Внешние силы, вызывающие общий изгиб судна

Прочностью корпуса судна называется его способность противостоять внешним усилиям, возникающим в процессе эксплуатации судна, без нарушения целостности, как  всего корпуса, так и отдельных его конструктивных элементов. Прочности корпуса должна соответствовать необходимая жесткость, то есть способность сопротивляться внешним усилиям без значительных изменений формы конструкций.

Изучая прочность плавающего судна, его корпус рассматривают как пустотелую тонкостенную составную балку переменного по длине сечения, находящуюся под воздействием сложной системы сил, в число которых входят силы веса и инерции, гидростатические силы давления воды, гидродинамические силы, возникающие при движении судна, и тому подобное.

Все эти силы в совокупности вызывают деформацию корпуса, которую в практических расчетах принято разделять на деформацию общего изгиба в продольной и поперечной плоскостях и местные деформации составных элементов корпуса. Соответственно рассматривают:   общую продольную прочность, поперечную прочность и местную прочность корпуса судна.

Кроме усилий, возникающих при общем изгибе корпуса, отдельные его конструкции воспринимают различные местные нагрузки. Например, набор и настил палубы воспринимают вес расположенных на палубе грузов, днище и борта

воспринимают давление забортной воды и т.д. Проверка прочности этих конструкций под действием таких местных нагрузок является задачей расчета местной прочности.

Внешние силы, вызывающие общий изгиб корпуса судна: при проверке общей продольной прочности корпуса судна рассматривают в условиях воздействия на него только вертикальная нагрузка – сил веса и вертикальных составляющих гидростатических и гидродинамических сил давления воды.

Горизонтальные составляющие внешней нагрузки (упор движителей и силы сопротивления воды) не учитывают, так как общие напряжения в связях корпуса от таких сил пренебрежимо малы.

Явление общего изгиба корпуса судна, плавающего на взволнованной поверхности воды, схематизируется.

Изгибающие моменты, возникающие в различных поперечных сечениях корпуса, разделяют на три составляющие:

- на изгибающие моменты, возникающие при плавании судна на тихой   воде;

    - на дополнительные изгибающие моменты, возникающие при плавании на волнении в результате перераспределения сил плавучести по длине судна и на дополнительные динамические изгибающие моменты, действию которых судно периодически подвергается при ходе на полнении вследствие ударов днищем о воду.

Соответственно разделяют и перерезывающие силы в поперечных сечениях корпуса.

Силы веса и вертикальные составляющие гидростатических сил давления воды (силы плавучести), действующие на судно, плавающее в положении статического равновесия на тихой воде, уравновешены в целом, т.е. их равнодействующие равны по абсолютному значению, противоположно направлены и приложены в точках, лежащих на одной вертикали.

Однако по длине судна силы веса и плавучести распределены по различным законам, что приводит к возникновению перерезывающих сил и изгибающих моментов, а следовательно, и к общему продольному изгибу корпуса.

 

Характерные положения судна на волнении, при которых возникают опасные изгибающие и скручивающие моменты (рис.1.23):

а - судно на вершине волны, в результате возникает деформация корпуса, называемая перегибом, при которой палуба оказывается растянутой, а днище сжатым;     

  б - судно на подошве волны, это приводит к деформации корпуса, называемой изгибом. Палуба судна оказывается сжатой, а днище растянутым;  

   в - судно на косом волнении, профиль волны по бортам оказывается различным, что вызывает асимметричное распределение сил поддержания и появление значительных скручивающих моментов, создающих в судовых конструкциях напряжения сдвига.

Рисунок 1.23-Нагрузка на судно в условиях волнения:

 а - судно на вершине волны; б - судно на подошве волны; в - судно на косом волнении