3.3.2. Ледовая нагрузка

Условная ледовая нагрузка определяется в Правилах тремя параметрами: давлением р, длиной l^н и высотой b её распределения, п (3.10.3.1).

В районе BI расчётное ледовое давление вычисляется по формуле (3.10.3.2.3):

, (3.10.3.2.3)

где а₃ – коэффициент, определяемый по таблице 3.5; Δ – водоизмещение по летнюю ГВЛ, т. В районах BII, BIII и BIV расчётное давление определяется по формулам

; ; ,

где коэффициенты а_BII , а_BIII и а_BIV определяются по табл. 3.

Таблица 3

Коэффициенты ледовой нагрузки

Коэффициент	Категория ледовых усилений
	Ice2	Ice3	Arc4	Arc5	Arc6	Arc7	Arc8	Arc9
а3	0.22	0.33	0.50	0.78	1.2	1.84	3.7	5.6
аBII	-	-	0.4	0.5	0.5	0.5	0.55	0.55
аBIII	-	-	-	0.4	0.45	0.45	0.45	0.45
аBIV	-	-	-	-	-	-	0.25	0.3
С3	0.27	0.3	0.34	0.4	0.47	0.5	0.5	0.5

Высота распределения ледовой нагрузки для районов BI, BII, BII, BIV, м, определяется по формуле

b_B = C₃C₄ k_,

где C₃ – коэффициент, определяемый по таблице 3; C₄ – коэффициент, учитывающий наклон борта в средней части судна, для судов с вертикальным бортом C₄ =1; , но не более 3,5.

Длина распределения ледовой нагрузки, м

, но не менее .

4. Общая продольная прочность судна

Под общей продольной прочностью понимается способность корпуса при общем изгибе судна воспринимать внешние нагрузки в предусмотренных проектом условиях эксплуатации без разрушения, с сохранением непроницаемости и формы конструкций (с возможными деформациями в допустимых пределах). Общая продольная прочность является важнейшим внутренним качеством судна, обеспечивающим безопасность плавания и выполнение всех других функций судна. Общая продольная прочность судна оценивается на основе рассмотрения общего продольного изгиба корпуса судна, рассматриваемого в виде условной призматической балки, называемой эквивалентным брусом. Эквивалентный брус имеет такие же геометрические характеристики поперечного сечения, что и анализируемое судно и формируется из продольных связей, участвующих в продольном изгибе корпуса судна. Требования к общей продольной прочности формулируются путем установления минимальных значений моментов сопротивления и инерции поперечного сечения эквивалентного бруса в зависимости от размеров судна, условий плавания, марки материала корпуса.

Оценка общей продольной прочности производится после того как определены размеры всех продольных связей формирующих поперечное сечение эквивалентного бруса путем выполнения проверочного расчета прочности корпуса при изгибе в диаметральной плоскости. Для его выполнения необходимо определить расчетные нагрузки и найти фактические значения геометрических характеристик поперечного сечения корпуса.

Расчетные нагрузки, определяющие продольную прочность судна, включают изгибающие моменты и перерезывающие сипы на тихой воде, волновые изгибающие моменты и перерезывающие силы и, кроме того, для супов с большим развалом бортов изгибающие моменты, обусловленные ударом волн в развал бортов.

Изгибающие моменты М_sw и перерезывающие силы N_sw на тихой воде определяются для основных случаев загрузки судна путем интегрирования кривой нагрузки, постатейным методом или по стандартным программам. В число основных случаев загрузки входят:

• судно с полным грузом и с полными запасами (основной, базовый вариант);

• судно с полным грузом и с 50% запасом;

• судно в балластном состоянии с полными запасами;

• судно в балластном состоянии с 50% запасов;

• специальные случаи нагрузки.

При недостатке данных о составляющих нагрузки изгибающие моменты на тихой воде в миделевом сечении судна можно определить по приближенным формуле

M_sw = 10L/m, кНм,

где  – водоизмещение судна с полным грузом в тоннах, L – длина судна в метрах, m – численный коэффициент с учетом знака изгибающего момента и состояния нагрузки, получаемый по прототипу, сходному с проектируемым судном.

Для сухогрузных судов с МО в середине и с полным грузом характерен перегибающий момент на тихой воде (m = 7080), а в балластном переходе – меньший по абсолютному значению прогибающий момент (m = 120140). Перенос МО в корму изменяет знак изгибающего момента и характер деформации. При этом у судов длиной до 140 м наибольшим по абсолютному значению является перегибающий момент (m = 4550), который получается в балластном состоянии, в полном грузу такие суда имеют прогиб при меньшем примерно в два раза изгибающим моменте (m = 70100). С увеличением длины судна значения перегибающего и изгибающего моментов сближаются по абсолютной величине и при L > 140 м наибольшим по величине становится прогибающий момент (m = 0,5L +10 при L  200 м и m = 120 при L > 200м), который примерно на треть превосходит перегибающий.

Волновой изгибающий момент, вызывающий перегиб корпуса судна, определяется по формуле

М_w = 190·c_w·В·L² ·c_b·α·10^-3, кНм. (1.4.4.1-1)

Волновой изгибающий момент, вызывающий прогиб корпуса судна, находится по формуле

М_w = –110·с_w·В·L²(с_b+0,7)·α·10^-3, кНм, (1.4.4.1-2)

где c_w – волновой коэффициент согласно выражению (1.3.1.4); c_b – коэффициент общей полноты судна (c_b  0,6).

Момент сопротивления поперечного сечения корпуса в средней части судна (для палубы и днища), рассматриваемый как функция нагрузки и материала корпуса, должен быть не менее определяемого по формуле

W = 10³ см³, (1.4.6.2)

где – M_T = |M_sw + M_w| – расчетный изгибающий момент, кНм, в рассматриваемом сечении судна, равный максимуму абсолютной величины алгебраической суммы моментов М_sw и М_w;  = 175/ – допускаемые напряжения, МПа;  – коэффициент снижения механических свойств стали (см. п.1.4).

Для судов с большим развалом бортов и длиной от 100 до 200 м определяются изгибающие моменты, обусловленные ударом волн в развал бортов M_F, п. (1.4.5). Ударные изгибающие моменты учитываются при определении максимального прогибающего расчетного момента M_T = |M_sw + M_w + M_F|.

Момент сопротивления поперечного сечения корпуса в средней части судна (для палубы и днища) по условиям статистических наблюдений должен быть не менее чем

W_min= c_w·В·L²(c_b + 0,7)· η, см³, (1.4.6.7-1)

Момент инерции поперечного сечения корпуса в средней части судна должен быть не менее чем

I_min = 3·c_w·В·L³ (c_b + 0,7), см⁴. (1.4.6.9)

Полученные величины W, W_min и I_min используются при оценке общей продольной прочности для сравнения с фактическими значениями геомет­рических характеристик эквивалентного бруса W^Ф и I^Ф, которые рассчиты­ваются для миделевого сечения корпуса спроектированного судна, для которго определены размеры конструктивных элементов, составляющих поперечное сечение судна.

Отношение W^Ф/W, характеризующее избыточные запасы общей продольной прочности, используется для установления уровня допускаемых напряжений при выполнении прочностных и проектировочных расчетов конструктивных элементов судового корпуса.

После определения размеров связей конструктивного мидель-шпангоута судна вычерчивается расчетная схема поперечного сечения эквивалентного бруса, в которую включают все продольные связи корпуса, принимающие участие в общем продольном изгибе.

Расчет фактических геометрических характеристик эквивалентного бруса выполняется в табл. 14. В расчете ось сравнения совпадает с основной плоскостью.

Для расчета геометрических характеристик поперечного сечения корпуса нужно использовать следующие формулы:

F = 2А; e = В/А; I^Ф = 2[С – e²А]; = I/(D – e); = I/e.

Определенные расчетом величины фактических моментов сопротив­ления верхней палубы и днища сравниваются с моментами сопротивления, которые были рассчитаны по формулам Правил Регистра, п.4.

Общая продольная прочность корпуса судна будет обеспеченной, если  W;  W, где W – максимальная величина момента сопротивления из определенных по формулам (1.4.6.2) и (1.4.6.7-1), см. также п. 4.

Кроме этого должно выполняться условие I^Ф  I, где I минимальная ве­личина момента инерции, определяемая по формуле (1.4.6.9), см. также п. 4.

Таблица 14

Вычисление геометрических характеристик площади сечения эквивалентного груза

Наименование связей эквивалентного бруса	Размер связи, мм Площадь сечения связи, см2	Расстояние центра тяжести площади сечения связи от оси сравнения, м	Статический момент площади сечения связи относительно оси сравнения, см2м	Момент инерции площади сечения связи относительно оси сравнения, см2м2	Собственный момент инерции площади сечения связи, см2-м2	Расстояние центра тяжести площади сечения связи от нейтральной оси, м
1	2	3	4	5	6	7
-	- -		-	-	-
-	- -		-	-	-
-	- -		-	-	-
Итого	А		В	С

Если эти требования не выполняются, должны быть рекомендованы такие конструктивные мероприятия как: увеличение толщин связей, замена стали на более высокопрочную, увеличение высоты борта судна.

Выводы относительно прочности корпуса судна можно использовать для дальнейшего анализа металлоемкости корпуса судна, стоимости его изготовления и т.п.