Приближённая оценка общей прочности судна при различных условиях нагрузки

Данные для расчёта приведены в Табл. 7 Приложения I МУ (для варианта 03).

Исходные данные для расчёта:

УПО(μ) = 0,60 м³/т;

Средний уровень загрузки трюма от настила 2-го дна составит:

Трюм № 1: -; Трюм № 2: -; Трюм № 3: hтр3=4,6 м; Трюм № 4:

hтр4 = 2,6 м.

Способ и порядок загрузки трюмов: одним краном, от 4-го к 3-му;

Перемещение груза из одного трюма в другой: от кормы к носу.

Изгибающий момент в миделевом сечении судна на тихой воде при любой загрузке определяется по приближённой формуле:

Мтв = М1 + М2 + М3 – М4;

Здесь М1 (составляющая изгибающего момента от веса корпуса с оборудованием, кН)= 0,5К1*g*P1*L;

При этом коэффициент момента К1 = 0,295 где (коэффициент общей полноты судна) = V1 |LBT1;

Здесь V1 – объёмное водоизмещение судна при рассматриваемом варианте загрузки, находится по значению массы судна с грузом;

Т1 – средняя осадка судна при рассматриваемом состоянии загрузки, снимается с кривых плавучести согласно значения V1;

Р1 – масса судна порожнем без ЭУ и оборудования МО, но с оборудованием и винтами (см. Табл.1 Приложения I МУ).

Составляющая изгибающего момента от веса энергетической установки (ЗУ) с оборудованием МО определяется по формуле: М2 = 0,5 К2* g* Р2, где К2 – коэффициент влияния положения МО, принимаемый равным модулю относительного отстояния (Хмо/L) ЦТ МО от мидель-шпангоута судна. Здесь также Р2 – масса ЭУ с оборудованием МО (см. Табл.1 Приложения I МУ).

Составляющая изгибающих моментов от грузов, входящих в дедвейт, определяется по формуле: М3 = 0,5 g Σрixi (кНм), где Σрixi – арифметическая сумма моментов всех грузов, входящих в дедвейт и расположенных в нос и в корму относительно миделя (грузов в трюмах №№ 3 и 4, судовых запасов, команды и снабжения, кНм). При этом Рi – масса груза, входящего в дедвейт, в том числе:

- Рri- масса груза в i-ом грузовом трюме (см. Табл.7 Приложения I МУ);

- Рз – масса судовых запасов, 100% (см. Табл.1 Приложения I МУ);

- Рк – масса экипажа и снабжения (см. Табл.1 Приложения I МУ);

- Хi – отстояние от миделя ЦТ составляющих нагрузки.

Вычисление Мтв для каждого расчётного случая загрузки судна производится в табличной форме. Если какой-либо груз, который входит в дедвейт, располагается на участке, перекрывающем мидель-шпангоут, то в табличной форме нужно вносить носовую и кормовую часть груза отдельно.

Составляющая изгибающего момента от сил поддержания на тихой воде может быть определена по формуле: М4 = К4 *Di* L(кНм), где:

Di – весовое водоизмещение судна для данного случая загрузки;

К4 (коэффициент, который определяется в зависимости от коэффициента общей полноты , который соответствует рассматриваемому состоянию загруженного судна. При этом: К4(1) = 0,0315 + 0,088 – для балластного состояния и процесса погрузки-выгрузки; К4(2) = 0,0315 + 0,0895 – для положения судна в грузу. [1, С.23-24]

Согласно условиям настоящей задачи, загрузка производится одним краном, в трюм №4, затем в трюм №3.

Разделяем процесс погрузки на 3 последовательных этапа:

Этап 1- Загружается полностью трюм № 4;

Этап 2 – Загружен на 100% трюм № 4, загружен на 50% трюм №3;

Этап 3 – Загружены на 100% трюма №№ 3 и 4.

По чертежу размещения грузов определяем: μ4 = μ3 = 0,60 (м3/т).

Проводим предварительные расчёты: L =110,2 м; В = 13,0 м; D1 = 1406 + 1054|0,6 = 3162,7 (т)- для речной воды; Тср =2,35 м; 1 = 3162,7/ 110,2*13*2,35 = 0,940;

К1 = 0,295(0,94)^1/4 = 0,2905; М1 = 0,5К1*g*P1*L = 0,5*0,2905*9,81*1130*110,2 = 179000 (кН); К2 = 42/110,2 = 0,381; М2 = 0,5 К2* g* Р2 = 0,5*0,381 *9,81*114 = 213,0 (кН); К4(1) = 0,0315 + 0,088 =0,0315 + 0,088*0,94 = 0,1142; М4 = К4 *Di* L = 0,1142*3162,7*110,2 = 39609 (кН)

Таблица 17 –Этап №1. Таблица изгибающих моментов на миделе[1,С.25]

Статьи нагрузки	Вес по статье нагрузки g Pi, кН	Кi или Хi, м.	Изгибающий момент Мi, кНм
Вес судна порожнем без ЭУ и оборудования МО, но с валопроводом и винтами	gP1=9,81*1130 = 11085	К1= 0,2905	М1 = 179000
Вес ЭУ с оборудованием МО, но без валопровода и винта	g P2 =9,81*114 = 1118,3	К2 = 0,381	М2 = 213,0
Дедвейт	Трюм №1	--	--	--
Трюм №2	--	--	--
Трюм №3	--	--	--
Трюм №4	gP4 = 9,81* 1756,7 = 17233	-22,7	17233*(-22,7) = -39118
Судовые запасы	gPз = 9,81*123,6 = 1212,5	-39,8	1212,5*(-39,8) = -48258
Команда и снабжение	gPк = 9,81*10,9 = 106,9	-15,6	106,9* (-15,6) = -1668
Сумма весов дедвейта	17233 + 1212,5 +106,9 = 18552,4	--	(-39118- 48258-1668 = - 89094
М3 =0,5*9,81* (-89094)= -258818
D1 = g(Р1 +Р2 +Σрi)	9,81(11085 + 1118,3 +18552,4) = 301713	К4 =0,1142	М4 = 39609
Мтв = М1+М2+М3-М4	--	--	Мтв = 179000+213 -258818 -39609 = - 119214

Проводим предварительные расчёты для этапа 2: L =110,2 м; В = 13,0 м; D2 = 3162,7+ 1146*0,5/0,6 = 4117,7 (т)- для речной воды; Тср =3,05 м; 1 = 4117,7/ 110,2*13*3,05 = 0,942;

К1 = 0,295(0,942)^1/4 = 0,2907; М1 = 0,5К1*g*P1*L = 0,5*0,2907*9,81*1130*110,2 = 177560 (кН); К2 = 42/110,2 = 0,381; М2 = 0,5 К2* g* Р2 = 0,5*0,381 *9,81*114 = 213,0 (кН); К4(2) = 0,0315 + 0,088 =0,0315 + 0,088*0,942 = 0,1142; М4 = К4 *Di* L = 0,1142*4117,7*110,2 = 51820 (кН)

 

Таблица 18 –Этап №2. Таблица изгибающих моментов на миделе [1, С.25]

Статьи нагрузки	Вес по статье нагрузки g Pi, кН	Кi или Хi, м.	Изгибающий момент Мi, кНм
Вес судна порожнем без ЭУ и оборудования МО, но с валопроводом и винтами	gP1=9,81*1130 = 11085	К1= 0,2907	М1 = 177560
Вес ЭУ с оборудованием МО, но без валопровода и винта	g P2 =9,81*114 = 1118,3	К2 = 0,381	М2 = 213,0
Дедвейт	Трюм №1	--	--	--
Трюм №2	--	--	--
Трюм №3	gP3 = 9,81*955 = 9368,6	-4,0	9368,6*(-4) = -37474
Трюм №4	gP4 = 9,81* 1756,7 = 17233	-22,7	17233*(-22,7) = -39118
Судовые запасы	gPз = 9,81*123,6 = 1212,5	-39,8	1212,5*(-39,8) = -48258
Команда и снабжение	gPк = 9,81*10,9 = 106,9	-15,6	106,9* (-15,6) = -1668
Сумма весов дедвейта	9368,6 +17233 + 1212,5 +106,9 = 27921	--	(-37474-39118- 48258-1668) = -126518
М3 =0,5*9,81* (-126518)= - 367534
D1 = g(Р1 +Р2 +Σрi)	9,81(11085 + 1118,3 +27921) = 393619	К4 =0,1142	М4 = 51820
Мтв = М1+М2+М3-М4	--	--	Мтв = 177560+213 -367534 -51820 = - 241581

 

Проводим предварительные расчёты для этапа 3: L =110,2 м; В = 13,0 м; D2 = 3162,7+ 1146/0,6 = 5072,7 (т)- для речной воды; Тср =3,85 м; 1 = 5072,7/ 110,2*13*3,05 = 0,920;

К1 = 0,295(0,920)^1/4 = 0,2889; М1 = 0,5К1*g*P1*L = 0,5*0,2889*9,81*1130*110,2 = 176460 (кН); К2 = 42/110,2 = 0,381; М2 = 0,5 К2* g* Р2 = 0,5*0,381 *9,81*114 = 213,0 (кН); К4(3) = 0,0315 + 0,0895 =0,0315 + 0,0895*0,94 = 0,1156; М4 = К4 *Di* L = 0,1156*5072,7*110,2 = 64622 (кН)

 

Таблица 19 –Этап №3. Таблица изгибающих моментов на миделе [1, С.25 ]

Статьи нагрузки	Вес по статье нагрузки g Pi, кН	Кi или Хi, м.	Изгибающий момент Мi, кНм
Вес судна порожнем без ЭУ и оборудования МО, но с валопроводом и винтами	gP1=9,81*1130 = 11085	К1= 0,2889	М1 = 176460
Вес ЭУ с оборудованием МО, но без валопровода и винта	g P2 =9,81*114 = 1118,3	К2 = 0,381	М2 = 213,0
Дедвейт	Трюм №1	--	--	--
Трюм №2	--	--	--
Трюм №3	gP3 = 9,81*1910 = 18737	-4,0	18737*(-4) = -74948
Трюм №4	gP4 = 9,81* 1756,7 = 17233	-22,7	17233*(-22,7) = -39118
Судовые запасы	gPз = 9,81*123,6 = 1212,5	-39,8	1212,5*(-39,8) = -48258
Команда и снабжение	gPк = 9,81*10,9 = 106,9	-15,6	106,9* (-15,6) = -1668
Сумма весов дедвейта	18737 +17233 + 1212,5 +106,9 = 37289,4	--	(-74948 -39118- 48258-1668) = -163992
М3 =0,5*9,81* (-163992)= - 394400
D1 = g(Р1 +Р2 +Σрi)	9,81(11085 + 1118,3 +37289,4) = 393619	К4 =0,1156	М4 = 64622
Мтв = М1+М2+М3-М4	--	--	Мтв = 176460+213 -394400 -64622 = - 282349

 

Результаты вычислений сводим в Табл. 20

 

 

Таблица 20 – Суммарные изгибающие моменты, этапы 1-3 [1, С.26]

Характеристики загрузки	Изгибающие моменты (кНм)
Этап 1. Загружен трюм № 4 полностью	Мтв1 = М пер = -119214
Этап 2. Загружен трюм № 4 полностью и половина трюма № 3	Мтв2 = М пер = -241581
Этап 3. Загружены трюм № 4 и трюм № 3 полностью	Мтв3 = М пер = -282349

 

В нашем случае нагрузки корпус испытывает деформацию перегиба, поэтому сравниваем неравенства:

Мпер1 = 340000 кНм Мтв1 = 119214 кНм;

Мпер2 = 340000 кНм Мтв2 = 241581 кНм;

Мпер3 = 340000 кНм Мтв3 = 282349 кНм.

Таким образом, условия прочности для всех случаев загрузки судна удовлетворяются. [ 1, C.27 ]

 

 

 

 

ВЫВОДЫ

По итогам настоящей курсовой работы можно сделать следующие выводы:

1. Произведен расчёт объёмного водоизмещения и координат центра величины для т/х «Сормово». Составлена Таблица № 1 с основными характеристиками судна.

2. Произведен расчёт посадки судна при погрузке. Установлено, что водоизмещение судна в грузу составило 7373 тонны с абсциссой ЦТ Xg = - 0,509 м и аппликатой ЦТ Zg = +1,497 м. При 50%-ой нагрузке водоизмещение судна составило 4389,3 тонн с абсциссой ЦТ Xg2 = - 1,963 м. и аппликатой ЦТ Zg2 = +1,637 м.

3. Произведен расчёт посадки судна после перемещения груза. Получены следующие значения: осадка носом Тн(1) = Тср +(L/2 – Xf) tgψ = 2,93 + (110,2/2 - 1,45)* 0,2*57,3* 10^-8 = 2,93001 (м). Осадка кормой Тк(1) = Тср - (L/2 + Xf) tgψ = 2,93 - (110,2/2 + 1,45)* 0,2*57,3* 10^-8 = 2,92999 (м)

4. Произведена проверка остойчивости судна по основному критерию. Расчётами установлено, что метацентрическая высота составляет hm = Zc +r – Zg = 2,16+ 2,20 – 3,55 = 0,81 (м); расчет динамически приложенного кренящего момента от давления ветра Мкр = 0,001 Р Z S = 0,001*182* 1,259* 576,4 = 132,08 (кНм)

5. Произведен расчёт амплитуды качки судна. По формуле m = m_1* m_2* m₃ = 1,114*3,6*0,66 = 2,647. По плану мидель- шпангоута определяем угол заливания Qзал = 0,8*Qкр = 0,8*34 = 27,2 (град).

6. Произведено определение опрокидывающего момента согласно диаграмме статической остойчивости. По плечам lcт построена сама диаграмма статической остойчивости (Рис.2). Определён предельно допустимый момент по опрокидыванию по формуле: Мдоп1 = g* Dг lдоп1 = 9,81* 4344*0,67 = 28550 (кНм). Определён предельно допустимый момент по заливанию по формуле: Мдоп2 = g* Dг lдоп2 = 9,81* 4344*0,32= 13640 (кНм).

Произведена проверка остойчивости по критерию погоды:

Мкр =132,08 (кНм) Мдоп1 = 28550 (кНм).

Мкр =132,08 (кНм) Мдоп2 = 13640 (кНм).

Условия по остойчивости полностью удовлетворяются.

7. Произведена проверка остойчивости судна по диаграмме моментов масс. Mz доп = 19800 (тм) > Mz= 17463,7 (тм);

hm доп = 0,78 (м) hm = 0,81 (м)

Следовательно, условия остойчивости удовлетворяются.

8. Проведена балластировка судна для ремонта на плаву. Осадка в районе объекта ремонта при заполнении носовых балластных цистерн №№ 1,2 и 3 составит: Тхj = Тхi-1 + ΔТ + ΔТψx = 1,16 + 1,11 + 3,32 = 5,59 (м). Поперечная метацентрическая высота hi = hi-1 + Pбi/Di [Т(i-1) + T/2 – h(i-1) – Zбi] = 3,80 + 403,9/3003,9(1,16 + 0,58 -3,80 – 1,91) =3,8 – 0,534 = 3,266 (м). Полностью обеспечена требуемая осадка в районе ремонтных работ.

9. Проведена приближённая оценка общей прочности судна при различных вариантах загрузки. Результаты расчёта сведены в Табл. 20.

 

Таблица 2- Суммарные изгибающие моменты. Этапы 1-3

Характеристики загрузки	Изгибающие моменты (кНм)
Этап 1. Загружен трюм № 4 полностью	Мтв1 = М пер = -119214
Этап 2. Загружен трюм № 4 полностью и половина трюма № 3	Мтв2 = М пер = -241581
Этап 3. Загружены трюм № 4 и трюм № 3 полностью	Мтв3 = М пер = -282349

 

Мпер1 = 340000 кНм Мтв1 = 119214 кНм;

Мпер2 = 340000 кНм Мтв2 = 241581 кНм;

Мпер3 = 340000 кНм Мтв3 = 282349 кНм.

Таким образом, условия прочности для всех случаев загрузки судна удовлетворяются.

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Нормативные документы

1. В.И. Любимов, Е.А. Иванов, П.С. Цыбин «Теория и устройство судов. Задания и методические указания к выполнению курсового проекта», ГИИВТ, 1990 год, 62 С.

2. «Правила классификации и постройки речных судов» Речного Регистра судоходства РФ, том 2, Москва, изд. «Транспорт», 1989 г., 311 С.

Книги одного автора

3. Лесюков В.А. «Теория и устройство судов внутреннего плавания: учебник для вузов водного транспорта», Москва, изд. «Транспорт», 2004 год, 303 С.

Книги трёх и более авторов

4. Богуцкий Л.В., Кеслер П.А. и др. «Оформление документации курсовых и дипломных проектов на кораблестроительном факультете» / под редакцией Ю.Г. Кулика, Горький, ГИИВТ, 1982 год, 75 С.

5. Протопопов В.Б., Свечников О.И., Егоров Н.М., «Конструкция корпуса судов внутреннего и смешанного плавания», Ленинград, изд. «Судостроение», 1984 год, 375 С.

Интернет- ресурсы

6. Что такое теория корабля [Электронный ресурс ]; Режим доступа: https://www.google.ru/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=17&ved=0ahUKEwiQt6m7-7jNAhUhOJoKHXuJDPk4ChAWCEAwBg&url=http%3A%2F%2Fdic.academic.ru%2Fdic.nsf%2Fsea%2F9188%2F%25D0%25A2%25D0%2595%25D0%259E%25D0%25A0%25D0%2598%25D0%25AF&usg=AFQjCNGhKMo1fqvCOCuAtV_TxbubTj-v-A&bvm=bv.124817099,d.bGs

7. Тип Сормовский, проект 1557 –Водный транспорт [Электронный ресурс ]; Режим доступа: http://fleetphoto.ru/projects/1471/