Выбор и обоснование категории марки судостроительной стали

1.3 Выбор и обоснование категории марки судостроительной стали

 

Для судов с ледовым усилением ЛУ4 расчётная температура атмосферного воздуха Та = - 30º С. Обшивка и набор судов категории ЛУ4 относятся к группе связей I (см. таблицу 1.2.3.7 «Правил Морского Регистра судоходства»). По графику для группы связей I при Та = -30º С и их толщине S = 20÷25 мм должна быть применена сталь категории А 32÷40. Целесообразно, исходя из практики применения судостроительных сталей, применить сталь 09Г2, соответствующей категории Регистра А32. Данная низколегированная сталь широко применяется в корпусных конструкциях всех типов, классов и назначений. Все стали категории А 32÷40 характеризуются по степени раскисления и состояния паковки как нормализованные, спокойные.

Такая сталь более прочная, чем обычная углеродистая сталь. Наиболее существенное снижение металлоемкости конструкции достигается при использовании сталей повышенной прочности. Уменьшение размеров связей из СПП ограничиваются минимально допустимыми толщинами, требованиями к их устойчивости, а также к жесткости перекрытий и корпуса судна. Эффективность использования СПП несколько уменьшается из-за большей относительной коррозии, ухудшения прочностных и пластических свойств со временем и других факторов. Однако, несмотря на отмеченные недостатки и большую стоимость, СПП в судостроении нашли широкое применение при постройке судов не только новых типов и назначений, но и традиционных. С увеличением длины судна и повышения предела текучести СПП относительная экономия металла возрастает.

При проектировании и постройке конструкций корпуса, кроме уменьшения массы металла, необходимо обеспечить всемерное снижение трудоемкости и стоимости их изготовления, последующего ремонта, высокую эффективность в процессе эксплуатации. Стоимость же СПП за тонну по сравнению с обычной углеродистой выше примерно на 20% для стали марки 09Г2. Применение СПП экономически оправдано, если достигнутое уменьшение массы корпуса можно использовать для увеличения грузоподъемности или скорости судна, то есть повышения провозоспособности, или для улучшения других эксплуатационно-экономических показателей.

Согласно Правилам Регистра категория материала имеет предел текучести Rен=315 мПа.

Химический состав стали:

 

 

 

 

Сталь марки 09Г2 противостоит воздействию однократных и знакопеременных нагрузок. Качество данной стали определяется её прочностными характеристиками; температурными условиями. Сталь обладает хорошей свариваемостью, возможна сварка в минусовую погоду (до минус 20ºС) Сталь и сварные соединения отвечают требованиям Регистра и иностранных классификационных обществ. Сталь марки 09Г2 обладает хладостойкостью, а также свойствами, необходимыми для работы в условиях коррозионно – механического и эрозионного износа. Сталь марки 09Г2 обладает высокой сопротивляемостью крупными разрушениями.

Для второстепенных корпусных конструкций проектируемого буксирного судна: выгородки, лёгкие переборки и др. могут быть применены обычные углеродистые стали категории А с пределом текучести Rен = 235 – 245 мПа, например ВСт3сп2.

Механические свойства:

Временное сопротивление: Rм=440-590 мПа

Относительное удлинение 22%

2. Набор корпуса в средней части судна по «Правилам» Морского Регистра судоходства 2003 года

2.1 Расчет элементов наружной обшивки

 

Корпус судна представляет собой коробчатую металлическую конструкцию, состоящую из наружной обшивки, переборок, настилов палуб и платформ судна, обеспечивающую создание силы плавучести, прочность и возможность размещения людей, грузов, оборудования и вооружения, обусловленных назначением судна.

Наружная обшивка – непроницаемая оболочка корпуса, которая вместе с поддерживающим ее набором образует борта, днище и оконечности судна.

Наружная обшивка, палубный настил и настил второго дна являются основными прочными связями, обеспечивающими общую продольную прочность судна.

Наружная обшивка состоит из поясьев, расположенных длинной стороной вдоль судна. Ширина поясьев от 1,5 до 3,2 метров, а длина до 16 метров. Разбивка наружной обшивки на поясья производиться на чертеже, называемом растяжкой наружной обшивки и представляющим собой развертку наружной обшивки одного борта на плоскость.

Согласно Правилам Регистра расчетная нагрузка определяется по формуле:

Р = Р + Р, кПа, где

Р - расчетное статическое давление кПа.

Р = 10 z, кПа, где

z - отстояние приложения нагрузки от поверхности воды до рассматриваемого элемента. z= d

Р - расчетное давление, обусловленное перемещением корпуса судна относительно профиля волны (волновая нагрузка). Она рассчитывается для подводной и надводной части корпуса судна.

Р = Р - 1,5 С, кПа (ниже КВЛ)

Р =Р  - 7,5 , кПа (выше КВЛ), где

Р  - волновая нагрузка на уровне поверхности воды.

Р  = 5 С, кПа, где

С - волновой коэффициент, определяемый профилем волны, который согласно Правилам Регистра принимается.

С = 10,75 –

С = 10,75 – =8,76 м.

k_w=1;

Согласно Правилам Регистра  можно принять в упрощенном виде, исходя из смещения мидель-шпангоута: в нос – 0,8

в корму – 0,5

по центру – 0,6

Для проектируемого судна определяем нагрузки на наружную обшивку в пяти точках

·  Р = Р + Р, где

z = d = 4,8м

Р = 10 * 4,8 = 48 кПа

Р  = 5*8,76 *0,6 = 26,28 кПА

Р = 26,28 – 1,5 * 8,76 = 13,14 кПа

Р _дн = 48 + 13,14 = 61,14 кПа

·  Р = Р + Р, где

z =  = 2,4 м

Р = 10 * 2,4 = 24 кПа

Р = 26,28 – 8,76 * 1,5  = 19,71 кПа

Р= 24 + 19,71 = 43,71 кПа

·  Р = Р, где

z =  = =1,2 м

Р_w = 26,28 – 7,5 * 1*1,2 = 17,28 кПа

Р= 17,28 кПа

·  Р = Р, где

Р=

a₃ (Для ЛУ4)= 0,33

С_b = 0,78

 м³

Р= кПа

·  Р = Р , где

z =  = 2,4 м

Р_w= 26,28 – 1,5 * 8,76 = 19,71 кПа

·  Определение элементов набора наружной обшивки проектируемого судна.

Толщина наружной обшивки днища должна быть не менее определяемой по формуле согласно Правилам Регистра.

S = m a k  мм, где

m = 22,4

a = a = 0,7 м

k= 0,6

Р = 61,14 кПа

 =  =  =301,3 мПа

 - приращение к толщине элемента набора, учитывающий коррозионный износ на планируемый срок службы конструкции.

 = U(T -12) = 2,4 мм, где

U – среднегодовое уменьшение толщины элемента набора, принимаемое по Правилам Регистра.

U = 0,2 мм/год

Т – планируемый срок службы конструкции.

Т = 24 года

k – коэффициент используемый для определения центра тяжести конструкции.

k =

Вид сверху.

b – расстояние между флорами

а – расстояние между стрингером и вертикальным килем. b = 2,8, a = 4

k =

S = 22,4* 0,7* 1*  = 9,5 мм.

Принимаем S = 10 мм.

Толщина наружной обшивки борта должна быть не менее определяемой по формуле согласно Правилам Регистра.

S = m a k  мм, где

m = 22,4

a = a = 0,7 м

k= 0,6

Р = 61,14 кПа

 =  =  =301,3 мПа

 = U (T-12), где U = 0,1 выше КВЛ

U = 0,18 ниже КВЛ

` T = 24 года

·  P_выше квл = 17,28 кПа

мм

мм, Принимаем S = 13 мм.

·  P_{ниже КВЛ} = 43,71 кПа

мм

S = 22,4* 0,7* 1*  = 9,9 мм. Принимаем S = 10 мм

Толщина скулового пояса должна быть равна либо толщине обшивки днища, либо толщине обшивки борта, зависимости что больше.

Принимаем S_ск.п=13 мм

Толщина горизонтального киля должна быть увеличена по отношению к толщине обшивки днища.

S_г.к = S+  мм, где

 = 0,03L+ 0,6 = 0.03*72 +0.6 = 3 мм

S_г.к = 13 мм

Принимаем S_г.к = 15 мм.

Толщина наружной обшивки во всех случаях согласно Правилам Регистра должна быть не менее:

S = (0,04L + 5,5) мм, где

для 09Г2  = 0,78

S = (0,04 *72 + 5,5)  = 8 мм

 

Размеры горизонтального киля

Толщина  = 15 мм

Ширина  = 800 + 5L = 800 + 5 *72,0 = 1360 мм. Принимаем 1800мм

Размеры ширстрека

·  Толщина выбирается из Sили S_стр, смотря что больше. S = 11 мм

·  Ширина ширстрека принимается не более 2000 мм

Для судов с ледовым усилением корпуса необходимо выполнить расчеты по ледовым нагрузкам.

Расчеты ведутся в районе В (по длине корпуса) и в районе I (по высоте корпуса). Район переменных ватерлиний для класса ледового плавания Л3.

Принимаем расчеты:

ü  в районе В (по длине корпуса)

ü  в районах I (по высоте корпуса) – район переменных ВЛ.

Для класса ледового плавания ЛУ4 расчетные нагрузки

, где

 - расчетное водоизмещение

 - коэффициент принимаемый по таблице Правил Регистра: =0,33

 = 602 кПа

Согласно Правилам Регистра интенсивность ледовой нагрузки в районе В должна быть не менее 350 кПа. Высота распределения ледовой нагрузки на наружную обшивку в районе В принимается

 м, где

С - коэффициент зависящий от угла наклона борта к вертикали по таблицам Правил Регистра.

С = 1

С - коэффициент принимаемый в зависимости от класса ледового усиления. С = 0,30

 = 3,5 по Правилам Регистра

 = 1,05 м – район высоты наружной обшивки борта между КВЛ и БВЛ.

Для того, чтобы определить всю величину ледового пояса необходимо выяснить параметры  и .

Согласно Правилам Регистра  принимается м, h₃ принимаем по Правилам Регистра равной h₁=0.66м.

Определяем ширину ледового пояса проектируемого балкера:

Принимаем исходя из стандарта проката 2400мм.

Определяем толщину обшивки корпуса в районе ледовых усилений.

P = 602 кПа,

R_ен = 315

а = a₀= 0.5 м

S = U (T-12) = 3,12 мм

U = 0,26 мм/год

Принимаем  при Л3 равной 16 мм.