Результат интеллектуальной деятельности: БОРТОВОЕ ПЕРЕКРЫТИЕ

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

Известно бортовое перекрытие судна, содержащее наружную обшивку, подкрепленную поперечным и продольным набором (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 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 судна (Авторское свидетельство СССР №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.

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 одновременного восприятия 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 существенная ослабленность ширстречного узла, что при очередном навале в его районе может вызвать его сжатие;

- увеличенная металлоемкость системы бортовой защиты в целом.

В качестве ближайшего аналога принято бортовое перекрытие, содержащее наружную обшивку, а также упругую прослойку, установленную с внутренней стороны перекрытия, причем между наружной обшивкой и упругой прослойкой установлена эластичная емкость, наполненная жидкостью, а емкость выполнена с возможностью регулирования давления внутри нее (Патент на изобретение №2472666, МПК В63В 3/14, опубл. 20.01.2013).

Недостатком данной конструкции является невысокая несущая способность наружной обшивки бортового перекрытия из-за возможности перегрузки и разрушения упругой прослойки при действии в пределах одной шпации локальных нагрузок высокой интенсивности вследствие чрезмерного роста давления в эластичной емкости.

Изобретение решает задачу повышения несущей способности наружной обшивки бортового перекрытия за счет устранения перегрузок упругой прослойки путем вовлечения в работу соседних с нагружаемым участков бортового перекрытия.

Для решения поставленной задачи в бортовом перекрытии, содержащем наружную обшивку, подкрепленную набором, упругую прослойку, установленную с внутренней стороны перекрытия, опирающуюся по контуру шпации на внутреннюю полость полок набора, и эластичную емкость, наполненную жидкостью, установленную между упругой прослойкой и наружной обшивкой, предлагается эластичные емкости в соседних шпациях выполнить сообщающимися.

В предлагаемом техническом решении нагрузка, воспринимаемая наружной обшивкой, благодаря эластичной емкости с жидкостью, соединенной с эластичными емкостями в соседних шпациях через отверстия в стенках набора, передается на упругие прослойки в нескольких шпациях, а также на наружную обшивку, действуя на нее изнутри. Это приводит к тому, что происходит изменение объема эластичных емкостей с жидкостью одновременно в нескольких шпациях за счет деформирования упругих прослоек и наружной обшивки, что позволяет избежать чрезмерного роста давления в эластичной емкости, расположенной под нагружаемым участком наружной обшивки, а также разрушения упругой прослойки и наружной обшивки.

На прилагаемых графических материалах изображен общий вид бортового перекрытия.

На графических материалах приняты следующие обозначения:

1 - наружная обшивка;

2 - балка набора;

3 - упругая прослойка;

4 - эластичная емкость;

5 - жидкость;

6 - отверстие в стенке набора;

q_p - интенсивная локально-распределенная внешняя нагрузка, действующая на бортовое перекрытие, Н/м.

Конструкция бортового перекрытия состоит из наружной обшивки 1 с установленными на ней балками набора 2. С внутренней стороны установлена упругая прослойка 3, опирающаяся на внутреннюю полость полок набора, а между упругой прослойкой 3 и наружной обшивкой 1 установлена эластичная емкость 4 с жидкостью 5, причем эластичные емкости 4 в соседних шпациях соединены между собой через отверстия в стенке набора 6.

Бортовое перекрытие работает следующим образом. Внешнюю нагрузку воспринимает наружная обшивка 1, в результате чего она прогибается между балками набора, передавая нагрузку на эластичную емкость 4, давление в которой растет и через отверстия в стенках набора 6 посредством жидкости 5 передается в сообщающиеся эластичные емкости 4, оказывающие давление на упругую прослойку 3 и наружную обшивку 1 в ряде смежных шпаций. Поскольку одновременно включаются в работу эластичные емкости 4 в нескольких шпациях, то исключается возможность резкого скачка давления и разрушения упругой прослойки под нагружаемой пластиной, как это может иметь место в конструкции ближайшего аналога, вследствие чего обеспечивается повышение несущей способности конструкции в целом. Для оценки эффективности предлагаемого технического решения рассмотрим деформирование элементов ближайшего аналога и предлагаемой конструкции под действием интенсивной нагрузки, приложенной в пределах одной шпации. Ограничимся случаем цилиндрического изгиба пластин наружной обшивки 1, считая, что их длинная сторона направлена вдоль балок набора 2. Рассматривая балку-полоску пластины и считая жидкость несжимаемой, для конструкции ближайшего аналога будем иметь

где - объем жидкости, вытесняемой балкой-полоской шириной b при ее деформировании под действием внешней нагрузки q_p и равномерно распределенной нагрузки q, вызванной давлением жидкости в эластичной емкости, м³;

w_рпл(q_р, z) - функция, описывающая упругую линию балки-полоски наружной обшивки под действием внешней нагрузки q_р, м;

w_qпл(q, z) - функция, описывающая упругую линию балки-полоски наружной обшивки под действием распределенной нагрузки q, вызванной давлением жидкости в эластичной емкости, м;

- объем, дополнительно занимаемый жидкостью при деформировании элемента упругой прослойки шириной b под действием равномерно распределенной нагрузки q; вызванной давлением жидкости в эластичной емкости, м³;

w_vпр(q, z) - функция, описывающая упругую линию элемента упругой прослойки шириной b под действием распределенной нагрузки q, вызванной давлением жидкости в эластичной емкости, м;

q=р⋅b - распределенная нагрузка, действующая на балку-полоску или элемент упругой прослойки шириной b, вызванная давлением жидкости в эластичной емкости, Н/м;

p - давление жидкости в эластичной емкости, Па;

b - ширина балки-полоски пластины обшивки и элемента упругой прослойки, м;

а - шпация перекрытия, м.

В общем случае функции w_рпл(q_р, z) и w_qпл(q, z) получаются на основании теории сложного изгиба пластин [Справочник по строительной механике корабля: в 3 т. / Бойцов Г.В., Постнов В.А., Чувиковский B.C.; под ред. О.М. Палия. - Л.: Судостроение, 1982. - Т. 1: Общие понятия. Стержни. Стержневые системы и перекрытия. - 376 с.] при деформировании пластин наружной обшивки в упругой стадии, либо согласно [Бураковский Е.П., Бураковский П.Е., Нечаев Ю.И., Прохнич В.П. Эксплуатационная прочность корпусов промысловых судов: учеб. пособие - СПб.: Арт-Экспресс, 2012. - 392 с.], если пластины работают в упруго-пластической стадии. Однако для достаточно жестких пластин, работающих в упругой стадии, можно ограничиться рассмотрением поперечного изгиба балок-полосок, а также упругой прослойки. В этом случае для конструкции ближайшего аналога и предлагаемой конструкции на основании (1), разделив обе части на b, будем иметь соответственно

где N - количество соединенных эластичных емкостей в предлагаемой конструкции;

q_N - распределенная нагрузка, действующая на балку-полоску или элемент упругой прослойки шириной b, вызванная давлением жидкости в эластичной емкости для случая, когда количество соединенных между собой эластичных емкостей равно N, Н/м.

В случае поперечного изгиба пластин в упругой стадии левые части уравнений (2) и (3) будут равны, что позволяет записать

откуда

т.е. нагрузка на упругую прослойку в предлагаемой конструкции снижается в N раз по сравнению с конструкцией ближайшего аналога.