0

Министерство науки, образования, молодежи и спорта Украины

Одесская национальная морская академия

Кафедра «Теории и устройства судна»

Конспект по практическим занятиям

Курса «Теория устройства судна»

Одесса 2012

Конспект по практическим занятиям курса «Теория устройства судна», представленный в электронном виде. Конспект по практическим занятиям предназначен для проведения практических занятий и самостоятельного изучения курса «Теория устройства судна» курсантами 3-го курса, а также для дистанционного обучения студентов заочного факультета.

Конспект по практическим занятиям разработали преподаватели кафедры «ТУС» доц. Бурмака И.А., доц. Король А.Я., асс. Любенко С.С., асс. Мазур О.Н., асс. Сауляк С.В.

Конспект занятий одобрен кафедрой «ТУС» ОНМА . 2012 г. Протокол №

Содержание

1. Система координат. Силы, действующие на судно. Условие равновесия. Посадка судна и параметры ее определяющие.	4
2. Грузовой размер и грузовая шкала. Определение водоизмещения по грузовой шкале. Поправки к водоизмещению, определяемому по грузовой шкале. Масштаб Бонжана. Диаграммы для расчета посадки судна.	10
3. Изменение средней осадки при приеме и снятии груза. Условие параллельного погружения. Изменение осадки судна при переходе в воду другой плотности.	18
4. Условие остойчивости судна. Метацентрические формулы остойчивости. Расчет метацентрических высот по заданному грузовому плану.	22
5. Изменение остойчивости и посадки судна при приеме, снятии и переносе груза.	31
6. Влияние подвешенных и жидких грузов на остойчивость судна.	35
7. Диаграмма статической остойчивости, ее свойства. Плечи остойчивости формы и веса. Пантокарены, их виды. Универсальная диаграмма статической остойчивости.	41
8. Решение задач о статическом накренении судна по диаграмме статической остойчивости.	50
9. Понятие о динамической остойчивости судна. Диаграмма динамической остойчивости, ее свойства. Расчет плеч динамической остойчивости.	52
10. Решение задач о динамическом накренении судна по диаграммам статической и динамической остойчивости.	55
11. Силы, действующие на корпус судна. Общая и местная прочность корпуса. Расчет изгибающих моментов и перерезывающих сил. Прочность на тихой воде и на волнении.	59
Список литературы	67

Практическое занятие № 1

Тема: Система координат. Силы, действующие на судно. Условие равновесия. Посадка судна и параметры ее определяющие.

Главные плоскости и сечения судна. Система координат.

Главными плоскостями (рис. 1.1) являются:

• диаметральная плоскость (ДП) – продольная вертикальная плоскость, проходящая по середине ширины судна;

• плоскость мидель-шпангоута ( ) – вертикальная поперечная плоскость перпендикулярная (ДП) и проходящая по середине длины судна;

• основная плоскость (ОП) – горизонтальная плоскость, проходящая по верхней кромке горизонтального киля, перпендикулярная (ДП) и ( ), и параллельная поверхности воды (если судно не имеет крена и дифферента).

Рисунок 1.1 – Координатные плоскости и оси.

Сечение диаметральной плоскости (ДП), (рис. 1.1) дает представление о форме форштевня, ахтерштевня, палубной и килевой линии. Подъём палубы к носу и корме называется седловатостью и выполняется с целью уменьшения попадания воды на палубу при встречном и попутном волнении.

Сечение плоскости мидель–шпангоута ( ), (рис. 1.1) дает представление о погиби палубы, килеватости днища, форме скулы, наклоне бортов (развал, прямой борт, завал борта). Подъём палубы от бортов к ДП называется погибью бимса и выполняется с целью улучшения стока воды к бортам и удаления её за борт.

Ось (Х) образуется пересечением диаметральной плоскости (ДП) с основной плоскостью (ОП) и направлена с кормы в нос судна.

Ось (Y) образуется пересечением основной плоскости (ОП) с плоскостью мидель-шпангоута ( ) и направлена с левого борта на правый.

Ось (Z) образуется пересечением плоскости мидель-шпангоута ( ) с диаметральной плоскостью (ДП) и направлена вверх.

Таким образом, получается левосторонняя система координат, связанная с судном.

Полное представление о форме судна дает теоретический чертеж (рис. 1.2), на котором графически для стальных судов изображается внутренняя поверхность наружной обшивки корпуса (без учета ее толщины), а для деревянных – наружная поверхность корпуса.

Рисунок 1.2 – Теоретический чертёж судна.

Теоретический чертеж является основным проектным чертежом судна. Он служит для расчета мореходных качеств судна – плавучести, остойчивости, непотопляемости; для разработки общих проектных документов на постройку судна, а также для определения размеров помещений и расстояний до отверстий в корпусе судна.

Теоретический чертеж содержит вычерченные в масштабе линии сечений поверхности корпуса плоскостями, параллельными главным плоскостям судна.

В качестве главных плоскостей проекций теоретического чертежа принимают: диаметральную плоскость (ДП), основную плоскость (ОП) и плоскость мидель-шпангоута ( ).

Линии пересечения судовой поверхности плоскостями, параллельными диаметральной плоскости (ДП), называются батоксами. Линии пересечения поверхности судна плоскостями, параллельными основной плоскости (ОП), называются ватерлиниями. Линии пересечения поверхности судна плоскостями, параллельными плоскости мидель-шпангоута ( ), называются теоретическими шпангоутами.

Проекция всех этих линий на диаметральную (вертикальную) плоскость (ДП) называется «БОК». Батоксы на этой проекции изображаются без искажений, а ватерлинии и шпангоуты видны в виде прямых линий. Проекция линий пересечения на горизонтальную (основную) плоскость (ОП) называется «ПОЛУШИРОТОЙ». Ватерлинии на этой проекции изображаются без искажений, а батоксы и шпангоуты в виде прямых линий. Так как ватерлинии симметричны (при симметричной форме судна), то они на полушироте изображаются только по одну сторону от (ДП). На полушироте также изображается линия пересечения палубы и борта. Проекция всех линий пересечения на плоскость мидель-шпангоута ( ) называется «КОРПУС». На корпусе с правой стороны от (ДП) изображают проекцию носовых шпангоутов, а с левой стороны – кормовых. Проекции ватерлиний и батоксов изображаются в виде прямых линий. Прямые линии образуют сетку теоретического чертежа. Нос судна на теоретическом чертеже изображают справа.

Форму подводной части корпуса судна характеризуют коэффициенты полноты.

Коэффициент полноты конструктивной ватерлинии ( ), ( ) – отношение площади конструктивной ватерлинии ( ) к площади прямоугольника, построенного на главных размерениях судна:

(1.1)

где,

– площадь конструктивной ватерлинии, м ²;

– длина судна конструктивной ватерлинии, м;

– ширина судна на мидель шпангоуте, м.

Коэффициент полноты мидель-шпангоута ( ), ( ) – отношение погруженной площади мидель-шпангоута ( ) к площади прямоугольника со сторонами:

(1.2)

где,

– площадь мидель-шпангоута, м ²;

– конструктивная осадка судна, м.

Коэффициент полноты водоизмещения (общей полноты) ( ), ( ) – отношение объемного водоизмещения ( ) подводной части судна к объему параллелепипеда, построенного на его главных размерениях:

(1.3)

где,

– объемное водоизмещение, м ³.

Коэффициент вертикальной полноты ( ) – отношение объемного водоизмещения ( ) подводной части судна к объему цилиндра, имеющему основанием площадь конструктивной ватерлинии ( ), с высотой равной конструктивной осадке судна ( ):

(1.4)

Коэффициент продольной полноты ( ), ( ) – отношение объемного водоизмещения ( ) подводной части судна к объему цилиндра, имеющему основанием площадь мидель-шпангоута ( ), с высотой равной длине судна (L):

(1.5)

Силы, действующие на судно. Условие равновесия.

Плавучестью называется способность судна поддерживать вертикальное равновесие относительно поверхности воды при заданной нагрузке (количестве грузов).

На плавающее, на поверхности воды судно действуют две системы противоположно направленных сил: силы тяжести судна ( ) и Архимедовы силы ( ) или силы поддержания. Равенство этих сил обеспечивает равновесие судна на поверхности воды, если они находятся на одной вертикали (рис. 1.3).

Рисунок 1.3 – Условия равновесия судна.

Посадка судна и параметры ее определяющие.

Положение судна относительно поверхности воды называется посадкой судна. Всевозможные случаи положения судна можно отнести к одному из следующих четырех типичных случаев, для задания которых используются различные параметры:

1. Судно сидит прямо и на ровный киль (рис. 1.4). Судно сидит прямо – это значит отсутствует крен, т.е. диаметральная плоскость судна вертикальна. Судно сидит на ровный киль – это значит отсутствует дифферент, т.е. плоскость миделя вертикальна. В этом случае для определения посадки достаточно задать один параметр: осадку судна .

2. Судно сидит на ровный киль, но с креном (рис. 1.5). В этом случае посадка определяется заданием двух параметров: осадки и угла крена , а плоскость миделя остается вертикальной.

3. Судно сидит прямо, но с дифферентом (рис. 1.6).

В этом случае посадка определяется также двумя параметрами, причем используются различные величины: осадки носом и кормой , измеренные соответственно на носовом и кормовом перпендикулярах, осадка на миделе:

; (1.6)

дифферент судна, определяемый разностью осадок носом и кормой:

, (1.7)

или угол дифферента, представляющий собой угол между следом ватерлинии на диаметральной плоскости и осью Ох:

,откуда . (1.8)

Рисунок 1.4 – Посадка судна прямо и на ровный киль.

Рисунок 1.5 – Посадка судна на ровный киль с креном.

Рисунок 1.6 – Посадка судна прямо с дифферентом.

Из перечисленных величин любые два независимых параметра могут быть выбраны для задания посадки.

4. Судно сидит с креном и дифферентом. Это общий случай посадки и для ее задания необходимы три параметра. Если углы крена и дифферента малы, то используется два каких-либо параметра, задающих дифферент и угол крена. В случае больших углов наклонения в качестве параметров используются погружение оси Оz и углы и между осями Ох и Оу со следами ватерлинии на диаметральной плоскости и плоскости миделя (рис. 1.7).

Рисунок 1.7 – Параметры, задающие посадку в общем случае.

Практическое занятие № 2

Тема: Грузовой размер и грузовая шкала. Определение водоизмещения по грузовой шкале. Поправки к водоизмещению, определяемому по грузовой шкале. Масштаб Бонжана. Диаграммы для расчета посадки судна.

Грузовой размер и грузовая шкала. Определение водоизмещения по грузовой шкале.

Грузовым размером называется кривая, дающая зависимость массового водоизмещения от осадки судна. Она получается умножением ординат кривой объемного водоизмещения на плотность забортной воды и строится обычно для = 1,025 т/м³.

Кривые и , так же как и величины и , рассчитываются по теоретическому чертежу при проектировании судна и изображаются в виде кривых элементов теоретического чертежа в функции осадки (рис.2.1).

Рисунок 2.1 – Кривые элементов теоретического чертежа.

Эти кривые позволяют находить значения величин при любой осадке. Если известно водоизмещение, то сначала по кривым или определяют осадку, а затем по ней – все нужные величины. Если плотность воды отлична от стандартной = 1,025 т/м³, для которой строится грузовой размер, то пользуются кривой , предварительно вычисляя объемное водоизмещение по выражению:

. (2.1)

Вместо кривых элементов теоретического чертежа, величины , , и , в функции от осадки , могут быть представлены гидростатической таблицей (табл. 2.1).

Таблица 2.1 – Гидростатическая таблица

Т, м	D, т	V, м 3	Хс, м	Zс, м	S, м 2	Хf, м
0,50	235	229	1,23	0,250	685,5	1,05
1,00	478	466	1,37	0,506	713,9	1,16
1,50						
2,00						
2,50						
3,00	2197	2144	1,00	1,540	885,6	0,80

В судовых условиях для определения водоизмещения по заданной осадке и решения обратной задачи нахождения осадки, если известно водоизмещение, пользуются грузовой шкалой, на которой по вертикали нанесены равномерная шкала осадок и неравномерная шкала водоизмещений. Вообще, нет единой формы представления грузовой шкалы и на судах можно встретить различные ее варианты. Один из видов современной грузовой шкалы приведен на (рис. 2.2).

Рисунок 2.2 – Грузовая шкала.

Для водоизмещения проводится несколько шкал, соответствующих различным плотностям забортной воды, и точки, соответствующие одним и тем же значениям водоизмещения, соединяются наклонными прямыми, по которым интерполируется водоизмещение для любой плотности. Кроме шкал водоизмещения проводятся шкалы дедвейта, получающиеся смещением на величину водоизмещения судна порожнем. Кроме указанных наносятся также шкалы – числа тонн, изменяющих осадку на 1 см, и – момента, дифферентующего судно на 1 см.

Поправки к водоизмещению, определяемому по грузовой шкале.

Когда требуется определить водоизмещение с возможно большей точностью, например, при определении массы принимаемого или снимаемого груза по изменению водоизмещения, к его величине, снятой с грузовой шкалы, вводятся поправки.

Грузовая шкала строится для посадки судна на ровный киль и в предположении абсолютной жесткости корпуса, в то время как судно может иметь дифферент, а корпус – деформироваться. Эти причины и вызывают необходимость введения поправок на дифферент и изгиб корпуса. При дифференте судна осадки на перпендикулярах не совпадают с осадками, прочитываемыми на марках углубления, кроме того, смещается сечение шпангоута, по осадке которого водоизмещение при дифференте и на ровный киль одинаково. Все это приводит к поправке на дифферент к водоизмещению, найденному по грузовой шкале для средней осадки, определенной по маркам углубления (рис. 2.3):

Рисунок 2.3 – Определение осадок по маркам углубления.

, (2.3)

где,

– число тонн на 1 см, снимаемое с грузовой шкалы при средней осадке;

и – расстояния от марок углубления, до носового и кормового перпендикуляров соответственно;

– абсцисса центра тяжести площади ватерлинии;

и – моменты, дифферентующие судно на 1 см, снимаемые с грузовой шкалы при осадках носом и кормой соответственно;

– дифферент, определенный по маркам углубления;

– длина судна между перпендикулярами.

Дополнительная поправка на изгиб корпуса приближенно определяется выражением:

, (2.4)

где,

– стрелка прогиба корпуса в сантиметрах:

, (2.5)

а определяется по миделевым маркам углубления как средняя осадка по отсчетам правого и левого борта.

На некоторых грузовых шкалах дается шкала водоизмещения только для стандартной плотности = 1,025 т/м³. В этом случае вводится еще поправка на фактическую плотность забортной воды :

, (2.6)

где,

– весовое водоизмещение, снимаемое с грузовой шкалы при средней осадке;

Окончательное значение весового водоизмещения найдется как сумма:

, (2.7)

Все поправки суммируются со своими знаками и последняя из них учитывается, только если определено не для фактической, а для стандартной плотности или для пресной воды.