Анализ требований Правил Бюро Веритас к конструкции корпуса надводных водоизмещающих кораблей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Анализ требований Правил Бюро Веритас к конструкции корпуса надводных водоизмещающих кораблей

правило боевой корабль проектирование

Содержание

Введение

1.Материалы для корпусных конструкции

2.Общие принципы проектирования

3.Расчетные нагрузки

4.Проектирование листовых элементов по условию местной прочности

4.1 Для пластин выполненной по продольной системе набора

4.2 Для пластин выполненный по поперечной системе набора

4.3 Пластина не участвующая в продольном сечении

4.4 Тестовые расчеты пластин по местной прочности

5. Тестовые расчеты БОН по местной прочности

6. Общая прочность

6.1 Изгибающие моменты

6.2 Определение допускаемых напряжений

6.3 Допускаемый момент сопротивления

6.4 Тестовые расчеты обшей прочности

Заключение

Введение

В последнее время многие классификационные общества занимающиеся регистрацией гражданских судов обращают большое внимание на военное кораблестроение.

В частности Бюро Веритас- крупнейшее классификационное общество мира издающие специальные правила для классификации и постройки боевых кораблей.

Основной целью бакалавровской работы является оценка адекватности требований Правил Бюро Веритас на основе оценки прочности корпусной конструкции современных кораблей, спроектированных в РФ, и имеющие положительный опыт эксплуатации.

По результатам расчетов можно сделать вывод о соответствии Правил Бюро Веритас существующей российской практике проектирование кораблей.

Правила Бюро Веритас для проектирования и строительства надводных кораблей разделены на несколько основных составляющих:

1. Требования, по общему проектированию кораблей, включая требования по остойчивости и непотопляемости.

2. Требование к прочности корпусных конструкций.

3. Требование к проектированию энергетической установки

4. Требования по проектированию устройств и систем.

Необходимо отметить, что в отличие от российских «Правил проектирования корпусных конструкций надводных кораблей» издания 1981 г., применяющихся для проектирования современных отечественных боевых кораблей Правила Бюро Веритас по своему построению схожи с Правилами Российского Морского Регистра Судоходства. Раздел, включающий требования по проектированию конструкций корпуса кораблей включает в себя следующие главы:

1. Требования к материалам, применяющимся для конструирование конструкций.

2. Общие принципы проектирования корпусных конструкций.

3. Определение расчетных нагрузок.

4. Требование по проектированию конструкций из условия общей продольной прочности.

5. Требования по проектированию конструкций из условия местной прочности.

6. Требования по проектированию конструкций из условия устойчивости.

7. Специальные требования по выполнению расчета конструкций методом конечных элементов.

8. Требования по проектированию конструкций из условия усталостной прочности.

В настоящей работе подробно рассматривались только некоторые главы а именно те, которые позволили проверить адекватность требований Правил по проектированию пластин, балок основного набора и корпуса в целом по условию общей и местной прочности, а также вопросы проектирования конструкций из условия усталостной прочности находятся вне рамок рассмотрения.

1.Материалы для корпусных конструкций

Требования к материалам корпусных конструкций очень похожи на требования, которые предъявляются Правилами Российского Морского Регистра Судоходства. Для конструкций корпуса допускается использование сталей различных категорий (см. таблицу 1), а также аллюминиево-магниевых сплавов.

Рис

Также как и в Правилах РМРС в Правилах Бюро Веритас используется понятие нормативного предела текучести, который определяется с применением коэффициента использование механических свойств стали ( см. таблицу 2).

Также в данном разделе приведены указания по использованию определенной категории стали для конструкций, в зависимости от их толщины и расчетной температуры.

2.Общие принципы проектирования

При проектировании конструкций, в отличие от требований российских военных правил и аналогично требованиям Правил РМРС производится учет коррозионного износа в явном виде путем добавления к расчетной толщине элемента коррозионной добавки. Определение величины коррозионной добавки производится путем сложения двух величин коррозионных добавок для каждой стороны конструктивного элемента в зависимости от помещений, которые разделяются данным элементом. Например, для листа наружной обшивки регламентируется коррозионная добавка с внешней стороны( морская вода) и коррозионная добавка для внутренней стороны листа в зависимости от типа помещений( см. таб.3)

Таблица

3. Расчетные нагрузки

В связи с тем, что при определении размеров элементов конструкции корпуса используется методология частичных коэффициентов запаса, определяющая различие в природе действия статических и динамических нагрузок для определения нагрузок действующих на корпусные конструкции рассматривается ряд расчетных случаев.

1. Случай

- Судно движется на встречном волнении.

2. Случай.

- Судно движется на попутном волнении.

3 и 4. Случай.

- Движение на косых курсах по направлению к распространению волнения с образованием крена и дифферента.

Все случаи показаны на рис. 1

Рис

Статическое давление воды находится по следующим формулам которые занесены в таб. 4 (см. также рис.2):

На открытых палубах должно быть рассмотрено давление от нагрузки. Это давление определяет конструктор, но оно не может быть принято менее чем 10 кН/м2 , где определяется по таб. 5

Таблица

Рис. 2 Распределение статического давления

Таблица

Давление воды на корпус судна при условии 1 и 2 определяется из формул записанных в таб. 6(см так же Рис.1 условия 1 и 2)

Таблица

Давление воды на открытую палубу в 1 и 2 ом условии должно быть рассмотрено в формулах записанных в Таб. 7

Таблица

Давление воды на конструкции в 3 и 4 условии должно быть определено по формулам записанных в Таб.8

Таблица

Нагрузки на внутренние конструкции, также разделяются на статические и динамические. В качестве динамических, рассматриваются инерционные нагрузки, возникающие при качке судна.

4. Проектирование листовых элементов по условию местной прочности

-Толщина листов наружной обшивки определяется по следующей формуле:

t=t'+tc , где

t'-расчетная толщина листов наружной обшивки, мм

tc - коррозионная надбавка, мм

Коррозионная надбавка находится:

tc=tc1+tc2, где

tc1-коррозионная надбавка с наружной стороны листа, мм

tc2- коррозионная надбавка с внутренней стороны

листа, мм

Надбавка tc1, tc2 находятся по таб.3

Таблица

t' =	max	tmin - минимальная толщина обшивки
		t - толщина обшивки по условию местной прочности

tmin =5 мм таблица 2 Правил(PtB, Ch7, Sec1)

В общем случае расчетная толщина листового элемента определяется по следующим формулам:

,где

Са- коэффициент зависящий от соотношение сторон опорного контура



но не более 1.

S, l - меньшая и большая сторона опорного контура, м.

Сr- уточняющий коэффициент зависящий от начальной погиби пластины

должно быть принято не менее 0,5

где:

r- радиус погиби, м.

При превышении тестовых расчетов.

Сr=1 - принимаем с ошибкой в безопасную сторону.

Коэффициенты запаса гR, гm, гs2, гw2 , выбирается по таблице 9.

Таблица

Ps- гидростатическое давление на пластину кПа.

Pw- гидродинамическое давление на пластину кПа.

Ry=235/к- нормативный предел текучести материала ,МПа.(см. Таб. 10)

Таб. 10

Таблица

лL- коэффициент допускаемых напряжений, который определяется в зависимости от участия пластины в общем продольном изгибе. Требуется знание изгибающих моментов как горизонтальных так и вертикальных, а так же требование знаний геометрической характеристике поперечного сечения.

4.1 Для пластин выполненной по продольной системе набора

коэффициент лL определяется по формулам:

-Конструкция палубы, днища и скулы.

уx1-напряжение от общего продольного изгиба, воспринимаемые пластиной.

гs1=1- коэффициент запаса.

гw1=1,15- коэффициент запаса

Таблица

Таблица

-для конструкции борта.

.

вводятся касательные напряжения которые определяются по таб 11.

Таблица

- Для пластин рассчитывающихся на аварийное давление от затопления отсека:

,

Коэффициент лL в этом случае находится так же как при общих расчетах.

-Для пластин, рассчитывающихся на испытательное давление:

,

Коэффициент лL не учитывается.

4.2 Для пластин выполненных по поперечной системе набора.

- Конструкция палубы, днища и скулы.

коэффициент Ст=17,8

коэффициент допускаемых напряжений вычисляется:

- Для конструкции борта

коэффициент Ст=17,8

14,9-на внутренней стороне и продольной переборки.

-Для пластин рассчитывающихся на аварийное давление от затопления отсека.

,

коэффициент лT находится как и в общем случае.

- Для пластин, рассчитывающихся на испытательное давление .

,

коэффициент лT не учитывается.

4.3 Пластина не участвующая в продольном изгибе

-Для пластин рассчитывающихся на аварийное давление от затопления отсека.

,

- Для пластин, рассчитывающихся на испытательное давление .

4.4 Тестовые расчеты пластин по местной прочности

Ниже показан расчет пластин для днищевой обшивки, настила 2 дна, бортовой обшивки и настила палубы.

Общая информация судна:

Таблица

			Лист бортовой обшивки
P_sn =	1		Продольная система набора
l =	1,500	м
s =	0,350	м
z =	4,150	м
y =	7,089	м	Случай загрузки
са =	1,00	-		a	b	c	d
сr =	1,00	-	ps	41,7	41,7	41,7	41,7
?r =	1,20	-	pw	36,9	18,5	60,1	30,0
?m =	1,02	-	CFH	0,0	0,0	1,0	1,0
?s1 =	1,00	-	CFV	1,0	1,0	0,4	0,4
?w1 =	1,15	-	Условие	0,74	0,74	0,45	0,45
?s2 =	1,00	-	?s1?	68	68	68	68
?w2 =	1,20	-	?s1	29	29	29	29
ReH =	390	МПа	?wv1	76	76	76	76
k =	0,68	-	?wh1	2	2	2	2
?0 =	29	МПа	?x1?	155	155	105	105
Ry =	346	МПа	?x1	49	49	37	37
tmin =	5	мм	?L	0,76	0,76	0,87	0,87
t' =	5,0	мм	t	3,5	3,1	3,7	3,2
tс1 =	0,50	мм
tс1 =	0,75	мм
t =	6,25	мм
t =	7,00	мм	- построечное значение

Таблица

Листы настила палубы
			Лист палубы
P_sn =	1		Продольная система набора
l =	1,500	м
s =	0,350	м
z =	7,408	м
y =	0,600	м
са =	1,00	-	Случай загрузки
сr =	1,00	-	pst	17,5
?r =	1,20	-
?m =	1,02	-
?s1 =	1,00	-
?w1 =	1,15	-
?s2 =	1,00	-
?w2 =	1,20	-
ReH =	390	МПа
k =	0,68	-
Ry =	346	МПа
tmin =	5	мм
t' =	5,0	мм
tс1 =	0,50	мм
tс1 =	0,75	мм
t =	6,25	мм
t =	7,00	мм	- построечное значение

По результатам вычислений можно сделать следующие выводы:

1. При принятых конструктивных решениях, а именно малой шпации продольного набора (0,35 м для водоизмещения около 4000 т.) толщина пластин по требованию к местной прочности получаются существенно ниже минимальной толщины, т. е для листовых элементов требования к местной прочности не являются определяющими.

2. Минимальная толщина принятая в Правилах Бюро Веритас достаточно точно соответствует практике проектирования и не является завышенной т. к по сравнению расчета с толщиной принятыми в проекте расчетная величина не превышает принятых.

5. Тестовые расчеты БОН по местной прочности

Ниже показан расчет БОН для днищевой обшивки, настила 2 дна, бортовой обшивки и настила палубы.

БОН бортовой обшивки
			Балка основного набора борта
P_sn =	1		Продольная система набора
l =	1,500	м
s =	0,350	м
z =	4,150	м
y =	7,089	м	Случай загрузки
сс =	1,00	-		a	b	c	d
?r =	1,20	-	ps	41,7	41,7	41,7	41,7
?m =	1,02	-	pw	36,9	18,5	60,1	30,0
?s1 =	1,00	-	CFH	0,0	0,0	1,0	1,0
?w1 =	1,15	-	CFV	1,0	1,0	0,4	0,4
?s2 =	1,00	-	?s1?	0	0	0	0
?w2 =	1,20	-	?wv1	23	23	23	23
ReH =	390	МПа	?wh1	22	22	22	22
k =	0,68	-	?x1?	27	27	36	36
Ry =	346	МПа	wN	19	14	27	18
?b =	1,00	-	AsH	1	1	2	1
?s =	1,00	-
wN =	27	см3		w / wG = 2,26 fc / AsH = 5,52
AsH =	2	см2
tс =	0,50	мм
wG =	28	см3

Таблица

Характеристики профиля:
№ проф.	r10	h'с, мм	100
Тип профиля	2	f'o, см2	8,63
hс, мм	100	y'o, см	6,29
sс, мм	6,0	I'o, см4	85
?h, мм	-	bпр, мм	250
?, мм	-	sпр, мм	8,0
bп, мм	-	fпр, см2	20,0
sп, мм	-	e, см	1,62
fo, см2	8,63	I, см4	356
yo, см	6,29	Wп, см3	42
io, см4	85,22	Wпр, см3	147
sin(?)	1,000	fc, см2	6,0

Таблица

Б.О.Н палубы
			Балка основного набора Палубы
P_sn =	1		Продольная система набора
l =	1,500	м
s =	0,350	м
z =	7,408	м
y =	0,325	м	Случай загрузки
сс =	1,00	-		a	b	c	d
?r =	1,20	-	ps	41,7	41,7	41,7	41,7
?m =	1,02	-	pw	17,5	17,5	17,5	17,5
?s1 =	1,00	-	CFH	0,0	0,0	1,0	1,0
?w1 =	1,15	-	CFV	1,0	1,0	0,4	0,4
?s2 =	1,00	-	?s1?	0	0	0	0
?w2 =	1,20	-	?wv1	119	119	119	119
ReH =	390	МПа	?wh1	2	2	2	2
k =	0,68	-	?x1?	137	137	57	57
Ry =	346	МПа	wN	17	17	11	11
?b =	1,00	-	AsH	1	1	1	1
?s =	1,00	-
wN =	17	см3		w / wG = 3,61 fc / AsH = 11,39
AsH =	1	см2
tс =	0,50	мм
wG =	17	см3
Характеристики профиля:
№ проф.	r6	h'с, мм	60
Тип профиля	2	f'o, см2	4,27
hс, мм	60	y'o, см	3,74
sс, мм	5,0	I'o, см4	15
?h, мм	-	bпр, мм	250
?, мм	-	sпр, мм	6,0
bп, мм	-	fпр, см2	15,0
sп, мм	-	e, см	0,60
fo, см2	4,27	I, см4	69
yo, см	3,74	Wп, см3	13
io, см4	15	Wпр, см3	58
sin(?)	1,000	fc, см2	3,0

По результатам расчета можно сделать вывод:

Требование местной прочности для балок основного набора не является определяющим требованием, т. к полученные соотношения фактических геометрических характеристик балок набора к требуемым имеют большой запас.

6.Общая прочность

6.1 Изгибающие моменты

В случае выполнения расчетов на ранних стадиях проектирования момент на тихой воде предлагается определять по следующим формулам:

С- высота расчетной волны.

Необходимо отметить, что данные значения существенно завышены по сравнению с действующими моментами на тихой воде.

Волновые моменты:

, где

Параметр определяющий распределение момента по длине судна:

Таблица

6.2 Определение допускаемых напряжений

По требованию Правил Бюро Веритас определяются допускаемые напряжения в элементах поперечного сечения определяются по следующим формулам:

- в любой точке поперечного сечения

,

- в днище

,

-на палубе

,где

Msw- момент на тихой воде, кНм.

Mwv-момент на волне, кНм.

ZA, ZAB,ZAD-момент сопротивления поперечного сечения корпуса см3. Определяется соответственно с правилами Б.В аналогично требования РМРС.

6.3 Допускаемый момент сопротивления м3

, где

n-1,1-запас устойчивочти.

уALL- находится по следующим формулам.

k- коэффициент который находится по таблице 2.

6.4 Тестовые расчеты обшей прочности

Таблица

6.4.1	Изгибающие моменты на тихой воде
Наибольшие значения перегибающего и прогибающего моментов на тихой воде приняты
C =	8,234	-
MswMH =	120381	кНм	- макс. расчетный перегибающий момент
MswMS =	-	кНм	- мин. расчетный перегибающий момент
Распределение моментов по длине судна принято по рекомендациям Правил (рис.2 стр. 126)
x / L	?(x /L)	MswMH(x / L)	MswMS(x / L)
0,00	0,200	2,4076E+04	-
0,05	0,467	5,6178E+04	-
0,10	0,733	8,8279E+04	-
0,15	1,000	1,2038E+05	-
0,20	1,000	1,2038E+05	-
0,25	1,000	1,2038E+05	-
0,30	1,000	1,2038E+05	-
0,35	1,000	1,2038E+05	-
0,40	1,000	1,2038E+05	-
0,45	1,000	1,2038E+05	-
0,50	1,000	1,2038E+05	-
0,55	1,000	1,2038E+05	-
0,60	1,000	1,2038E+05	-
0,65	1,000	1,2038E+05	-
0,70	1,000	1,2038E+05	-
0,75	1,000	1,2038E+05	-
0,80	1,000	1,2038E+05	-
0,85	1,000	1,2038E+05	-
0,90	0,733	8,8279E+04	-
0,95	0,467	5,6178E+04	-
1,00	0,200	2,4076E+04	-

Таблица

6.4.2.3	Горизонтальный изгибающий момент.
	Волновой горизонтальный изгибающий момент
			кН м
	Параметр определяющий распредление момента по длине корпуса:
Результаты вычислений:
	C =	8,234	-
	B =	14,300	м
	L =	115,000	м
	Cb =	0,537	-
	HA =	4,734	-
	Mwv,h =	58582	кНм	- Максимальная величина волнового горизонтального изгибающего момента
x / L	?h(x /L)	Mh(x / L)
0,00	0,000	0,0000E+00
0,05	0,125	7,3227E+03
0,10	0,250	1,4645E+04
0,15	0,375	2,1968E+04
0,20	0,500	2,9291E+04
0,25	0,625	3,6614E+04
0,30	0,750	4,3936E+04
0,35	0,875	5,1259E+04
0,40	1,000	5,8582E+04
0,45	1,000	5,8582E+04
0,50	1,000	5,8582E+04
0,55	1,000	5,8582E+04
0,60	1,000	5,8582E+04
0,65	1,000	5,8582E+04
0,70	0,858	5,0263E+04
0,75	0,715	4,1886E+04
0,80	0,572	3,3509E+04
0,85	0,429	2,5132E+04
0,90	0,286	1,6754E+04
0,95	0,143	8,3772E+03
1,00	0,000	-3,7202E-11

Таблица

A = 2?fi =	7427	см2
B = 2?fi zi =	27017	см2 м
e = B / A =	3,638	м	0,486327	D
C = 2?fi zi2 =	160403	см2 м2
JФ = 10-4( C - e2 A) =	6,212	м4	1,30	IYR
ZФD = JФ /(D - e) =	1,617	м3	1,07	ZRD
ZФB = J / e =	1,708	м3	1,14	ZRB

Момент сопротивления вычисленный по правилам Бюро Веритас равный:

Таблица

Требуемый момент сопротивления:
- на уровне верхней палубы			ZRD =	1,504519	м3
- на уровне днища			ZRB =	1,504519	м3

По выполненным расчетам можно сказать, что принятое поперечное сечение которое превышает требование по местной прочности обеспечивает хорошее соотношение фактического момента сопротивления с требуемым полученным с большим запасом, эти величины, увеличенные не просто так, они обеспечивают лучшую продольную прочность. Что является главным требованием по всем Правилам.

Заключение

корабль конструкция прочность нагрузка корпус

В данной работе мы рассмотрели и проанализировали требование Правил Бюро Веритас к конструкции корпуса надводных водоизмещающих кораблей. Провели тестовые расчеты устойчивости, местной и общей прочности по реально существующему Кораблю, который в настоящее время эксплуатируется в Российском флоте и сравнили их с расчетами выполненными по Французским Правилам. На основании этого можно сделать следующие выводы:

1) Требование Правил Бюро Веритас представляются достаточно адекватными.

- Минимальные толщины не являются завышенными.

- Требование к конструкции по местной прочности дают схожий результат, что и по российским требованиям и не являются определяющими.

2) Предложенный определяющий момент на тихой воде в первом приближении представляется несколько завышенным.

3) Требование к общей прочности и устойчивости показывают хорошую сходимость с отечественной практикой проектирования.

Размещено на Allbest.ru