Содержание к диссертации
Введение
Глава. 1. Анализ особенностей к0и1усбых конструкций и загрузки корпусов газовозов двух типов, а также методов их расчета и проектирования 9
1.1. Особенности конструкции корпусов газовозов с призматическими цистернами и вопросы общей компоновки грузовых отсеков. II
1.2. Систематизация и обобщение параметров внепних и внутренних нагрузок на тихой воде и волнении 15
1.2.1. Анализ нагрузок при плавании на тихой воде и при испытаниях 15
1.2.2. Внешние волновые нагрузки 18
1.2.3. Внутренние гидродинамические давления жидаюго груза на ограждающие поверхности.22
1.2.4. Расчетные комбинации общих и местных нагрузок 26
1.3. Обзор методов расчета и проектирования корпус ных конструкций газовозов 29
Глава 2. Стандарт онцей прочности и проектирование про дольных связей корпуса 39
2.1. Требования Правил классификационных обществ к стандарту общей прочности газовозов 39
2.2. Проектирование продольных связей эквивалентного бруса 43
2.3. Анализ относительной роли отдельных элементов эквивалентного бруса Назначение размеров связей внутренних оболочек и бортов из условий местной прочности и устой чивости 50
Глава 3 Проектирование рамных связей грузовых трюмов по методу првдельнык нагрузок 57
Определение и анализ предельных нагрузок для типовых перекрытий газовозов 57
Проектирование рамных связей газовозов по мето ду предельных нагрузок 5 63
Глава 4 Обоснование дополнительных требований к рам ным связям с позиций критериев усталостной прочности и метода условных измерителей . 70
Общая схема проектирования рамных связей на основе критериев усталостной прочности и мето да условных измерителей 70
Обоснование расчетной схемы грузовой части судна в виде системы кольцевых рам на упругом основании с учетом сдвига,крутильной жесткости 74
Основные зависимости для расчета балок и рам на упругом основании с учетом сдвига и жестких вставок в узлах 81
Кольцевая ішангоутная рама на упругом основании с учетом сдвига и жестких узловых вставок 90
Кольцевая продольная рама (см.Приложение 5)... 105
Проверка точности представления объемных отсе ков в виде кольцевых рам 105
Дополнительные требования к жесткости рамных связей газовозов с позиций вибрации и устойчи вости 108
4.7.1. Определение необходимой жесткости рамных бимсов газовозов с вкладными призматическими цистернами 109
4.7.2. Обоснование требований к жесткости рамных связей метановозов с клетчатой конструкцией 113
Глава 5. Примеры расчетного проектирования корпусов газовозов с мшеранными и вквдшми призмати ческими цистернами 116
5.1. Проектирование корпусных конструкций грузового трюма аммиаковоза с вкладными призматическими цистернами 116
5.2. Проектирование варианта этого корпуса с мембранными грузовыми цистернами 121
5.3. Сравнение металлоемкости 2-х вариантов корпусов 128
5.4. Проектирование корпусных конструкций грузового отсека метановоза с мембранными цистернами 129
Заключение 135
Литература 139
- Систематизация и обобщение параметров внепних и внутренних нагрузок на тихой воде и волнении
- Проектирование продольных связей эквивалентного бруса
- Проектирование рамных связей газовозов по мето ду предельных нагрузок
- Обоснование расчетной схемы грузовой части судна в виде системы кольцевых рам на упругом основании с учетом сдвига,крутильной жесткости
Введение к работе
Актуальность проблемы проектирования корпусных конструкций судов для перевозки сжиженных газов наливом (газовозов) определяется следующим.
Наша страна обладает самыми богатыми в мире зєласами природного газа и является крупным его экспортером. Так как многие газовые месторождения расположены в отдаленных: районах, но вблизи морских путей, то стоимость сжижения и морской.транспортировки газа с использованием специализированных газовозов оказывается значительно более низкой, чем трубопроводным транспортом. Поэтому, несмотря на интенсивную постройку гигантских газопроводов, судостроители должны быть готовы к решению технически сложной и экономически Важной задачи создания отечественного флота газовозов.
Интенсивное развитие специализированных транспортных СУДОЕ в последние годы потребовало коренного пересмотра традиционных эмпирических Правил Регистра СССР в направлении сближения их с физически и экономически обоснованными Нормами прочности и активного внедрения в практику расчетного метода проектирования конструкций с широким использованием ЭВМ. К 1986 году должны быть подготовлены и внедрены принципиально новые Правила и Нормы Регистра СССР.
Корпуса газовозов характеризуются наиболее регулярной конструкцией грузовых отсеков в средней части и являются идеальные примером СУДОЕОЙ пространственной конструкции с позиций теории проектирования. Практическая ценность создания физически обоснованной методики проектирования конструкций объемных отсеков га-ЗОЕОЗОВ выходит далеко за пределы этой частной задачи, т.к. на базе этой методики можно усовершенствовать и практику проектирования близких по типу объемного отсека обширных классов судов для массовых навалочных и нефтенавалочных грузов, а также современных экологически чистых нефтеналивных судов. В соответствии с этими соображениями коллективы многих кафедр НКИ но заданию Регистра СССР выполнили в 1976-1980 гг. под руководством М.Н.Александрова комплексное поисковое исследование всех вопросов проектирования и постройки газовозов, включая обоснование принципиально новой конструкции трехслойных композитных грузовых цистерн и ряда других технических решений.
Большое , народнохозяйственное значение проблемы внедрения научных достижений в практику было подчеркнуто в решениях ХХУІ съезда КПСС и всех последующих Пленумов ЦК КПСС.
Коллективы кафедр конструкции корпуса и судовых устройств и строительной механики корабля основное внимание уделили обоснованию требований к конструкции грузовых цистерн призматического и сферического типов. Несколько менее подробно и, в более традиционной форме метода условных измерителей, были обоснованы требования к конструкциям корпусов газовозов.
Настоящая работа является продолжением и развитием части названных работ НКИ, касающихся обоснования требований к конструкциям корпусов газовозов с мембранными и призматическими цистернами на базе пространственной расчетной модели, позволяющей более точно учесть Езаимодействие соседних перекрытий и отсеков. Возможность представления объемных отсеков Е виде совокупности сложных пластин или балок на упругом основании прямо следует из известных работ П.ФЛапковича, Ю.А.Шиманского, А.А.Іфрдюмова, Д.М.Ростов-цева и др.
В первой главе выполнен анализ особенностей корпусных конструкций и особенностей загрузки корпусов газовозоЕ 2-х типов на тихой воде и волнении, а также методов их расчета и проектирования.
Вторая глава посвящена анализу стандарта общей прочности газовозов и обоснованию нетрадиционной схемы проектирования продольных связей эквивалентного бруса с предварительнш назначением размеров пластин и ребер всех внутренних оболочек из условий местной прочности и устойчивости и завершающим определением площадей крайних связей из условий общей прочности.
В третьей главе рассмотрены методы расчета и проектирования систем рамных связей газовозов в соответствии с критерием предельной пластической прочности и обоснования запасов надежности.
Четвертая глава является центральной и посвящена разработке приближенного метода определения расчетных усилий в рамных связях объемных грузовых отсеков на базе их представления в виде кольцевых шпангоутных и продольных рам на упругом основании с учетом сдвига, жестких вставок и крутильной жесткости угловых трубчатых балок. Для типовых схем конструкции и загрузки стержней рам получены матрицы жесткости и все вспомогательные зависимости программы и графики для оперативного определения более 40 специальных функций. Для расчетных усилий в характерных сечениях попе 8
речных и продольных кольцевых рам получены приближенные аналитические выражения, удобные и для первых стадий проектирования,когда известны только габаритные характеристики конструкции,
В пятой главе приведены примеры расчета и проектирования корпусов двух вариантов газоЕоза типа "Моссовет" и метановоза с вместимостью 125000 м на основе разработанного метода, а также выполнено сравнение металлоёмкости корпусов с мембранными и вкладными призматическими цистернами.
В заключении сформулированы основные выводы работы и намечены перспективы ее продолжения.
Систематизация и обобщение параметров внепних и внутренних нагрузок на тихой воде и волнении
Большие размеры трюмов и большой объем балластных отсеков,широкая номенклатура сжиженных газоЕ, особенно с температурой выше -50С при различной степени заполнения грузовых цистерн диктуют необходимость детальной оценки, прогнозирования и прямого контроля усилий, возникающих при плавании на тихой воде. Тем не менее, в монографии [7SJ и даже в Правилах ФЕВ \j6Z ], встречаются утверждения о сравнительно слабой загруженности корпусов газоЕозов на тихой воде, когда основные характеристики рациональности загрузки изгибающего момента и перерезываю Щей силы на тихой ЕОДЄ. О ,0 Граничные значения Мтв и птв определяются только главными размерами и коэффициентами полноты судна и устанавливаются всеми Правилами классификационных обществ. Эти величины подробно охарактеризованы во 2-й главе. Анализ более 160 вариантов загрузки аммиаковозов типа "Моссовет" и "Смольный" свидетельствует о возможности существенного превышения величины граничного значения Мтв при загрузке только концевых цистерн с неблагоприятным распределением балласта. На рис..9 и таблице 2 показаны характерные схемы загрузки тЛ: "Моссовет" в грузу, балласте и при частичной загрузке и эпюры изгибающих моментов, перерезывающих сил и прогибов для состояний в начале и конце рейса. Поскольку для т/х "Смольный" по проекту предусмотрена возможность неполного заполнения цистерн, то границы изменения параметра т..- для него шире, чем для т/х "Моссовет". и0 Несмотря на возможность превышения п тв эти варианты нагрузки следует признать несколько искусственными и форсированными, поскольку большое количество балластных и топливных отсеков, а также обязательное наличие надежного сталодикатора, контролирующего усилия Е большом числе сечений, дают возможность обеспечивать выполнение условия пгв г\Т& даже в редких случаях опасной загрузки тошно концевых или только средних цистерн. Следует отметить, что магистральные газоЕозы обычно совершают океанские переходы либо со всеми заполненными цистернами, либо Е балласте, а переходы с неполным числом загруженных цистерн имеют место в основном при разгрузке в нескольких близко-лежащих портах. Из всего выше сказанного следует, что при проевтировании и составлении инструкции по эксплуатации всегда можно обеспечить Еажное условие оптимальности загрузки, при котором и моменты сопротивления палубы и днища могут иметь минимальные значения. Этот тезис особенно справедлив по отношению к метано-возам с мембранными цистернами, которые всегда эксплуатируются с полностью заполненными цистернами. Из-за относительно малой осадки газовозы обычно имеют большой объем балластных отсеков и достаточно большую осадку в балластных переходах a = (Q,S+95)d. Высокие значения усилий на тихой воде в балластных переходах (перегиб) и почти лолная осадка выделяют это состояние нагрузки в качестве расчетного в положении на вершине волны.При этом суммарные давления на днище и борт, а также суммарное значение общих изгибающих моментов и перерезывающих сил достигают наибольших значений. Большая высота борта газовозов является причиной существенного увеличения местных нагрузок при испытаниях (до верха воздушных трубок) и в балластных переходах при полном заполнении балластных цистерн, часть которых располагается под палубой и часто закольцована с бортовыми и днищевыми цистернами вплоть до водонепроницаемой стенки вертикального киля. Поэтому при проектировании пластин и ребер, ограничивающих балластные отсеки, следует уделять особое внимание оценке расчетных нагрузок, поскольку в Правилах PC-8I некоторые конструкции, например, продольные ребра настила 2-го дна регламентируются не испытательным напором, а осадкой а . Соотношение же 0/1J для газовозов значительно выходит за пределы обычных, характерных для традиционных судов (вместо =0,65-5-0,80, =0,4 0,56). Некоторые рекомендации Правил PC-8I нуждаются в корректировке в полном соответствии с проектом Норм местной прочности РС-83. Волновые изгибающие моменты и перерезывающие силы в корпусах газовозов определяются в Правилах и Нормах классификационных обществ на основе долговременных распределений по экспоненциальному закону с известной обеспеченностью & = 10 - 10 . Поскольку при формулировке стандарта общей прочэости Правил волновые нагрузки, как правило, входят неявно, целесообразно выявить величину размерного параметра экспоненциального закона ам - дифракционный и скоростной гидродинамические коэффициенты. Обычно %а a?j =0,45 0,60, причем меньшая цифра относится к судам с перегибом на тихой ЕОДЄ. Для высокобортных крупнотоннажных газовозов, работающих при почти постоянных осадках добавочные общие нагрузки от слемминга и волновой вибрации обычно малы. В Правилах других классификационных обществ ги;гродинамиче-ские нагрузки, как правило, учитываются неявно и осродненно и включаются в величину т.н. эффективной высоты волны Таким образом, Нормы РС-79, подготовленные ЦНИИ им.акад.А.Н. Крылова, дают физически и статистически обоснованные характеристики общих ЕОЛНОЕЫХ нагрузок и позволяют учитывать специфические особенности судов. Внешние местные волновые нагрузки в различных Правилах и Нормах определяются еще далеко неоднозначно, хотя и базируются на долговременных распределениях гидродинамических нагрузок и следа волновой ватерлинии. Характерное очертание эпюры дополнительных волновых нагрузок на вершине волны дано на рис, І0. Наибольшие дополнительные давления возникают на уровне ватерли J нии и равны р . В различных Правилах и Нормах эта характерная величина да -4 -8 ется с обеспеченностью 9 = 10 10 .В проекте Норм местной прочности [іОЇ\ эта величина определена с обеспеченностью ТО"" и равна (для средней части высокобортных судов) где fif(L) - определяется по формуле раздела I.2.I. В проекте Норм РС-83 \Ю8\ эта величина откорректирована и дана с обеспеченностью 10 (Е кМ/т )
Проектирование продольных связей эквивалентного бруса
Масса продольных связей составляет более 60$ общей массы ме таллического корпуса судна, что и определяет важность этого этапа проектирования корпуса. Располагая интегральными характеристиками продольных связей Wn , У/дн , со, целесообразно получить оценки площади и массы продольных связей в виде аналитической зависимости, содержащей в явной форме основные параметры формы и размеров корпуса, характеристик материала отдельных его частей, а также условий загрузки на тихой воде. Зная Wn и W?// , легко определить относительное отстояние нейтральной оси от основной плоскости: В соответствии с Правилами PC-8I изменения Еажного параметра i заключены в следующих пределах: Для однослойной конструкции из одного материала К =1, Для корпуса с двойным дном / =1,1 при максимальной разнице механических свойств материала палубы и днища: С учетом сказанного, эквивалентный брус можно характеризовать прежде всего величинами- Wn , и ж со .В качестве основных неизвестных при проектировании целесообразно принять площади продольных связей палубы Fn и днища FgH . Остальные элементы эквивалентного бруса: - площади сечения внутренних палуб, второго дна,нродольных переборок, местных утолщений бортовой обшивки и т.д. целесообразно считать заданными и определять заранее из условий местной прочности. В известной методике проф.А.А.Курдюмова \70 \ площади (или толщины) названных связей рекомендуется задавать в долях от основных неизвестных - площадей (толщин) палуб и днища, что удобно при наличии близкого прототипа. В дальнейшем целесообразно использовать оба подхода. Рассмотрим многопоясковый профиль эквивалентного бруса (рис./ Х Заданные связи будем характеризовать тремя параметрами: площадью F., отстоянием от основной плоскости С. и высотой /7. . Составим ОС-новные зависимости для определения величин /л и W_ : Эти зависимости четко отражают явное и существенное влияние на площадь (массу) продольных СЕЯЗЄЙ "внутренних" характеристик эквивалентного бруса со= - =- ; -Сч— , положения нейтральной оси по высоте JM ( или в ). Используя полученные выражения, можно . получить относительную массу продольных связей на м3 объема грузовой части : Следовательно, и характер загрузки судна на тихой воде Тпт& и Птв, и положение нейтральной оси по высоте ji, и относительная площадь стенок эквивалентного бруса со , и наличие промежуточных Следует учитывать также, что при обработке фактических материалов по массам металлического корпуса редко принимают во внимание распространенные факты избыточной общей прочности судов (И t WdH), сверх требуемой Правилами классификационных общества (W„f М у» Величины "тгУ -тП а вернее К.- \ тГ[ ТП И 0ПРеДе-ляют "штрафную" добавочную площадь каждой СЕЯЗИ р.. по сравнению с оптимальным расположением F. на уровне палубы и днища.Ко / L эффициент К =-±—-г—г- определяет "штрафную" площадь для верти кальных стенок с высотой И . Величины KL и К0 собраны в табл.о для различных значений а = 0,35 0,5. Из таблицы 6 следует, что около 10% площади вертикаль ных полных стенок входит в штрафную площадь. Наименее эффективными оказываются горизонтальные связи в средней части высоты бруса С. =(0,5 0,75)1? , у которых 75 100% площади идут в увеличение площади бруса. Даже площадь настила 2-го дна не является достаточно эффективной, т.к. 35 40% уходит в "штрафную" площадь. Уменьшение параметров также приводит к существенному увеличению площади бруса, а именно уменьшение на 0,01 приводит к увеличению площади ёруса от 2 до 3-х процентов. Наконец, к уменьшению площади эквивалентного бруса приводит некоторое возвышение площади палубы над палубным стрингером вследствие погиби палубы. Этот факт отнюдь не свидетельствует о положительном влиянии погиби палубы, а является следствием условного определения момента сопротивления палубы на уровне палубного стрингера. В настоящее время все больше судов строится без погиби палубы (накатные суда, лихтеровозы, паромы и т.д.). Формулы на стр.45 и таблица б обобщаот известные факты, но дают их в количественной и более обозримой форме, пригодной для целей проектирования. Все элементы внутренних оболочек корпуса, особенно ограждающих цистерны для перевозки жидкого груза, топлива и балласта, регламентируются либо большой нагрузкой при испытаниях современных высокобортных судов, либо суммарным воздействием жидкого груза в грузовых отсеках при качке. Пластины и ребра при этом рассматриваются как жестко защемленные на контуре. Еще в работах И.Г.Бубнова \j9 \ и Ховгарда \j27] была выявлена высокая работоспособность пластин при местной нагрузке и допустимость возникновения пластических деформаций посредине длинных сторон опорного контура. Поэтому в современных Правилах и Нормах прочности для пластин внутренних оболочек устанавливаются довольно высокие допускаемые напряжения, даже превышающие предел текучести, особенно при знакопостоянных нагрузках. При знакопеременных нагрузках на пластины, разделяющие чисто балластные и грузовые отсеки, допускаемые напряжения снижаются прамерно на прочности ребра в опорном сечении Для внутренних оболочек, загруженных поперечной нагрузкой, особенно важны первые три условия. При определении толщин пластин, шпаций 5 и а и параметров ребер Ж и 1р Еажно учитывать следующее: Суммарные площади пластин и продольных ребер внутренних оболочек целесообразно выбирать минимально возможными из условий местной прочности, чтобы требования общей прочности выполнять за счет наиболее эффективных площадей палубы и днища. Расстояние между рамными связями п а ", особенно для двуслойных оболочек, почти не влияет на суммарную площадь стенок поперечных связей, поскольку она определяется перерезывающими силами, пропорциональными шпации "а". Уменьшение величины шпации "а " ограничено снизу довольно высокими значениями минимальных толщин настилов и стенок поперечных связей. Поэтому величина " а " выбирается, как правило, из кон структивных соображений не менее двух - трех стандартных шпаций, регламентируемых всеми Правилами и согласовывается с расстояниями между поперечными переборками, расположением оборудования и другими практическими соображениями, главным из которых являемся факт
Проектирование рамных связей газовозов по мето ду предельных нагрузок
Рассмотрим прежде всего днищевые перекрытия. Для газовозов рассматриваемых типов характерно наличие высокого двойного дна, необходимого для размещения балласта. Поэтому формы разрушения, связанные с возникновением пластических шарниров вращения, как правило, менее вероятны, чем формы с шарнирамисколь жения в опорных сечениях стенок балок обоих направлений Толщины настила 2-го дна и днищевой обшивки, а также размеры продольных ребер определяются главным образом рассмотренными в главе 2 условиями общей прочности и местной прочности. Поэтому основной задачей является определение площадей (толщин) стенок рамных продольных и поперечных связей. Размеры стенок вертикального КЕШІ И стрингеров обычно определяются на стадии проектирования эквивалентного бруса, например, условием прочности при испытательном напоре непроницаемых стенок вертикального или туннельного каля, условиями устойчивости и т.д. Отметим, что если устройство вертикального или туннельного киля диктуется условиями докования судов или размещения в двойном дне трубопроводов и электротрасс, то установка листовых стрингеров является в известной мере традиционной, поскольку еще И.Г. Бубнов \J9\ указывал на ряд недостатков этих элементов конструкций с позиций живучести судна при повреждениях днищевых конструкций. Характерно, что на ряде крупнотоннажных танкеров, включая "Батиллус", киль и стрингера практически отсутствуют, поскольку докование этих судов осуществляется путем постановки на две дорожки под продольными переборками. В главе 2 были отмечены дополнительные отрицательные качества вертикальных элементов типа стрингеров - их сравнительно малая эффективность в составе эквивалентного бруса. С точки зрения предельной прочности днищевых перекрытий при срезе по опорному контуру стенки стрингеров также менее эффективны по сравнению со стенками фяоров, поскольку наличие осевых усилий от общего изгиба в предельном состоянии снижает их роль. Действительно, предельное значение перерезывающих сил для стрингера и флора определяются формулами Итак, если минимальное число и размеры стенок киля и стрингеров известны, то необходимая площадь стенки флора в опорном сечении может быть определена по формуле, следующей из схемы табл. Ь В районе опорного сечения флоров обычно не делается вырезов, а стенки подкрепляются вертикальными ребрами так, чтобы fg ТТ , что обеспечивает if = I. Из этого условия следует практически выполнимое правило определения расстояния между подкрепляющими ребрами которое должно быть кратным расстоянию между продольными ребрами днища,поскольку вертикальные ребра по стенке устанавливаются обычно в плоскости продольных ребер и привариваются к ним. Момент инерции ребра определяется по известной формуле \рЪ\ За пределами опорного сечения площадь стенки флора может быть уменьшена в соответствии с линейной эпюрой перерезывающих сил, но не менее минимальной толщины стенки, требуемой PC-8I. Требования к моментам сопротивления флоров можно получить на основе двух наиболее опасных форм перехода перекрытий в предельное Следует подчеркнуть, что величина if щя флора оказывается значительно меньшей единицы из-за сравнительно малой устойчивости листов настила 2-го дна и наружной обшивки при сжатии их вдоль короткой стороны и отрицательного влияния плоского надряженного состояния в настиле 2-го дна посредине пролета флора и в недружной обшивке в опорном сечении флора (сжатие от общего изгиба и растяжениеот изгиба флора на вершине волны). Последними 2-мя слагаемыми в формуле гч-л можно пренебречь для газовоза с вкладными призматическими цистернами и однослойным бортом. Для газовоза с мембранными цистернами и двухслойным бортом эти слагаемые имеют существенное значение. max /ТВ При определении расчетной предельной нагрузки для днищевых перекрытий для положения на вершине волны средняя цистерна и соответствующие отсеки двойного дна должны быть приняты пустыми. Поэтому противодавление груза следует принять пропорциональным только массе цистерны и балласта в отсеках 2-го дна и определить нагрузку на тихой воде по формуле : В соответствии со сказанным, а также с материалами первой главы, при оцределении волновой нагрузки следует учитывать и инерционную часть от масс цистерн и балласта При проектировании палубных перекрытий газовоЗОЕ С мембранными танками следует воспользоваться приведенными выше формулами для днищевых перекрытий с соответствующим определением размеров и рас четной нагрузки при " " р - определяется в основном динамическим давлением жидкого груза, определяемого по схеме главы I. При определении размеров шпангоута и стенок переборок для газовозов с вкладными цистернами (с ледовым классом /13 ) можно вое пользоваться При проектировании связей бортовых перекрытий и коффердамных переборок газоЕозов с мембранными цистернами для определения площадей стенок горизонтальных и поперечных связей целесообразно пользоваться соотношением, вытекаемым из схемы 7 2v в составе соответствующего перекрытия; габаритные размеры перекрытия. где п. и-ATj - число вертикальных и горизонтальных рамных связей BrLf, Стенки рамных связей обычно подкрепляются так, чтобы Поскольку внутренние объемы двойных бортов и коффердамных переборок определяются условиями размещения балласта, а толщины обшивок - условиями местной или общей прочности, то для проверки условий обеспечения предельной прочности перекрытия с образованием шарниров вращения, следует использовать зависимости для схемы 5 табл. S 9 считая пластические моменты сопротивления рамных связей обоих направлений известными
Обоснование расчетной схемы грузовой части судна в виде системы кольцевых рам на упругом основании с учетом сдвига,крутильной жесткости
В первой главе были выявлены основные конструктивные особенности газовозов - почти регулярная конструкция больших грузовых трю 75 мов, характеризуемая неразрезными замкнутыми кольцевыми поперечными и продольными рамами; наличие скуловых и подпалубных цистерн; широкое использование двуслойных конструкций, особенно на метановозах, или комбинации двуслойных и однослойньсс конструкций на газовозах с призматическими вкладными цистернами,, имеющими большую жесткость (до трети жесткости основного корпуса) и массу. Неодинаковая загрузка соседних трюмов жидким грузом (на метановозах) делает необходимым рассмотрение по крайней мере 3-х соседних трюмов. Для получения аналитического решения столь сложной и громоздкой задачи можно воспользоваться расчетными моделями перекрытий в виде конструктивно-ортотропных (слолгаых) пластин с использованием известной схемы 7 моментов Ю.А.ІШіманского [#7 в интерпретации АД.Курдюмова \7f\. Однако в соответствии со структурой последнего проекта Норм прочности Регистра СССР [/ ?/] целесообразно базироваться на стержневой идеализации пространственной конструкции, несмотря на присущие ей недостатки» В работах А.А.Курдюмова [757] , [//] било показано, что при разложении упругих линий перекрестных связей в ряды по формам главных свободных колебаний задача о расчете перекрытия сводится к расчету балки главного направления, опирающейся в месте пересечения с перекрестными связями на упругие опоры с жесткостью где коэффициент Ln определяется известной таблицей \i01 \ в зависимости от коэффициентов опорных пар ж, и %, Проблема"распадаемости " уравнений И.Г.Бубнова была исследована более подробно в работе Л.И.Нареца [1?4] и К.В.Егупова. Аналогичный результат для коэффициента жесткости можно получить, рассматривая перекрестную связь в виде зависимой упругой опоры, загруженной осредненными опорными реакциями интенсивностью /? Г = — - (Рис. 18 ). В этом случае Обобщая результат АД.Курдюмова на балки главного направления в виде кольцевой рамы и заменяя сосредоточенные упругие опоры сплошным упругим основанием с погонным коэффициентом жесткости К. -- к 5 где о - среднее расстояние между перекрестными связями, полу» чим, что расчет перекрытия сводится к расчету кольцевой средней рамы, загруженной погонной нагрузкой и лежащей на упругом основании с погонной жесткостью к- При расчете кольцевых шпангоутных рам роль перекрестных связей, создающих упругое основание, играют киль и стрингера,при оценке жесткости которых целесообразно учесть как упругую заделку на переборках с коэффициентом опорной пары х. , так и упру г гое опирание на переборки с осредненным коэффициентом жесткости (Рис. 19 ). В соответствии с рис. 19 в этом случае погонный коэффициент жесткости перекрестной связи определится формулой Взаимосвязь двух выделенных кольцевых рам осуществляется через коэффициенты опорных пар X и х1 , величины которых следует уточнить методом последовательных приближений. Аналогичные результаты расчленения отсека на поперечные и продольные кольцевые рамы могут быть получены на основе известных методов А.А.Курдюмова, Л.Я.Резницкого [?/2] и Д.М.Ростовцева \[Щ, в соответствии с которыми расчет перекрытия так же сводится к расчету балки на упругом основании. Сначала целесообразно рассчитать кольцевую шпангоутную раму, приближенно задавая величины х с помощью формул типа g] где .,Ь- - погонные нагрузки на рассматриваемое соседние пере- і/ крытия и длины трюмов соответственно. После расчета поперечной рамы следует определить коэффициенты опорных пар для всех ее элементов где Mr: - действительное значение опорного момента, а М# - значение моментов при жесткой заделке, и выполнить расчет продольных кольцевых рам (в общем случае для вертикального сечения и горизонтального). После этого расчета можно уточнить величины коэффициентов опорных пар продольных связей по формуле и считая неизвестные крутящие моменты взаимодействия М. (рис.Я?) Мкр 1 равномерно распределенными с интенсивностью ткр - —-=— , получим решение дифференциального уравнения чистого кручения ? при граничных условиях : х = ± -=- ; 9=0 Коэффициент податливости трубы при кручении при Икр=і & = - W- / КР 8a&JKp \ 1г Коэффициент жесткости при кручении / 8а &JKp 3,0В a 7 Принимая в качестве расчетного значения ККп для средней рамы при х - О, получим где F - площадь, охватываемая периметром трубы, /. и І; -длина и толщина " і " грани трубчатого прсфиля. При формировании расчетной модели кольцевой pawn, как обычно, длины соответствующих стержней будем определять между точками пересечения их нейтральных осей» fies было отмечено ранее, характерной особенностью кольцевых рам газовозов является наличие жестких элементов (вставок) в районе узлов. Введение этих элементов достаточно точно отражает роль скуловых и подпалубных цистерн, верхних и нижних "домиков" в районе поперечных переборок, а также влияние жесткой части книц и зон пересечения рамных связей (рис. 21 ). Введение абс $отно жестких вставок в узлах приводит к достаточно точным результатам при сравнении с данными точных расчетов по ЖЭ и экспериментальных исследований. Итак, объемный отсек на протяжении 3-х трюмов можно представить в виде кольцевых поперечных рам в каждом из 2-х неодинаковых трюмов (Рис. 22 ) и кольцевых продольных рам (Рис.23 ). Поперечная кольцевая рама дана в 2-х вариантах загрузки - симметричной и асшлметричной относительно ДЇЇ, к которым можно свести любую реальную загрузку. Легко видеть, что для раскрытия статической неопределимости однопалубного корпуса газовоза достаточно определить два угла поворота верхнего и нижнего узлов. При вполне реальном предположении об одинаковой загрузке и конструкции четных и нечетных трюмов (на газовозах они чаще всего просто одинаковы)„ то и для продольной рамы задача сводится к определению двух углов поворота верхнего и нижнего узлов. Учет податливости поперечных переборок приводит к необходимости определения просадки переборки как упругой опоры. Несмотря на простоту полученных расчетных моделей, получение аналитические решений для них требует разработки специального расчетного аппарата для балок и рам на упругом основании с учетом сдвига и жестких вставок в узлах и табулирования соответствующих специальных функций. Несмотря на практическую важность подобных задє.ч, они до настоящего времени не решены и не включены даже в последние издания Справочников по строительной механике корабля [Н9], [/20]. Поэтому в следующих разделах приведена краткая сводка необходимых для целей расчета и проектирования рам зависимостей и материалов, полученных: автором.
