Вопросы для повторения

1. В чем заключается понятие технологичности и какие виды технологичности конструкций предусмотрены ГОСТом?

2. Какими проектными решениями повышается технологичность судовых конструкций?

3. Назовите принципы технологичности и поясните их содержание.

4. Какими мерами обеспечивается технологичность деталей, узлов и секций судовых корпусов?

5. Назовите основные конструктивные требования к судокорпусным сталям. Чем они вызваны?

6. С какой целью судостроительные стали разделяют на категории? Чем различаются стали одной марки, но разных категорий?

7. Назовите инженерные пути снижения металлоемкости конструкций. Чем это снижение ограничено?

8. Как учитываются коррозия и износ материала при определении проектных размеров связей?

Глава 7. Наружная обшивка § 30. Требования к наружной обшивке

Определение и назначение наружной обшивки. Наружная обшивка — внешняя стальная непроницаемая оболочка корпуса, обеспечивающая вместе с переборками и подкрепляющими обшивку балками заданную теоретическим чертежом форму обводов поверхности судна. По периметру поперечного сечения корпуса наружная обшивка состоит из днищевой, включая обшивку скулы, и бортовой, расположенной выше скулы до В П.

Одно из основных назначений наружной обшивки — обеспечение непроницаемости корпуса при действии внешних нагрузок в период эксплуатации судна. В составе днищевых и бортовых перекрытий наружная обшивка принимает участие в местном изгибе в качестве присоединенных поясков соответствующих балок. В то же время как часть продольных связей корпуса она участвует в общем изгибе судна: днищевая — в составе нижнего пояска, а бортовая — в качестве стенки эквивалентного бруса. Верхний поясок эквивалентного бруса состоит из непрерывных по длине судна участков настила ВП и ее продольных балок. Наружная обшивка, обеспечивая с другими продольными связями требуемые момент инерции и моменты сопротивления расчетного поперечного сечения корпуса, вносит значительный вклад в общую прочность.

Рис. 7.1. Нагрузки, действующие на пластины днищевой обшивки (1): внешнее давление воды р со стороны моря; напряжения ±x от общего изгиба судна и изгиба днищевых продольных балок [вертикального киля (2), днищевого стрингера (4)]; напряжения у от изгиба флора (3) в составе днищевого перекрытия.	Рис. 7.2. Нагрузки, действующие на наружную обшивку со стороны моря: гидростатическая pст (1); волновая рw (2).

Нагрузка на наружную обшивку. Пластины наружной обшивки, расположенные между смежными поперечными и продольными балками, подвергаются одновременному действию поперечной внешней нагрузки и усилий в их плоскости. В плоскости днищевой обшивки на волнении попеременно действуют продольные растягивающие и сжимающие напряжения, обусловленные общим изгибом судна соответственно на подошве и на вершине волны, а также усилия от местного изгиба днищевых балок (рис. 7.1).

В плоскости бортовой обшивки при общем изгибе судна действуют нормальные напряжения, вызываемые изгибающим моментом, и касательные напряжения, обусловленные перерезывающими силами. Таким образом, пластины наружной обшивки находятся в условиях плоского напряженного состояния и подвергаются сложному изгибу.

Интенсивность и характер действия гидростатических, волновых, гидродинамических сил зависят от условий плавания (состояние моря, ледовая обстановка), от размерений, скорости, курсового угла судна, от района наружной обшивки по длине и высоте корпуса и от других факторов.

При положении судна на тихой воде без движения погруженная в воду часть наружной обшивки подвергается гидростатическому давлению, действующему по нормали к ее поверхности увеличивающемуся с глубиной по линейному закону (рис. 7.2). Расчетное статическое давление на тихой воде определяют по формуле (4.2).

У судна на волнении появляются качка и изменяющееся по длине волновое давление воды, которое на уровне расчетной ватерлинии согласно Правилам Регистра СССР находят (в кПа) по формуле

(7.1)

где c_w — расчетная высота волны [см. формулу (5.3)], м; a_v и а_х — коэффициенты, учитывающие влияние скорости, длины судна и положение рассматриваемого сечения. Произведение коэффициентов a_va_x принимают не менее 1,15, что обычно характерно для средней части транспортных судов с ограниченной скоростью движения.

Волновое давление (в кПа) ниже уровня расчетной ватерлинии с учетом общей гидродинамической поправки

(7.2)

а выше уровня расчетной ватерлинии

(7.3)

где z_i — см. формулу (4.2); k_w=1,0 для надводного борта. В любом случае для точек надводного борта волновое давление (в кПа), принимаемое в расчете нагрузки, должно быть не менее

(7.4)

Характер изменения волновой составляющей нагрузки по контуру поперечного сечения судна показан на рис. 7.2.

Внешнее давление (в кПа) на наружную обшивку ниже расчетной ватерлинии сухогрузных и наливных судов с двойным дном при положении на вершине волны равно сумме значений статического давления по формуле (4.2) и волнового давления по формуле (7.2):

(7.5)

На судах с двойным дном и двойными бортами противодавление со стороны топливных, масляных или балластных цистерн внешней нагрузке не учивывают, так как расчетным будет внешнее давление при пустых цистернах.

На наливных судах с одинарным дном и одинарными бортами необходимо учитывать противодавление жидких грузов р_г. При положении танкера, например, на подошве волны расчетное давление на наружную обшивку (в кПа)

(7.6)

Противодавление жидких грузов в рассматриваемой точке приложения нагрузки определяют с учетом размеров и степени заполнения грузового танка, а также расчетных параметров качки. За расчетное противодавление жидких грузов принимают большее значение давления из полученных по формулам (7.5) и (7.6).

Толщина наружной обшивки. Требования к толщине наружной обшивки рассматривают раздельно. Толщину прямоугольных пластин, гнущихся под действием поперечной нагрузки по цилиндрической поверхности, определяют расчетом балки-полоски «единичной ширины» (1 см) и пролетом, равным расстоянию между длинными сторонами пластины [см. формулу (5.10)].

Расчетную толщину наружной обшивки (в мм) исходя из требования местной прочности получают по формуле (5.10), принимая т = 12, а строительную — с учетом добавки на износ и коррозию s_к (см. § 29) по формуле

(7.7)

где к — коэффициент, зависящий от отношения сторон опорного контура пластины [к = 1,0 при а_х/а>2 и к = 0,16(a₁/a+4,2) при 1,5 < а₁/а 2,0]; р — расчетная нагрузка, кПа; k_as = 0,751,20 для днищевой и k_ = 0,801,20 для бортовой обшивки в зависимости от системы набора и района по длине судна.

Кроме местной прочности к пластинам наружной обшивки судов длиной более 60 м предъявляют требование устойчивости при действии в их плоскости нормальных или касательных напряжений. Устойчивость пластин считается обеспеченной, как отмечалось в §25, если ко времени 0,85 срока службы напряжения от общего изгиба судна с учетом коэффициента запаса не превысят критических.

Для днищевой обшивки судов длиной более 80 м из двух рассмотренных требований определяющим обычно является требование местной прочности при продольной системе набора и требование устойчивости при поперечной системе набора. Толщина бортовой обшивки, как правило, обусловлена требованием местной прочности. В некоторых случаях на судах с большим прогибающим на тихой воде моментом для верхней части обшивки борта определяющим может оказаться требование устойчивости.

Проектные толщины наружной обшивки, равные сумме расчетной толщины и надбавки к толщине на износ и коррозию, как уже отмечалось, в любом случае должны быть не менее минимальных (в мм)

(7.8)

Необходимую из условия общей продольной прочности толщину днищевой обшивки можно установить лишь в результате расчета эквивалентного бруса, т. е. после вычисления фактических моментов сопротивления палубы и днища. Этот расчет выполняют при известных размерах всех продольных связей входящих в рассматриваемое поперечное сечение корпуса судна. Поэтому в первом приближении толщину наружной обшивки принимают равной большей из полученных по условиям местной прочности, устойчивости или минимально допустимую.

Окончательно проектные значения толщины наружной обшивки, как и толщины настила ВП (см. гл. 10), устанавливают после сопоставления фактических и требуемых Правилами Регистра СССР [см. формулы (5.4) и (5.5)] значений моментов сопротивления палубы и днища. Если фактический момент сопротивления палубы или днища окажется меньше требуемого более чем на 3—5 %, необходимо соответственно увеличить толщину настила ВП или днищевой обшивки. И наоборот, если фактические значения моментов сопротивления превышают требуемые более чем на 10 %, следует в целях экономии материала уменьшить соответственно толщину настила ВП, днищевой обшивки, сохраняя их устойчивость и местную прочность путем уменьшения шпаций и выполняя требования к минимальным толщинам. Проектная толщина обшивки принимается также с учетом отраслевого стандарта на толщину судостроительной стали и необходимости ее унификации в рамках проекта.