5. Конструкция корпуса

5.1. Понятие о прочности судна

Прочностью называется способность судна воспринимать действующие нагрузки без разрушений и остаточных деформаций.

Нагрузками для корпуса судна являются силы тяжести корпуса, оборудования, устройств, запасов, грузов и снабжения, силы гидростатического давления воды, инерционные силы при качке, удары волн о корпус и т.д.

Корпус судна, с точки зрения прочности, рассматривают как мощную пустотелую коробчатую балку переменного сечения, образованную бортами, днищем и верхней палубой и подкрепленную поперечными и продольными переборками, платформами и палубами.

Постоянные силы, действующие на судно, в целом взаимно уравновешиваются (силы тяжести и силы поддержания), но они распределены неодинаково по длине судна. Поэтому в пределах каждого ограниченного участка длины преобладают те или иные силы. Из-за этого в корпусе развиваются перерезывающие силы (стремящиеся сместить одну часть корпуса относительно другой) и изгибающие моменты, корпус судна деформируется как балка, получая прогиб (палуба сжата) или перегиб (палуба растянута) в вертикальной плоскости. Прочность этой балки-корпуса называется общей или продольной прочностью. При изгибе в сечениях корпуса появляются нормальные и касательные напряжения, которые уравновешивают внешние силы. Величины напряжений зависят от положения элемента корпуса по длине и высоте судна, достигая наибольших значения в районе миделя на палубе и на днище судна – нормальные напряжения и на четвертях длины судна примерно на середине высоты борта – касательные напряжения. Нормальные напряжения воспринимают балки, идущие вдоль судна, например: вертикальный киль, днищевые стрингера, карлингсы, продольные балки днища, двойного дна, палубы и обшивка корпуса. Указанные силы действуют как при отсутствии волнения, на так называемой «тихой воде» так и на волнении. Для каждого судна наиболее опасной является волна, длина которой примерно равна длине судна.

При этом, наиболее неблагоприятными являются положения судна, когда его мидель-шпангоут располагается на вершине либо на подошве волны (рис.5 1).

Дополнительные напряжения, возникающие на волнении добавляются к напряжениям на «тихой воде».

Местная прочность – это прочность отдельных конструкций (палубы, двойного дна, люковых крышек, переборок и т.д.), воспринимающих различные местные нагрузки. Например, набор, настил палубы и люковые закрытия воспринимают вес расположенных на палубе и на крышках грузов, днище и борта — давление забортной воды. Наибольшие нагрузки, на которые рассчитаны конструкции, называются допустимыми. Они соответствуют допускаемым напряжениям, которые может воспринимать конструкция без ущерба для своей работоспособности и целостности в течении длительного времени. В документах судна всегда задаются допустимые нагрузки на те перекрытия, которые предназначены для перевозки груза.

Рис.5.1. Изгиб судна на волнении: а – на вершине волны; б – на подошве волны.

1 – вышедший из воды объем; 2 – вошедший в воду объем; f – стрелка прогиба корпуса от действующих на него сил.