днище либо палуба и днище. Комбинированная система находит применение на крупных добывающих, обрабатывающих и приемно-транспортных судах.
Литература
Устройство и основы теории судна - Бронштейн Д.Я. [1988]
Матрос II класса - Михайлов B.C., Носовский А.И., Корниецкий Л.В., Носенко В.М. [2009]
