63. Факторы, влияющие на посадку и остойчивость судна и меры, предпринимаемые для обеспечения заданной посадки и остойчивости судна.

Посадка судна характеризуется его средней осадкой, креном и дифферентом. Средняя осадка судна зависит от силы тяжести судна и силы плавучести. Сила тяжести определяется общим количеством принятого груза, запасов, балласта и веса судна порожнем. Сила плавучести зависит от объема погруженной части судна, т. е. его средней осадки, и плотности забортной воды. Из условия равенства силы тяжести и силы плавучести следует, что средняя осадка судна зависит от количества принятого груза, запасов и балласта (нагрузки P), а также плотности забортной воды γ.

При неизменной плотности γ изменение нагрузки P сопровождается пропорциональным изменением погружённого объёма V до достижения нового положения равновесия. То есть, при увеличении нагрузки судно «садится» в воду глубже, при уменьшении всплывает выше.

При неизменной нагрузке P изменение плотности γ сопровождается обратно пропорциональным изменением погружённого объёма V. Так, в пресной воде судно сидит глубже, чем в солёной.

Крен судна зависит от распределения нагрузки P по ширине судна, т. е. от статического момента относительно диаметральной плоскости судна , а дифферент судна определяется распределением нагрузки P по длине судна, т. е. статическим моментом относительно плоскости мидель-шпангоута судна .

Остойчивость судна в первом приближении характеризуется начальной метацентрической высотой, величина который определяется разницей между метацентром и центром тяжести по высоте. Если положение центра тяжести повышается, то метацентрическая высота уменьшается и, наоборот, при понижении центра тяжести метацентрическая высота увеличивается. Другими словами, остойчивость судна зависит от распределения нагрузки по высоте.

Для обеспечения заданной посадки и остойчивости судна, удовлетворяющих требованиям Регистра государства и ИМО необходимо произвести составление и расчет предварительного грузового плана, который предусматривает размещение нагрузок по помещениям судна. Для облегчения составления грузового плана в информации капитану по остойчивости судна приводятся типовые загрузки судна для различных случаев.

64. Влияние повреждения корпуса и последующего затопления какого-либо отсека на посадку и остойчивость судна. Меры, которые необходимо принимать в таких случаях.

65. Перерезывающие силы, изгибающие и торсионные моменты.

ДИАГРАММЫ ДОПУСКАЕМЫХ ИЗГИБАЮЩИХ МОМЕНТОВ И ПЕРЕРЕЗЫВАЮЩИХ СИЛ.

Понятие прочности судна

Прочностью судна называется способность его корпуса не разрушаться и не изменять своей формы под действием постоянных и временных сил. Различают общую и местную прочность судна.

Общей продольной прочностью корпуса судна называется его способность выдерживать действие внешних сил, приложенных по длине.

Общая прочность судна обеспечивается водонепроницаемой оболочкой, которой служит обшивка и верхняя палуба, настил других палуб, продольные переборки с подкрепляющими их конструкциями и всеми конструктивными связями, имеющими длину больше высоты борта.

Местной прочностью корпуса называется способность его отдельных конструкций противостоять дополнительному воздействию сил: главным образом давлению забортной воды и сосредоточенным нагрузкам. Местная прочность в первую очередь характеризует прочность палуб судна и крышек трюмов, на которые оказывает давление установленный груз. Местная прочность выражается допустимыми давлениями тонн деленных на метр (т/м) и необходимо, чтобы давление от размещенного груза не превосходило величину допустимого.

Для обеспечения местной прочности отдельных конструкций предусматривают их специальное местное подкрепление.

Расчет общей прочности судна сводится к определению размеров его прочных связей и вычислению внутренних напряжений, возникающих в них под действием приложенных сил. Если возникающие напряжения не превосходят допускаемых для данного материала, то прочность судна обеспечена; если же —наоборот, то следует увеличить размеры связей и вновь произвести расчет прочности. Для такого расчета необходимо знать момент сопротивления поперечного сечения посредине длины корпуса судна.

При типовых случаях нагрузки транспортных судов длиной L ≥ 80 м, приводимых в Информации об остойчивости и прочности судна для капитана, общую прочность его корпуса можно считать обеспеченной. Поэтому необходимость проверки общей прочности упомянутых транспортных судов в эксплуатации может возникнуть при загрузке трюмов, отличной от типовых случаев, с большой нерав­номерностью распределения груза по длине судна (например, при загрузке концевых трюмов и отсутствии груза в средних или, наобо­рот, при загрузке средних трюмов и отсутствии груза в концевых трю­мах), а также для выяснения возможности выполнения грузовых операций в порту или на рейде в требуемой последовательности.

Напряженное состояние корпуса судна определяется изгибающим моментом и перерезывающей силой, действующими на судно в раз­личных его поперечных сечениях. Для сухогрузных судов, перевозящих генеральные, лесные и легкие сыпучие грузы, обычно ограничиваются проверкой общей прочности по изгибающему моменту, действующему в миделевом сечении судна..

Полные изгибающий момент и перерезывающая сила при данном состоянии нагрузки судна складываются из изгибающего момента и перерезывающей силы на тихой воде и дополнительных изгибаю­щего момента и перерезывающей силы от морского волнения, которые практически одинаковы при различных осадках судна. Поэтому без большой погрешности допустимо оценивать и проверять напряженное состояние корпуса судна по значению изгибающего момента M_T.B и перерезывающей силы Q_T.B на тихой воде.

Типовая информация об остойчивости и прочности грузового морского судна содержит специальные диаграммы контроля проч­ности, по которым общая прочность судна может быть проверена для любого состояния его нагрузки и в любых условиях его эксплуатации (в рейсе, на рейде, в порту). Каждую такую диаграмму (рис. 11.5) строят в конструкторском бюро на основе формул, приводимых в Правилах Регистра. Поскольку значения моментов сопротив­ления и площади поперечного сечения продольных связей для каждого конкретного судна известны, эти формулы дают возможность вычислить максимальные допустимые значения М_т.в и Q_T.B.

При наличии диаграммы контроля общей продольной прочности судна по изгибающему моменту или перерезывающей силе проверку прочности в данном поперечном сечении осуществляют в следующем порядке:

1. Определяют дифферент судна d_н – d_к .

2. В табличной форме рассчитывают дедвейт судна Δ_w и сумму +М_Х положительных моментов части дедвейта, расположенной в нос от данного поперечного сечения (табл. 11.2).

Рис. 11.5. Диаграмма контро­ля общей продольной проч­ности

3. На диаграмме контроля общей продольной прочности (см. рис. 11.5) откладывают значение дедвейта Δ_w (на рисунке Δ_w = 7000 т). От полученной точки переходят по наклонной прямой к го­ризонтали, отвечающей найденному ранее дифференту судна (в дан­ном примере d_н- d_K = -2м). Через найденную точку проводят вертикаль, на которой откладывают сумму моментов +М_Х и ставят точку А.

Таблица 11.2. Расчет изгибающего момента от грузов, входящих в дедвейт

Дифферент ...... ... м	Р,т	+ Мх, кН·м
Судовые запасы
Перевозимый груз
Балласт
Суммы
Расчетная
Допустимая от
(в рейсе) до

Прочность корпуса считается достаточной, если точка А находит­ся в безопасной зоне, т. е. для плавания в рейсе, когда она лежит между линиями «Опасно-перегиб в рейсе» и «Опасно-прогиб в рейсе». Если точка А лежит за этими линиями, но между линиями «Опасно- перегиб на рейде» и «Опасно-прогиб на рейде», то прочность достаточна только для погрузки-разгрузки на рейде и т. д.

Допустимые значения суммы +М_Х определяют по точкам пересе­чения вертикали для заданного дедвейта и дифферента с соответ­ствующими границами и заносят в табл. 11.2.

Сложнее контролируется прочность корпусов крупнотоннажных судов длиной ориентировочно более 180 м. У таких судов величина и положение наибольших значений перерезывающих сил и изгибающих моментов значительно меняется в зависимости от расположения грузовых трюмов и порядка их загрузки. В качестве иллюстрации показано влияние способа загрузки трюмов на кривые изгибающих моментов и перерезывающих сил для навалочника дедвейтом 50000 т и длиной 223 м. Поэтому для крупнотоннажных судов контроль прочности производится по изгибающим моментам и перерезывающим силам в нескольких сечениях, обычно совпадающих с поперечными переборками.

Проверка прочности таких судов производится аналогично сказанному выше, путем сравнения рассчитанных величин с допустимыми, ограниченными соответственными граничными кривыми на диаграмме контроля для рассматриваемого сечения, однако расчет перерезывающих сил и изгибающих моментов отличается тем, что суммируются только массы, расположенные в нос от рассматриваемого сечения, и их моменты, вычисленные относительно этого сечения. Должны быть представлены диаграммы контроля прочности соответственно по изгибающим моментам и перерезывающим силам в сечении по 57 и 96 шпангоутам для комбинированного судна (Oil-Bulk-Ore), прочность которого контролируется в шести сечениях. Последовательность построения точек, изображающих нагрузку судна, такая же, как описана выше. Исходя из дифферента, по горизонтали откладывается дедвейт судна и проводится вертикаль до значения, соответствующего сумме масс дедвейта, расположенных в нос от расчетного сечения или сумма моментов этой части дедвейта. Прочность считается достаточной, если нанесенные точки лежат в допустимой зоне для соответствующих условий плавания (в порту, на рейде или в море). Если хотя бы для одного сечения прочность по изгибающему моменту или перерезывающей силе окажется недостаточной для заданного условия плавания, то необходимо перераспределить груз по длине судна.

Для оценки допустимости продольной прочности судна используются диаграммы допустимых изгибающих моментов и перерезывающих сил, которые рассчитаны индивидуально для каждого судна. Они представляют собой графические зависимости допустимых значений перерезывающих сил и изгибающих моментов по длине судна

Диаграмма допустимых изгибающих моментов

Диаграмма допустимых перерезывающих сил

Для современных крупных судов длиной более 300 м и шириной порядка 50 м характерно возникновение торсионных моментов – скручивающих моментов относительно продольно оси судна. Для их минимизации необходимо учитывать распределение груза по ширине судна.