Глава 4. Общий изгиб и общая продольная прочность судна 85

§ 16. Внешние силы, вызывающие общий изгиб судна 85

Во время эксплуатации в море судно подвергается действию гравитационных, гидростатических, гидродинамических и инерционных сил. Степень воздействия внешних сил зависит от состояния моря, интенсивности волнения, а также от размерений, общего устройства и скорости судна, формы и полноты обводов корпуса, вида загрузки и распределения перевозимых грузов или балласта и др. 85

До 50-х годов размеры конструктивных элементов корпусов морских торговых судов назначали только в зависимости от главных размерений, считая их условными измерителями внешних сил. Такой эмпирический метод оценки внешних сил, базировавшийся в основном на опыте эксплуатации, был в определенной степени оправдан, поскольку суда одного назначения оставались подобными по архитектурно-конструктивному типу, форме обводов, распределению перевозимых грузов, имели умеренную скорость. К тому же наука не давала тогда достаточно обоснованных методов определения действительных или близких к ним внешних нагрузок. С начала 50-х годов наметилось быстрое развитие торгового флота, углубилась специализация, появились новые типы морских судов, увеличились их скорости. В этих условиях стало необходимым учитывать индивидуальные особенности общего устройства судов. 85

Для удобства определения и изучения расчетных значений внешние силы рассматривают раздельно в зависимости от состояния моря, а именно: силы, действующие на судно на тихой воде, и дополнительные силы, вызванные волнением. Указанное разделение внешних нагрузок отражает и различие их физической природы. На тихой воде действующие силы — гравитационные (силы тяжести) и гидростатические (силы поддержания)— являются практически постоянными, поскольку изменяются очень медленно в течение рейса. На волнении же действующие гидродинамические и инерционные нагрузки, наоборот, изменяются во времени очень быстро, т. е. являются переменными. 85

Увеличение размерений и скорости судов, применение новых конструкционных материалов, проектирование и постройка судов новых типов потребовали разработки научных методов оценки внешних сил и работоспособности судовых конструкций. При проектировании таких судов нельзя воспользоваться опытом их эксплуатации. Перенос же требований правил классификационных обществ к традиционным типам судов на суда новых архитектурно-конструктивных типов или больших размерений связан с серьезными последствиями: либо переутяжелением (при избыточной прочности), либо повреждениями и разрушениями (при недостаточной прочности) конструкций из-за неучета ранее не проявлявшихся компонентов внешних сил. 86

Исследование и анализ внешних сил и особенно тех, что действуют на волнении, — наиболее сложная проблема строительной механики корабля. Многочисленные теоретические и экспериментальные работы, выполненные учеными ряда стран, в том числе и отечественными (Г. В. Бойцовым, В. В. Козляко-вым, Я. И. Короткиным, А. А. Курдюмовым, А. И. Максимаджи, О. М. Палием, Д. М. Ростовцевым и др.), позволили научными методами получить необходимые для проектирования судовых конструкций достаточно достоверные расчетные нагрузки. Однако исследование внешних сил, вызываемых волнением моря, еще далеко от завершения, а появление плавсредств новых типов и конструкций ставит перед наукой более сложные задачи. 86

Общая деформация корпуса в продольной вертикальной плоскости судна под действием вертикальных составляющих внешних сил называется общим продольным изгибом. Общий продольный изгиб судна характеризуется тем, что вызываемые внешними силами напряжения распределяются по всему поперечному сечению корпуса подобно напряжениям при изгибе призматической балки. 86

Общий изгиб корпуса наблюдается как при плавании судна на тихой воде, так и на волнении. В зависимости от распределения по длине судна и направления действующих внешних сил характер деформации корпуса при общем изгибе может быть различным. Общую деформацию корпуса в продольной вертикальной плоскости, при которой палуба сжимается, а днище растягивается, называют прогибом. И наоборот, общую деформацию корпуса, при которой палуба растягивается, а днище сжато, называют перегибом. 86

На тихой воде характер общей деформации корпуса (прогиб или перегиб) обычно сохраняется в течение всего рейса, пока постоянно распределение основных грузов или балласта, хотя степень кривизны корпуса в ДП изменяется по мере расхода топлива и запасов. На волнении общая дополнительная деформация корпуса изменяется циклически: прогиб корпуса чередуется с перегибом. Волновые деформации, как и волновые нагрузки, суммируются с деформацией корпуса на тихой воде. 86

На волнении, кроме общего изгиба в вертикальной плоскости, корпус судна испытывает общий изгиб в горизонтальной плоскости, параллельной основной, а также подвергается кручению. Общий изгиб в горизонтальной плоскости в основном обусловлен асимметрией погруженных площадей шпангоутов и, как следствие, появлением не уравновешенных в сечениях по длине судна гидродинамических сил, а также силами инерции при бортовой качке. Учет напряжений, вызываемых общим горизонтальным изгибом и кручением корпуса стал актуальным для судов с большим раскрытием палубы (судов открытого типа) и и для судов с бортовыми лацпортами (вырезами). 87

Внешние силы, вызывающие общий изгиб корпуса в вертикальной плоскости, являются доминирующими. Поэтому ниже рассмотрены методы определения расчетных значений внешних сил, действующих только в вертикальной плоскости. 87

При постройке, спуске и ремонте корпус судна испытывает реакции опорных и спусковых устройств, которые также учитывают при проектировании конструкции корпуса. 87