Расчеты по статике корабля

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Северный (Арктический) федеральный университет

имени М.В. Ломоносова»

Кафедра - Судостроительное производство и сварка

КУРСОВАЯ РАБОТА

предмет: Конструкторская подготовка производства

в судостроительной организации

тема: Расчеты по статике корабля

Студент: Глущенко Дарья Владимировна

Исходные данные

L=138 м, В=23 м, T=8,5 м.

Содержание

Введение

1. Заполнение исходной таблицы

2. Описание программы S1

3. Моделирование поверхности

4. Оформление теоретического чертежа

5. Кривые элементов теоретического чертежа

6. Масштаб Бонжана

7. Расчет остойчивости

8. Проверка параметров остойчивости по правилам Регистра

9. Расчет непотопляемости

Заключение

Список используемой литературы

Введение

остойчивость корабль непотопляемость

Задача судостроительных наук - изучение отдельных эксплуатационных и мореходных качеств судна, а также техники, обеспечивающей эти качества. Одной из наиболее важных судостроительных наук является теория корабля (или теория судна).

Теорией корабля называется наука о равновесии и движении судна. Она состоит из двух частей -- статики судна и динамики судна.

Под статикой корабля обычно подразумевают раздел теории корабля, посвященный изучению основных мореходных качеств -- плавучести и остойчивости целого и поврежденного корабля.

Задача статики состоит:

1) в установлении характеристик, при помощи которых можно оценить качественно и количественно плавучесть и остойчивость целого и поврежденного корабля;

2) в установлении математической связи между размерами и формой корабля и характеристиками плавучести и остойчивости;

3) в разработке практических методов расчета, позволяющих вычислить характеристики плавучести и остойчивости исходя из размеров и формы обводов корабля.

Размеры и форма обводов корабля фиксируются на теоретическом чертеже, который является основным чертежом всякого судна. Так как обводы корабля задаются только теоретическим чертежом и не выражаются аналитическими зависимостями, необходимые для определения характеристик плавучести и остойчивости расчеты выполняют исходя из размеров, снятых с теоретического чертежа, и применяя известные в математике методы приближенного вычисления определенных интегралов.

Исходя из вышесказанного, можно сформулировать цель данной работы:

Создание плазовой таблицы судна путем ее пересчета с плазовой таблицы судна-прототипа.

Создание теоретического чертежа.

Расчеты кривых элементов теоретического чертежа, масштаба Бонжана, посадки и остойчивости для судна в полном грузу.

Создание повреждения судна.

Расчеты в данной работе выполнены с помощью программы S1, созданной в С-ПбГМТУ.

1. Заполнение исходной таблицы

Выполним пересчет относительных ординат для судна с размерами: L=138 м, B=23 м, Т=8,5 м.

Таблица 1.1 Таблица относительных ординат

№ ВЛ
	№ шп.
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
0	-	0,043	0,203	0,650	0,771	0,771	0,690	0,312	0,096	0,045	-	-0,848	0,435
1	-	0,178	0,559	0,906	0,972	0,972	0,934	0,753	0,399	0,136	-	-0,186	0,435
2	-	0,255	0,681	0,964	1,000	1,000	0,989	0,862	0,528	0,176	-	-0,08	0,435
3	-	0,314	0,755	0,989	1,000	1,000	1,000	0,921	0,615	0,212	-	-0,037	0,435
4	-	0,362	0,805	1,000	1,000	1,000	1,000	0,954	0,679	0,251	-	-0,019	0,422
5 ГВЛ	0	0,401	0,841	1,000	1,000	1,000	1,000	0,972	0,735	0,301	-	0	0,397
6	0,009	0,431	0,872	1,000	1,000	1,000	1,000	0,985	0,786	0,384	-	0,015	0,32
7	0,019	0,465	0,898	1,000	1,000	1,000	1,000	0,989	0,837	0,49	-	0,033	0,033
8	0,028	0,497	0,917	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000	0,881	0,594	0,087	0,049	-0,052
П	0,095	0,602	0,959	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000	0,966	0,834	0,329	0,092	-0,104
	2,142	2,067	1,997	1,943	1,917	1,917	1,933	1,973	2,037	2,133	2,227
	-	0,690	0,033	0	0	0	0	0,003	0,127	1,093		2,148	2,233
	-	-	0,380	0,005	0	0	0	0,120	0,762	1,752	-

Таблица 1.2 Таблица основных ординат

№ ВЛ	у, м	XФ, м	XА, м
	№ шп.
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
0	-	0,49	2,33	7,48	8,87	8,87	7,94	3,59	1,10	0,52	-	-11,70	6,00
1	-	2,05	6,43	10,42	11,18	11,18	10,74	8,66	4,59	1,56	-	-2,57	6,00
2	-	2,93	7,83	11,09	11,50	11,50	11,37	9,91	6,07	2,02	-	-1,10	6,00
3	-	3,61	8,68	11,37	11,50	11,50	11,50	10,59	7,07	2,44	-	-0,51	6,00
4	-	4,16	9,26	11,50	11,50	11,50	11,50	10,97	7,81	2,89	-	-0,26	5,82
5 ГВЛ	0	4,61	9,67	11,50	11,50	11,50	11,50	11,18	8,45	3,46	-	0,00	5,48
6	0,10	4,96	10,03	11,50	11,50	11,50	11,50	11,33	9,04	4,42	-	0,21	4,42
7	0,22	5,35	10,33	11,50	11,50	11,50	11,50	11,37	9,63	5,64	-	0,46	0,46
8	0,32	5,72	10,55	11,50	11,50	11,50	11,50	11,50	10,13	6,83	1,00	0,68	-0,72
П	1,09	6,92	11,03	11,50	11,50	11,50	11,50	11,50	11,11	9,59	3,78	1,27	-1,44
Z	18,21	17,57	16,97	16,52	16,29	16,29	16,43	16,77	17,31	18,13	18,93	ZФ, м	ZА, м
Z1	-	5,87	0,28	0	0	0	0	0,03	1,08	9,29	0,00	18,26	18,98
Z2	-	-	3,23	0,04	0	0	0	1,02	6,48	14,89	-

2. Описание программы S1

Программа S1 предназначена для проведения ряда гидростатических расчетов морских транспортных судов в рамках курсовых и дипломных проектов.

Программа S1 позволяет:

- ввод теоретического чертежа (по шпангоутам и фор-/ахтерштевня) в графическом редакторе;

- проверка строевой по шпангоутам, ватерлинии и основных элементов судна-проекта;

- линейное перестроение теоретического чертежа при изменении длины, ширины, и/или осадки или увеличение цилиндрической вставки;

- ввод 5-ти вариантов нагрузки судна;

- расчет кривых элементов теоретического чертежа;

- расчет Масштаба Бонжана и Кривых Власова;

- удифферентовка (расчет посадки) судна;

- расчет остойчивости судна на больших углах крена (диаграмма остойчивости);

- расчет изгибающих моментов и перерезывающих сил на тихой воде;

- вывод результатов в виде отчетных таблиц и графиков на экране и в файл формата DXF;

- вывод теоретического чертежа в текстовый файл;

- вывод теоретического чертежа в файл типа DXF для использования в чертежных программах, таких как AutoCAD (как в двухмерном, так и в трехмерном описании);

- расчет непотопляемости судна по специальной методике.

Программа рассчитана на работу в операционной среде MS-DOS на любом даже самом слабом русифицированном компьютере. Для этого были введены некоторые ограничения:

- описание теоретического чертежа производится с помощью линейных отрезков по 20-ти точкам на каждом шпангоуте, фор-/ахтерштевне. (Максимальное количество шпангоутов - 30). Возможность описания обводов ограничивается традиционными обводами морских транспортных судов;

- точность ввода координат ограничена на сантиметр.

Эти ограничения позволяют в некоторых случаях использовать алгоритмы расчета с приемлемой скоростью на слабых ПЭВМ.

3. Моделирование поверхности

Создаем в программе S1 новый проект, задаем название проекта G138.S1P. Открывается главное меню программы, в котором выбираем раздел define для ввода основных параметром судна.



Рисунок 3.1 - Ввод основных параметров

В разделе areal - вводим абсциссы шпангоутов (проверка строевой).

Рисунок 3.2 - Строевая по шпангоутам

В разделе lines - строим шпангоуты по данным таблицы 1.2. , принимая расстояние между ватерлиниями равное м.



Рисунок 3.3 - Построение шпангоутов

В разделе hull - ввод фор- и ахтерштевня строим нос и корму нашего судна, предварительно пересчитав , увеличивая соответственно на (L/2) и на (-L/2).

Рисунок 3.4 - Построение форштевня

Рисунок 3.5 - Построение ахтерштевня

В разделе ShowAll - показана 3D модель судна.

Рисунок 3.6 - 3D модель

4. Оформление теоретического чертежа

Теоретический чертеж является основным проектным документом, он служит основой не только для расчета мореходных качеств, но и для разработки чертежей общего расположения, для плазовой разметки, для контроля за правильностью сборки корпуса судна во время постройки и т.д. На теоретическом чертеже поверхность корпуса судна изображается без учета наружной обшивки (кроме деревянных судов) в виде трех проекций: «Бока», «Корпуса» и «Полушироты». Рассмотрим более подробно построение этих проекций. В качестве главных плоскостей выбирают диаметральную плоскость (ДП), рассекающую судно вдоль и являющуюся продольной плоскостью симметрии, плоскость мидель-шпангоута, разрезающую судно поперек перпендикулярно ДП на середине расчетной длины судна, и основную плоскость (ОП), перпендикулярную ДП и плоскости мидель-шпангоута и проходящую через точку пересечения этих плоскостей с теоретической поверхностью судна в днищевой части. Расположение главных плоскостей судна приведено на рисунке 4.1.



Рисунок 4.3 - Главные плоскости судна

Для судов, плавающих без конструктивного дифферента, верхняя кромка киля совпадает с ОП. В нормальных условиях плавания ДП и плоскость мидель-шпангоута вертикальны, а ОП горизонтальна.

Сечения поверхности судна плоскостями, параллельными ДП, называются батоксами, сечения поверхности судна плоскостями, параллельными плоскости мидель-шпангоута, - шпангоутами, а сечения поверхности судна плоскостями, параллельными ОП, - ватерлиниями.

Кроме указанных сечений на теоретическом чертеже изображают линии верхней палубы, надстроек, форштевня, ахтерштевня, киля.

Одна из теоретических ватерлиний, по которую судно может плавать во время эксплуатации (обычно в полном грузу), принимается за главную, или грузовую ватерлинию (ГВЛ). Для судов, не связанных с перевозкой грузов, эта ватерлиния называется конструктивной (КВЛ).

Главными размерениями судна являются его длина, ширина, высота борта, осадка.

5. Кривые элементов теоретического чертежа

Таблица 5.1 - Расчет кривых элементов теоретического чертежа

Кривыми элементов теоретического чертежа называются графические изображения элементов площадей ватерлиний и погруженного объема в зависимости от осадки при отсутствии крена и дифферента. Они также называются гидростатическими кривыми.

В данном разделе приведены результаты расчетов кривых элементов теоретического чертежа судна.

Таблица 5.2 - Расчет кривых элементов теоретического чертежа

Таблица 5.3 - Расчет кривых элементов теоретического чертежа

Рисунок 5.1 - Кривые элементов теоретического чертежа

6. Масштаб Бонжана

Масштаб Бонжана представляет собой совокупность кривых, каждая из которых определяет погруженную площадь шпангоута в зависимости от его углубления и строится от следа соответствующего шпангоута на диаметральной плоскости судна. Чтобы использовать масштаб Бонжана, прежде всего, наносим на него ватерлинию судна. После нанесения ватерлинии в точках ее пересечения со следами шпангоутов снимаем с кривых значения погруженных площадей шпангоутов и вычисляем водоизмещение и абсциссу центра величины.

Рисунок 6.1 - Пример построения масштаба Бонжана

Таблица 6.1 - Расчет масштаба Бонжана для шп. №1, №2

С помощью масштаба Бонжана можно определить водоизмещение по любую, в том числе наклонную (для судна, сидящего с дифферентом), ватерлинию. Масштаб Бонжана используется при расчетах непотопляемости, продольного спуска, а также других целей.

Таблица 6.2 - Расчет масштаба Бонжана для шп. №3, №4

Таблица 6.3 - Расчет масштаба Бонжана для шп. №5, №6

Таблица 6.4 - Расчет масштаба Бонжана для шп. №7, №8

Таблица 6.5 - Расчет масштаба Бонжана для шп. №9, №10

Таблица 6.6 - Расчет масштаба Бонжана для шп. №11

7. Расчет остойчивости

Остойчивость - способность плавучего средства противостоять внешним силам, вызывающим его крен или дифферент, и возвращаться в состояние равновесия по окончании возмущающего воздействия.

Равновесием считается положение с допустимыми величинами углов крена и дифферента. Отклоненное от него плавсредство стремится вернуться к равновесию. То есть остойчивость проявляется только тогда, когда имеется выведение из равновесия.

Остойчивость - одно из важнейших мореходных качеств плавучего средства. Применительно к судам используется уточняющая характеристика остойчивость судна. Запасом остойчивости называется степень защищенности плавучего средства от опрокидывания.

Внешнее воздействие может быть обусловлено ударом волны, порывом ветра, сменой курса и т.п.

Виды остойчивости:

- В зависимости от величины наклонения различают остойчивость на малых углах наклонения (начальную остойчивость) и остойчивость на больших углах наклонения

- В зависимости от характера действующих сил различают статическую и динамическую остойчивость

Статическая остойчивость - рассматривается при действии статических сил, то есть приложенная сила не изменяется по величине.

Динамическая остойчивость - рассматривается при действии изменяющихся (то есть динамических) сил, например ветра, волнения моря, подвижки груза и т.п.

Основная задача расчета остойчивости сводится к определению плеча Lст восстанавливающего момента в зависимости от угла крена и.

Рисунок 7.1 - Нагрузка судна в грузу

Элементы посадки судна в грузу без дифферента приведены на рисунке

Рисунок 7.2 - Элементы посадки судна в грузу без дифферента



Рисунок 7.3 - Расчет остойчивости на больших углах крена

Рисунок 7.4 - Расчет остойчивости на больших углах крена

Результаты расчета приведены в таблице 7.1.

Таблица 7.1 - Расчет посадки остойчивости

8. Проверка параметров остойчивости по правилам Регистра

Выполним проверку параметров остойчивости по правилам Регистра для нагрузки судна в грузу.

Проверка по критерию погоды.

Остойчивость судна по критерию погоды K=b/a считается достаточной, если площадь b равна или больше площади а, т.е. K? 1.

- Расчет плеча кренящего момента от давления ветра

Рассчитывается по формуле

,

где - давление ветра, Па;

- плечо парусности, м;

- площадь парусности, м2;

- водоизмещение судна, т;

- ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2.

.

Кренящее плечо определяется по формуле

.

- Расчет амплитуды качки

Рассчитывается по формуле

,

где - коэффициент, учитывающий влияние скуловых и/или брусковых килей, принимается равным 1, если кили отсутствуют;

- безразмерный множитель, равный 0,94 при отношении B/T=2,71;

- безразмерный множитель, равный 0,96 при =0,622;

- параметр, определяемый по формуле

- безрамерный множитель, определяемый по табл.2.1.5.1-3 в зависимости от района плавания судна и периода качки Т, который рассчитывается по формуле

,

;

- исправленная метацентрическая высота;

с

град.

Диаграмма статической остойчивости приведена на рисунке 8.1.

Критерий погоды K = b/a =0,463 м·рад /0,033 м·рад = 14 ? 1. Условие выполняется.

Судно удовлетворяет требованием «Правил…» по следующим критериям:

Площадь диаграммы статической остойчивости 0,13 м·рад до угла крена 30° (не менее 0,055 м·рад);

Площадь диаграммы статической остойчивости 0,27 м·рад до угла крена 40° (не менее 0,09 м·рад);

Площадь диаграммы статической остойчивости 0,16 м·рад между углами 30° и 40° (не менее 0,03 м·рад);

Максимальное плечо диаграммы статической остойчивости 1,4 м (не менее 0,20 м при угле крена 30°);

Закат диаграммы более 80° (не менее 50°);

Исправленная начальная метацентрическая высота 0,44 м (не менее 0,15 м).

Рисунок 8.1 - Диаграмма статической остойчивости

9. Расчет непотопляемости

Непотопляемостью называется способность судна при нарушении водонепроницаемости корпуса и затоплении одного или нескольких отсеков оставаться на плаву, имею посадку и остойчивость, обеспечивающие его ограниченное использование. Непотопляемость следует рассматривать как плавучесть и остойчивость поврежденного судна. Она обеспечивается запасом плавучести - объемом водонепроницаемой части корпуса выше ватерлинии и рациональным расположением водонепроницаемых переборок палуб и платформ.

Используем раздел в S1 damage-генерация расчетной модели поврежденного судна. Вводим координаты отсека:

· Носовая абсцисса поврежденного отсека: - 40;

· Кормовая абсцисса поврежденного отсека: - 60;

· Коэффициент заполнения поврежденного отсека: 0,85 .

Рисунок 9.1 - Трехмерная математическая модель корпуса поврежденного судна

Рисунок 9.2 - Посадка поврежденного судна

Заходив в раздел stab. Выбираем вариант нагрузки 1.



Рисунок 9.3 - Наклонения поврежденного судна

Рисунок 9.4 - Диаграммы статической и динамической остойчивости поврежденного судна

Таблица 9.1 - Нагрузка судна в грузу расчет поврежденного судна (-40.00/ -60.00/0.85)

Таблица 9.2 - Расчет посадки и остойчивости поврежденного судна

Судно удовлетворяет требованием «Правил…» по следующим критериям:

Начальная метацентрическая высота в конечной стадии затопления 0,54 м (не менее 0,05 м);

Закат диаграммы более 80° (не менее 20°);

Площадь диаграммы статической остойчивости 0,05 м·рад до угла крена 20° (не менее 0,0175 м·рад);

Максимальное плечо диаграммы статической остойчивости 0,33 м до угла крена 20° (не менее 0,1 м до угла крена 20°);

Закат диаграммы более 80° (не менее 50°).

Заключение

Проведенные расчеты показали, что в рассмотренном варианте нагрузки и повреждении судно неограниченного района плавания удовлетворяет требованиям к посадке, остойчивости и непотопляемости судов, регламентированным «Правилами классификации и постройки морских судов» (ч. IV «Остойчивость», ч. V «Деление на отсеки») Регистра РФ.

Список используемой литературы

Борисов Р.В., Луговский В.В., Мирохин Б.В., Рождественский В.В. Статика корабля.-2-е изд., перераб. И доп. СПб.:Судостроение, 2015.

Русановский С.А. Методичесике указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Теория корабля», 2008.

Дорогостайский Д.В., Жученко М.М., Мальцев Н.Я. Теория и устройство.

Размещено на Allbest.ru

...