Патент на изобретение №2382714
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) БОРТОВОЕ ПЕРЕКРЫТИЕ
(57) Реферат:
Изобретение относится к области судостроения. Бортовое перекрытие судна содержит бортовую обшивку, подкрепленную набором, и упругую прослойку. Между упругой прослойкой и бортовой обшивкой установлена прокладка. Оптимальную жесткость прокладки К и толщину прокладки hпр определяют по формулам К=10,4·Кз·W·[ hпр>[f]/(Кз·[ где Кз – коэффициент запаса; W – момент сопротивления балки-полоски упругой прослойки; а – шпация; [
Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано при постройке и ремонте бортовых конструкций корпусов судов. Известно бортовое перекрытие судна, содержащее полотнище наружной обшивки, набор продольный (бортовые стрингеры) и поперечный (шпангоуты) (Барабанов Н.В. Конструкция корпуса морских судов. Л., Судостроение, 1981. – 551 с.). Конструкция этого перекрытия обладает существенным недостатком, заключающимся в том, что при воздействии локальных интенсивных нагрузок, действующих на борта судов в процессе их эксплуатации в ледовых условиях, интенсивно деформируются пластины наружной обшивки борта в районе переменной ватерлинии с образованием гофров со стрелками прогиба, зачастую существенно превышающими нормативные значения. Это вызывает необходимость проведения ремонта бортовых конструкций с целью ликвидации последствий тяжелой эксплуатации судна одним из известных методов, например методом замены, методом подкреплений и т.д. Но любой из этих методов ремонта требует больших затрат трудовых и материальных ресурсов, значительно увеличивает металлоемкость судоремонтного производства, увеличивает сроки простоя судов в ремонте, что резко снижает эффективность эксплуатации судов различного назначения. Известно бортовое перекрытие корпуса судна (А.с. СССР К недостаткам вышеописанного технического решения можно отнести: – громоздкость (использование больших внутренних объемов судна под систему амортизации борта крайне нежелательно, т.к. внутренних объемов помещений корпуса судна, как правило, не хватает для удовлетворения нормальных условий производственной деятельности экипажа); – наличие больших цистерн с жидкостью почти по всей длине бортов судна приводит к существенному повышению центра тяжести судна, что крайне отрицательно сказывается на остойчивости судна, усугубляемой еще и наличием свободных поверхностей; – увеличение осадки судна за счет лишнего балласта в бортовых цистернах и, как следствие, потеря в скорости судна и увеличение расхода топлива; – сложность и низкая надежность работы амортизационной системы борта в целом ввиду наличия в его конструкции клапанов сложной конструкции; – невозможность восприятия сильно локализованных нагрузок (например, ледовых) без существенных повреждений, т.к. невозможно обеспечить при данной конструкции бортового перекрытия одновременное восприятие нагрузки большой величины, распределенной по значительной площади (нагрузки от кранца), и сильно локализованной нагрузки (ледовой) при большой ее интенсивности, когда степень локализации достигает практически одной шпации; – сложность проведения ремонтных работ в замкнутом объеме; – очень сильная ослабленность ширстречного узла, что при очередном навале в его районе вызовет его сжатие; – увеличенная металлоемкость системы бортовой защиты в целом. В качестве ближайшего аналога принято бортовое перекрытие судна, подкрепленное набором (А.с. СССР К недостаткам конструкции можно отнести невысокую несущую способность пластин обшивки бортового перекрытия из-за неполного использования возможностей упругой прослойки, поддерживающей пластины обшивки. Резервы прочности упругой прослойки обусловлены тем, что характер деформирования пластин и упругой прослойки различен: пластина обшивки имеет косинусоидальную упругую линию, а упругая прослойка – синусоидальную. Это приводит к тому, что контакт между пластинами обшивки и упругой прослойкой является точечным, что значительно снижает несущую способность этой прослойки, ведет к нерациональному использованию материала прослойки и к повышенной металлоемкости бортового перекрытия. Изобретение решает задачу повышения несущей способности упругой прослойки и пластин обшивки бортового перекрытия судна за счет увеличения площади контакта между ними. Для решения поставленной задачи в известном бортовом перекрытии судна, состоящем из бортовой обшивки, подкрепленной набором, упругой прослойки, установленной с внутренней стороны перекрытия, опирающейся по контуру шпации на внутреннюю полость полок набора, предлагается между упругой прослойкой и бортовой обшивкой установить прокладку, причем оптимальную жесткость прокладки К и толщину прокладки hпр определять по формулам
где Кз – коэффициент запаса; W – момент сопротивления балки-полоски упругой прослойки; а – шпация; [ [f] – допускаемый нормативный прогиб пластины обшивки; [ В предлагаемом техническом решении нагрузка, воспринимаемая пластинами обшивки, благодаря прокладке передается на упругую прослойку, распределяясь по всей шпации. Это приводит к тому, что пластина, упругая линия которой имеет косинусоидальную форму, вместо точечного взаимодействия с упругой прослойкой, изгибающейся по синусоидальному закону, передает нагрузку через прокладку, что приводит к расширению зоны контакта и повышению несущей способности упругой прослойки. На прилагаемых графических материалах изображено: на фиг.1 – общий вид бортового перекрытия судна; на фиг.2 – разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.3 – вид А на фиг.1; на фиг.4 – диаграммы распределения напряжений в материале упругой прослойки при использовании конструкции перекрытия: по ближайшему аналогу – А; при использовании предлагаемой конструкции перекрытия с неоптимальной жесткостью прокладки – Б; при использовании предлагаемой конструкции перекрытия с оптимальной жесткостью прокладки – В. На графических материалах приняты следующие обозначения: 1 – пластина обшивки; 2 – поперечный набор (шпангоуты); 3 – продольный набор (стрингеры); 4 – упругая прослойка; 5 – прокладка; а – шпация; с – участок, на котором по косинусу распределена нагрузка; Конструкция бортового перекрытия состоит из обшивки 1 с установленными на ней поперечными 2 (шпангоутами) и продольными 3 (стрингерами) связями. С внутренней стороны установлена упругая прослойка 4, опирающаяся на полки набора с внутренней стороны, а между упругой прослойкой и обшивкой установлена прокладка 5. Бортовое перекрытие работает следующим образом. Внешнюю нагрузку воспринимает пластина 1, в результате чего она прогибается между балками набора, деформируя прокладку 5, которая передает нагрузку на упругую прослойку набора 4. Поскольку упругая прослойка при нагружении находится под действием не сосредоточенной, а распределенной нагрузки, то конструкция может выдержать большую внешнюю нагрузку, по сравнению с конструкцией ближайшего аналога, что иллюстрируется диаграммами Б и В на фиг.4, где приведены результаты расчета напряжений в материале упругой прослойки при использовании предлагаемой конструкции без определения оптимальной жесткости прокладки и с определением оптимальной жесткости соответственно. Диаграмма А иллюстрирует сосредоточенное нагружение упругой прослойки, т.е. без прокладки, как в ближайшем аналоге. Как подтверждают проведенные эксперименты, напряжения в материале упругой прослойки снижаются более чем на 30% при разнесении нагрузки на всю шпацию, которое происходит за счет использования прокладки оптимальной жесткости и толщины. Оптимальные параметры прокладки, при которых обеспечивается эффективное разнесение контактной нагрузки на всю шпацию, определяются приведенными ниже формулами
где Кз – коэффициент запаса; W – момент сопротивления балки-полоски упругой прослойки; а – шпация; [ [ [ Конкретный пример определения оптимальных параметров прокладки. Рассмотрим бортовое перекрытие со шпацией 600 мм и высотой стенки шпангоута 80 мм. Пусть в качестве упругой прослойки используется доска из сосны толщиной 40 мм, коэффициент запаса примем равным 1,5. Тогда W=2,67·10-6 м3; [ [ В этом случае жесткость прокладки
Из конструкции перекрытия и толщины упругой прослойки следует, что толщина прокладки должна быть равна hпр=40 мм. Тогда модуль упругости материала прокладки
где b0=1 мм – единичная ширина балки-полоски прокладки; F0=1 мм2 – единичный элемент площади прокладки. В этом случае в качестве материала прокладки может быть выбран эластичный пенополиуретан марки ППУ-Э, обладающий секущим модулем – Е’=0,1 МПа. Для этого материала [
Т.к. hпр=0,04 м>0,036 м, то прокладка может быть изготовлена из эластичного пенополиуретана марки ППУ-Э.
Формула изобретения
Бортовое перекрытие судна, состоящее из бортовой обшивки, подкрепленной набором, упругой прослойки, установленной с внутренней стороны перекрытия, опирающейся по контуру шпации на внутреннюю полость полок набора, отличающееся тем, что между упругой прослойкой и бортовой обшивкой установлена прокладка, причем оптимальная жесткость К и толщина hпр прокладки определена по формулам:
РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||
]/([f]·a2),
пр]),
335146, МПК В63В 3/14, 59/02, опубл. 01.01.1972 г.), содержащее наружную обшивку, ограничивающую емкость с эластичными перегородками, частично заполненную жидкостью, где с целью повышения ее ударостойкости при эксплуатации судна эластичные перегородки расположены горизонтально и выполнены с перепускными клапанами, сообщающими между собой отсеки емкости, на которые последняя разделена этими перегородками, а наружная обшивка выполнена трехслойной с упругим заполнителем.
– участок, на котором по косинусу распределена нагрузка в безразмерном виде; 
– напряжения в материале упругой прослойки при распределении нагрузки по косинусу на участке с в безразмерном виде.
] – допускаемый нормативный прогиб пластины обшивки;
