ДНИЩЕВОЕ ПЕРЕКРЫТИЕ СУДНА Российский патент 2024 года по МПК B63B3/24 B63B3/14 

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано при постройке и ремонте днищевых конструкций корпусов судов с высокой местной прочностью, в частности судов, эксплуатирующихся в условиях посадки на грунт с их последующим осушением в местах отливов, в том числе на необорудованном берегу.

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 при посадке на грунт возможно его повреждение и нарушение водонепроницаемости корпуса.

Известно днищевое перекрытие судна (RU 2559062, МПК В63В 3/22, В63В 3/24, В63В 3/26 опубл. 10.08.2015), содержащее стрингеры и флоры, расположенные в плоскостях шпангоутов в промежутках между стрингерами, и ребра жесткости, в котором днищевой обшивке судна придана гофрированная форма с ориентированием гофров параллельно диаметральной плоскости судна, при этом стрингеры размещены во впадинах гофров и скреплены с их днищем, причем стрингеры выполнены в форме двутавра, содержащего стенку, верхнюю и усиленную нижнюю полки, при этом флоры расположены по всей ширине корпуса судна, кроме того, с обеих сторон от стрингеров в одной плоскости с флорами установлены ребра жесткости, кромки которых скреплены с обращенными к ним кромками флоров, поверхностью полки и стенкой стрингера, а также стенкой, образованной впадиной гофра.

К недостаткам данного технического решения можно отнести значительное число узлов с высокой концентрацией напряжений в местах резких изменений высоты стенки флора. При повреждениях (трещины, разрывы) сварных швов обшивки в этих местах корпус судна лишается водонепроницаемости, при этом отсеки затапливаются не сразу после повреждений, а в период прилива, и судно может не всплыть, потеряв плавучесть. Силы давления грунта на обшивку днища остаются высокими и практически неизменными в процессе осушения, что способствует более глубокому погружению судна в грунт, т.к. наклонные полосы близки к вертикальному положению, что не позволяет по мере погружения судна в грунт существенно повысить площадь (ширину) контакта для передачи сил давления грунта. При этом данное решение предлагает увеличенное число стрингеров и сравнительно большую их высоту. Это повышает металлоемкость и стоимость днища при сохранении низкой технологичности изготовления и ремонтопригодности.

В качестве ближайшего аналога принято устройство для защиты днища судна при его посадке на грунт (RU 206393, МПК В63В 3/24, В63В 3/14, опубл. 08.09.2021), выполненное виде пары замкнутых продольных элементов, расположенных симметрично относительно диаметральной плоскости судна и жестко закрепленных на обшивке днища, при этом каждый продольный элемент содержит опорную полосу, преимущественно горизонтальную, наклонные боковые стенки, верхние кромки которых жестко прикреплены к обшивке днища, и поперечные ребра жесткости, причем расстояние между верхними кромками наклонных боковых стенок больше ширины опорной полосы, угол между опорной полосой и внутренней боковой стенкой больше угла между опорной полосой и внешней боковой стенкой, кроме того, верхняя кромка внешней наклонной боковой стенки размещена под ближайшим к ней несущим элементом днищевого набора судна. При этом в судах с продольной системой набора днища верхняя кромка внешней наклонной боковой стенки размещена в одной вертикальной плоскости с центральной осью ближайшего к ней несущего элемента днищевого набора судна, а в судах с поперечной системой набора днища верхние кромки наклонных боковых стенок размещены под ближайшими к ним несущими элементами днищевого набора судна.

Существенным недостатком данной конструкции является то, что при опирании наклонных боковых стенок на обшивку корпуса она подвергается действию нагрузок большой интенсивности. В этом случае верхняя кромка наклонной боковой стенки должна совмещаться с днищевым стрингером, в противном случае будет происходить смятие стенки флора (Кулеш В.А., Фам Чунг Хиеп. Исследования напряженно-деформированного состояния днища с учетом внешней конструктивной защиты от грунта // Морские интеллектуальные технологии. - 2022. - №3, часть 1. - С. 37-43, рис. 10). Это относится и к тому случаю, когда верхние кромки наклонных боковых стенок размещены под ближайшими к ним несущими элементами, если в роли этих элементов выступают продольные балки (но не стрингеры) или вертикальные ребра жесткости. Эти элементы не обладают достаточной жесткостью для восприятия сосредоточенных усилий, возникающих при посадке судна на грунт, поэтому для предупреждения повреждений требуется дополнительное усиление конструкции днищевого перекрытия. При этом надо заметить, что совмещение обеих верхних кромок наклонных боковых стенок с днищевыми стрингерами, как правило, невозможно из-за большого расстояния между последними, и привело бы к чрезмерному увеличению ширины опорных элементов.

Изобретение решает задачу создания более надежной и ремонтопригодной конструкции днищевого перекрытия судна, за счет предотвращения повреждений флоров днищевого перекрытия путем ограничения усилий, действующих на них со стороны наклонных боковых стенок.

Для решения поставленной задачи в днищевом перекрытии судна, включающем устройство для защиты днища судна при его посадке на грунт, выполненное виде пары замкнутых продольных элементов, расположенных симметрично относительно диаметральной плоскости судна и жестко закрепленных на обшивке днища, где каждый продольный элемент содержит опорную полосу, преимущественно горизонтальную, наклонные боковые стенки, верхние кромки которых жестко прикреплены к обшивке днища, и поперечные ребра жесткости, причем расстояние между верхними кромками наклонных боковых стенок больше ширины опорной полосы, а верхняя кромка одной из наклонных боковых стенок размещена в одной вертикальной плоскости с центральной осью ближайшего к ней несущего элемента днищевого набора судна, предлагается в качестве несущего элемента для одной из наклонных боковых стенок использовать днищевой стрингер, а вторую боковую наклонную стенку предлагается выполнить с гофрированной вставкой, параметры которой определить с учетом прочностных характеристик флоров.

В предлагаемом техническом решении в случае посадки судна на грунт при превышении сжимающими усилиями в наклонной боковой стенке допускаемых значений происходит деформирование гофрированной вставки. При этом стенки флоров не получают повреждений за счет выбора предельной нагрузки для гофрированной вставки меньшей чем та, что приводит к потере устойчивости нижних частей стенок флоров.

На прилагаемых графических материалах изображено:

на фиг. 1 - общий вид днищевого перекрытия судна;

на фиг. 2 - узел I на фиг. 1;

на фиг. 3 - схема деформирования вставки гофрированной;

на фиг. 4 - связь параметров вставки гофрированной.

На графических материалах приняты следующие обозначения:

1 - обшивка наружная;

2 - флор;

3 - стрингер;

4 - балка продольная;

5 - полоса подкладная;

6 - стенка боковая наклонная;

7 - бракета поперечная;

8 - полоса опорная;

9 - вставка гофрированная;

ДП - диаметральная плоскость судна;

Р - сила, сжимающая вставку гофрированную, Н;

М_Т - предельный момент вставки гофрированной с учетом действия продольных сил, Н м;

h - высота вставки гофрированной, м;

с - толщина стенки вставки гофрированной, м.

Конструкция днищевого перекрытия состоит из обшивки 1 наружной, флоров 2, стрингеров 3 и балок 4 продольных. С внешней стороны днищевого перекрытия установлено устройство для защиты днища, включающее полосы 8 опорные, стенки 6 боковые наклонные, соединенные через полосы 5 подкладные с обшивкой 1 наружной. Между стенками 6 боковыми наклонными установлены бракеты 7 поперечные, одна из стенок 6 боковых наклонных содержит вставку 9 гофрированную.

Днищевое перекрытие работает следующим образом. При посадке на грунт в случае превышения нагрузкой со стороны стенок 6 боковых наклонных, передаваемой ими на обшивку 1 наружную допускаемого значения, происходит смятие вставки 9 гофрированной. При этом стенки флоров 2 не получают повреждений, что характерно для конструкции ближайшего аналога.

Параметры вставки 9 гофрированной должны выбираться из условия, чтобы предельная нагрузка для нее была меньше, чем нагрузка, вызывающая смятие стенок флоров 2, что обеспечивается соответствующим выбором высоты h вставки 9 гофрированной и толщины ее стенки с.

Величину нагрузки, вызывающей местную потерю устойчивости стенки флора 2, можно оценить согласно (Ершов Н.Ф., Свешников О.И. Повреждения и эксплуатационная прочность конструкций судов внутреннего плавания. -Л.: Судостроение, 1977. - 312 с., с. 83-89.). Так, при действии сосредоточенной силы эта нагрузка применительно к стенке флора 2 определяется из условия

где Р_Эmin - минимальное значение критической нагрузки, зависящее от соотношения длины пролета флора 2 и высоты его стенки, Н;

a - высота стенки флора, м;

Е - модуль упругости первого рода, Па;

μ - коэффициент Пуассона;

t - толщина стенки флора, м.

Вставка 9 гофрированная переходит в предельное состояние, когда момент в ее углах достигает предельное значение, определяемое с учетом действия продольных сил

где Р - сила, сжимающая вставку гофрированную, Н;

М_Т - предельный момент вставки гофрированной с учетом действия продольных сил, Н м;

h - высота вставки гофрированной, м.

В соответствии с (Беленький Л.М. Расчет судовых конструкций в пластической стадии. - Л.: Судостроение, 1983. - 448 с, с. 90-95) предельный момент вставки гофрированной, поперечные сечения которой имеют форму прямоугольника, с учетом действия продольных сил

Схема деформирования вставки 9 гофрированной представлена на фиг. 3. Параметры вставки 9 гофрированной выбираются из условия, чтобы ее предельная нагрузка была меньше той, что вызывает повреждения флора 2 с заданным коэффициентом запаса, т.е.

где K_з - коэффициент запаса;

σ_Т - предел текучести материала вставки гофрированной, Па;

s - расстояние между флорами, м;

с - толщина стенки вставки гофрированной, м.

Таким образом, для обеспечения эффективности предлагаемой конструкции высота h вставки 9 гофрированной должна быть связана с толщиной ее стенки с следующей зависимостью

С учетом (1) можно записать

где K_з - коэффициент запаса;

σ_Т - предел текучести материала вставки гофрированной, Па;

s - расстояние между флорами, м;

с - толщина стенки вставки гофрированной, м;

а - высота стенки флора, м;

Е - модуль упругости первого рода, Па;

μ - коэффициент Пуассона;

t - толщина стенки флора, м.

При этом следует заметить, что большим толщинам стенки с вставки 9 гофрированной будет соответствовать большее количество энергии, рассеиваемое при деформировании конструкции, однако в этом случае должна увеличиваться высота h вставки 9 гофрированной, что ограничивается прочими конструктивными элементами.

В случае смятия вставки 9 гофрированной при посадке судна на грунт ремонтные работы по ее восстановлению характеризуются существенно меньшей трудоемкостью, чем ремонт днищевого перекрытия в конструкции ближайшего аналога, т.к. в предлагаемой конструкции не требуется проведения работ в стесненных условиях внутри двойного дна.

В качестве примера реализации предлагаемой конструкции рассмотрим днищевое перекрытие судна со следующими размерами связей: толщина стенки флора t- 0,01 м, высота стенки флора а=1 м, расстояние между флорами s=0,6 м, модуль упругости первого рода E=2⋅10¹¹ Па, коэффициент Пуассона μ=0,3. Предел текучести материала вставки 9 гофрированной примем равным σ_Т=2,35⋅10⁸ Па, коэффициент запаса K_з=3. В этом случае с использованием формулы (6) можно получить графическую зависимость, связывающую высоту h вставки гофрированной и толщину ее стенки с, что представлено на фиг. 4.

Таким образом, предлагаемая конструкция днищевого перекрытия судна, по сравнению с конструкцией, описанной в ближайшем аналоге, позволяет повысить надежность и ремонтопригодность днищевого перекрытия корпусов судов с символом класса NAABSA, предотвращая повреждение флоров при посадке судна на грунт.

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано при постройке и ремонте днищевых конструкций корпусов судов, эксплуатация которых предполагает возможность посадки на грунт. Днищевое перекрытие судна включает в себя устройство для защиты днища судна при его посадке на грунт, выполненное в виде пары замкнутых продольных элементов, расположенных симметрично относительно диаметральной плоскости судна и жестко закрепленных на обшивке днища. Каждый продольный элемент содержит опорную полосу, преимущественно горизонтальную, наклонные боковые стенки, верхние кромки которых жестко прикреплены к обшивке днища, и поперечные ребра жесткости. Расстояние между верхними кромками наклонных боковых стенок больше ширины опорной полосы, верхняя кромка одной из наклонных боковых стенок размещена в одной вертикальной плоскости с центральной осью ближайшего к ней несущего элемента днищевого набора судна. В качестве несущего элемента для одной из наклонных боковых стенок использован днищевой стрингер, а вторая боковая наклонная стенка выполнена с гофрированной вставкой, параметры которой должны выбираться из условия, чтобы предельная нагрузка для нее была меньше, чем нагрузка, вызывающая смятие стенок флоров. Достигается предотвращение деформации конструкций двойного дна, что повышает надежность и ремонтопригодность корпуса. 4 ил.

Днищевое перекрытие судна, включающее устройство для защиты днища судна при его посадке на грунт, выполненное в виде пары замкнутых продольных элементов, расположенных симметрично относительно диаметральной плоскости судна и жестко закрепленных на обшивке днища, при этом каждый продольный элемент содержит опорную полосу, преимущественно горизонтальную, наклонные боковые стенки, верхние кромки которых жестко прикреплены к обшивке днища, и поперечные ребра жесткости, причем расстояние между верхними кромками наклонных боковых стенок больше ширины опорной полосы, верхняя кромка одной из наклонных боковых стенок размещена в одной вертикальной плоскости с центральной осью ближайшего к ней несущего элемента днищевого набора судна, отличающееся тем, что в качестве несущего элемента для одной из наклонных боковых стенок использован днищевой стрингер, а вторая боковая наклонная стенка выполнена с гофрированной вставкой, параметры которой должны выбираться из условия, чтобы предельная нагрузка для нее была меньше, чем нагрузка, вызывающая смятие стенок флоров.