КОРПУС СУДНА Российский патент 2024 года по МПК B63B3/08 B63B3/24 

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано при постройке и ремонте конструкций корпусов судов.

Известно бортовое перекрытие судна, содержащее полотнище наружной обшивки, шпангоуты и бортовые стрингеры (Барабанов Н.В. Конструкция корпуса морских судов. - Л., Судостроение, 1981. - 552 с., с. 42-43, рисунок 8«г»).

Конструкция этого перекрытия обладает существенным недостатком, заключающимся в низкой несущей способности шпангоутов при восприятии интенсивных локальных нагрузок, т.к. зона обрушения может локализироваться между стрингерами и сопровождаться завалом шпангоутов. Другим недостатком является низкая несущая способность наружной обшивки, которая поддерживается лишь балками набора, что может привести к недопустимому росту прогибов и ее разрушению под действием эксплуатационных нагрузок.

Известна усовершенствованная бетонная конструкция (GB 1233778, МПК В63В 5/18, опубл. 26.05.71), предполагающая постройку корпуса железобетонного судна типа баржи, включая днище, борта и палубу, из готовых железобетонных модулей с использованием тросов, пропускаемых через отверстия в железобетонных элементах днища, бортов и палубы в продольном и поперечном направлении с созданием натяжения и закреплением для обеспечения связи элементов корпуса.

Недостатком данной конструкции является большой вес и хрупкость бетона, что не позволяет использовать ее для большинства морских судов.

Известен корпус судна с защитой отсека при столкновении с другим судном (RU 2432295, МПК В63В 3/24, В63В 3/14, опубл. 27.10.2011), включающий борта, днище, палубы, переборки, обшивку со шпангоутами и элементы защиты корпуса при столкновении в виде продольно ориентированных стержней, причем продольно ориентированные стержни выполнены из упругопластического материала и установлены в кожухах с возможностью перемещения в них, кожухи закреплены на наружной обшивке бортов в районе защищаемого отсека, длины упругопластических стержней в направлении от верхней палубы к днищу уменьшаются, при этом площадь сечения концевых участков упругопластических стержней меньше площади сечения средних участков стержней, по меньшей мере, на 30%, а расположенные в районе защищаемого отсека средние участки стержней выходят за пределы упомянутого отсека.

Недостатками данной конструкции является высокая металлоемкость, трудоемкость изготовления и монтажа кожухов, особенно в районах корпуса с криволинейными обводами, а также невозможность предотвращения повреждений корпуса при посадке судна на мель, так как кожухи закреплены только на наружной обшивке бортов.

Известен корпус судна (RU 2127206, МПК В63В 3/08, В63В 3/24, опубл. 10.03.1999), включающий борта, днище, палубу, продольные и поперечные переборки, обшивку, шпангоуты и тросы с устройством их натяжения, размещенные по всему периметру корпуса судна, концы которых закреплены на носовой и кормовой его частях, причем тросы пропущены через отверстия, выполненные в стенках шпангоутов.

Данная конструкция обладает недостатком, заключающимся в том, что из-за большой длины тросов, закрепленных только на носовой и кормовой частях судна, при действии локальных нагрузок на бортовое перекрытие в них будут возникать значительные удлинения даже при малом уровне растягивающих напряжений, в результате чего они будут создавать лишь незначительные силы поддержания для локально деформируемой конструкции.

В качестве ближайшего аналога принят корпус танкера (RU 2115582, МПК В63В 3/00, В63В 25/12, опубл. 20.07.1998), содержащий борта, днище, палубу, продольные и поперечные переборки с вертикальным набором, образующие грузовые трюмы, и вкладные танки для нефти, вкладные танки имеют вертикальные ребра жесткости и подвешены внутри грузовых трюмов на горизонтально расположенных тросах, концы которых закреплены на переборках или бортах корпуса, при этом тросы пропущены через отверстия, выполненные в стенках вертикальных ребер жесткости танков и корпуса.

Данная конструкция обладает существенным недостатком, заключающимся в том, что пролеты тросов, закрепленных на переборках корпуса, достаточно велики и равны длине отсека корпуса судна, поэтому тросы вследствие высокой податливости в поперечном направлении практически не будут поддерживать локально загруженные шпангоуты при восприятии ими интенсивных локально распределенных нагрузок, являющихся основной причиной повреждений корпусов судов, что может привести к повреждениям шпангоутов.

Изобретение решает задачу обеспечения прочности корпусных конструкций за счет увеличения сил поддержания балок набора при восприятии интенсивных локально распределенных нагрузок.

Для получения необходимого технического результата в корпусе судна, включающем борта, днище, палубу, продольные и поперечные переборки, обшивку, продольные и поперечные балки набора, горизонтально ориентированные тросы, пропущенные через отверстия, выполненные в стенках поперечных балок набора, концы которых закреплены на переборках, предлагается каждый трос жестко закрепить в отверстии на поперечной балке набора, через которое он пропущен.

В случае реализации предлагаемой конструкции при восприятии интенсивных локально распределенных нагрузок балки набора бортового перекрытия поддерживаются реакциями со стороны тросов, длина пролета которых равна удвоенному расстоянию между поперечными балками набора, в результате чего предотвращается рост прогибов и разрушение конструкции под действием интенсивных локально распределенных нагрузок.

На прилагаемых графических материалах изображено:

на фиг. 1 - общий вид корпуса судна;

на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1;

на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1;

на фиг. 4 - зависимость сила-прогиб для балки набора поперечной при действии интенсивной локально распределенной нагрузки для предлагаемой конструкции и конструкции ближайшего аналога.

На прилагаемых к описанию графических материалах приняты следующие обозначения:

1 - обшивка наружная;

2 - балка набора продольная;

3 - балка набора поперечная;

4 - переборка поперечная;

5 - трос;

6 - крепление промежуточное;

7 - крепление концевое;

Р - нагрузка на балку набора поперечную, Н;

Р₀ - нагрузка на балку набора поперечную, соответствующая образованию кинематически изменяемого механизма в балке набора поперечной для конструкции ближайшего аналога, Н;

- нагрузка на балку набора поперечную в безразмерном виде;

h - высота балки набора поперечной, м;

w - прогиб балки набора поперечной, м;

- прогиб балки набора поперечной в безразмерном виде;

А - кривая, соответствующая предлагаемой конструкции;

B - кривая, соответствующая конструкции ближайшего аналога.

Корпус судна состоит из обшивки 1 наружной, подкрепленной балками 2 набора продольными и балками 3 набора поперечными, содержит переборки 4 поперечные. Через отверстия в стенках балок 3 набора поперечных и переборках 4 поперечных по всей длине корпуса судна проходят тросы 5, на концах которых установлены крепления 7 концевые. Тросы 5 жестко закреплены на переборках 4 поперечных и балках 3 набора поперечных при помощи креплений 6 промежуточных.

Корпус судна работает следующим образом. При восприятии интенсивных локально распределенных нагрузок, действующих на бортовое перекрытие, обшивка 1 наружная деформируется вместе с балками 3 набора поперечными. При этом балки 3 набора поперечные поддерживаются реакциями со стороны обшивки 1 наружной, являющейся для них нелинейным упруго-пластическим основанием (Бураковский Е.П., Бураковский П.Е., Нечаев Ю.И., Прохнич В.П. Эксплуатационная прочность судов: учеб. - СПб.: Лань, 2017. - 404 с.). В предлагаемой конструкции балки 3 поперечные дополнительно поддерживаются реакциями со стороны тросов 5, проходящих через отверстия в их стенках и жестко закрепленных на переборках 4 поперечных и балках 3 набора поперечных. Такая конструкция, по сравнению с конструкцией ближайшего аналога, позволяет увеличить силы поддержания балок 3 набора поперечных со стороны тросов 5. Это реализуется за счет того, что пролет тросов 5, выполняющих роль упругого основания для локально загруженной балки 3 поперечной, в предлагаемой конструкции ограничен удвоенной шпацией перекрытия, а в конструкции ближайшего аналога расстоянием между переборками 4 поперечными. Для оценки эффекта от сокращения пролета тросов 5 на величину жесткости создаваемого ими упругого основания в первом приближении можно рассмотреть деформирование гибкой нити, длина пролета которой равна удвоенному расстоянию между балками 3 набора поперечными, загруженной в середине пролета сосредоточенной нагрузкой. Продольные усилия, возникающие в тросах 5 при их деформировании, определяются из уравнения совместности деформаций, при этом коэффициент распора для локально загруженной конструкции оценивается в соответствии с (Бураковский Е.П., Бураковский П.Е., Нечаев Ю.И., Прохнич В.П. Эксплуатационная прочность судов: учеб. - СПб.: Лань, 2017. - 404 с.).

В качестве примера реализации предлагаемой конструкции рассмотрим бортовое перекрытие с поперечной шпацией 0,6 м и толщиной обшивки t=0,011 м с балками набора поперечными, изготовленными из полособульба несимметричного 18а. Пусть на бортовом перекрытии установлены тросы с площадью поперечного сечения F=0,0005 м² с интервалом b=0,2 м. Так как основной причиной повреждений бортовых перекрытий судов является действие интенсивных локально распределенных нагрузок, то за расчетную нагрузку целесообразно принять сосредоточенную силу, приложенную к балке 3 набора поперечной. Для исследования деформирования балки целесообразно воспользоваться методикой (Бураковский Е.П., Бураковский П.Е., Нечаев Ю.И., Прохнич В.П. Эксплуатационная прочность судов: учеб. - СПб.: Лань, 2017. - 404 с.), учитывающей взаимодействие балки 3 набора поперечной с обшивкой 1 наружной. При этом в предлагаемой конструкции балки 3 набора поперечные будут поддерживаться дополнительными реакциями со стороны упругого основания, создаваемого тросами 5. Таким образом, суммарная жесткость основания определится одновременным действием сил поддержания как со стороны обшивки 1 наружной, так и тросов 5. Реакции упруго-пластического основания, создаваемого обшивкой 1 наружной, определяются из рассмотрения деформирования балки-полоски обшивки 1 наружной длиной две шпации согласно (Бураковский Е.П., Бураковский П.Е., Нечаев Ю.И., Прохнич В.П. Эксплуатационная прочность судов: учеб. - СПб.: Лань, 2017. - 404 с.).

Результаты расчета представлены на фиг. 4. Видно, что при больших нагрузках прогиб в предлагаемой конструкции (кривая А) на 20% меньше, чем в конструкции ближайшего аналога (кривая В), причем с дальнейшим увеличением нагрузки это расхождение будет только возрастать, что свидетельствует об эффективности предложенного конструктивного решения.

Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет предотвратить повреждение конструкций корпуса при восприятии интенсивных локально распределенных нагрузок за счет создания дополнительных сил поддержания со стороны тросов, установленных вдоль корпуса судна.

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано при постройке и ремонте конструкций корпусов судов. Корпус судна включает в себя борта, днище, палубу, продольные и поперечные переборки, обшивку, продольные и поперечные балки набора и тросы, пропущенные через отверстия в стенках поперечных балок набора. Тросы ориентируются горизонтально, размещаются по всему периметру корпуса судна, жестко закрепляются в отверстиях на поперечных переборках и балках набора, через которые они пропущены. Достигается повышение прочности конструкции корпуса при восприятии интенсивных локально распределенных нагрузок. 4 ил.

Корпус судна, включающий борта, днище, палубу, продольные и поперечные переборки, обшивку, продольные и поперечные балки набора, горизонтально ориентированные тросы, пропущенные через отверстия, выполненные в стенках поперечных балок набора, концы которых закреплены на переборках, отличающийся тем, что каждый трос жестко закреплен в отверстии на поперечной балке набора, через которое он пропущен.