Результат интеллектуальной деятельности: ДНИЩЕВОЕ ПЕРЕКРЫТИЕ СУДНА

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

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 в случае посадки судна на мель нередко происходит смещение или повреждение настилов второго дна вместе с фундаментами механизмов, из-за чего судно даже после снятия с мели не имеет возможности двигаться своим ходом.

Известно днищевое перекрытие корпуса судна (SU 1214521, МПК В63В 3/24, опубл. 28.02.1986 г.), содержащее наружную обшивку, настил второго дна, стрингеры, вертикальный киль, флоры и продольные балки, причем стенки флор и стрингеров подкреплены системой горизонтальных и вертикальных ребер жесткости и обладают переменной жесткостью по высоте.

Данная конструкция обладает существенным недостатком, заключающимся в том, что для флор и стрингеров толщина элемента стенки, прилегающего к наружной обшивке, ограничивается величиной его эйлеровой нагрузки (в противном случае не будет обеспечена требуемая податливость днищевого перекрытия в вертикальной плоскости), а в районе соединения стенки с наружной обшивкой нередко наблюдается интенсивная коррозия, что может привести к недопустимому коррозионному износу конструкции и снижению ее надежности.

Известно судовое перекрытие, подкрепленное набором, имеющим гофры в стенках связей (RU 2072935, МПК В63В 3/24, В63В 3/14, В63В 3/36 опубл. 10.02.1997 г.). Гофры связей судового перекрытия пропускаются в вырезах противоположных балок или вне пределов противоположных балок и имеют наименьшую жесткость в цепи «участки стенок связей» - «гофры связей», в направлении воздействия нагрузок в плоскости стенок балок.

Существенные недостатки данной конструкции:

- изготовление гофр отличается повышенной трудоемкостью, т.к. сопряжено либо с применением прессов большой мощности и набора технологической оснастки, которыми располагает не каждое судостроительное и судоремонтное предприятие, либо со значительным объемом работ по резке листовых элементов, их правке и сварке в виде гофр;

- при использовании гофр в конструкции днищевого перекрытия не обеспечивается герметичность отсеков двойного дна, т.к. в местах пересечения флор и стрингеров должны выполняться вырезы под гофры, что приводит к дополнительным затратам на герметизацию.

В качестве ближайшего аналога принято днищевое перекрытие судна, состоящее из наружной обшивки с установленными на ней стрингерами и флорами, стенки которых подкреплены вертикальными и горизонтальными ребрами жесткости (RU 2463198, МПК В63В 3/24, опубл. 10.10.2012 г.), содержащее вертикальный киль, продольные балки и настил второго дна с продольными ребрами жесткости настила второго дна, при этом нижние части вертикального киля, стенок флоров и стрингеров выполнены с элементами конструктивной защиты в виде трубчатого профиля металлического проката.

Существенным недостатком данной конструкции является то, что трубчатые элементы конструктивной защиты могут занимать значительный объем междудонного пространства, что ведет к потере его полезного объема и создает трудности при проведении ремонтных работ. Кроме того, даже в случае частичного деформирования трубчатых элементов конструктивной защиты (например, при касании грунта днищем судна) они подлежат замене, что ведет к существенным материальным затратам.

Изобретение решает задачу повышения ремонтопригодности днищевого перекрытия с обеспечением требуемой податливости его нижней части и увеличения свободного междудонного пространства за счет изменения формы элементов конструктивной защиты и использования соединительных и энергопоглощающих элементов с заданной прочностью.

Для получения необходимого технического результата в днищевом перекрытии судна, включающем наружную обшивку с установленными на ней стрингерами и флорами, стенки которых подкреплены вертикальными и горизонтальными ребрами жесткости, вертикальный киль, продольные балки и настил второго дна с продольными ребрами жесткости, элементы конструктивной защиты на нижних частях вертикального киля, стенок флор и стрингеров, предлагается элемент конструктивной защиты выполнить в виде стенки, закрепленной при помощи соединительных элементов в направляющих, оснащенных энергопоглощающими элементами, причем прочность соединительных элементов предлагается выбрать не меньше прочности энергопоглощающих элементов, а параметры соединительных элементов определять по формуле:

где

F_Э - площадь соединительного элемента, м²;

τ_Т - предел текучести при сдвиге для материала флоров, стрингеров и вертикального киля, Па;

τ_ТЭ - предел текучести при сдвиге для материала соединительных элементов, Па;

n_Э - число соединительных элементов на единицу длины стенки флора, стрингера или вертикального киля, м^-1;

F_ф - площадь верхней части стенки флора, м²;

F_cmp - площадь верхней части стенки стрингера, м²;

n_ф - количество флоров в зоне касания грунта;

n_стр - количество стрингеров в зоне касания грунта;

n - размер среднестатистического пятна контакта вдоль судна, м;

m - размер среднестатистического пятна контакта поперек судна, м;

К_З - коэффициент запаса.

В предлагаемом техническом решении в случае посадки на мель или касания грунта происходит гашение кинетической энергии судна за счет деформирования наружной обшивки, продольных балок, а также нижних частей вертикального киля, стенок флор и стрингеров, содержащих элементы конструктивной защиты в виде стенки, закрепленной в направляющих соединительными элементами. При этом верхние части флор и стрингеров, а вместе с ними и настил второго дна, остаются недеформированными, за счет того, что податливость нижней части выше, чем податливость верхней, что обеспечивается выбором материала, сечения и количества соединительных элементов, закрепляющих стенку в направляющих.

На прилагаемых графических материалах изображено:

на фиг. 1 - общий вид части днищевого перекрытия судна;

на фиг. 2 - узел I на фиг. 1.

На графических материалах приняты следующие обозначения:

1 - обшивка наружная;

2 - ребро жесткости горизонтальное;

3 - направляющие;

4 - балки продольные;

5 - киль вертикальный;

6 - флор;

7 - стрингер;

8 - настил второго дна;

9 - ребро жесткости вертикальное;

10 - ребра жесткости продольные настила второго дна;

11 - лист междудонный крайний;

12 - кница скуловая;

13 - шпангоут;

14 - стенка;

15 - элементы соединительные;

16 - элементы энергопоглощающие.

Конструкция днищевого перекрытия состоит из наружной обшивки 1, настила 8 второго дна с продольными ребрами 10 жесткости настила второго дна, флор 6, продольных балок 4, стрингеров 7, вертикального киля 5, содержащего в нижней части элемент конструктивной защиты в виде направляющих 3, в которых при помощи соединительных элементов 15 закреплена стенка 14. Стенки флор 6 и стрингеров 7 в верхней части подкреплены системой горизонтальных 2 и вертикальных 9 ребер жесткости, а в нижней части содержат элементы конструктивной защиты в виде направляющих 3, в которых при помощи соединительных элементов 15 закреплены стенки 14. В направляющих 3 над стенкой 14 установлены энергопоглощающие элементы 16.

Днищевое перекрытие работает следующим образом. При посадке на мель или при касании грунта происходит гашение кинетической энергии судна за счет деформирования наружной обшивки 1, продольных балок 4, а также нижних частей стенок флор 6, стрингеров 7 и вертикального киля 5, а верхняя часть с настилом 8 второго дна остается не деформированной. Для этого нижняя часть вертикального киля 5, стенок флор 6 и стрингеров 7 содержит элементы конструктивной защиты в виде направляющих 3, в которых при помощи соединительных элементов 15 закреплены стенки 14. Соединительные элементы 15 срезаются при нагрузке, меньшей, чем критическая нагрузка для верхних частей стенок флор 6 и стрингеров 7, подкрепленных вертикальными 9 и горизонтальными 2 ребрами жесткости.

Параметры элементов конструктивной защиты должны выбираться из условия, чтобы предельная нагрузка для них была меньше, чем нагрузка, вызывающая сдвиг в стенках флор и стрингеров, что обеспечивается соответствующим выбором параметров соединительных элементов 15 (материал, количество, площадь поперечного сечения). Располагая размерами среднестатистического пятна контакта днища с грунтом (n - в продольном направлении, m - в поперечном) для данного типа судна, поперечной шпацией, а также расстоянием между стрингерами можно определить, какое количество связей оказывается в зоне контакта с грунтом (n_ф - число флор, n_стр - число стрингеров). Тогда оптимальные параметры соединительных элементов 15 должны определяться согласно формуле:

где

F_Э - площадь соединительного элемента, м²;

τ_Т - предел текучести при сдвиге для материала флор, стрингеров и вертикального киля, Па;

τ_ТЭ - предел текучести при сдвиге для материала соединительных элементов, Па;

n_Э - число соединительных элементов на единицу длины стенки флора, стрингера или вертикального киля, м^-1;

F_ф - площадь верхней части стенки флора, м²;

F_cmp - площадь верхней части стенки стрингера, м²;

n_ф - количество флор в зоне касания грунта;

n_стp - количество стрингеров в зоне касания грунта;

n - размер среднестатистического пятна контакта вдоль судна, м;

m - размер среднестатистического пятна контакта поперек судна, м;

К_З - коэффициент запаса.

В предлагаемой конструкции при посадке судна на мель энергия диссипации при пластическом деформировании связей днищевого перекрытия состоит из энергии рассеивания при деформировании наружной обшивки 1, продольных балок 4, нижней части флор 6 и стрингеров 7, а также нижней части вертикального киля 5, где кинетическая энергия судна расходуется на срез соединительных элементов 15 и энергопоглощающих элементов 16. Прочность энергопоглощающих элементов 16 должна выбираться из условия, чтобы их срез происходил при нагрузке, не превышающей ту, что вызывает срез соединительных элементов 15, расположенных на том же участке вертикального киля 5, стенок флор 6 и стрингеров 7. В качестве соединительных элементов 15 и энергопоглощающих элементов 16 могут быть использованы болты, заклепки, штифты и т.д.

В случае незначительных повреждений днищевого перекрытия при касании грунта восстановление элементов конструктивной защиты будет заключаться в замене отдельных срезавшихся соединительных элементов 15, что обеспечивает лучшие показатели ремонтопригодности по сравнению с конструкцией ближайшего аналога, в которой необходима замена трубчатых элементов конструктивной защиты.

Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет обеспечить повышенную податливость нижней части днищевого перекрытия для недопущения повреждения настила второго дна с фундаментами главных и вспомогательных механизмов при посадке судна на мель и касании грунта, не загромождает междудонное пространство и обладает высокой ремонтопригодностью.