Понятие о прочности и системах набора
Корпус судна представляет собой сложное инженерное сооружение, подверженное действию многих сил, из которых важнейшими являются силы тяжести и силы поддержания. Под действием этих сил корпус в целом и его отдельные элементы деформируются.
Приступая к изучению конструкции корпуса морских судов, необходимо познакомиться с основными элементами судна, изображенными на рис. 31. Передняя часть судна называется носом или носовой оконечностью, задняя часть — кормой или кормовой оконечностью. Снизу корпус ограничен днищем. На крупных судах поверх днищевых ребер жесткости днищевого набора настилается второе дно. Между днищем и настилом второго дна образуется междудонное пространство. С боков судно ограничено бортами, которые по ходу судна именуются правым и левым. Сверху корпус закрывается палубой. Палуб может быть несколько: верхняя, или главная, затем вторая, третья и т. д. Счет палуб идет сверху вниз. Пространство между палубами называется твиндеком. Внутри корпус судна поперечными продольными переборками разделен на ряд отсеков. Первый носовой отсек — форпик, последний кормовой — ахтерпик. На палубе располагаются надстройки и рубки, которые могут быть одно- или многоярусными. Носовая надстройка называется баком, кормовая — ютом, между ними располагается средняя надстройка. На главной палубе и палубах бака и юта располагаются элементы судовых устройств.
Силы тяжести и силы поддержания распределены по длине судна неравномерно. Неравномерность распределения сил поддержания резко возрастает, когда судно находится на взволнованной поверхности и может занимать различные положения по отношению к волне. В одном случае середина судна совпадает с гребнем волны и значительно погрузится в воду, а его оконечности выйдут из воды; в другом, наоборот, нос и корма будут находиться на гребнях волн и погрузятся в воду, в то время как середина, совпадающая с подошвой волны, оголится. В первом случае силы поддержания в основном будут действовать посередине длины судна, а во втором — в оконечностях.
Неравномерность распределения сил тяжести и сил поддержания вызывает деформацию общего изгиба, в результате чего судно может поломаться.
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.
Системы набора
Корпус судна состоит из тонкой водонепроницаемой оболочки (наружной обшивки) и подкрепляющих ее ребер — балок, образующих набор корпуса судна. Балки набора являются опорными контурами для пластин наружной обшивки, палубного настила, переборок. Балки набора и пластины оболочки образуют перекрытия: бортовые, днищевые, палубные и переборочные.
Система набора корпуса характеризуется расположением балок главного направления в судовых перекрытиях, что зависит от многих факторов, рассмотрение которых в задачу данного предмета не входит. Поэтому данный вопрос рассматривается с некоторым упрощением без искажения его существа.
В зависимости от расположения балок главного направления по отношению к длине судна различают четыре системы набора судовых перекрытий: поперечную, продольную, клетчатую и комбинированную (см. рис. 30). Системы набора большинства перекрытий характеризуют систему набора корпуса в целом. В настоящее время различают три системы набора корпуса: поперечную, продольную и комбинированную.
Система набора корпуса характеризуется расположением балок главного направления в судовых перекрытиях, что зависит от многих факторов, рассмотрение которых в задачу данного предмета не входит. Поэтому данный вопрос рассматривается с некоторым упрощением без искажения его существа.
В зависимости от расположения балок главного направления по отношению к длине судна различают четыре системы набора судовых перекрытий: поперечную, продольную, клетчатую и комбинированную. Системы набора большинства перекрытий характеризуют систему набора корпуса в целом.
В настоящее время различают три системы набора корпуса:
- поперечную
- продольную
- комбинированную
Поперечная система набора корпуса (рис. 32). При этой системе балки главного направления во всех перекрытиях: бимсы — в палубных, шпангоуты — в бортовых, флоры — в днищевых расположены поперек судна. Расстояние между ними — поперечная шпация — определяется по Правилам Регистра и в зависимости от длины судна колеблется в пределах 500— 800 мм. Поперечная система набора применяется на сравнительно коротких судах (до длины 100—130 м), так как на корпус короткого судна действует небольшой изгибающий момент. Общая продольная прочность таких судов обеспечивается сравнительно небольшой толщиной настила палубы и обшивки днища с небольшим количеством перекрестных связей карлингсами и днищевыми стрингерами, расположенными вдоль судна. Применение поперечной системы набора на более длинных судах приводит к резкому возрастанию толщины листов палубы и днища для обеспечения их устойчивости при сжимающих усилиях, а это снижает грузоподъемность судна.
Поперечная система набора выгодна па ледоколах и судах ледового плавания, так как хорошо обеспечивает устойчивость листов днища и палубы при поперечном сжатии судна льдами. К преимуществам поперечной системы набора следует отнести простоту конструкции, легкость стыковки секций на стапеле, без большого числа продольных связей легче обеспечить непроницаемость поперечных переборок. Недостатком системы является большое число гибочных работ.
Продольная система набора корпуса (рис. 33). При данной системе набора во всех перекрытиях в средней части длины корпуса балки главного направления расположены вдоль судна. Оконечности судна при этом набираются по поперечной системе набора, так как в оконечностях продольная система неэффективна. Балками главного направления в средних днищевых, бортовых и палубных перекрытиях являются соответственно днищевые, бортовые и подпалубные продольные ребра жесткости. Перекрестными связями служат флоры, рамные шпангоуты и рамные бимсы. Продольная шпация определяется по Правилам Регистра и в зависимости от длины судна колеблется в пределах 500—950 мм.
Применение продольной системы в средней части длины судна позволяет обеспечить высокую продольную прочность. Поэтому данная система применяется на длинных судах, испытывающих действие большого изгибающего момента. Большое число продольных ребер жесткости обеспечивает хорошую устойчивость листов палубы и днища при продольных сжимающих нагрузках, что позволяет применять листы из высокопрочной низколегированной стали меньшей толщины. В результате увеличивается грузоподъемность судна. При продольной системе набора сокращается количество гибочных работ.
К недостаткам следует отнести установку высокого рамного набора, загромождающего трюмы; большое количество отверстий в поперечном наборе для прохода продольных ребер жесткости; сложность стыковки секций на стапеле.
Комбинированная система набора корпуса (рис. 34). При данной системе набора палубные и днищевые перекрытия в средней части длины корпуса набираются по продольной системе набора, а бортовые перекрытия в средней части и все перекрытия в оконечностях—по поперечной системе набора. Такое комбинирование систем набора перекрытий позволяет более рационально решить вопросы общей продольной и местной прочности корпуса, а также обеспечить хорошую устойчивость листов палубы и днища при их сжатии.
Комбинированная система набора применяется на крупно-тоннажных сухогрузных судах и низкобортных танкерах. Применение данной системы набора приводит к увеличению грузоподъемности судна, так как из-за рационального размещения балок набора в поперечном сечении корпуса можно снизить толщину листового и профильного проката.
К недостаткам такой системы набора можно отнести некоторое усложнение конструкции в месте перехода от продольной системы к поперечной. Необходимо отметить, что на судах отдельные перекрытия корпуса могут быть нагружены по-разному. Тяжело нагруженными перекрытиями могут быть, например, днищевые и бортовые перекрытия в машинных отделениях, где они воспринимают большую статическую и вибрационную нагрузку; днищевые перекрытия рудовозов, перевозящих в трюмах тяжелый груз — руду; палубные перекрытия сухогрузов, которые могут перевозить на палубе различные тяжеловесы. Для тяжело нагруженных перекрытий применяют клетчатую систему набора. В принципе это поперечная система набора с большим количеством продольных балок. Следовательно, комбинированная система набора корпуса может получиться также от сочетания некоторого количества перекрытий, набранных по клетчатой системе набора, и перекрытий, набранных по каким-либо другим системам набора.
Литература
Устройство и основы теории морских судов - Горячев А.М., Подругин Е.М. [1983]
Матрос II класса - Михайлов B.C., Носовский А.И., Корниецкий Л.В., Носенко В.М. [2009]
