ДНИЩЕВОЕ ПЕРЕКРЫТИЕ СУДНА
BOTTOM COVERING OF VESSEL

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.
В качестве ближайшего аналога принято судовое перекрытие, подкрепленное набором, имеющим гофры в стенках связей. 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 (Патент на изобретение №2072935, МПК В63В 3/24, В63В 3/14, В63В 3/36, опубл. 10.02.1997).
Существенные недостатки данной конструкции:
- изготовление гофр отличается повышенной трудоемкостью, т.к. сопряжено либо с применением прессов большой мощности и набора технологической оснастки, которыми располагает не каждое судостроительное и судоремонтное предприятие, либо со значительным объемом работ по резке листовых элементов, их правке и сварке в виде гофры;
- при использовании гофр в конструкции днищевого перекрытия не обеспечивается герметичность отсеков двойного дна, т.к. в местах пересечения флоров и стрингеров должны выполняться вырезы под гофры, что приводит к дополнительным затратам на герметизацию.
Изобретение решает задачу снижения трудоемкости изготовления днищевого перекрытия при обеспечении необходимой податливости и герметичности отсеков двойного дна за счет использования элементов конструктивной защиты в вертикальном киле, стенках флоров и стрингеров в виде трубчатого профиля.
Для решения поставленной задачи в известном днищевом перекрытии судна, состоящем из наружной обшивки с установленными на ней стрингерами и флорами, стенки которых подкреплены вертикальными и горизонтальными ребрами жесткости, содержащем вертикальный киль, продольные балки и настил второго дна с продольными ребрами жесткости настила второго дна, предлагается нижние части вертикального киля, стенок флоров и стрингеров выполнить с элементами конструктивной защиты в виде трубчатого профиля металлического проката, параметры которого определены по формуле:
где h - толщина стенки трубчатого элемента конструктивной защиты;
d - диаметр трубчатого элемента конструктивной защиты;
Т
τ - предел текучести при сдвиге для материала флоров и стрингеров;
Т
σ - предел текучести материала трубчатого элемента конструктивной защиты;
ф
F - площадь стенки флора;
стp
F - площадь стенки стрингера;
ф
n - количество флоров в зоне касания грунта;
стр
n - количество стрингеров в зоне касания грунта;
n - размер среднестатистического пятна контакта вдоль судна;
m - размер среднестатистического пятна контакта поперек судна;
3
К - коэффициент запаса.
В предлагаемом техническом решении в случае посадки на мель происходит деформирование наружной обшивки, продольных балок, а также нижних частей вертикального киля, стенок флоров и стрингеров. 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 диаметра устанавливаемых трубчатых элементов конструктивной защиты и толщиной их стенок.
На прилагаемых графических материалах изображено:
на фиг.1 - общий вид части днищевого перекрытия судна;
на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1;
на фиг.3 - пример выбора параметров трубчатого элемента конструктивной защиты.
На графических материалах приняты следующие обозначения:
1 - наружная обшивка;
2 - горизонтальное ребро жесткости;
3 - трубчатый элемент конструктивной защиты;
4 - продольные балки;
5 - вертикальный киль;
6 - флор;
7 - стрингер;
8 - настил второго дна;
9 - вертикальное ребро жесткости;
10 - продольные ребра жесткости настила второго дна;
11 - крайний междудонный лист;
12 - скуловая кница;
13 - шпангоут.
h - толщина стенки трубчатого элемента конструктивной защиты;
d - диаметр трубчатого элемента конструктивной защиты.
Конструкция днищевого перекрытия состоит из обшивки 1, настила второго дна 8 с продольными ребрами жесткости настила второго дна 10, стрингеров 7, вертикального киля 5, содержащего в нижней части трубчатый элемент конструктивной защиты 3, флоров 6 и продольных балок 4. Стенки флоров и стрингеров в верхней части подкреплены системой горизонтальных 2 и вертикальных 9 ребер жесткости, а в нижней части содержат трубчатый элемент конструктивной защиты 3.
ф
стр
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 второго дна 8 остается недеформированной. Для этого нижняя часть вертикального киля, стенок флоров и стрингеров содержит трубчатые элементы конструктивной защиты 3, которые сминаются при нагрузке, меньшей, чем критическая нагрузка для верхних частей стенок флоров и стрингеров, подкрепленных вертикальными 9 и горизонтальными 2 ребрами жесткости. 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 состоит из энергии рассеивания при деформировании днищевых пластин, продольных ребер жесткости, нижней части флоров и стрингеров, нижней части вертикального киля. Параметры трубчатых элементов конструктивной защиты должны выбираться из условия, чтобы предельная нагрузка для них была меньше, чем нагрузка, вызывающая сдвиг в стенках флоров и стрингеров. 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 можно определить, какое количество связей оказывается в зоне контакта с грунтом (n - число флоров, n - число стрингеров). Тогда оптимальные параметры трубчатого элемента конструктивной защиты должны определяться согласно формуле:
где h - толщина стенки трубчатого элемента конструктивной защиты;
d - диаметр трубчатого элемента конструктивной защиты;
Т
τ - предел текучести при сдвиге для материала флоров и стрингеров;
Т
σ - предел текучести материала трубчатого элемента конструктивной защиты;
ф
F - площадь стенки флора;
стp
F - площадь стенки стрингера;
ф
n - количество флоров в зоне касания грунта;
стр
n - количество стрингеров в зоне касания грунта;
n - размер среднестатистического пятна контакта вдоль судна;
m - размер среднестатистического пятна контакта поперек судна;
3
К - коэффициент запаса.
Конкретный пример определения размеров элемента конструктивной защиты
ф
стp
Т
стр
ф
Т
з
2
2
Рассмотрим днищевое перекрытие транспортного судна длиной 130 м с поперечной шпацией 0.6 м, расстоянием между стрингерами 3 м, площадями 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 трубы σ=412 МПа, коэффициент запаса К=2, имеем:
2
Графическая зависимость h(d) представлена на фиг.3, откуда видно, что в качестве трубчатого элемента конструктивной защиты данного перекрытия могут использоваться, например, трубы класса прочности К 60 в соответствии с ГОСТ 20295-85 диаметром 0.219 м и толщиной стенки 0.008 м (Труба тип 2-У 219×8 - К60 ГОСТ 20295-85). Использование стандартных изделий (труб) в качестве элемента конструктивной защиты позволяет существенно снизить трудоемкость изготовления днищевых конструкций. Так, для изготовления и установки трубчатого элемента конструктивной защиты рассматриваемого перекрытия на площади 1 м требуется около 1.8, а для сварного гофрированного элемента (ближайший аналог) - около 3.4 нормо-часа.
Таким образом, параметры трубчатого элемента конструктивной защиты могут быть выбраны с учетом конструктивных особенностей конкретного судна, при этом трудоемкость изготовления предлагаемой конструкции существенно меньше, чем для ближайшего аналога.