Практическая работа №5

Тема: Распределение грузов с учетом общей продольной прочности судна и дифферента судна.

Цель: Освоить метод проверки общей продольной прочности судна и использовать его при распределении грузов.

Теоретические сведения

В судовых условиях контроль прочности корпуса осуществляется расчетным методом и при помощи приборов. Проверка общей продольной прочности аналитическим методом производится в следующей последовательности:

Рассчитывается составляющая изгибающего момента от веса порожнем:

M₀ = K₀ ∙ Δ_п ∙ L, тм,

К₀ – коэффициент, равный 0,100 - для грузовых судов с силовой установкой в средней части;

К₀ = 0,126 - для грузовых судов с силовой установкой в корме;

К₀ = 0,0975 - для грузопассажирских судов с силовой установкой в средней части;

Δ_п – весовое водоизмещение судна порожнем;

L – длина судна, м.

Рассчитывается составляющая изгибающего момента на миделе М_DW от сил дедвейта как арифметическая полусумма моментов носовых и кормовых грузов относительно миделя. Для этого составляется таблица вида:

Таблица 1.

№ п/п	Название помещения	Масса груза Рi, т	Плечо до миделя Хi, м	Момент MХi, тм
1	Помещение №1	Р1	Х1	Р1 ∙ Х1
2	Помещение №2	Р2	Х2	Р2 ∙ Х2
…
n	Помещение №n	Рn	Хn	Рn ∙ Хn
Сумма по носовым помещениям		ΣPiF		ΣMF = Σ(РiF ∙ Хi)
Сумма по кормовым помещениям		ΣPiA		ΣMA =(|Σ РiA ∙ Хi|)

X_i – Расстояние от миделя до центра тяжести помещения, м. X_i положительно, если помещение расположено в нос от миделя и отрицательно, если в корму.

P_i – Вес груза в помещении, т.

Суммы по кормовым помещениям берутся по абсолютному значению, т.е. знак «–» отбрасывается.

М_DW = 0,5∙( ΣМ_F + ΣМ_A + ΣМ_ЗАП), тм.

DW = ΣP_iF + ΣP_iA + P_ЗАП, т,

P_ЗАП – вес запасов топлива, масла, воды, т;

ΣМ_ЗАП – статический момент запасов топлива, масла, воды, взятый по абсолютному значению.

Рассчитывается составляющая изгибающего момента на миделе от сил поддержания:

М_СП = –К_СП ∙ Δ ∙ L,

К_СП = 0,0895∙δ + 0,0315 – коэффициент, зависящий от полноты корпуса судна;

δ – коэффициент общей полноты;

Δ – весовое водоизмещение судна в грузу, т.

Δ = Δ₀ + DW, т.

Определяется величина фактического изгибающего момента на тихой воде в миделевом сечении:

М_ТВ = М₀ + М_DW + М_СП

Если момент получится положительным, то судно испытывает прогиб, а если отрицательный – перегиб на тихой воде.

Рассчитывается нормативная величина изгибающего момента на тихой воде по формуле:

М_ДОП = К₀ ∙ W₀, тм,

W₀ – базисный минимальный момент сопротивления, см³ поперечного сечения корпуса,

W₀ = C_п ∙ В ∙ L² ∙ (δ + 0,7) ∙ φ,

C_п = 10,75 – ((300 – L)/100)^3/2,

φ – численный коэффициент, определяемый по методике Регистра, для практических расчетов можно принимать φ = 1;

К₀ – коэффициент, тм/см³, принимаемый для сухогрузных, промысловых, пассажирских судов:

- К₀ = 0,0075 тм/см³ при прогибе (М_ТВ > 0);

- К₀ = 0,008 тм/см³ при перегибе (М_ТВ < 0).

На последнем этапе производится проверка изгибающего момента на тихой воде. Величина фактического изгибающего момента на тихой воде должна быть не более нормативной величины изгибающего момента на тихой воде:

|М_ТВ| ≤ М_ДОП,

где М_ТВ берется без учета знака.

Чтобы вышеуказанное условие, в итоге, выполнилось, необходимо решить обратную задачу, т.е. задаться фактическим изгибающим моментом на тихой воде и на его основании определить статические моменты носовой и кормовой групп грузовых помещений. Далее, зная вместимости этих помещений, пропорционально рассчитать количество грузов в них. И только после этого начинать погрузку.

При любом изменении нагрузки судна, сначала выполняется расчет. Если расчеты показывают, что будущее состояние нагрузки безопасно, а так же безопасны все ее промежуточные этапы изменения, то можно приступать к работе.

В данной работе решим обратную задачу, усложнив ее расчеты учетом требуемого дифферента.

Пример решения практической работы №5.

1. Исходные данные.

Наименование		Обозначение	Размерность	Значение
Длина судна		L	м	134,12
Ширина судна		B	м	19,81
Судно порожнем	Весовое водоизмещение	Δ0	т	5048
	Абсцисса ЦТ	Xg0	м	-7,03
Принимаемый груз		Рг	т	9800
Запасы топлива, масла, воды	Масса	Pзап	т	835
	Абсцисса	Xзап	м	-42,5
Требуемый дифферент		Df	см	-30

2. Определение изгибающего момента на тихой воде.

Весовое водоизмещение судна в грузу: Δ = Δ₀ + Р_г + P_зап = 5048 + 9800 + 835 = 15683 (т).

Коэффициент C_п:

C_п = 10,75 – ((300 – L)/100)^3/2 = 10,75 – ((300 – 134,12)/100)^3/2 = 8,613

Базисный минимальный момент сопротивления:

W₀ = C_п ∙ В ∙ L² ∙ (δ + 0,7) ∙ φ = 8,613 ∙ 19,81 ∙ 134,12² ∙ (0,75 + 0,7) ∙ 1 = 4,45∙10⁶ (см³),

где δ = 0,75 – по таблице 2 приложения при Δ = 15683 т.

Допускаемый изгибающий момент:

М_ДОП = К₀ ∙ W₀ = 0,008 ∙ 4,45∙10⁶ = 35600 (тм).

Примем изгибающий момент на тихой воде

М_ТВ = 0,5∙ М_ДОП = 0,5∙35600 = 17800 (тм).

3. Определение суммы моментов масс груза носовой и кормовой половины.

Коэффициент К_СП = 0,0895∙δ + 0,0315 = 0,0895∙0,75 + 0,0315 = 0,0986

Изгибающий момент на миделе от сил поддержания:

М_СП = –К_СП ∙ Δ ∙ L = -0,0986 ∙ 15683 ∙ 134,12 = -207396 (тм)

Изгибающий момент от веса порожнем:

M₀ = K₀ ∙ Δ₀ ∙ L = 0,126 ∙ 5048 ∙ 134,12 = 85307 (тм).

Момент от дедвейта:

М_DW = М_ТВ - М₀ - М_СП = 17800 - 85307 - (-207396) = 139889 (тм).

Момент суммы масс груза носовой и кормовой половины:

ΣМ_гр =ΣМ_F + |ΣМ_A| = |2∙М_DW| - |ΣМ_ЗАП| = 2 ∙ М_DW - |X_зап∙Р_зап| = 2 ∙ 139889 - 42,5∙835 = 135126 (тм).

4. Определение оптимального дифферентующего момента.

ΣМ_диф = ΣМ_F + ΣМ_A = Δ∙X_c – Δ₀∙X_g0 - X_зап∙ Р_г + Df∙M_1см =

= 15683∙(-3,98) - 5048∙(-7,03) - 835∙(-42,5) + (-30)∙197 = 2647 (тм)

5. Определение моментов веса грузов в носовой и комовой половинах.

Момент носовой половины: ΣМ_F = 0,5∙(ΣМ_гр-ΣМ_диф) = 0,5∙(135126-2647) = 66240 (тм).

Момент кормовой половины: ΣМ_А = ΣМ_диф + ΣМ_F = 2647 - 66240 = -63593 (тм).

Приложение к практической работе №6

Таблица 1. Общие сведения о судне

Наименование		Обозначение	Размерность	Значение
Длина судна		L	м	134,12
Ширина судна		B	м	19,81
Судно порожнем	Весовое водоизмещение	Δ0	т	5048
	Абсцисса ЦТ	Xg0	м	-7,03
Абсцисса ЦТ грузового отсека №1		X1	м	46,5
Абсцисса ЦТ грузового отсека №2		X2	м	23,3
Абсцисса ЦТ грузового отсека №3		X3	м	-0,60
Абсцисса ЦТ грузового отсека №4		X4	м	-24,5

Таблица 2. Гидростатические кривые (грузовая шкала)

Осадка, м. Draft	Водоизме-щение, т. Displacement	Число тонн на см. осадки TPC	Момент, дифферентующий судно на 1см. тм. MCT	Абсцисса центра величины, м. Xc	Возвышение метацентра, м. Zm	Коэффициент общей полноты 
7,00	14344,00	22,95	190,45	-4,29	8,30	0,75
7,10	14577,00	22,99	191,54	-4,24	8,30	0,75
7,20	14753,00	23,02	192,36	-4,20	8,29	0,75
7,30	15045,00	23,07	193,77	-4,13	8,28	0,75
7,40	15221,00	23,10	194,62	-4,09	8,28	0,75
7,50	15454,00	23,14	195,78	-4,04	8,27	0,75
7,60	15652,00	23,19	196,94	-3,99	8,27	0,75
7,70	15928,00	23,24	198,12	-3,93	8,27	0,75
7,80	16164,00	23,29	199,30	-3,88	8,27	0,75
7,90	16401,00	23,37	200,48	-3,83	8,27	0,75
8,00	16613,00	23,39	201,65	-3,77	8,28	0,75
8,10	16847,00	23,44	202,82	-3,72	8,28	0,76
8,20	17081,00	23,49	203,98	-3,67	8,28	0,76
8,30	17316,00	23,54	205,15	-3,61	8,29	0,76
8,40	17551,00	23,59	206,31	-3,56	8,30	0,76
8,50	17787,00	23,63	207,47	-3,51	8,31	0,76
8,60	18023,00	23,67	208,32	-3,47	8,32	0,76
8,70	18260,00	23,71	209,45	-3,42	8,33	0,76
8,80	18497,00	23,75	210,56	-3,37	8,34	0,76
8,90	18732,00	23,80	211,64	-3,32	8,35	0,76
9,00	18970,00	23,83	212,71	-3,07	8,37	0,77
9,10	19209,00	23,87	213,75	-3,22	8,39	0,77
9,20	19448,00	23,91	214,77	-3,17	8,40	0,77
9,30	19688,00	23,95	215,77	-3,12	8,42	0,77
9,40	19951,00	23,99	216,75	-3,07	8,43	0,77
9,50	20195,00	24,03	217,71	-3,02	8,45	0,77
9,60	20440,00	24,07	218,66	-2,97	8,47	0,77
9,70	20684,00	24,10	219,60	-2,93	8,49	0,78

Таблица 3. Исходные данные.

№ варианта	Принимаемый груз, т	Вес запасов, т	Абсцисса ЦТ запасов, м	Дифферент, см
1	12560	871	-40,4	-22
2	10080	948	-45,2	-52
3	9655	962	-46,0	-47
4	11635	801	-40,7	-25
5	12075	995	-46,8	-51
6	12455	879	-42,9	-59
7	10429	669	-42,2	-56
8	13300	531	-42,3	-28
9	9817	663	-46,6	-62
10	9348	961	-46,9	-45
11	10637	590	-41,9	-29
12	13565	878	-47,6	-63
13	12095	739	-48,8	-22
14	9306	580	-41,8	-49
15	12805	708	-42,7	-64
16	12119	597	-44,6	-37
17	10594	550	-45,8	-41
18	12570	525	-48,7	-25
19	9791	767	-41,9	-26
20	9770	777	-48,6	-27
21	10788	509	-43,9	-49
22	11229	942	-42,7	-54
23	13256	526	-40,4	-23
24	12653	970	-44,2	-50
25	13172	628	-45,8	-38
26	11024	674	-45,9	-37
27	10377	852	-41,2	-58
28	9979	864	-42,5	-29
29	9404	605	-49,5	-69
30	9910	659	-49,8	-63