Конструкция корпуса судов

•Конструкция корпуса может включать много других элементов. Мы не останавливаемся на особенностях конструкции оконечностей, в том числе штевней, надстроек и рубок. Отметим, что палубы и платформы нередко опираются на вертикальные стержни трубчатого или коробчатого сечения - пиллерсы. Механизмы устанавливаются на фундаменты, которые обеспечивают безопасную передачу нагрузок на корпус. В корме судна часто имеется дейдвуд - узкое, вытянутое в вертикальном направлении пространство, не занятое полезным грузом. Внутри дейдвуда проходит линия вала одновинтового судна; на выходе из корпуса делается дейдвудный подшипник значительной длины. У многовинтовых судов валы выходят из корпуса через мортиры и поддерживаются кронштейнами или выкружками. Для предотвращения попадания воды внутрь корпуса через выходы валов применяются специальные уплотнения.

Конструкция корпуса судов

•Примерно до середины ХХ в. металлические суда делались клепаными. В годы второй мировой войны начался массовый переход к сварному судостроению. В настоящее время остались лишь единичные клепаные суда. Сварка позволила заметно уменьшить массу корпуса, упростить технологию постройки, но потребовала радикальной переработки конструкций различных узлов корпуса и ужесточила требования к судостроительным материалам.

Конструкция корпуса судов

•Конструкция судна в целом и отдельных его узлов оказывает большое влияние на прочность и, следовательно, безопасность плавания судна. Поэтому выбору толщин обшивки, настилов палуб и двойного дна, размеров подкрепляющих связей и т.п. уделяется серьезное внимание. Все эти характеристики, а также правила конструктивного оформления различных узлов корпуса регламентируются Правилами Регистра и другими отраслевыми нормативными документами, в которых обобщены многолетний опыт эксплуатации судов, анализ аварий, результаты научных исследований. При проектировании судна учитываются эти правила и нормы. Внедрение новых конструкций сопровождается тщательной проверкой их работоспособности в реальных условиях эксплуатации.

Конструкция корпуса судов

•Корпуса морских гражданских судов делаются из сравнительно дешевой малоуглеродистой или низколегированной судостроительной стали. Малоуглеродистая сталь с пределом текучести (основной характеристикой прочности материала) 235 МПа (1 МПа - мегапаскаль = 1 МН/м2) чаще применяется для небольших и средних судов; основные конструкции крупнотоннажных судов выполняются из более прочных (с пределом текучести 300 - 400 МПа) низколегированных сталей, с небольшими добавками марганца, хрома, никеля и т.п. Для отдельных конструкций используют нержавеющие стали. В корпусах крупных надводных кораблей и особенно подводных лодок широко применяются легированные стали с пределом текучести примерно до 1000 МПа. Для судовых надстроек, корпусов небольших судов используют легкие (плотность примерно 2,7 т/м3) алюминиево-магниевые сплавы. Некоторые мелкие суда делают из дерева, стеклопластика и т.п. В отечественном судостроении, в том числе для корпусов атомных подводных лодок, используют дорогие, но очень прочные (на уровне лучших судостроительных сталей) и сравнительно легкие (плотность около 4,5 т/м3) титановые сплавы. Для корпусов многих плавучих доков и отдельных судов, преимущественно несамоходных (например, дебаркадеров) используют железобетон. Находят применение и другие материалы - резина, пластмассы, медные сплавы, лакокрасочные, теплоизоляционные материалы и т.д.

Конструкция корпуса судов

•Материалы для корпусов судов применяются в виде листов и профилей (полособульбов, уголков, швеллеров, двутавров и др.),

получаемых путем прокатки; широко применяются также сварные профили (тавры). Детали сложной формы получают литьем или ковкой, профили из легких сплавов - прессованием

(выдавливанием через профилированные отверстия).

Прочность корпуса судна

•Корпус судна во время постройки, эксплуатации и ремонта испытывает различные по величине и характеру нагрузки. На него постоянно действует сила тяжести, медленно изменяющаяся во времени в зависимости от состояния нагрузки. Во время постройки или докового ремонта она уравновешивается реакциями построечных или доковых опор. При плавании в условиях спокойного моря (на тихой воде) сила тяжести уравновешивается силами поддержания, которые легко и точно можно рассчитать по масштабу Бонжана, предварительно определив осадки носом и кормой. Но равновесие существует для судна в целом. Если мысленно разрезать его в плоскости каждого теоретического шпангоута на элементарные отсеки, способные сдвигаться в вертикальном направлении относительно друг друга, то окажется, что в одном отсеке силы тяжести больше, чем силы поддержания (например, в оконечностях), в другом - меньше. В результате возникает общий продольный изгиб корпуса.

Прочность корпуса судна

•У большинства грузовых судов как в грузу, так и балласте на тихой воде наблюдается перегиб - опускание оконечностей, когда палуба растягивается, а днище сжимается; для танкеров в полном грузу характерен прогиб (палуба сжата, днище растянуто). На волнении силы поддержания изменяются (с периодом порядка 10 с или несколько меньше), что вызывает изменение напряжений от общего изгиба. На вершине волны наблюдается максимальный перегиб, на подошве - максимальный прогиб. Судно на волнении испытывает качку, при которой появляется множество других сил (силы инерции самого судна, гидродинамические силы сложной структуры, ударные нагрузки, обусловленные ударами волн в днище - слемингом или в развал борта в надводной части), оказывающих влияние на суммарный изгибающий момент.

Прочность корпуса судна

•Различают общую и местную прочность судна. Общая прочность - это прочность корпуса судна в целом, с учетом нагрузок, распределенных по всей длине. Для большинства судов рассматривается общая продольная прочность, связанная с изгибом в вертикальной плоскости. При плавании косым курсом по отношению к волнению определенную опасность может представлять изгиб в горизонтальной плоскости, когда один борт растягивается, а другой - сжимается. Иногда приходится учитывать поперечную прочность, в частности, для широких низкобортных судов с большим раскрытием палубы и для плавучих доков, а также прочность при скручивании. Местная прочность - это прочность отдельных перекрытий, балок, рам, пластин в составе

корпуса.

Прочность корпуса судна

•Всякий расчет прочности связан с решением трех взаимосвязанных проблем: внешних сил (нагрузок, действующих на корпус судна и его конструкции), внутренних сил (нормальных и касательных напряжений, возникающих в элементах конструкции при действии заданной системы внешних сил) и оценки прочности (нормирования допускаемых напряжений и т.п.).

Прочность корпуса судна

•Общая прочность судна рассчитывается, исходя из критериев предельной и усталостной прочности. Критерий предельной прочности предполагает, что при однократном воздействии максимальной опасной волны корпус судна не разрушится, т.е. наибольшие растягивающие напряжения не превысят предел текучести материала корпуса, с учетом потери устойчивости отдельных сжатых связей (выпучивания пластин). Усталостная прочность учитывает возможность появления трещин при многократном (циклическом) нагружении. Важно, что для каждого расчета регламентируются характеристики расчетной волны и способы определения изгибающих моментов. Кроме того, устанавливаются нормы допускаемых напряжений. Не следует думать, что при эксплуатации судна никогда не могут возникнуть изгибающие моменты, превышающие расчетный - во-первых, современное состояние науки не позволяет найти максимально возможные нагрузки, во-вторых, экономически выгоднее допустить с малой вероятностью перелом корпуса, но избежать

чрезмерного утяжеления корпусов всех судов без исключения.