Понятие о прочности и конструктивных элементах корпуса судна

Понятие о прочности корпуса судна. Судно считается прочным, если его корпус выдерживает внешние нагрузки, действующие на него при эксплуатации.

На корпус всякого судна действуют следующие силы: весовая нагрузка — вес судна и всех находящихся на нем грузов, механизмов и оборудования; направлена вертикально вниз;
гидростатическое давление воды (силы поддержания), действующие на наружную обшивку вертикально вверх;
гидродинамическое давление воды, возникающее при ударах волн о корпус и палубу и др.;
силы инерции, возникающие при качке судна. В зависимости от характера приложения весовых нагрузок различают:
сосредоточенные нагрузки — вес мачты, единичных механизмов и судовых устройств и др.;
полураспределенные нагрузки, действующие на определенной Длине судна. К ним относятся: вес балок, механизмов в моторном отделении, топлива в цистерне и др.;
равномерно распределенные нагрузки, не изменяющиеся по всей длине корпуса судна (или его части). Это вес обшивки корпуса, продольного и поперечного набора и др.

Любые силы (нагрузки), действующие на судно, можно изобразить графически в определенном масштабе. Диаграммы, изображающие распределение сил по длине судна, называют эпюрами нагрузки судна (рис. 9).

Эпюра весовой нагрузки (рис. 9, а) судна изображает неравномерное распределение веса судна по двенадцати теоретическим шпациям. Величина равномерно распределенной нагрузки на каждую шпацию зависит от веса корпуса, надстроек, механизмов, водяного балласта в двойном дне и судовых запасов, расположенных на длине этой шпации.

Эпюра сил поддержания (рис. 9, б) изображает распределение давления воды, которое действует на наружную обшивку подводной части корпуса в каждой ее точке. Силы поддержания пропорциональны объему погруженной части корпуса судна в данном месте и направлены вертикально вверх.

Наложив эпюру весовой нагрузки на эпюру сил поддержания, можно установить, что эти силы на каждом участке (шпации) не уравновешивают друг друга, так как по длине судна распределены неравномерно. Вычтя из больших сил меньшие и отложив разницу их в соответствии с направлением преобладающих сил по обе стороны прямой, от которой откладывают нагрузку, построим эпюру суммарной нагрузки судна (рис. 9, в). Суммарная нагрузка на одних участках (нос и корма) будет действовать сверху вниз, а на других снизу вверх (ближе к середине), вызывая общий продольный изгиб корпуса судна.


Рис. 9. Эпюры весовой нагрузки (а), сил поддержания (б), общей нагрузки судна (в)

Силы (весовая нагрузка и силы поддержания), изгибающие корпус в продольном направлении, при плавании судна в условиях тихой воды можно считать постоянными. Однако силы поддержания в условиях волнения непрерывно меняются в зависимости от того, на вершине или подошве волны в данный момент находится судно. Поэтому форма изгиба корпуса может быть различной. Различают: прогиб или -перегиб корпуса.

Когда судно попадает на подошву волны, силы поддержания в средней его части уменьшаются и корпус изгибается, получая выпуклость днища и палубы, направленную вниз — прогиб. Если судно находится на вершине волны, то силы поддержания сосредоточиваются в средней части судна и корпус изгибается, получая выпуклость днища и палубы, направленную вверх, — перегиб. Прогиб (или перегиб) судна может иметь место и при плавании судна в условиях тихой воды в зависимости от характера распределения по длине судна весовой нагрузки и сил поддержания.

Способность корпуса судна выдерживать действие внешних сил, вызывающих его продольный изгиб (прогиб или перегиб) называют общей продольной прочностью корпуса судна.

Помимо сил, изгибающих корпус судна в продольном направлении, на него действуют местные поперечные нагрузки: давление забортной воды и вес перевозимых грузов. Эти силы (рис. 10) подвергают корпус судна сжатию (а), перекосу (б) и поперечному изгибу (в).


Рис. 10. Поперечная прочность корпуса:
а — сжатие, б — перекос, в — поперечный изгиб


Рис. 11. Шпангоутная рамка и схема нагрузки на нее

Способность поперечных балок набора (рис. 11), выполняемых на судне в виде шпангоутных рамок, образующихся замкнутыми поперечными связями днища, бортов и палубы, лежащими в одной вертикальной плоскости, выдержать все эти нагрузки называют поперечной прочностью корпуса. Расчет поперечной прочности корпуса сводится к расчетам на изгиб балок (набора) по днищу, бортам и палубы под влиянием давления воды или веса грузов.

Из вышеизложенного следует, что конструкция корпуса судна должна быть достаточно прочной, чтобы противостоять как общему продольному изгибу, так и действию различных местных нагрузок.

Общая прочность судна обеспечивается водонепроницаемой оболочкой, которой служит обшивка корпуса и настил верхней палубы, продольными переборками с подкрепляющими их ребрами и всеми связями набора, идущими вдоль длины судна.

Местной прочностью элементов корпусных конструкций называют способность их выдерживать местные нагрузки, не изменяя своей формы. При рассмотрении местной прочности корпус рассчитываемого судна разбивают на отдельные конструктивные элементы.