Магистерская диссертация на тему: Сис бора. Классификация системы бора проводится по пластинам, т.е. по ориентации длинных сторон

Введение

2. Расчет конструктивного мидель-шпангоута в первом приближении

2.1 Определение шпации судна и разбивка судна на шпации

Рис. 2.1.1 Рыболовно-крилевой траулер (супертраулер) типа "АНТАРКТИДА"

Шпация - расстояние между балками основного набора, принимаемое исходя из нормальной шпации а0, м, определяемой по формуле

а0 = 0,002L + 0,48 (1.1.3 с.43, т.1,ч.II, [7])

Длина наибольшая (Lг) составляет 114,49 м. При расчетах принимаем длину L=102,48м, измеренную между перпендикулярами судна-прототипа.

Принимаем практическую шпацию:

- В средней части:

а0 = 0,002 102,48 + 0,48 = 0,68 (м)

Отклонение от нормальной шпации может быть допущено в пределах:

для судов ограниченного района плавания R1 от 0,7а0 до 1,25а0 (1.1.3 с.43, т.1,ч.II, [7])

При окончательном выборе шпации необходимо руководствоваться ОН 9-877-89 "Шпации морских стальных судов", предусматривающие для средней части корпуса размеры: 400,500,550,600,700, 800, 900,1000.

Принимаем шпацию судна в средней части а0ср. ч. = 700 мм.

- В форпике шпация должна быть не более 600 мм:

а фор= 600 мм. (1.1.3 с.43, т.1,ч.II, [7])

- Между переборкой форпика и сечением 0,2L в корму от носового перпендикуляра (переходный район) - не более 0,7 м. (1.1.3 с.43, т.1,ч.II, [7])

Расчетная длина переходного района 0,2L= 0,2*102,48= 20,496 м

Принимаем её кратной шпации 29х700=20300мм

- В ахтерпике шпация должна быть не более 600 мм:

аахтерпика = 600 мм. (1.1.3 с.43, т.1,ч.II, [7])

2.1.1 Размер рамной шпации для различных районов рассматриваемого судна

Определим размер рамной шпации для различных районов рассматриваемого судна, приняв ее равной:

пяти обычным шпациям в средней части (2.4.2.5 2 с.90,т.1,ч. II, [7])

двум обычным шпациям в оконечностях и в МО

Имеем:

- в средней части судна

а рамн. н. ср. ч. = 5а0 ср. ч = 5*700 = 3500 мм; (но, не более 3,6 м) (2.4.2.5 2 с.90,т.1,ч. II, [7])

- в оконечностях

а рамн. МО = 2а0 ср. ч = 2*700 = 1400 мм

арамн. н. окон. = 2аф= 2х600=1200 мм; (2.4.2.5 2 с.90,т.1,ч. II, [7])

арамн. к. окон. = 2аахт=2х600= 1200 мм

2.1.2 Определение общего числа поперечных водонепроницаемых переборок и деление судна на отсеки

На судне, при длине 102,48 м должно быть не меньше 5 переборок, в том числе переборок форпика и ахтерпика. (Табл.2.7.1.3,с.108, т.1 ч. II [7])

С учетом требования Международной Конвенции по охране человеческой жизни на море 1974 года с поправками, внесенными Протоколом 1988 года (Правило 5), должна устанавливаться форпиковая или таранная переборка, которая должна быть водонепроницаемой до палубы переборок.

Эта переборка должна располагаться от носового перпендикуляра на расстоянии не менее 5% длины судна и не более 3м+5%L от носового перпендикуляра.

Lрасч. форпика= 0,05L+3= (0,05*102,48)+3=8,124м; (1.1.6.2 с.47,т.1,ч. II, [7])

-расстояние от переборки ахтерпика до кормового перпендикуляра принимают с учетом конструкций дейдвудного устройства. Обычно на суднах оно составляет от 5%L или 10 м;

Lрасч. ахтерпика= 0,05%L= (0,05*102,48) = 5,124 м или 10 м (1.1.6.3 с.47,т.1,ч. II, [7])

- кроме того, должны устанавливаться переборки, отделяющие машинное отделение в нос и корму от грузовых и пассажирских помещений, которые должны быть водонепроницаемыми до палубы надводного борта.

Окончательно принимаем длину форпика и ахтерпика в пределах рассчитанных значений:

Lфор = (14х600) =8400 мм. Количество рамных шпаций будет n=8400:1200=7

Lахт = (10х600) =6000 мм. Количество рамных шпаций будет n=6000:1200=5

Таким образом, длина средней расчетной части равна 102,48-8,4-6,0=88,08м

Длины переходного района (29х700=20300мм) и коффердамов (6х700 =4200 мм) включены в общий расчет длины средней части.

2.1.3 Определение числа и размеров трюмов

При длине судна от 85 до 105 м при расположении машинного помещения в средней части должно быть не менее 5 поперечных переборок. (Табл.2.7.1.3,с.108, ч. II ч. II [7])

Устанавливаем 6 водонепроницаемых переборок.

Этому числу переборок соответствует размещение по длине средней части 4-х трюмов.

Трюм №1 700х16 шп.=11200мм (15-31шп.)

Трюм №2, трюм №3 2х(700х26шп.)=36400мм (31-47шп.,48-74шп.)

Трюм №4 700х27шп.=18900мм (98-125шп.)

2.1.3.1 Определение расположения и размеров коффердамов

6 коффердамов по 700мм -4200мм (14-15шп., 31-32шп., 47-48шп., 74-75шп., 97-98 шп., 125-126шп.,) Эти номера шпангоутов по конструкции непроницаемых флоров являются рамными.

2.1.3.2 Определение длины машинного отделения

Имеем:

Трюм №1 700х16шп.=11200мм (15-31шп.)

Трюм №2, трюм №3 2х(700х26шп.)=36400мм (32-48шп.,49-75шп.)

Трюм №4 700х27шп.=18900мм (99-126шп.)

6 коффердамов по 700мм -4200мм (14-15шп., 31-32шп., 48-49шп., 75-76шп., 98-99 шп., 126-127шп.,)

Lмо102480-8400-36400-18900-4200-11200-6000=17380мм.

Принимаем в машинном отделении 10 рамных шпаций.

Принимаем длину МО 15400 мм, кратную количеству рамных шпаций (11х1400 мм) (76-98шп.)

Корректируем длину ахтерпика.

При такой растяжке длина ахтерпика:

Lахт102480-8400-15400-4200-36400-18900-11200=7980мм. (13х600мм +180мм)

Окончательно длины отсеков указаны в таблице 2.1.1 и на рисунке 2.1.2.

Таблица 2.1.1

№пп

Наименование отсека

Длина отсека,мм

Число практических шпаций

Расположение по длине судна (номера концевых шпангоутов)

Форпик

14х600

0-14 шп

Коффердам

1х700

14-15 шп

Трюм №1

16х700

15-31 шп

Коффердам

1х700

31-32 шп

Трюм №2

26х700

32-48 шп

Коффердам

1х700

48-49 шп

Трюм № 3

26х700

49-75шп

Коффердам

1х700

75-76шп

МО

22х700

76-98шп

Коффердам

1х700

98-99шп

Трюм №4

27х700

99-126 шп

Коффердам

1х700

126-127 шп

Ахтерпик

13х600+180мм

127-140 шп

Итого

Рис.2.1.2 Схема расположения трюмов

2.1.3.3 Определение местоположение миделевого сечения

Теоретическое местоположение мидель-шпангоута - середина между носовым и кормовым перпендикулярами судна:

102480:2 =51240 мм.

Практическое месторасположение определяется положением ближайшего шпангоута относительно носового перпендикуляра.

Определим номер этого шпангоута:

Разделив на шпацию, получим 51240:700=73,2 или 73шп.+14мм в корму

Таким образом, мидель-шпангоут находится на расстоянии (73 шп. х 700мм)+14 мм от носового перпендикуляра.

2.2 Грузовместимость (Приложение 3.1)

С целью увеличения количества перевозимых грузов большинство промысловых судов строят с избыточным надводным бортом. Грузовая палуба №1 расположена на высоте 8,65 м, грузовая палуба №2 расположена на высоте 5,95 м. Это позволяет использовать междупалубное пространство для размещения обрабатывающих цехов, линий транспортировки рыбных продуктов без ограничений, связанных с делением судна на водонепроницаемые отсеки.

Геометрические размеры трюмов должны соответствовать размерам тары и должны быть по возможности кратными этим размерам.

Плоскость расчетного сечения попадает на 73 рамный шпангоут (трюм №3). По описанию судна-прототипа, трюм №3 предназначен для хранения мороженой продукции. В промысловом флоте применяется картонная тара следующих размеров: длина 820мм, ширина 270мм, высота 220мм. Объем тары равен 0,049м3. Средний погрузочный коэффициент для мороженой рыбы равен 0,5 м3/т. (с.22, [6])

При оценке грузовместимости и размеров трюма рассчитывают высоту двойного дна и ширину междубортного пространства.

2.2.1 Высота двойного дна

Высота двойного дна h, м, у вертикального киля, должна определяться по формуле: , (2.4.4.1,с.92,т.1ч.II, [7])

но при этом быть не менее 0,65м.

L,В,d- длина, ширина и осадка судна в метрах.

м

Принимаем высоту двойного дна равную 1000мм.

2.2.2 Ширина междубортного пространства

По рекомендации Регистра, суда, построенных после 2000 года, считаются с одинарным бортом, если расстояние между бортами менее 1000 мм.

Из расчета грузовместимости принимаем ширину междубортного пространства 2000мм.

На судне имеются 4 грузовых люков размерами 2,3х2,0 м.

При ширине судна 17,29 м размер палубы на 73 шпангоуте от борта до комингса люка принимаем 8645 мм.

Из-за конструктивного сужения борта к ОП принимаем размер грузовой палубы №1 8600мм, грузовой палубы №2 8500мм, платформы -1800мм.

2.3 Система набора

Классификация системы набора проводится по пластинам, т.е. по ориентации длинных сторон пластины вдоль или поперек корпуса. Пластиной будем называть часть обшивки или настила, заключенную между балками опорного контура. Разные перекрытия одного и того же судна могут иметь разные системы набора.

Для БКРТ "Антарктида" выбрана комбинированная система набора, т. е. продольная система днища и палубы, и поперечная по бортам. Она целесообразна, потому что в связях наиболее удаленных от нейтральной оси (днище и палуба) действуют значительные нормальные напряжения. Продольный набор воспринимает сжимающие или растягивающие усилия, что позволяет обеспечить продольную прочность и устойчивость при меньшей массе конструкции.

В районе бортов действуют значительные поперечные нагрузки (давление воды, ледовые нагрузки и т. д.), а нормальное напряжение от общего изгиба не велики. Поэтому поперечная система набора бортовых перекрытий оказывается предпочтительней.

2.4 Выбор материала корпусных конструкций

Основным материалом для постройки корпусов судов является корпусная сталь для судостроения по ГОСТ 5521-93.

Выбор категории стали необходимо производить в зависимости от группы связей, расчетной t0С, в которой работают конструкции и толщины элементов последней. (1.2.3.1,с.51,т.1 [7])

Т.к.L<140м, то для проектируемого судна принимается обычная углеродистая сталь с ReH=235 МПа и коэффициентом использования механических свойств η=1

2.5 Определение расчётных нагрузок

2.5.1 Внешние нагрузки на корпус судна со стороны моря (Приложение 3.2)

Расчетное давление, р (кПа), действующие на корпус со стороны моря определяется по формулам:

Для точек приложения нагрузки расположенной ниже ГВЛ:

р=рst + рw (1.3.2.1-1 с.56, т.1ч.II, [7])

Для точек приложения нагрузки расположенной выше ГВЛ:

р=рw (1.3.2.1-2 с.56, т.1ч.II, [7])

где рst - гидростатическое давление, кПа, определяем по формуле:

рst=10 z I,

zi - расстояние до точки приложения нагрузки от ГВЛ, м.

zi=d=6,58(м)

ρ - плотность воды. Для морской воды принимаем ρ=1,025 т/м3.

рst=106,58=65,8(кПа)

рw = рwo - 1,5 сw , где (1.3.2.2-1с.56, т.1ч.II, [7])

рwo = 5 сw аv аx ,

Основным параметром расчетных нагрузок и ускорений, воспринимаемых корпусом судна со стороны моря является волновой коэффициент сw, определяемый в зависимости от длины судна.

сw =10,75 - при 90< L < 300м (1.3.1.4. с.55, т.1 [7])

сw = 10,75 -= 7,97

Для судов ограниченного района плавания волновой коэффициент должен быть умножен на редуцирующий коэффициент φr;

Район плавания - R1, φr = 1 (табл.1.3.1.5,с.56 т.1 ч.II, [7])

сw =7,97

аv, аx - коэффициенты, учитывающие влияние скорости, длины судна и положения рассматриваемого сечения

vо = 13,7 узл. - принятая в первом приближении скорость судна

ах ≈ 0,267 (для мидель - шпангоута)

аv аx - должно быть не менее 0,6

рwo = 5 7,97 0,6 = 23,9 (кПа)

рw = 23,9-1,57,971 = 11,95 (кПа) при zi =d

рw = 23,9-1,57,970 = 23,9(кПа) при zi =0

р = рst + рw = 65,8+11,95=77,75≈78 (кПа)

Для точек приложения нагрузки выше ГВЛ:

рw = рw0 - 7,5ахzi (1.3.2.2-2с.56, т.1 ч.II, [7])

рw= 23,9- 7,5 0,267 6,58=10,7(кПа)

В качестве расчетного принимаем наибольшее р=72 кПа.

2.5.2 Нагрузки от перевозимого груза

Расчетное давление рr, кПа, на перекрытия грузовых палуб, платформ, двойного дна от штучного груза с учетом инерционных сил определяется по формуле:

рr = h r g (1 + аz / g), но не менее 20 кПа (1.3.4.1 с.58 т.1 ч.II, [7])

где h = 8,03 - расчетная высота укладки груза, м.

ρr = 0,5 - плотность груза, т/м3.

аz - расчетное ускорение в вертикальном направлении, м/с2.

(1.3.3.1-6, с.57 т.1ч.II, [7])

где ка =0,4 для мидель-шпангоута

аz = 9,81 (1 + 0,4) = 2,6 (м/с2)

ρr = 8,03 0,5 9,81 (1 + 2,6 / 9,81) = 50 (кПа)

2.5.3 Нагрузка при испытаниях

р = 7,5 hн, (2.4.3.2.4 с.92 т.1 ч.II, [7])

где hн =9,53м - вертикальное отстояние от настила двойного дна до верха воздушной трубы (высота воздушной трубы z= 1,5м)

р = 7,5*9,53=71,5(кПа)

2.5.4 Нагрузка от аварийного затопления отсеков двойного дна

р = 10,5 (d - h)=10,5 (6,58-1,0)=58,6кПа, (2.4.3.2.5 с.92 т.1 ч.II, [7])

где h = 1,0м - фактическая высота двойного дна.

2.6 Определение толщины листовых элементов корпуса

Основой корпуса судна как оболочки сложной геометрической формы является наружная обшивка и настилы. Наружная обшивка, являясь элементом эквивалентного бруса, испытывает от общего изгиба судна действие усилий сжатия и растяжения (максимальных в средней части судна) и срезывающих поперечных усилий. Одновременно с участием в общем изгибе судна обшивка испытывает действие гидростатических и волновых давлений, а также усилий с внутренней стороны корпуса от груза, оборудования, механизмов и т.д.

Одновременно определяются минимальные толщины. Окончательно в проекте принимается наибольшая из этих двух расчетных величин. В дальнейшем, после расчета момента сопротивления и момента инерции эквивалентного бруса, принятые из условий местной прочности и износа толщины могут корректироваться.

Для балок набора целесообразно использовать полособульб горячекатаный несимметричный для судостроения с условным присоединенным пояском по ГОСТ 21937-76.

2.6.1 Толщина наружной обшивки

Внешнее давление на наружную обшивку составляет: р= 78 кПа

рmin = 0,03 L + 5

рmin = 0,03х102,48+5=8,1(кПа)

В качестве расчетного принимаем р=78 кПа

Толщина наружной обшивки днища должна быть не менее определяемой по формуле:

(1.6.4.4 с.70 т.1 ч.II, [7])

где m, кσ - коэффициенты изгибающего момента и допускаемых напряжений:

кσ = 0,6 (для миделя)

В качестве расчетных характеристик материала конструкций корпуса в Правилах принимаются:

- расчетный нормативный предел текучести по нормальным напряжениям, МПа, определяемый по формуле:

, (1.1.4.3-1 с.43, т.1, ч.II, [7])

где η = 1 - коэффициент использования механических свойств стали, определяемый по таблице 1.1.4.3, с.43, т.1, ч.II, [7]

ReN = 235 MПа - верхний предел текучести по нормальным напряжениям стали А32

(МПа)

а = 0,7м - практическая шпация

к = 1 - коэффициент, зависящий от соотношения меньшей и большей сторон листового элемента

∆s = u(Т-12)-запас на износ и коррозию (мм), назначающийся исходя из планируемого срока службы в годах; (1.1.5.1 с.44 т.1ч.II, [7])

где u = 0,14 среднегодовое уменьшение толщины связей, мм/г. (1.1.5.2 с.45 т.1 ч.II, [7])

Среднегодовое уменьшение толщины связей принимается согласно таблице. Т.к. срок планируемой службы не был оговорен в задании на дипломное проектирование, поэтому принимаем Т = 24 года.

(мм)

При L ≥ 30м минимальная строительная толщина наружной обшивки должна быть не менее:

smin = (2.2.4.8 с.85 т.1 ч.II, [7])

где η = 1 - коэффициент использования механических свойств стали.

smin = =9,6 (мм)

Толщину наружной обшивки днища принимаем 10мм.

2.6.2 Толщина настила двойного дна

Для определения толщин настила двойного дна необходимо оценить действующие на него нагрузки:

-давление от штучного груза: рr =50 кПа

-нагрузка при испытаниях: ри =71,5 кПа

-внешняя нагрузка: р=78кПа

-нагрузка от аварийного затопления отсеков двойного дна: рав=58,6 кПа

В качестве расчетного давления выбираем наибόльшее из приведенных:

р = 78(кПа)

Толщина настила двойного дна должна быть не менее определяемой по формуле:

(2.4.4.4 с.93 т.1 ч.II, [7])

где к = 0,8 - при продольной системе набора;

а = 0,7м

кσ = 0,6

При L ≥ 80м минимальная строительная толщина настила второго дна должна быть не менее

smin = (5 + 0,035 L) (2.4.4.4.2-2 с.93 т.1 ч.II, [7])

smin = (5 + 0,035 102,48) 1 = 8,26 (мм)

В трюмах под грузовыми люками smin следует увеличить на 2мм, т.е. толщину настила двойного дна принимаем 10 мм.

Листы настила двойного дна свариваются двусторонней сваркой и являются водонепроницаемой конструкцией.

2.7 Проектирование связей днища

Схема днищевого перекрытия

На проектируемом судне устанавливаем второе дно, выполняющие следующие функции:

1.повышает сохранность перевозимого груза от аварии, в машинном отделении от затопления.

2.обеспечивает непотопляемость судна.

3.предотвращает загрязнение окружающей среды при авариях.

4.служит для размещения балластных цистерн и цистерн запасов.

5.увеличивает момент сопротивления эквивалентного бруса и повышает устойчивость пластин.

В плоскости обшивки внутреннего борта устанавливаем стрингер.

2.7.1 Набор днищевого перекрытия

2.7.1.1 Горизонтальный киль

Ширина горизонтального киля bк,мм, должна быть не менее:

bк = 800 + 5 L , (2.2.4.4 с.84 т.1 ч.II, [7])

bк =800 + 5 102,48=1312 (мм)

Для уменьшения давления на доковые опорные устройства и разнесения технологических сварных швов на расстояние не менее 200мм принимаем ширину горизонтального киля 1400мм, а его толщина должна быть на 2мм больше обшивки днища.

sк = sdн + 2 = 10+2=12 (мм). Принимаем толщину горизонтального киля 12мм.

2.7.1.2 Толщина сплошных флоров

Толщина сплошных флоров должна быть не менее

, (2.4.4.3-1 с.92 т.1 ч.II, [7])

где α = 0,023L + 5,8, при продольной системе набора

к = к1.к2, где к- коэффициенты определяемые по таблицам (2.4.4.3-1;2.4.4.3-2 с.93 т.1 ч.II, [7])

к1 = 1,85, а к2 = 0,93 к = 1,85 0,93 = 1,72

а = 0,7м - расстояние между ребрами жесткости

8,21,720,71+1,68=11,2мм

Минимальная строительная толщина элементов конструкции двойного дна при продольной системе набора должна быть не менее

smin = 0,045 L + 6 (2.4.4.3.2-2 с.93 т.1 ч.II, [7])

smin = 0,045 102,48 + 6=11,08(мм)

Принимаем толщину сплошных флоров 12мм.

2.7.1.3 Подкрепление флоров

(1.6.4.1 с.70 т.1 ч.II, [7])

(1.6.4.2 с.70 т.1 ч.II, [7])

Q = р а l - поперечная нагрузка на рассматриваемую балку (кН).

где р = 0,75 ρr g ( zi + Δz ), кПа - расчетное давление,

ρr = 0,5т/м3- погрузочный коэффициент,

а = 0,7м - практическая шпация

l = 1,0м - длина пролета вертикальной стойки

zi =6,58(м)- отстояние середины рассматриваемой связи от уровня палубы,

Δz=1,5(м) - высота воздушной трубки,

кσ = 0,75

р = 0,750,59,81(6,58 + 1,5) = 32,7 (кПа)

Q = 32,70,71,0 =22,9(кН)

wк = 1+ множитель, учитывающий поправку к моменту сопротивления на износ и коррозию (1.1.5.3 с.46 т.1 ч.II, [7])

≤0,25, при <200см3 (1.1.5.3 с.46 т.1 ч.II, [7])

=0,58. Принимаем

wк =1+0,25*1,68 =1,42

Принимаем полособульб №6 (табл.1, с.2 [8])

2.7.1.4 Днищевые стрингеры

Толщина днищевых стрингеров должна быть не менее толщины сплошных флоров.

(2.4.4.2 с.92 т.1 [7])

Принимаем толщину днищевых стрингеров 12мм.

2.7.1.5 Вертикальный киль

Вертикальный киль вместе с горизонтальным килем и средним поясом настила второго дна образуют основную балку.

Толщина вертикального киля вычисляется по формуле:

, (мм) (2.4.4.2.1 с.92 т.1 ч.II, [7])

где h-расчетная высота вертикального киля, м

h=1,1м

hф (м) - фактическая высота вертикального киля, равная высоте двойного дна.

hф =1,0м

αк = 0,03L+8,3, но не более >11,2

αк =0,03*102,48+8,3=11,4 Принимаем αк = 11,2

+1,68 = 15,23(мм),

Принимаем толщину вертикального киля 15мм.

2.7.1.6 Бракеты

Толщину бракет принимаем равной толщине сплошных флоров s=12мм (2.4.4.8с.95 т.1ч.II, [7])

2.7.1.7 Продольные ребра днища и настила второго дна

Оглавление

- Введение

- Выводы

- Список литературы

- Приложение

Заключение

В ходе выполнения курсового проекта осуществлен выбор и обоснование системы перекрытий, шпации и материала корпуса, расчет нагрузок, действующих на корпус. Выбраны толщины обшивки и настилов из условия обеспечения местной прочности и запаса на коррозию, а также с учетом минимальных строительных толщин.

В разделе 2 рассчитан эквивалентный брус. Фактические моменты сопротивления днища и палубы и момент инерции поперечного сечения корпуса судна получились больше требуемых. Следовательно, корректировка размеров продольных связей, а также толщин обшивки и настилов не требуется.

Результаты работы можно использовать в дипломном проектировании.