52. Методы расчета и построения диаграммы статической остойчивости. Требования имо к параметрам диаграммы статической остойчивости.

Зависимость между углом крена θ и плечом статической остойчивости l, изображенная графически, называется диаграммой статической остойчивости. Площадь, ограниченная кривой и осью абсцисс диаграммы, характеризует запас динамической остойчивости судна.

Универсальная диаграмма статической остойчивости. Диаграмму статической остойчивости для конкретного случая загрузки можно построить, используя универсальную диаграмму остойчивости либо пантокарены.

Зная значение начальной метацентрической высоты h, например сняв его с диаграммы предельных для имеющегося значения M_z и водоизмещения Δ, на универсальной диаграмме остойчивости, приводимой в Информации об остойчивости и прочности, находят луч h и кривую Δ. Последовательно снимая плечи l для значений θ = 10°, 20° и т.д., строят диаграмму статической остойчивости.

Пантокарены. Пантокаренами называются кривые плеч остойчивости формы l_ф (расстояние от т. C до линии действия силы γV), построенные для различных углов крена в зависимости от объёмного водоизмещения. Проведя на чертеже пантокарен вертикаль через заданную величину V, снимают значение l_ф для различных значений θ. Плечи диаграммы статической остойчивости определяют по формуле (в зависимости от того, в каких координатах построены пантокарены − с осью OY, проходящей через киль или через ЦВ):

или ,

где z_g − возвышение ЦТ над килём;

a − возвышение ЦТ над ЦВ.

Особенности диаграммы статической остойчивости:

1. в пределах углов крена 0°≤ θ ≤10° существует линейная зависимость восстанавливающего момента от угла крена;

2. диаграмма имеет максимум при определённых углах крена (зависит от соотношения главных размерений судна − высоты борта и ширины); точка максимума соответствует началу входа линии палубы в воду;

3. диаграмма имеет угол, при котором восстанавливающий момент равен нулю − угол заката диаграммы статической остойчивости θ_з, во всей области 0<θ<θ_з остойчивость судна положительна.

Требования ИМО к диаграмме статической остойчивости.

53. Местная и общая прочность судна. Особенности контроля общей прочности крупнотоннажных судов.

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.

Наиболее значительными и опасными видами общей деформации корпуса являются общий продольный изгиб и кручение корпуса.

Прочность корпуса при общем продольном изгибе называется общей прочностью корпуса судна. Для транспортных судов, в особенности для крупнотоннажных, наиболее опасной деформацией является общий изгиб. Различают прогиб и перегиб. При прогибе палуба оказывается сжатой, а днище растянутым, при перегибе − наоборот.

При плавании на волнении начальная деформация увеличивается и становится опасной, особенно при попадании корпуса с начальным прогибом на подошву волны и на вершину волны корпуса с начальным перегибом. Поэтому в практике эксплуатации судна необходимо в каждом рейсе постоянно контролировать состояние общей прочности корпуса.

Деформация кручения корпуса может оказаться опасной для судов новых типов с большим раскрытием палуб (в частности, балкеров), особенно при плавании на косом волнении.

При типовых случаях нагрузки транспортных судов длиной L≥80 м, приводимых в Информации об остойчивости и прочности судна для капитана, общую прочность корпуса можно считать обеспеченной. Поэтому необходимость проверки общей прочности таких 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. Для танкеров, а также для судов, предназначенных для перевозки тяжелых навалочных грузов (например, рудовозов), как правило, необходима проверка общей прочности по изгибающим моментам и перерезывающим силам, действующим в нескольких поперечных сечениях корпуса.

Полные изгибающий момент и перерезывающая сила при данном состоянии нагрузки судна складывается 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_т.в и перерезывающей силы Q_т.в 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).

При наличии диаграммы контроля общей продольной прочности судна по изгибающему моменту или перерезывающей силе проверку прочности в отдельном поперечном сечении производят следующим образом:

1. Определяют дифферент судна .

2. В табличной форме рассчитывают дедвейт судна Δ_w и сумму ΣM_x положительных моментов части дедвейта, расположенной в нос от данного поперечного сечения.

3. На диаграмме контроля общей продольной прочности откладывают значение дедвейта Δ_w. От полученной точки переходят по наклонной прямой к горизонтали, отвечающей найденному ранее дифференту. Через найденную точку проводят вертикаль, на которой откладывают сумму моментов +M_x и ставят точку A.

Прочность корпуса считается достаточной, если точка A 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 A лежит за этими линиями, но между линиями «Опасно − перегиб на рейде» и «Опасно − прогиб на рейде», то прочность достаточна только для выполнения грузовых операций на рейде и т.д.

Допустимые значения суммы +M_x определяют по точкам пересечения вертикали для заданного дедвейта и дифферента с соответствующими границами.

Аналогично проверяется прочность корпуса по перерезывающим силам. Для этого используется другая диаграмма, где по вертикали откладывается часть дедвейта, расположенная в нос от контролируемого сечения.

Если хотя бы для одного сечения прочность по изгибающему моменту или перерезывающей силе оказывается недостаточной, необходимо перераспределить груз по длине судна.