ДНИЩЕВОЕ ПЕРЕКРЫТИЕ СУДНА
VESSEL BOTTOM COVERING

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано при постройке и ремонте днищевых конструкций корпусов судов.
Известно днищевое перекрытие судна, содержащее наружную обшивку, настил второго дна, стрингеры, вертикальный киль, флоры и продольные балки. (Барабанов Н.В. Конструкция корпуса морских судов. Л., Судостроение, 1981. - 552 с., с. 321-337, рисунок 138).
Конструкция этого перекрытия обладает существенным недостатком, заключающимся в том, что в случае посадки судна на мель нередко происходит смещение или повреждение настилов второго дна вместе с фундаментами механизмов, из-за чего судно даже после снятия с мели не имеет возможности двигаться своим ходом.
Известно днищевое перекрытие корпуса судна (Авторское свидетельство СССР №1214521, МПК В63В 3/24, опубл. 28.02.1986 г.), содержащее наружную обшивку, настил второго дна, стрингеры, вертикальный киль, флоры и продольные балки, причем стенки флоров и стрингеров подкреплены системой горизонтальных и вертикальных ребер жесткости и обладают переменной жесткостью по высоте.
Данная конструкция обладает существенным недостатком, заключающимся в том, что для флоров и стрингеров толщина элемента стенки, прилегающего к наружной обшивке, ограничивается величиной его эйлеровой нагрузки (в противном случае не будет обеспечена требуемая податливость днищевого перекрытия в вертикальной плоскости), а в районе соединения стенки с наружной обшивкой нередко наблюдается интенсивная коррозия, что может привести к недопустимому коррозионному износу конструкции и снижению ее надежности.
Известно днищевое перекрытие судна, состоящее из наружной обшивки с установленными на ней стрингерами и флорами, стенки которых подкреплены вертикальными и горизонтальными ребрами жесткости (RU 2463198, МПК В63В 3/24, опубл. 10.10.2012 г.), содержащее вертикальный киль, продольные балки и настил второго дна с продольными ребрами жесткости настила второго дна, при этом нижние части вертикального киля, стенок флоров и стрингеров выполнены с элементами конструктивной защиты в виде трубчатого профиля металлического проката.
Недостатком данной конструкции является то, что трубчатые элементы конструктивной защиты могут занимать значительный объем междудонного пространства, что ведет к потере его полезного объема и создает трудности при проведении ремонтных работ.
В качестве ближайшего аналога принято судовое перекрытие, подкрепленное набором, причем часть связей выполнена с предохранительным звеном в виде продольного гофра в стенке связи. Гофры связей судового перекрытия пропускаются в вырезах противоположных балок или вне пределов противоположных балок и имеют наименьшую жесткость в цепи «участки стенок связей» - «гофры связей», в направлении воздействия нагрузок в плоскости стенок балок. (RU 2072935, МПК В63В 3/24, В63В 3/14, В63В 3/36 опубл. 10.02.1997 г.).
Существенным недостатком данной конструкции является ее низкая энергоемкость при деформировании в случае посадки судна на мель, в том случае, если данное судовое перекрытие используется в качестве днищевого. В этом случае при наличии в стенке балки набора только одного гофра рассеяние энергии будет происходить лишь в четырех его сечениях, в которых образуются пластические шарниры. Если же в стенке последовательно расположить несколько гофров, то при действии нагрузки вдоль стенки балки она потеряет устойчивость и отклонится от первоначальной плоскости, в результате чего каждый гофр не будет полностью деформирован, как это имеет место при наличии лишь одного гофра, что также снижает энергоемкость конструкции. В результате этого кинетическая энергия судна будет рассеиваться в других конструкциях корпуса, что может привести к повреждению второго дна с фундаментами главных и вспомогательных механизмов.
Изобретение решает задачу повышения энергоемкости днищевого перекрытия при его деформировании в случае посадки судна на мель при обеспечении необходимой податливости для предотвращения возникновения деформаций настила второго дна с фундаментами главных и вспомогательных механизмов за счет использования последовательно соединенных гофров в вертикальном киле, стенках флоров и стрингеров с обеспечением их полного деформирования без отклонения вертикального киля, стенок флоров и стрингеров от первоначальной плоскости.
Для получения необходимого технического результата в днищевом перекрытии судна, включающем наружную обшивку с установленными на ней стрингерами и флорами, стенки которых подкреплены вертикальными и горизонтальными ребрами жесткости, вертикальный киль, продольные балки и настил второго дна с продольными ребрами жесткости, предохранительные звенья, выполненные в виде продольных гофров, предлагается предохранительными звеньями снабдить нижние части вертикального киля, стенок флоров и стрингеров, причем каждое предохранительное звено составить, по меньшей мере, из двух продольных гофров, соединенных последовательно и установленных в направляющие, а параметры гофров предлагается определять по формуле:
где
h - толщина полосы, образующей стенки гофра, м;
- ширина полосы, образующей стенки гофра, м;
α - угол наклона полосы, образующей стенки гофра, по отношению к плоскости, перпендикулярной стенкам флоров и стрингеров;
Т
τ - предел текучести при сдвиге для материала флоров и стрингеров, Па;
Т
σ - предел текучести материала гофров, Па;
ф
2
F - площадь верхней части стенки флора, м;
стр
2
F - площадь верхней части стенки стрингера, м;
ф
n - количество флоров в зоне касания грунта;
стр
n - количество стрингеров в зоне касания грунта;
n - размер среднестатистического пятна контакта вдоль судна, м;
m - размер среднестатистического пятна контакта поперек судна, м;
З
K - коэффициент запаса.
В предлагаемом техническом решении в случае посадки судна на мель происходит деформирование наружной обшивки, продольных балок, а также нижних частей вертикального киля, стенок флоров и стрингеров, содержащих последовательно соединенные гофры, расположенные в направляющих. При этом верхние части флоров и стрингеров, а вместе с ними и настил второго дна, остаются недеформированными, за счет того, что податливость нижней части выше, чем податливость верхней, что обеспечивается выбором параметров гофров, а также за счет высокой энергоемкости нижней части днищевого перекрытия.
На прилагаемых графических материалах изображено:
на фиг. 1 - общий вид части днищевого перекрытия судна;
на фиг. 2 - узел I на фиг. 1;
на фиг. 3 - пример выбора параметров гофров для обеспечения требуемой податливости нижней части днищевого перекрытия.
На графических материалах приняты следующие обозначения:
1 - обшивка наружная;
2 - ребро жесткости горизонтальное;
3 - гофры соединенные последовательно;
4 - балки продольные;
5 - киль вертикальный;
6 - флор;
7 - стрингер;
8 - настил второго дна;
9 - ребро жесткости вертикальное;
10 - ребра жесткости продольные настила второго дна;
11 - лист крайний междудонный;
12 - кница скуловая;
13 - шпангоут;
14 - направляющие;
h - толщина полосы, образующей стенки гофра, м;
l - ширина полосы, образующей стенки гофра, м.
Конструкция днищевого перекрытия состоит из обшивки 1, настила 8 второго дна с продольными ребрами 10 жесткости настила второго дна, стрингеров 7, вертикального киля 5, флоров 6 и продольных балок 4. Стенки флоров 6 и стрингеров 7, а также вертикальный киль 5, в верхней части подкреплены системой горизонтальных 2 и вертикальных 9 ребер жесткости, а в нижней части содержат последовательно соединенные гофры 3 в направляющих 14.
Днищевое перекрытие работает следующим образом. При посадке на мель или при касании грунта происходит деформирование наружной обшивки 1, продольных балок 4, а также нижних частей стенок флоров 6, стрингеров 7 и вертикального киля 5, а верхняя часть с настилом 8 второго дна остается недеформированной. Для этого нижняя часть вертикального киля 5, стенок флоров 6 и стрингеров 7 содержит последовательно соединенные гофры 3 в направляющих 14, которые сминаются при нагрузке, меньшей, чем критическая нагрузка для верхних частей стенок флоров 6 и стрингеров 7, подкрепленных вертикальными 9 и горизонтальными 2 ребрами жесткости.
ф
стр
Параметры последовательно соединенных гофров 3 должны выбираться из условия, чтобы предельная нагрузка для них была меньше, чем нагрузка, вызывающая сдвиг в стенках флоров 6 и стрингеров 7, а также вертикального киля 5. Располагая размерами среднестатистического пятна контакта днища с грунтом (n - в продольном направлении, m - в поперечном) для данного типа судна, поперечной шпацией, а также расстоянием между стрингерами 7, можно определить, какое количество связей оказывается в зоне контакта с грунтом (n - число флоров, n - число стрингеров). Тогда оптимальные параметры гофров, соединенных последовательно и установленных в направляющих, должны определяться согласно формуле:
где
h - толщина полосы, образующей стенки гофра, м;
- ширина полосы, образующей стенки гофра, м;
α - угол наклона полосы, образующей стенки гофра, по отношению к плоскости, перпендикулярной стенкам флоров и стрингеров;
Т
τ - предел текучести при сдвиге для материала флоров и стрингеров, Па;
Т
σ - предел текучести материала гофров, Па;
ф
2
F - площадь верхней части стенки флора, м;
стр
2
F - площадь верхней части стенки стрингера, м;
ф
n - количество флоров в зоне касания грунта;
стр
n - количество стрингеров в зоне касания грунта;
n - размер среднестатистического пятна контакта вдоль судна, м;
m - размер среднестатистического пятна контакта поперек судна, м;
З
K - коэффициент запаса.
Следует заметить, что наряду с требуемой податливостью нижней части днищевого перекрытия эффективность предлагаемой конструкции обеспечивается ее повышенной энергоемкостью по сравнению с конструкцией ближайшего аналога. Это достигается за счет использования последовательно соединенных гофров 3 и размещения их в направляющих 14, благодаря чему, при деформировании нижних частей стенок флоров 6, стрингеров 7 и вертикально киля 5 гофры будут деформироваться во всех узлах, и, в конечном счете, сложатся полностью, что обеспечивает максимальную энергию рассеивания. Если же соединить несколько гофров последовательно в конструкции ближайшего аналога, то при их деформировании в случае посадки судна на мель стенка балки будет терять устойчивость и отклоняться от первоначальной плоскости с незначительной деформацией узловых сечений гофра, в результате чего рассеивание энергии в такой конструкции будет значительно меньшим, чем в предлагаемой конструкции. При составлении уравнения энергетического баланса с незначительной ошибкой в безопасную сторону можно принять, что вся кинетическая энергия движения судна при посадке его на мель гасится за счет энергии, идущей на разрушение днищевых конструкций в зоне контакта с грунтом. Энергия диссипации при пластическом деформировании связей днищевого перекрытия предлагаемой конструкции состоит из энергии рассеивания при деформировании наружной обшивки 1, продольных балок 4, нижней части флоров 6 и стрингеров 7, а также нижней части вертикального киля 5, содержащих последовательно соединенные гофры 3 в направляющих 14.
ф
стр
Т
стр
ф
Т
З
2
2
В качестве примера реализации предлагаемой конструкции рассмотрим днищевое перекрытие транспортного судна длиной 130 м с поперечной шпацией 0,6 м, расстоянием между стрингерами 3 м, площадями верхних частей стенок флоров и стрингеров F=0,009 м, F=0,009 м, пределом текучести по сдвигу для их материала τ=120 МПа. Для данного судна среднестатистическое пятно контакта имеет размеры 4 м × 4 м, т.е. n=4 м, m=4 м (Александров М.Н. Безопасность человека на море. - Л.: Судостроение, 1983. - 208 с., с. 76-95). Тогда можно принять, что число стрингеров и флоров в зоне нагружения n=1, n=6. Принимая предел текучести материала гофра σ=300МПа, коэффициент запаса K=2, а угол наклона полосы, образующей стенки гофра, по отношению к плоскости, перпендикулярной стенкам флоров и стрингеров α=π/4, имеем:
Графическая зависимость h() представлена на фиг. 3, на которой видно, что для обеспечения требуемой податливости нижней части данного днищевого перекрытия могут использоваться, например, последовательно соединенные гофры с параметрами =0,2 м и h=0,016 м.
Таким образом, параметры гофров, соединенных последовательно и установленных в направляющих, могут быть выбраны с учетом конструктивных особенностей конкретного судна, при этом соединение нескольких гофров последовательно и обеспечение их деформирования без отклонения от плоскости стенки балки набора в предлагаемой конструкции позволяет существенно повысить ее энергоемкость, по сравнению с конструкцией ближайшего аналога.