Размещено на http://www.allbest.ru/

НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Р.Е. АЛЕКСЕЕВА

Кафедра «Аэро-гидродинамика, прочность машин и сопротивление материалов»

Расчетно-графическая работа

по дисциплине «Конструкционная прочность»

«Расчет статей масс судна»

Козлова А.О.

Нижний Новгород 2021 г.

Задание

Для судна, спроектированного в рамках курса «Тонкостенные конструкции», используя данные прототипа рассчитать статьи масс и распределить их по длине судна. Рассмотреть два расчётных случая: в балласте со 100% запасов и в грузу с 10% запасов. Произвести удифферентовку с использованием программного обеспечения «Udif.exe», оценить соответствие невязок и осадок нормативным, определить опасный случай нагружения.



Исходные данные

танкер масса балласт судно

Тип судна

Однопалубный двухвинтовой танкер класса «М-СП» грузоподъемностью 2000 т, с кормовым расположением машинного отделения, насосного отделения и жилых помещений, показан на рисунке 1.

Назначение судна:

Перевозка нефтепродуктов I, II, и III классов с плотностью 0,71-0,83 т/, не требующих подогрева.

Таблица 1. Характеристики судна и прототипа

Основные характеристики	Проект	Прототип
Класс РРР	М-СП	М-СП
Длина судна L, м	105	117,72
Ширина судна B, м	14,8	14,8
Высота борта H, м	5,2	5,2
Грузоподъёмность, т	2000	2000
Мощность N, кВТ	2Ч640	2Ч640
Скорость судна V, км/ч	19	19
Автономность , сутки	15	15
Экипаж, человек	18	18
Осадка средняя , м	2,81*	2,5
Водоизмещение в грузу, т	3515,43*	3680,41
Водоизмещение в балласте, т	2450,72*	3124,01
Коэффициент	-	0,160
Коэффициент	-	0,126

^*данные, полученные при выполнении расчетов в п.п. 2-4



Рисунок 1. Конструктивный чертеж судн



1. Определение статей масс судна

1.1 Определение массы оборудованного корпуса [1, с. 6]

(т)

1.2 Определение массы надстройки [1, с. 7].

??_Н=??_р+ ??п.,

где ??р? объем рулевой рубки

??п.? объем палубы

(м³) - объём кормовой надстройки рассчитанный по чертежу общего расположения.

.

1.3 Масса корпуса без надстройки

;

(т)

1.4 Определение массы команды и пассажиров с багажом [1, с. 9]

;



(т)

1.5 Определение массы провизии и питьевой воды [1, с. 10].

;

;

- суточная норма запасов продуктов на одного человека.

(т)

;

- суточная норма запасов воды на одного человека.

(т)

;

(т);

1.6 Определение массы механизмов [1, с. 8]

;

(т).

1.7 Определение топлива, воды, масла [1, с. 10].

;

;



- коэффициент запаса для судов внутреннего плавания;

q_т = 258 ;

;

;

(т);

;

(т);

(т).

1.8 Определение массы запаса водоизмещения

;

;

(т);

(т);

1.9 Расчёт массы балласта [1, с. 9].

;

m_бп - массовое водоизмещение в балластном переходе;

m = 3680,41 (т) - водоизмещение в грузу;

б = 0,898 - коэффициент полноты ватерлинии;

д = 0,846 - коэффициент полноты водоизмещения;

T_БК = 1,1 • Dв; (1)

Dв = 1,7 (м) - диаметр винта;

T_БК = 1,1 • 1,7 = 1,87 (м);

T_БН = (1,5 ч 2)% • L; (2)

T_БН = 0,017 • 105 = 1,785 (м);

Поэтому выбираем:

T_СБ = 1,83 (м) - осадка в балласте;

T_ГР = 2,5 (м) - осадка в грузу;

m_Б = о • m

;

m_бп= 0,717 • 3680,41 = 2637,7 (т);

m_Б = m_бп - = 2637,7-1499,2 = 1138,5 (т).

При распределении балласта следует учитывать объем балластных цистерн и расположение их в корпусе судна.

1.10 Масса груза

m_ГР = 2000 (т).

Масса груза задается согласно с полученным техническим заданием и распределяется равномерно по всей длине грузовой палубы.



2. Распределение статей масс по длине судна

2.1 Судно в балласте с 100% запасов

Масса запаса водоизмещения

Запас водоизмещения распределяется равномерно по всей длине судна.

;

;

Масса корпуса без надстройки

Масса корпуса без надстройки распределяется по диаграмме Байлса. Распределение производим процентным соотношением по табл. 2.2 [3, c. 8]. Приближенная эпюра показана на рисунке 2.

- по диаграмме Байлса;

; ;

;

;

Рисунок 1. Приближенная эпюра масс корпуса судна (диаграмма Байлса).



Масса надстройки

Масса надстройки распределяется равномерно по длине надстройки.

- масса надстройки;

;

;

Масса механизмов

Масса механизмов распределяет равномерно по длине машинного отделения.

- масса механизмов;

;

;

Масса провизии и воды.

Масса провизии и воды распределяется равномерно по всей длине надстройки.

- масса провизии и воды;

;

;

Масса топлива, воды, масла

Масса топлива, воды и масла распределяет равномерно по длине машинного отделения.

- масса топлива, воды, масла;



;

;

Масса команды и пассажиров.

Масса команды и пассажиров распределяется равномерно по всей длине надстройки.

- масса команды и пассажиров;

;

;

Масса балласта

Масса балласта распределяется равномерно по всей длине балластных отсеков.

- масса балласта;

;

2.2 Судно с 10% запасов

Все массы соответствуют найденным в п. 2.1, за исключением запасов, которые равны 10% от пункта 2.1.

Масса провизии и воды

;



(т);

;

Масса топлива, воды и масла.

;

(т);

;

Масса груза

(т) - согласно техническому заданию;

;

.



3 Удифферентовка

Исходными данными для удифферентовки являются найденные выше массы судна и таблица ординат теоретических шпангоутов.

Рисунок 3. Теоретические шпангоуты (из программы udif.exe)

Таблица 2. Ординаты теоретических шпангоутов

Шп-т\WL	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
0	0	0	0	0	0	0	0	0,21	0,51	0,9
1	0	0,65	1,33	1,79	2,23	2,64	3,04	3,61	4,18	4,72
2	1,62	2,93	3,81	4,38	4,84	5,29	5,75	6,22	6,60	6,85
3	4,22	5,24	5,92	6,20	6,43	6,64	6,83	7,02	7,23	7,4
4	6,02	6,66	7,01	7,09	7,13	7,17	7,22	7,29	7,34	7,4
5	6,85	7,23	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4
6	7,252	7,37	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4
7	7,252	7,37	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4
8	7,252	7,37	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4
9	7,252	7,37	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4
10	7,252	7,37	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4
11	7,252	7,37	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4
12	7,252	7,37	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4
13	7,252	7,37	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4
14	7,252	7,37	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4
15	7,252	7,37	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4
16	6,01	6,88	7,34	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4
17	3,81	5,70	6,72	7,00	7,12	7,21	7,29	7,35	7,4	7,4
18	0,46	3,24	4,95	5,69	6,15	6,48	6,72	6,94	7,14	7,28
19	0	0	0,91	2,50	3,7	4,53	5,24	5,83	6,32	6,68
20	0	0	0	0	0	0	0	1,48	2,88	4,02

Таблица 3. Расчет весовой нагрузки судна в балласте со 100% запасов



X_C =

Рисунок 4. Расчет весовой нагрузки судна в балласте со 100% запасов



Таблица 4. Расчёт весовой нагрузки судна в грузу 10%

X_C =



Рисунок 5. Расчёт весовой нагрузки судна в грузу с 10% запаса



Таблица 5. Результаты удифферентовки в балласте со 100% запаса

Нагрузка на шпацию	Перерезывающая сила	Изгибающий момент
0-1	241	0 шп	0	0 шп	0
1-2	-97,53	1 шп	241,01	1 шп	640,7
2-3	-545,87	2 шп	143,49	2 шп	1658,02
3-4	362,26	3 шп	-402,38	3 шп	986,42
4-5	211,98	4 шп	-40,11	4 шп	-167,15
5-6	184,8	5 шп	171,88	5 шп	186,66
6-7	209,69	6 шп	356,69	6 шп	1582,02
7-8	201,01	7 шп	566,38	7 шп	4012,92
8-9	192,34	8 шп	767,4	8 шп	7521,9
9-10	183,66	9 шп	959,75	9 шп	12063,43
10-11	174,99	10 шп	1143,42	10 шп	17591,95
11-12	166,31	11 шп	1318,41	11 шп	24061,94
12-13	-1083,42	12 шп	1484,73	12 шп	31427,83
13-14	-1092,1	13 шп	401,31	13 шп	36386,31
14-15	-1133,34	14 шп	-690,78	14 шп	35634,03
15-16	-582,25	15 шп	-1824,12	15 шп	29039,97
16-17	856,31	16 шп	-2406,36	16 шп	17942,47
17-18	1137,62	17 шп	-1550,04	17 шп	7564,39
18-19	154,79	18 шп	-412,42	18 шп	2420,37
19-20	257,61	19 шп	-257,62	19 шп	668,91
		20 шп	0	20 шп	0



Рисунок 6. Результаты удифферентовки в балласте со 100% запасов

а - нагрузка на шпацию; б - перерезывающая сила; в-изгибающий момент.

Проверка условий:

Водоизмещение по ГВЛ, м³ V = 2779,92

Абцисса ЦТ, м X_G = -1,25

Абцисса ЦВ, м X_C = -1,24

Абцисса ЦТ ГВЛ, м X_F = -1,23

Большой метацентрический радиус, м R =1721,65

Площадь ГВЛ, м² S =1324,26

Осадка носом, м Т_Н = 2,24 ? [Т_Н] = 1,785 - Удовлетворяет условию (2)

Осадка кормой, м Т_К = 2,28 ? [Т_К] = 1,87 - Удовлетворяет условию

Невязка по перерезывающей силе, кН -0,14

0,14 < 0,03 • N_max

0,14 < 0,03 • 2406,36

0,14 < 72,2 - Удовлетворяет условию [4, п. 2.2.36].

Невязка по изгибающему моменту кН • м: -61,47

61,47 < 0,03 • M_max

61,47 < 0,03 • 36386,31

61,47 < 1091,6 - Удовлетворяет условию [4, п. 2.2.36].

Таблица 6. Результаты удифферентовки в грузу с 10% запаса

Нагрузка на шпацию	Перерезывающая сила	Изгибающий момент
0-1	168,39	0 шп	0	0 шп	0
1-2	-323,32	1 шп	168,4	1 шп	464,16
2-3	-897,49	2 шп	-154,9	2 шп	521,62
3-4	341,52	3 шп	-1052,38	3 шп	-2625,53
4-5	167,98	4 шп	-710,84	4 шп	-7232,08
5-6	137,46	5 шп	-542,85	5 шп	-10501,2
6-7	166,94	6 шп	-405,37	6 шп	-12968,5
7-8	162,86	7 шп	-238,41	7 шп	-14636,8
8-9	158,78	8 шп	-75,54	8 шп	-15439,4
9-10	154,7	9 шп	83,26	9 шп	-15397,6
10-11	150,62	10 шп	237,98	10 шп	-14532,9
11-12	146,54	11 шп	388,62	11 шп	-12866,8
12-13	142,47	12 шп	535,18	12 шп	-10420,5
13-14	138,39	13 шп	677,66	13 шп	-7215,63
14-15	101,64	14 шп	816,06	14 шп	-3273,51
15-16	-1087,97	15 шп	917,71	15 шп	1298,68
16-17	-125,8	16 шп	-170,24	16 шп	3281,75
17-18	188,4	17 шп	-296,02	17 шп	2078,69
18-19	-44,57	18 шп	-107,61	18 шп	1039,95
19-20	152,15	19 шп	-152,16	19 шп	378,77
		20 шп	0	20 шп	0



Рисунок 7. Результаты удифферентовки в грузу с 10% запасов

а - нагрузка на шпацию; б - перерезывающая сила; в-изгибающий момент



Проверка условий:

Водоизмещение по ГВЛ, м³ V = 3515,43

Абцисса ЦТ, м X_G = -0,97

Абцисса ЦВ, м X_C = -0,96

Абцисса ЦТ ГВЛ, м X_F = -1,29

Большой метацентрический радиус, м R = 1396,42

Площадь ГВЛ, м² S = 1348,8

Осадка носом, м

Осадка кормой, м

Осадка средняя, м

Невязка по перерезывающей силе, кН -0,29

- Удовлетворяет условию [4, п. 2.2.36].

Невязка по изгибающему моменту кН • м -168,74

- Удовлетворяет условию [4, п. 2.2.36].



4. Определение расчётного случая

В процессе эксплуатации судна возможно изменение его нагрузки за счёт изменения количества и положения перевозимого груза, топлива, масла, питьевой воды, продуктов и т.д.

После проведения операции удифферентовки по значениям изгибающих моментов можно определить расчётный случай для заданного судна. Очевидно, при определении величны изгибающего момента необходимо выбирать наиболее неблагоприятный случай расположения грузов. В данном случае значения моментов и перерезывающих сил:

M_бал = кНм N_бал = кН

M_гр = кНм N_гр = кН

Таким образом, наиболее опасный случай - случай судна в балласте со 100% запаса.



Заключение

В работе произведен расчет статей масс судна на стадии его эскизного проектирования и распределение этих статей по длине корпуса по теоретическим шпациям. Расчет выполнен для случаев в балласте со 100% запасов и в грузу с 10% запасов. На основании полученных данных выполнена удифферентовка, по результатам которой определены осадки носом и кормой, результирующая нагрузка на судно, а также величины перерезывающих сил и изгибающих моментов для дальнейшей проверки общей прочности корпуса. Величины осадок и невязок не превышают значений, регламентированных Российским речным регистром.



Список литературы:

1. Волков, В.М. Прочность корабля / В.М. Волков. - Нижегород. гос. техн. ун-т., Нижний Новгород, 1994. - 260 с.

2. Давыдов, В.В. Прочность судов внутреннего плавания. Справочник / В.В. Давыдов, Н.В. Маттес, И.Н. Сиверцев, И.И. Трянин. - М.: Транспорт, 1978. - 520 с.

3. Волков, В.М. Прочность корпуса судна: методические указания к курсовой работе / В.М. Волков, А.Е. Жуков. - НГТУ. - Нижний Новгород, 2014. - 64 с.

4. Правила классификации и постройки судов внутреннего плавания: В 4-х тт. Т.2 / Российский Речной Регистр. - М.: По Волге, 2015. - 394 с.

5. Вицинский, В.В. Основы проектирования судов внутреннего плавания: учеб. пособие / В.В. Вицинский, А.П. Страхов. - Л.: Судостроение, 1970. - 454 с.