2.7 Расчет нагрузки на ледовый пояс

Рисунок.2.8 Районы ледовых усилений

Для ледового усиления класса Ice3 производятся расчеты для следующих районов : AI BI CI AII

Интенсивность ледовой нагрузки определяется по формулам :

В районе AI:

P_AI = 2500*a₁*v_m(Δ/1000)^1/6 = 2500*0,61*0,54*(25561/1000) ^1/6 = 1413 кПа;

В районе BI:

P_BI = 1200*a₃*(Δ/1000)^1/6= 1200*0,33 *(25561/1000) ^1/6 = 677 кПа;

a₃ (для Ice3) = 0,33;

В районе CI:

P_CI = a₄*P_BI = 0,63*677 = 427 кПа;

В районе AII:

P_AII = a_kl*P_A = 0,4*1413 = 565 кПа;

Высота распределения ледовой нагрузки определяется по формулам:

В районах AI , AII

b_A = C₁* к_∆*u_m = 0,44*2,9*2,227 = 2,841;

В районе BI

b_B.=с₃*с₄*к_∆ = 0,3*1*2,9 = 0,87;

В районе CI

b_С = 0,8*0,87 = 0,696;

Толщина наружной обшивки борта в районе ледового усиления.

= 315 МПа; = 1413 кПа; a = 0.85;

S_AI = m*a*k+ΔS = 15,8*0,85*1,0+5,4 = 33 мм;

ΔS = 0.75*T*u = 0,75*24*0,3 = 5,4 мм.

Принимаем S =33 мм.

S_AII = +ΔS = 15,8*0,85*1,0+5,4 = 23,3 мм.

P_AII =565 кПа.

Принимаем S =24 мм.

S_BI = +ΔS = 15,8*0,85*1,0+5,4 = 29 мм.

P_BI = 977 кПа.

Принимаем S =29 мм.

S_CI = +ΔS= 15,8*0,7*1,0+5,4 = 21 мм.

P _CI= 427 кПа.

Принимаем S =21 мм.

Определение балок набора в ледовом усилении корпуса наружного борта:

Момент сопротивления первого шпангоута должен быть не менее:

см³,

где W_ош. = 250/R_ен.*P*b₁*a*l*Y*k_k*E*W_n, см³;

R_ен. = 315 МПа, l = 3 ; kk = 1 E = 1;

Р = 1413 кПа, y = 0,53;

b₁ = 2,841;

а = 0,85 м,

Е = 1,0;

W_n = 1,15 cм³,

W_ош. = 250/315*1413*0,87*0,85*3*0,53*1*1*1,15 = 1516 см³;

см³.

Принимаем по таблицам судостроительного проката балки тавр 36б.

Момент сопротивления продольных балок должен быть не менее:

R_ен. = 315 МПа ; Р = 1413 кПа ; W_n = 1,15 cм³ ; а= 0,85 м;

см³,

где W_0б=125/R_ен.*P*b₁*l*(l-0,5a)*c²*=125/315_.*1413*0,774*3,4(3,4-0,5*0,85)*0,95²*1,15 = 2454 см³;

см³.

b₁ = ko*b2 = 0,706*0,674 = 0,475;

b = 0,87/0,85 = 1,02 ; b2 = b(1-0,25 b ) = 0,674 при b < 2 ; k0 = 1 – 0,3/ b = 0,706 ;

e = b + 1 = 1,02 + 1 = 2,02 ; c = = 0,89;

Принимаем по таблицам судостроительного проката балки тавр 40а..

2.8 Продольная прочность.

Расчетные нагрузки, определяющие продольную прочность судна, включают изгибающие моменты и перерезывающие силы на тихой воде, волновые изгибающие моменты и перерезывающие силы. Расчетные волновые нагрузки могут определятся по формулам приведенным в Регистре.

Перерезывающие силы, направленные вниз, считаются положительными, а вверх – отрицательными. Изгибающие моменты, вызывающие перегиб корпуса, считаются положительными, а вызывающие прогиб корпуса, - отрицательными.

Существуют требования регистра, предъявляемые к корпусу судна:

Во всех случаях момент сопротивления поперечного сечения корпуса в средней части судна (для палубы и днища), см³, должен быть не менее:

W_min= С_w·В·L² ·(С_b+0,7)· η = 9,15·21,43·163,2² ·(0,76+0,7)· 0,78=5947454 см³.

Момент инерции поперечного сечения корпуса I_min, см⁴, в средней части судна должен быть не менее:

I_min = 3·С_w·В·L² ·(С_b+0,7) = 3·9,15·21,43·163,2² ·(0,76+0,7) = 1850169 см⁴.

Изгибающий момент на тихой воде.

Волновые изгибающие моменты и перерезывающие силы.

Волновой изгибающий момент М_w , кН/м, действующий в вертикальной плоскости, в поперечном сечении определяется по формулам:

вызывающий перегиб судна -

М_w=190·С_w·В·L² ·С_b·α·10^-3,

α = 1 при 0,4≤x/L≤0,65;

М_w=190·9,15·21,43·(163,2)² ·0,76·1·10^-3 = 754138 кН*м.

вызывающий прогиб судна –

М_w=-110·С_w·В·L² ·(С_b+0,7)·α·10^-3,

М_w=-110·9,15·21,43·(163,2)² ·(0,76+0,7)·1·10^-3= - 838743 кН*м.

Изгибающий момент на вершине волны:

кН∙м;

W=см³;

W=см³.

Изгибающий момент на подошве волны:

Кн∙м;

W=см³.

Расчет эквивалентного бруса.

Понятие эквивалентного бруса.

Нормальные напряжения, уравновешивающие внешний изгибающий момент в каждом поперечном сечении корпуса, изменяются по высоте пропорционально отстоянию от нейтральной оси рассматриваемого элемента сечения и определяются по формуле:

σ_i=M(x)z_i/I,

где М(х) – изгибающий момент в сечении ч, I – момент инерции поперечного сечения относительно НО, z_i – отстояние продольной связи от НО сечения.

Эквивалентный брус является геометрической моделью поперечного сечения корпуса, которая используется для проверки общей прочности судна.

В первом приближении все связи расчетного сечения считают жесткими, не теряющими устойчивость при действующих сжимающих напряжениях и работающих всей своей площадью. Потерю устойчивости связей, установленную расчетами, учитывают в расчетах эквивалентного бруса во втором и последующих приближения. В данном случае это нее требуется. Расчет ведут для половины поперечного сечения.

Расчет эквивалентного бруса в первом приближении выполняется в табличной форме (табл 3.1).

Для определения I проводят ось сравнения О-О, относительно которой рассчитывают статические моменты площадей и моменты инерции всех связей расчетного сечения. Ось сравнения выбирают обычно в плоскости днища.

В таблицу заносят площади поперечных сечений всех связей расчетного сечения Fi и отстояние их центров тяжести от оси сравнения. Произведения Fi*Zi – статические моменты площадей связей, и Fi*(Zi)² – переносные моменты инерции связей также заносятся в данную таблицу. Собственные моменты инерции горизонтальных связей не учитываются в виду их малости по сравнению с суммой переносных моментов инерции. После заполнения таблицы суммируют площади связей А, статические моменты В и и переносные моменты инерции С и определяют элементы эквивалентного бруса.

Напряжения в продольных связях корпуса:

Таблица 3.1 Расчет эквивалентного бруса

А=ΣF=9871;

В= ΣF*Zi =55278;

С= ΣF*Zi²+Σi0 =518369;

Положение от нейтральной оси Z_o=5,6м;

Момент инерции I = 2·(C-A·Zo²)=2*(518369-9871*5,6²) = 41,7629 м⁴;

Момент сопротивления W = I/(H-Z_o) = 41,76/(11,23-5,6) = 74,179 м⁴;

W_расч > W_min; 74,17 > 59,4; I _расч > I_{min ;} 41,76 > 37,4;

ЗАКЛЮЧЕНИЕ:

Произведенные в табличной форме расчеты эквивалентного бруса в первом приближении парома показали, что возникающие в связях судового корпуса нормальные напряжения при действии суммарных изгибающих моментов при перегибе и прогибе судов не превышают допускаемых значений. Максимальные напряжения возникают в настиле палубы (151МПа) не превышают допускаемых напряжения σ_доп=151 МПа, т.е. σ_max≤ σ_доп. Моменты инерции и сопротивления больше минимальных значений.

Общая продольная прочность корпуса при продольном изгибе обеспечена. Полученные в таблице значения момента сопротивления W, момента инерции I и не превышают регламентируемых Российским Морским Регистром Судоходства.