Проектування конструкції корпусу суховантажного судна для перевезення генерального грузу та контейнерів

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ МОРСЬКИЙ УНІВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА «ТЕОРІЯ ТА ПРОЕКТУВАННЯ СУДНА»

Завдання на атестаційний проект

Студента III курсу кораблебудівельного факультету

Спроектувати конструкцію корпусу суховантажного судна для перевезення генерального грузу та контейнерів

Введення

Прототипом для проектованого судна є т/х «Капітан Кушнарєнко». Всі його характеристики, необхідні для розрахунку, наведені у листі каталогу.

Корпус проектованого має пряму носову кінцеву частину і просту кормову кінцеву частину, із проміжним розташуванням машинного відділення. Корпус набрано за змішаною схемою набору. Днищове й палубне перекриття набрані за подовжньою схемою набору. Палубне перекриття у районі люкових вирізів набрано за поперечною схемою набору. Розташування балок набору зображено на схемах днищового, палубного схемі бортового перекриття середнього трюму, і схемі бортового перекриття МВ.

Згідно з ГОСТ 5521–86 у проекті передбачено застосування звичайної вуглецевої сталі марки ВСт3СП2 з межею текучості 235 мПа і леговану сталь марки СПП:09Г2 з межею текучості 295 мПа. Обрані матеріали своїми властивостями повністю задовольняють вимогам РС що до корпусів морських суден.

1. Основні характеристики

Визначення коефіцієнта загальної повноти за характеристиками прототипу:

де – водотоннажність прототипу (= 15735т);

– довжина прототипу (=155,9 м);

- масова густина забортної води (= 1,025т/м3).

Визначення водотоннажності судна:

м3;

т.

Розрахунок зовнішніх навантажень на корпус

Визначаємо хвильовий коефіцієнт. Якщо 90< L<300 вын визначається за формулою:

Розрахунковий тиск, що діє на корпус судна з боку моря, визначено по формулах Регістра РС

Для точок нижче конструктивної ватерлінії

Р =Рst + Pw =96,4+13,43 =109,8КПа

де Рst – розрахунковий статичний тиск (нижче ЛВВЛ), кПа;

Рw – розрахунковий тиск, зумовлений переміщеннями корпуса судна щодо профілю хвилі, для точок нижче ЛВГВ, кПа;

Zi – відстань точки доданка навантаження від ЛВВЛ, м.

Рst = 10Ч Zi =10Ч 9,64 = 96,4 КПа

Pw =Рwo – 1,5Ч Cw	Zi	= 26,85 – 1,5Ч8,95Ч	9,64	=13,43КПа
	d		9,64

d =9,64 м – осадка судна;

Zi =9,64 м – відстань точки додатка навантаження від ЛВВЛ.

Рwo = 5Ч СwЧ avЧax =5Ч8,95Ч0,6 = 26,85 КПа

Розрахунковий тиск, зумовлений переміщеннями корпуса судна щодо профілю хвилі для точок вище ЛВВЛ:

Pw = Рwo – 7,5Ч axЧ Zi = 26,85 – 7,5 Ч0,267Ч 5,6 = 15,64 КПа

де Zi =5,6 м – відстань точки додатка навантаження від конструктивної ватерлінії

Всі розраховані значення тиску наведені на епюрі тисків.

Розрахунок стандарту загальної міцності

Визначаємо момент опору міделевого перетину судна:

см3.

де МТ – розрахунковий згинальний момент міделевого перетину судна, кНм;

– допустима напруга для обраної марки сталі, МПа.

, МПа,

де - коефіцієнт застосування механічних властивостей сталі.

,

де МТ – найбільший згинальний, що призводить до прогинання судна на тихій воді, кН м;

МW – хвильовий згинальний момент, що призводить до прогинання судна, кН м

,

де k = 70 при проміжному МВ.

Хвильовий згинаючий момент, що викликає перегин судна:

кНм

Хвильовий згинаючий момент, що викликає прогин судна

Сумарний момент з урахуванням максимального хвильового моменту, що призводить до перегинання судна:

Мт = Msw + Mw = (0,486+ 0,59)Ч106 =0,76Ч106 кНм.

кНм.

У всіх випадках момент опору поперечного перетину корпуса повинен бути не менш ніж:

кНм.

Мінімальне значення моменту інерції поперечного перетину корпуса повинне бути не менш ніж:

см4.

Основні елементи конструкції корпусу

Значення нормальної шпації:

мм.

Приймаємо a0 =750 мм. В форпіку та ахтерпіку a0 =600 мм. На ділянці 0,2L від носового перпендикуляра

a0 =700 мм.

Висота подвійного дна на середині довжини судна:

м.

У кінцівках (форпік та ахтерпік), МВ та у п ершому трюмі висоту подвійного дна збільшуємо на 0,5 м, h = 1,8 м.

Поперечну шпацію приймаємо a = 700 мм

1.4 Розрахунок днищового перекриття

Обшивка днища і настилу подвійного дна

Вибір листів днища й настилу подвійного дна зроблен по розрахунковій товщині.

Мінімальна товщина листів днищовой обшивки визначена по формулі Регістра РС [1]

Smin =(5,5 + 0,04ЧL)ЧЦ h =(5,5 + 0,04 Ч152,2)ЧЦ 1 =11,6 мм;

L = 152,2 м;

η = 1

Приймаємо Smin =12 мм

Товщина листів днищовой обшивки зі скулою визначена по формулі Регістра РС

Прийнято S =12 мм, для забезпечення корпусу судна поздовжньої міцності

де a = 0,7 м – шпація;

m – коефіцієнт згинального моменту, т =15,8;

K =1;

Ks - коефіцієнт допустимих навантажень, Ks = 0,6;

sn – розрахункова нормативна межа текучості, sn = 235 Мпа;

DS = UЧ(T –12) = 0,2Ч(24 –12) =2,4 мм;

U =0,2 мм /рік;

T = 24 р.;

Р = 109,8 Кпа – тиск, який діє на корпус судна з боку моря

Обшивка днища набирається зі стандартних листів товщиною 12 мм, ширина листів 1800 мм, товщина скулового листа 12 мм, ширина листа приймаються конструктивно.

У районі ДП встановлюється горизонтальний кіль шириною 1600 мм і товщиною 16 мм (на 2 мм товщі обшивання днища).

Ширина горизонтального кіля визначена по формулі Регістра РС:

bk= 800+5L= 800+5Ч152,2= 1561 мм;

Приймаємо bk = 1600 мм

Мінімальна товщина листів настилу другого дна визначена за формулою Регістра РС [1], тому що виконано умову L і 80

Smin =(5 + 0,035 ЧL)ЧЦ h =(5 + 0,035 Ч152,2)ЧЦ 1 =10,3 мм;.

Приймаємо Smin =10 мм

Товщина листів настилу другого дна визначена по формулі Регістра РС [1]

Прийнято S =10 мм,

Вертикальний кіль і стрингери

Товщина вертикального кіля визначена по формулі Регістра РС [1]

Приймаємо S =15 мм

де ak = 0,03ЧL + 8,3 Ј11,2; ak = 0,03Ч152,2+8,3 =12,9

прийнято ak =11,2;

L = 152,2 м; d = 9,64 м; η= 0,8;

В = 22,2 м; hф= 1,3 м; DS = UЧ(T –12) = 0,2Ч(24 –12) =2,4 мм;

У всіх випадках товщина вертикального кіля повинна бути не менш ніж:

Smin = 0,025L+5,5+1,5 = 0,025•152,2+5,5+1,5 = 10,8 мм;

Приймаємо Smin=11 мм

Товщина вертикального кіля приймається 18 мм – достатня

Товщину стрингера приймаємо рівній товщині вертикального кіля, тобто стрингер має товщину 15 мм.

Флори спроектовані відповідно до вимог РС 2.4.4.3:

Товщина суцільних флорів розраховується по формулі:

Приймаємо S= 11 мм

α = 0,023L+5,8 = 0,023Ч152,2+5,8=9,3;

k= k1Чk2= 1,65Ч0,86=1,42;

k1=1,65 – коефіцієнт обраний по таблиці 2.4.4.3–1;

k2 = 0,86 – коефіцієнт обраний по таблиці 2.4.4.3–2;

DS = UЧ(T –12) = 0,2Ч(24 –12) =2,4 мм;

U =0,2 мм /рік;

T = 24 р.

У всіх випадках товщина суцільних флорів повинна бути не менш чим:

Smin = 0,035L+6 = 0,035Ч152,2+6 = 11,3 мм;

Приймаємо Smin=12 мм.

Стінки суцільних флорів підкріплюються ребрами жорсткості.

Непроникні флори, які встановлюються під водонепроникними перебірками повинні мати товщину не менш чим

де – p = 7,5hн = 7,5Ч(13,2+1–0,6) = 102 кПа;

K =1,2–0,5Ч (a/b)=0,95;

Р = 143,6 кПа – тиск, який діє на корпус судна з боку моря.

По вимогах РС товщина непроникних флорів не повинна бути менш товщини суцільних флорів, тому товщину непроникних флорів приймаємо рівну S=11 мм.

Основний набір днища й подвійного дна

Подовжні балки днища й подвійного дна призначаються по моменту опору.

Момент опору подовжніх балок днища визначений по формулі Регістра РС [1]

W = WЧwk = 381Ч1,2 =457,2 см3;

прийнято несиметричний полособульб 24а(ДЕРЖСТАНДАРТ 21937–76) з моментом опору W=434см3, що зменшений на 35% тому що встановлені проміжні підкріплювальні стояки посередині прольоту подовжніх балок де

;

wk = 1 + aдо ЧDS = 1 + 0,084Ч2,4 = 1,2;

m =12;

Ks = 0,45;

sn = 293,75 МПа];

Q = PЧaЧl =109,8Ч 0,7Ч3 = 230,6 кН;

Р =109,8 Кпа – тиск, який діє на корпус судна з боку моря;

a =0,7 м – шпація;

l = 3 м – проліт балки;

DS = UЧ(T –12) = 0,2Ч(24 –12) =2,4 мм;

U =0,2 мм /рік;

T = 24 р.

Момент опору подовжніх балок подвійного дна визначений по формулі Регістра РС [1]

W = W Чwk = 277Ч1,11 =307,5 см3;

прийнято несиметричний полособульб 18б(ДЕРЖСТАНДАРТ 21937–76) з моментом опору W =218 см3, що зменшений на 35% тому що встановлені проміжні підкріплювальні стояки посередині прольоту подовжніх балок де

W’ – момент опору балки без обліку запасу на зношування, см3;

wk = 1 + aдо ЧDS = 1 + 0,091 Ч1,2 = 1,11;

m =12; Ks = 0,6;

sn = 293,75 МПа;

Р =93 Кпа – тиск;

a =0,7 м – шпація;

l = 3 м – проліт балки;

DS = UЧ(T –12) = 0,2Ч(24 –12) =2,4 мм;

U =0,2 мм /рік; T = 24 р.

Підкріплюючі стояки

Розмір проміжних підкріплювальних стояків між подовжніми балками днища й другого дна призначається по площі поперечного переріза.

Площа поперечного переріза стояків визначається по формулі РС 2.4.4.7.1:

де h – висота попереч. перетину стійки, см;

Момент інерції повинен бути не менш ніж:

;

де l – проліт стояка, м.

см4;

Приймаємо куточок №5,6.

Бракети

Товщину бракет вертикального кіля та міждонного листа, а також бракет, що з’єднують подовжні балки по днищу та подвійному дну з непроникними флорами, приймаємо рівній товщині суцільних флорів S =11 мм.

1.5 Розрахунок бортового перекриття

Бортова обшивка містить у собі ширстрек шириною 1600 мм, чотири стандартних листа шириною 1800 мм і один лист шириною 2440 мм.

Вибір листів обшивки судна зроблено по розрахованій товщині.

Мінімальна товщина листів бортової обшивки визначена за формулою Регістра РС [1]

Smin =(5,5 + 0,04ЧL)ЧЦ h =(5,5 + 0,04 Ч152,2)ЧЦ 1 =11,6 мм;

L = 152,2 м;

η = 1

Приймаємо Smin=12 мм

Товщина листів бортової обшивки в районі (0,4–0,5) D визначена по формулі Регістра РС [1]

прийнято S =12 мм,

де a = 0,75 м – шпація

m =15,8;

K =1;

Ks = 0,6;

sn = 235 Мпа;

DS = UЧ(T –12) = 0,17Ч(24 –12) =2,04 мм;

Р =54,91 КПа – тиск, який діє на корпус судна з боку моря

Товщина листів бортової обшивки в районі нижче 0.4 D визначена по формулі Регістра РС [1]

прийнято S =12 мм,

де DS = UЧ(T –12) = 0,14Ч(24 –12) =1,68 мм;

U =0,14 мм /рік;

T = 24 р.;

Р = 80 КПа – тиск діюче на корпус судна з боку моря

Товщина листів бортової обшивки в районі вище 0,5 D визначена по формулі Регістра РС [1]

прийнято S =12 мм.

Товщина листів бортової обшивки по машинному відділенню прийнята

S =14 мм.

Товщина листів фальшборту визначена по формулі Регістра РС [1]

S = 0,025 (L + 4,0) = 0,025Ч(152,2 + 4,0) =7,5 мм;

прийнято S =8,0 мм

Ширина ширстрека визначена по формулі Регістра РС [1]

bk = 5ЧL + 800 Ј 2000; b =5Ч152,2 + 800 =1561 мм;

прийнято b = 1600 мм.

Товщиною ширстрека приймається S =18 мм для забезпечення корпусу судна подовжньої міцності.

Ширина ширстрека по машинному відділенню визначена по формулі Регістра РС [1]

bk = 5ЧL + 800 Ј 2000; b =5Ч152,2 + 800 =1561 мм;

прийнято b = 1600 мм, товщиною S =18 мм

Бортовий набір у трюмах

Вибір балок набору зроблен по необхідному моменту опору, який розраховується.

Момент опору трюмного шпангоута визначен по формулі Регістра РС [1]

W = W Чwk = 1027Ч1,09 =1119,4 см3;

прийнято звареного тавра 36а з моментом опору W =1180 см3;

W' – момент опору розглянутої балки;

wk = 1 + aдо ЧDS = 1 + 0,073 Ч1,2 = 1,09;

Бортовий набір у твіндеках

Момент опору шпангоута твіндека визначений по формулі Регістра РС [1]

W = W Чwk = 170Ч1,13 =192 см3;

Прийнято звареного тавра 16б з моментом опору W =169 см3, тому що кінець шпангоута закріплюється кницей, те це дозволяє знизити момент опору балки на 30%

де

wk = 1 + aк ЧDS = 1 + 0,107 Ч1,2 = 1,13;

m =10;

Ks = 0,65;

DS = UЧ(T –12) = 0,1Ч(24 –12) =1,2 мм;

U =0,1 мм /рік;

T = 24 р.

Фальшборт

Розрахунковим тиском на фальшборт р, кПа, є зовнішній тиск, визначуваний на чолі «Розрахункові навантаження» (1.3.1) р = 20,8 кПа

При цьому воно повинне прийматися не менше:

Pmin=0,02L+14= 0,02•152,2+14= 17 кПа;

З двох навантажень за розрахункове вибираємо найбільше р = 17 кПа;

Толщина обшивки фальшборта повинна бути не менше:

S= 0,025L+4,0= 0,025Ч152,2+4,0=7,8 мм ≈ 8 мм.

Приймаємо Smin = 8 мм.

1.6 Розрахунок палубного перекриття твіндека

Настил палуби твіндека

Вибір листів настилу твіндека зроблен по розрахованної товщині.

Мінімальна товщина листів настилу твіндека визначена по формулі Регістра РС [1], тому що виконано умову L і 100

Smin = (7 + 0,01ЧL) Ч Ц h = (7 + 0,01 Ч152,2)Ч Ц 1 =8,5 мм;

Приймаємо Smin= 9 мм.

Товщина листів настилу твіндека визначена по формулі Регістра РС [1]

Прийнято S =11 мм, для забезпечення корпусу судна подовжньої міцності

де a = 0,7 – шпація;

m =15,8;

K =1;

Ks = 0,8;

sn = 235 МПа;

DS = UЧ(T –12) = 0,11Ч(24 –12) =1,32 мм;

U =0,11 мм /рік;

T = 24 р.;

Р = gЧ 0,7Ч h = 9,81Ч 0,7Ч5,0 =34кПа – тиск;

h =5,0 м – висота твіндека;

g = 9,81 м/с2 – прискорення вільного падіння

Палубний набір твіндека

Вибір балок набору зроблен по необхідному моменту опору, що розраховується. Момент опору бімсів твіндека визначен по формулі Регістра РС [1]

W = W Чwk = 170,95 Ч1,15 =196,6 см3;

прийнято несиметричний полособульб 18а з моментом опору W =200 см3

де,

wk = 1 + aк ЧDS = 1 + 0,106Ч1,44 = 1,15;

Момент опору бімсів у межлюковой перемичці твиндека визначен по формулі Регістра РС [1]

W = W Чwk = 818 Ч1,11 =908 см3;

прийнято тавра сталевий зварений 36а (РД5.9373–80) з моментом опору W =1180 см3

wk = 1 + aк ЧDS = 1 + 0,073 Ч1,44 = 1,11;

де – m =10;

Ks = 0,65;

sn = 235 Мпа;

a =0,75 м;

l =7 м.

Необхідний момент опору карлінгса твіндека визначений по формулі Регістра РС [1]

W = W Чwk =15439,6Ч1,1 =16983,6 см3;

wk = 1 + aдо ЧDS = 1 + 0,067 Ч1,44 = 1,1;

де – m =18;

Ks = 0,65;

sn = 235 МПа;

Р = gЧ 0,7Ч h = 9,81Ч 0,7Ч 5,0 =34 КПа – тиск

h = 5,0 м – висота твіндека;

g = 9,81 м/с2 – прискорення вільного падіння;

a = 8,6 м – відстань між розглянутими балками

l = 13,5 м – проліт балки

DS = UЧ(T –12) = 0,12Ч(24 –12) =1,44 мм;

T = 24 р.

Таблиця1.4.1 – Розміри карлінгса твіндека

Найменування балки	Розмiри	Площа	z	F*z	F*z2	i
Пояс карлiингса		210	0,0	0,0	0,0	0
Стiнка карлiнгса		176	41,4	7286,4	301657,0	37158,4
Приєднаний поясок		170,5	82,0	13972,5	1145044,3	0
		732,5		28545,3	1748358,2	74316,8
						1776903,5

z = B/A=39,0 см; I = (C – Z2*A)*10-4 = 664503,9 см4; W1 = I/Z=17051,8 см3; W'