> Техника, страница 83 > Строительная механика корабля

Строительная механика корабля

Строительная механика корабля,

часть строительной механики, занимающаяся исследованием приемов и методов расчета прочности корпусов различных пловучих сооружений; последние можно подразделить на следующие основные типы, а) По материалу корпус а—на стальные, деревянные, смешанные, железобетонные; б) по назначени ю— на самоходны е—военные, торговые, промысловые, служебные, спортивные, буксируемы е—баржи, шаланды, лихтера и др. и стационарны е—пловучие доки, дебаркадеры и др.; в) по району плавани я— на морские, озерные, речные. В соответствии .с приведенным подразделением на типы пловучих сооружений С. м. к. получает более или менее ярко выраженные специальные уклоны, которые исходят однако из общих установок, принятых и развитых в этой науке в целом. С. м. к.—наука сравнительно молодая, вызванная к жизни потребностями гл. обр. военного кораблестроения, в к-ром уменьшение веса корпуса корабля, связанное с применением расчетов прочности при его конструировании, приобретает особо важное значение. В коммерч. морском кораблестроении С. м. к. до сего времени не получает достаточно широкого применения вследствие существующего в этой области кораблестроения большого технич. консерватизма и подчиненности его различным правилам (регистрам), регламентирующим размеры конструкций корпусов коммерческих кораблей. В коммерческом речном кораблестроении С. м. к. начинает получать частичное применение, в особенности в тех случаях, когда .благодаря ограниченной осадке становится необходимым всемерно облегчать вес корпуса за счет наиболее целесообразного использования материала.

С. м. к. подразделяется на следующие две основные части: общую часть, в которой развиваются до нужной полноты те из отделов теории упругости и общей строительной механики, которые находят затем наиболее полное применение при расчетах прочности различных конструкций судового корпуса, и с п е-циальную часть, в которой исследуются и устанавливаются приемы и методы, служащие ‘для расчета прочности различных типов пловучих сооружений, с использованием материалов общей части С. м. к. В общую часть С. м. к. обычно включают более углубленное рассмотрение соответствующих отделов теории упругости и некоторых общих методов исследования деформации упругих систем, при- меняемых при изучении общей части С. м. к. или при решении новых задач, выдвигаемых практикой. Главнейшие из таких методов— 1) метод наложения, 2) метод потенциальной энергии и 3) метод применения бесконечных рядов (гл. обр. рядов Фурье) к решению ди-ференциальных ур-ий теории упругости. Не останавливаясь на первых двух, отметим лишь их широкое применение и развитие в С. м. к., сопровождавшееся значительным упрощением и наглядностью решений для многих новых задач, выдвигаемых практикой кораблестроения [⁴}. Метод потенциальной энергии, развитый применительно к задачам С. м. к. главным обр. работами в этой области проф. С. П. Тимошенко, в настоящее время является совершенно необходимым при проектировании металлич. конструкций судового корпуса. Параллельно с методом потенциальной энергии за последнее время в С. м. к. получает развитие третий из вышеуказанных методов исследования деформации упругих систем, основанный на непосредственном интегрировании с помощью бесконечных рядов (чаще всего рядов Фурье) ди-ференциального уравнения, отвечающего поставленной задаче. Как на первоисточник этого метода следует указать на известное решение Н а в ь е изгиба пластины со свободно опертыми кромками. Т. к. этот метод [²,³] несмотря на большое практич. значение его до сего времени ни в курсах ни в литературе не получил достаточно полного оформления, небесполезно остановиться на нем несколько подробнее.

Исследование деформации упругих систем, как известно, заключается в составлении дифе-ренциального уравнения, характеризующего рассматриваемую деформацию, и затем в разыскании решения этого уравнения, удовлетворяющего известным граничным условиям рассматриваемой задачи. В то время как составление диференциальных ур-ий производится без особых затруднений помощью приложения к частным случаям общих выводов теории упругости, решение этих уравнений часто оказывается сопряженным с затруднениями чисто математич. характера, которые или не могут быть разрешены или приводят к результатам, мало пригодным дДя практич. использования вследствие сложности или отсутствия необходимой наглядности. Решение таким путем новых задач, могущих встретиться в инженерной практике, далеко выходя из рамок обычных расчетов и принимая характер научно-исследовательской работы, оказывается обычно невыполнимым в обстановке практической деятельности инженера. Применение метода потенциальной энергии, как известно, дает возможность более просто получить приближенное решение задачи, избегнув необходимости интегрирования соответствующего ей диференциального уравнения. Однако те же результаты, но гораздо проще, можно получить, и не прибегая к методу потенциальной энергии, а применив метод непосредственного интегрирования диференциального ур-ия помощью бесконечных рядов. Сущность этого метода заключается в том, что заранее задаемся подходящим видом искомой функции, входящей в диференциальное ур-ие рассматриваемой задачи, после чего, подставляя ее в это ур-ие, определяем входящие в нее неизвестные параметры. Под подходящим видом ф-ии в данном случае разумеется такой вид се, при к-ром полностью удовлетворяются вытекающие для нее из условий задачи ^граничные условия и к-рый по возможности точно отвечает действительному виду этой ф-ии; чем ближе к действительности окажется выбранный вид подходящей ф-ии, тем ббльшую точность будет иметь полученное решение. Т. к. любая из интересующих нас ф-ий м. б. представлена с любой точностью соответствующим тригонометрии. рядом Фурье, то, задаваясь подходящей ф-ией в виде такого ряда, будем получать в таком же общем виде и искомые решения задачи, которые затем м. б. вычислены с любой степенью точности. Получающееся таким путем общее решение очевидно представляет собой выраженную в виде ряда Фурье ф-ию, отве-

имеет кг 1см, к-* -А

ГV

чающую исходному диференциальному уравнению рассматриваемой задачи. Применение этого метода поясним следующим примером, решение коего обычным методом является задачей весьма сложной.

Требуется исследовать изгиб и устойчивость двухопорной балки, лежащей на сплошном упругом основании, которое жесткость к в подверженной действию сжимающих усилий S и равномерно распределенной нагрузки g (фигура 1). Общий вид диференциального ур-ия изгиба балки в данном случае, как известно, будет:

EIy^lY=q — ky — Sy". (1)

Искомое ур-ие упругой кривой балки y=f(x) берем в следующем общем виде, удовлетворяющем условиям закрепления ее концов (у=О и у"=0 при х=0 и х=1):

Фигура 1.

»= 2

и sin (η =1,2,.),

(2)

где f_n—неизвестные параметры. Подставляя (2) в (1), получим:

El£ 2 fn^sin=q - к 2 f_n sin^ +

+ ^STi 2 fnⁿ*^sin·^· (3)

Для определения по ур-ию (3) параметров f_nприменяем известный прием,т.е. помножаем обе части уравнения (3) на sin и интегрируем

в пределах от 0 до I. Замечая, что J*sin ^Ύ^ψ- ·

• sm —j— равно нулю при пфш или - при п =>=ш, получим:

_f =_²Я--(-1 >"]*___ш

^1п ЯТттЬ г hi4 _ 12 W

Elnb г

— ⁿ⁸L

na +

-3-sly

ΕΙπ^ηΐ

Замечая, что при п четном f_n равно нулю, получаем решение задачи в виде ур-ия (2), где параметры f_n вычисляются по выражению (4) подстановкой в него нечетных значений целого числа п. Имея ур-ие упругой кривой балки, можно вычислить с желаемой степенью точности любой из элементов ее изгиба. Некоторые из подобного вида рядов м. б. получены и в конечном виде преобразованием этих рядов в соответствующие им ф-ии. Устойчивость балки определяется наименьшим значением сжимающего усилия 8, при к-ром какой-либо из параметров f_n обращается в бесконечность; т. о. из условия равенства нулю знаменателя выражения (4) вытекает, что о ΕΙπ2 I ы“

&кр. ₁₂ (и + _ΕΙπίη2)- (5)

При отсутствии упругого основания (к=0) наименьшее значение 8по выражению (5) будет очевидно при п= I, то есть для этого случая эйлерова нагрузка балки о ΕΙπ 2

δκρ.=—J2~

I. О б щ а я ч а с т ь С. м. к. обычно подразделяется на следующие самостоятельные отделы: 1) И з г и б и устойчивость балок, включающий исследование всех тех разнообразных случаев деформаций балок, которые могут встретиться в конструкциях корпусов

Т. 9. m. XXII.

различных типов пловучих сооружений. В конструкции металлического корпуса части его, имеющие вид балок (шпангоуты, бимсы, стойки), составляют около половины всего веса корпуса, поэтому изучению этого отдела в С. м. к. придается первостепенное значение. 2) И з г и б и устойчивость тонких пластин и оболочек. Исследование деформаций тонких пластин и оболочек в С. м. к. получает самостоятельное развитие, приводящее к установлению особых методов расчета прочности для различного вида и различных условий работы тонких пластин и оболочек судового корпуса (листы обшивки днища и бортов, настил палуб, листы переборок и прочие), составляющих свыше половины всего веса корпуса; они разделяются на пластины жесткие игибкиев зависимости от влияния на их изгиб т. н. цепных напряжений, появляющихся при изгибе пластины вследствие распора, обусловленного наличием связей, препятствующих сближению опорных кромок пластины. Большое внимание уделяется изучению вопросов устойчивости пластин с целью обеспечить при наименьшем весе необходимую жесткость для пластин судового корпуса, подвергающихся действию больших сжимающих усилий. 3) Перекрытия (перекрестные связи). Главные составные части судового корпуса (днище, борта, палубы, переборки) представляют собой перекрытия, образованные из тонких листов, подкрепленных ребрами жесткости, расположенными в одном или же двух направлениях (перекрестные связи). В этом отделе устанавливаются методы расчета прочности различного вида судовых перекрытий, а также основания для выбора наиболее целесообразных систем их с точки зрения уменьшения веса. 4) Заклепочные соединения и сварные соединения. В этом отделе исследуются и устанавливаются общие нормы и методы расчета прочности заклепочных и сварных соединений частей судового корпуса.

И. Специальная часть С. м. к. Корпус корабля с точки зрения строительной механики представляет собой клепаную балку переменного сечения; воспринимающую и уравновешивающую действующие на нее силы веса и давления воды; балка эта должна обладать достаточной общей продольной и поперечной прочностью, а отдельные части ее должны безопасно выдерживать действующие на них местные усилия. По характеру работы отдельных частей (связей) корпуса их можно разбить на следующие 8 категорий: 1) Части корпуса, воспринимающие внешние распределенные усилия (наружная обшивка; внутреннее дно; листы переборок, воспринимающие давление воды; настилки палуб, воспринимающие распределенные по палубам грузы); эти части корпуса с точки зрения строительной механики представляют собой тонкие пластины, ограниченные жестким контуром. 2) Части корпуса, служащие опорным контуром для связей первой категории (пластин) и передающие реактивные воздействия этих последних на более жесткие части корпуса (шпангоуты и стрингеры, передающие реактивные воздействия наружной обшивки и внутреннего дна на поперечные и продольные переборки; бимсы, передающие давление на палубы поперечным и продольным переборкам;стойки переборок, передающие реакции листов переборок палубам); эти части корпуса носят название набора (набор дни· ща, набор борта, палуб, переборок) и с точки зрения строительной механики представляют собой балки, нагруженные распределенной нагрузкой. Связи первых двух категорий, рассматриваемые совместно, представляют собой с точки зрения строительной механики перекрытия, подверженные действию усилий, перпендикулярных к их плоскости. 3) Части корпуса, служащие жестким опорным контуром для системы связей первой и второй категорий, то есть для перекрытий (например переборки и борт, служащие опорным контуром для днища и палуб; палубы, служащие опорным контуром для переборок и борта); эти части корпуса уравновешивают на себе приходящиеся на них усилия и с точки зрения строительной механики представляют собой перекрытия, подверженные действию сил, лежащих в их плоскости.

4) Части корпуса, обеспечивающие общую продольную крепость корабля, то есть продольные связи корпуса, идущие непрерывно по всей длине или на значительной части длины его (стрингеры, наружная обшивка, внутреннее дно, палубы, продольные бимсы, продольные переборки); эти части корпуса, рассматриваемые совместно, представляют собой с точки зрения строительной механики составную балку, подверженную действию изгибающих моментов и срезывающих сил; рассматриваемые же в отдельности, они представляют собой подкрепленные пластины и балки, подверженные растягивающим и сжимающим нагрузкам. 5) Части корпуса, обеспечивающие поперечную крепость корабля (поперечные переборки, палубы, поперечные бимсы, шпангоуты, днище).

6) Части корпуса, предназначенные для воспринятая различных местных или временных нагрузок (подкрепления) и передачи их на связи третьей категории (подкрепления под орудия, броню, рубки, машинные фундаменты, подкрепления для постановки в док и тому подобное.). 7) Части корпуса, служащие для увеличения устойчивости листов и балок (набор днища и палуб, обеспечивающий устойчивость наружной обшивки и настилки пал^б; поперечный набор, увеличивающий устойчивость, стрингеров и прочие). 8) Части корпуса, служащие для соединения листов’ и профилей, идущих на постройку (заклепочные соединения); заклепочные соединения корпуса входят в состав связей всех предыдущих категорий и помимо общей теории их рассматриваются каждый раз отдельно при расчете этих связей. Из приведенного разделения частей корпуса по характеру их работы на различные категории видно, что в судовом корпусе· нет строгого разделения функций, выполняемых отдельными‘связями его, что и является отличительным свойством этой конструкции в ряду других инженерных сооружений;например наружная обшивка днища должен быть отнесена к связямг всех пяти первых категорий: она воспринимает давление воды, служит нижним пояском у стрингеров и шпангоутов и т. о. принимает участие в работе связей второй категории, является подкрепленной пластиной (днищем), уравновешивающей реакции противоположных бортов, является главной связью в обеспечении общей продольной и поперечной крепости корабля. Другой особенностью конструкции судового корпуса является обилие в этой конструкции частей, работающих на продольный изгиб, то есть частей, требующих проверки и обеспечения их устойчивости; эта особенность конструкции кор пуса, получившая полное развитие лишь в последнее время (гл. обр. в русском военном судостроении), объясняется, с одной стороны, стремлением довести вес корпуса до возможного мини“ * мума, с другой же стороны, принятием гипотезы, что всякая клепаная металлическая конструкция разрушается не от появления в ней опасного для материала напряжения, а от потери ей устойчивости; эта гипотеза повлекла за собой решение различных вопросов, касающихся устойчивости сооружений, нашедших самое широкое применение в судостроении, что дало возможность значительно уменьшить вес корпуса корабля, увеличив вместе с тем его прочность.

Все расчеты прочности корпуса м. б. разбиты по характеру работы и по назначению рассчитываемых конструкций на следующие отдельные главнейшие части: 1) расчет общей продольной прочности; 2 расчет местной прочности; 3) расчет прочности швов; 4) расчет подкреплений; 5) расчет постановки в док. Ниже приводятся общие правила и нормы для расчета прочности судовых конструкций и общие основания и характер отдельных расчетов в указанной выше последовательности.

Общие правила и нормы для про-изводстварасчетов прочно сти конструкций корпуса. Расчет прочности конструкции должен иметь целью гарантировать для нее необходимый запас прочности, то есть уверенность в том, что при увеличении, соответствующем принятому запасу прочности, внешних действующих на конструкцию усилий напряжения в ней не превзойдут опасных пределов, при которых может быть нарушена целость конструкции или неизменность ее формы. В соответствии с этим расчет прочности в общем случае должен подразделяться на следующие отдельные операции: а) определение величины и характера расчетной нагрузки; б) определение наибольших усилий и наибольших напряжений в сечениях конструкции, исходя из принятой расчетной нагрузки; в) назначение норм для опасных напряжений; г) установление надлежащего запаса прочности и норм для допускаемых напряжений и проверка условий прочности. Указанные выше отдельные части расчета являются одинаково важными по влиянию их на степень точности и достоверности результата расчета, т. к. показатели их входят в расчетные ф-лы в виде множителей или делителей. Поэтому как в отношении необходимых обоснований, так и в отношении точности вычислений все эти части расчета должны одинаково отвечать общим установкам, принятым для всего расчета.

Имея в виду, что прочность судовых клепаных конструкций обычно определяется не опасными напряжениями для материала конструкции, а напряжениями, при которых нарушается устойчивость ее формы, необходимо наряду с проверкой прочности конструкции по напряжениям производить проверку устойчивости как всей конструкции в целом, так и отдельных составных частей ее. Иногда требуется дополнительная проверка конструкции на наибольшие деформации (стрелы прогиба), которые не должны превышать известных границ, установленных практикой, а также проверка на вибрации, связанная с определением периода и амплитуды основных колебаний конструкции. Ниже приводятся общие нормы и правила, которые приняты к руководству при произ водстве расчетов прочности кораблей, разбитые по отдельным операциям расчета.

Определение величины и характера расчетных нагрузок. ^Величины внешних расчетных нагрузок, действующих на корпус корабля и его отдельные части, подлежат определению согласно установленным практикой кораблестроения общим методам и нормам в этой области, с учетом условий и заданий спецификации в каждом частном случае. *

2) В отношении характера изменения внешних нагрузок различают следующие категории нагрузок: а) Неизменная нагрузка, не меняющая своей величины во все время ее действия. б) Статически-переменная нагрузка, меняющая свою величину во время действия, причем период изменения ее превышает в несколько раз период собственных колебаний рассматриваемой конструкции. Для этой нагрузки должен быть выявлены наибольшие пределы изменения ее по величине и по знаку, в) Динамически переменная или "ударная н а г р у з к а—с периодом изменения, близким к периоду собственных колебаний рассматриваемой конструкции. Для этой нагрузки должен быть выявлено время, в течение которого происходит нарастание нагрузки, с целью последующего определения степени динамичности (коэф-та динамичности) нагрузки по отношению к рассматриваемой конструкции. За расчетную нагрузку должен быть принята действующая нагрузка, увеличенная в соответствии с получающимся для конструкции коэф-том динамичности нагрузки.

3) В отношении характера действия внешних нагрузок каждая из указанных в п. 2 нагрузок должен быть отнесена к следующим категориям нагрузок: а) Постоянная нагрузка, действующая все время или значительный промежуток времени, например давление воды на подводную часть судна, вес вооружения, вес грузов, собственный вес конструкции, нагрузка на руль и его приводы ит. п. б) Случайная нагрузка, действующая на сооружение ограниченное число раз, например пробная нагрузка при испытании, нагрузка мачт от давления ветра при урагане, нагрузка переборок и палуб при аварии, нагрузка частей корпуса при постановке в док, усилия в корпусе при максимально возможной качке, нагрузка подкрепления под орудия при выстреле и тому подобное. 4) Т. к. нек-рые конструкции корпуса могут подвергаться разновременно или одновременно нагрузкам разных из указанных выше категорий нагрузок, то при расчете конструкции это обстоятельство подлежит всестороннему освещению для выяснения наибольших величин как постоянно действующей на конструкцию нагрузки, так и случайно действующей на конструкцию нагрузки, причем в последнем случае должна быть сделана оценка степени случайности действия нагрузки.

Определение наибольших усилий и наибольших напряжений в сечениях конструкции. Полученные в результате расчета напряжения относятся по характеру распределения к одной из следующих категорий напряжений: а) общие напряжения, захватывающие значительную часть объёма или площади сечения конструкции и в случае превышения ими опасного напряжения

* Если действующая нагрузка не подчиняется принципу наложения, то за расчетную нагрузку должна быть

• принята действующая нагрузка, увеличенная в соответствии с принятым в расчете запасом прочности. могущие повлечь разрушения или недопустимую деформацию конструкций; б) местные напряжения, захватывающие лишь незначительную часть объёма или площади сечения конструкций и в случае превышения ими опасного напряжения могущие повлечь лишь местные деформации, не сопровождающиеся недопустимыми общими деформациями конструкций. При одновременном действии на рассчитываемую конструкцию нескольких“систем внешних нагрузок напряжения, определённые для каждой из них в отдельности, должен быть сложены по правилам строительной механики для получения расчетных напряжений, причем необходимо принять такую из возможных комбинаций действия внешних нагрузок, при которой расчетные напряжения будут достигать максимальных значений. В качестве расчетных напряжений должны быть принимаемы или наибольшие нормальные напряжения, или наибольшие приведенные напряжения, или наибольшие касательные напряжения—в зависимости от той теории прочности, которая положена в основание расчета. При производстве новых расчетов рекомендуется придерживаться теории прочности по наибольшим касательным напряжениям. При вычислении напряжений в сечениях конструкций должно быть учтено влияние потери устойчивости отдельных составных частей сечения введением соответствующих редукционных коэф-тов во всех тех случаях, где это явление имеет место. Если влияние вводимых в расчет редукционных коэф-тов окажется значительным (свыше 5%), то при определении напряжений следует исходить из величины внешних нагрузок, увеличенных в соответствии с принятым" для расчета запасом прочности.

Назначение норм для опасных напряжений. 1) Для общих напряжений, неизменных по величине и имеющих постоянный характер действия, нормой для опасного напряжения является: а) для нормальных напряжений и для приведенных напряжений—критич. напряжение материала (cr_w), то есть предел текучести или близкий к нему предел упругости материала, превышение которого может повлечь нарушение целости или изменение формы конструкции; б) для касательных напряжений— критическое касательное напряжение материала (т_к), равное половине критического нормального напряжения (t_w=0,5(7_w); в) для напряжений сдвига в заклепках—предел упругости скольжений заклепки (г«), устанавливаемый в зависимости от характера образования заклепочного соединения (влияние чеканки); г) для растягивающих напряжений в заклепках—предел текучести или близкий к нему предел упругости материала заклепки; д) для напряжений сдвига в заклепках при одновременном действии в них растягивающих напряжений— напряжение, вычисляемое по ф-ле где τλ— предел упругого скольжения, σ_κ—предел упругости материала заклепки и а—действующее растягивающее напряжение; е) для срезывающих напряжений в заклепках—50% от врем, сопротивления заклепки на срез (0,5 т_в).

2) Для общих напряжений, меняющихся по величине и имеющих постоянный характер действия, опасное напряжение вычисляют по ф-ле

<То=0,25<7₀ (3 + ^),

°тах)

где <у₀—опасное напряжение, определенное,*

как для напряжений, неизменных по величине (смотрите п. 1); ±<y_min—минимальный по абсолютной величине предел изменения действующего напряжения (-{-растяжение, —сжатие), + а_тах— максимальный по абсолютной величине предел изменения действующего напряжения (+ растяжение, — сжатие). 3) Для общих нормальных и касательных напряжений, могущих повлечь нарушение устойчивости формы конструкции и имеющих постоянный характер действия независимо от того, меняются ли эти напряжения по величине или нет,—70% от эйлерова напряжения (а_э, т_э), при к-ром теряется устойчивость формы конструкции или ее части и к-рое должен быть определено по соответствующим ф-лам строительной механики. 4) Для общих напряжений, имеющих случайный характер действия, нормы для опасных напряжений м. б. повышены до 50% против норм, установленных выше для напряжений, имеющих постоянный характер действия в зависимости от степени случайности действия напряжений. 5) Для напряжений, указанных в предыдущих пунктах, но имеющих местный характер, нормы для опасных напряжений м. б. значительно повышены без ущерба для прочности конструкции, и в этом случае об опасном состоянии ее следует судить по признаку допустимости тех наибольших деформаций, которые возникают при переходе местных напряжений за пределы, установленные для общих напряжений. Повышение норм для опасных напряжений местного характера не должно иметь места по отношению к напряжениям, меняющимся по величине и имеющим постоянный характер действия, чтобы избежать возможности появления местных трещин в материале, вследствие усталости материала, могущих распространиться затем на соседние части сечения.

Назначение запасов прочности и норм для допускаемых напряжений. Допускаемые напряжения должен быть назначены как нек-рая часть от норм для опасных напряжений, обусловленная вводимым в расчет необходимым запасом прочности (коэф-том безопасности). При назначении запаса прочности, то есть установлении должного коэф-та безопасности, должен быть учтены не только степень достоверности и точности самого расчета, но и условия, сопровождающие постройку и службу рассчитываемой конструкции корпуса. В соответствии с этим при назначении запаса прочности должен быть учтены следующие главнейшие обстоятельства: точность, с которой м. б. определены внешние действующие на конструкцию усилия, то есть уверенность, что действительная нагрузка не превзойдет расчетной; насколько точно принятые расчетные ф-лы воспроизводят действительную картину распределения напряжений в сечениях конструкции; уверенность в механич. качествах материала и тщательности выполнения конструкции; последствия, которые повлечет за собой нарушение целости конструкции или ее части. Устанавливаемые для расчета конструкции нормы для допускаемых напряжений должны быть в каждом частном случае тщательно обоснованы со стороны перечисленных выше условий, в особенности если они отличаются "от применявшихся в предшествующей практике для идентичных конструкций или относятся к новым конструкциям. В общем случае, при пользовании обычно применяемыми в кораблестроении методами для определения расчетных нагрузок и напряжений и при достаточной уверенности в механических качествах материала и качестве выполнения работ, допускаемые напряжения должны составлять 60% от норм, принятых для опасных напряжений (коэф. безопасности около 1,65). От установленных таким путем норм для допускаемых напряжений м. б. приняты обоснованные отступления в меньшую сторону, а также и в бблыную сторону до 20% в зависимости от условий каждого частного случая. В табл. 1 и 2 приведены общие нормы для допускаемых напряжений, принятые в кораблестроении для различных сортов стали и для заклепочных соединений.

Таблица 1 .—О бщие нормы допускаемых напряжений для различных сортов судостроительной стали (в kmIcmz).

Сорт стали	Вре менное сопро	Крити ческое напря	Допуск, напряжение при нагрузке
Сорт стали	тивле ние °в	жение о_К	посто янной	случай ной
Высокого сопротивления.	6 500	4 000	2 400	2 400—3 600
Повышенного сопротивления.	5 000	3 000	1 800	1 800—2 700
Обыкновенного сопротивления	4 000	2 2Q0	1 300	1 300—2 000
Пониженного сопротивления.	3 000	1 700	1 000	1 000—1 500

Приведенные в таблице 1 нормы относятся к общим нормальным и приведенным напряжениям; для касательных напряжений нормы должен быть уменьшены вдвое. Приведенные в таблице 1 нормы относятся к нагрузке, имеющей неизменный характер действия; для нагрузки же, имеющей ста-тически-переменный характер действия, приведенные в таблице 1 нормы должен быть понижены умножением их на коэф.,

меньший единицы и равный 0,25 (3-1—|, где a_m-_tn—μην °тпх нимальный и о_тпх—максимальный по абсолютной величине пределы изменения действующих напряжений ( + растяжение, -сжатие). Допускаемое напряжение при случайной нагрузке должен быть установлено в зависимости от степени случайности нагрузки в пределах норм, указанных в таблице (обычно принимается <^=0,8%).

Т а б л. 2.—О б щ и е нормы допускаемых напряжений для расчета заклепочных соединений судовых конструкций (в кг/см“ сечения заклепки).

Характер работы заклепки	Характер действия нагрузки	Характер изменения нагрузки		Характер клепки листов и заклепок
				не чека нены	чеканены с одной стороны	чеканены с обеих сторон
Сдвиг (трение)	Посто янная	Неизменная	^тд	500	800	1 000
		Статически-пе- ременная	^тд	т=0,25т/з+ д ^xmax J
	Слу чайная	Неизменная	^тд	700	1 100	1 300
		Статически-пе- ременная	^та	т"=0,25 Гз+^1 д & L ^хтахJ
На отрывание	Посто янная	Неизменная	^ад	1 200
	Слу чайная	Статически-пе- ременная	%	1 600

При составлении таблицы предел упругого скольжения принят равным для заклепок и листов нечеканенных ок. 800 килограмм/слсз, для заклепок и листов, чеканенны с одной стороны, ок. 1 300 гсг/см² и для заклепок и листов, чеканенных с обеих сторон, ок. 1 600 килограмм {см²; предел упругости материала заклепки—ок. 2 000 килограмм!см“; опасное напряжение для случайной нагрузки берется на */з болып-опасного напряжения, принятого для постоянной нагрузки. Для местных напряжений в заклепочном соединении (для крайних единичных заклепок) допускаемое напряжение на сдвиг при нагрузках случайного характера и при нагрузках неизменных постоянного характера может превышать пределы упругого скольжения и доходить до 50 % от временного сопротивления заклепки на срез. При расчете заклепок на отрывание помимо проверки прочности заклепок на отрывающее напряжение должен быть произведена проверка прочности частей конструкции на возможность отгибания соответствующих полок профилей. При динамически-переменных (ударных) нагрузках допускаемые напряжения назначаются, как для ста-тически-переменной нагрузки, при условии, что расчетная нагрузка должен быть определена с учетом степени динамичности нагрузки.

Расчет прочности сварных швов. Если сварной шов должен удовлетворять условию достаточной прочности, то за расчетную нагрузку для него должен быть принята (как по величине, так и по характеру) нагрузка тех связей корпуса, к которым относится рассматриваемый шов. Если же шов должен удовлетворять не только условию достаточной, но и условию равной (с соседними частями корпуса) прочности, то расчетной нагрузкой для него должна служить нагрузка, вызывающая в материале связей опасное напряжение, причем вызываемое этой нагрузкой напряжение в шве должно быть равно опасному напряжению, установленному для данного типа сварного шва. Если сварной шов должен быть рассчитан на равную прочность с заклепочным швом, который он заменяет, то расчетной нагрузкой для него должна служить нагрузка, вызывающая опасное напряжение в заклепках заклепочного шва, причем вызываемое этой нагрузкой напряжение в сварном шве должен быть равно опасному напряжению, установленному для данного типа сварного шва. Напряжения в сварных соединениях должен быть относимы к расчетному сечению сварного шва, показанному в таблице типов сварных швов. В соответствии с этим при пользовании общими ф-лами строительной механики для определения напряжений следует в эти ф-лы вводить элементы указанного расчетного сечения сварного 1Йва. При пользовании для расчета сварных швов ф-лами строительной механики, применяемыми для расчета прочности заклепочных соединений, следует в эти ф-лы вводить вместо приведенной ширины заклепочного шва, равной площади сечения заклепок, отнесенной к единице длины шва, расчетную толщину сварного шва. В случае применения прерывистой сварки расчетная толщина сварного шва должен быть уменьшена помножением на коэф. прерывистости, меньший единицы и определяемый из выражения: к =

= где а—длина непрерывного прохода шва,

Ь—расстояние между проходами шва. Опасное напряжение (<т₀ или т₀) для сварных швов должен быть назначено как нек-рая часть от временного сопротивления шва (<т_в или г_в), а именно: для общих напряжений, неизменных по величине, опасное напряжение принимают равным 60% от временного сопротивления (<т₀=0,60*); для общих напряжений, меняющихся по величине, опасное напряжение определяют по ф-ле

<70=о,15<7₀ (а ₊ ^п£п),

^атах где <т₀—опасное напряжение, определенное, как для напряжений неизменных по величине, o_mi)Xvia_max—минимальный и максимальный по абсолютной величине пределы изменения действующего напряжения (+ растяжение,— сжатие). В случае наличия достоверных опытных данных о влиянии изменяемости напряжений на сопротивление сварных швов эти данные могут быть использованы вместо ф-лы. Для неизменных по величине местных напряжений нормы для опасного напряжения м. б. значительно повышены против нормы, установленной для общих напряжений. В этом случае об опасном состоянии сварного шва следует судить по признаку допустимости для него тех наибольших .деформаций, которые могут появиться в шве при переходе местных напряжений за пределы, установленные для общих напряжений. Для местных напряжений, меняющихся по величине, упомянутое повышение норм не должно иметь места, чтобы избежать возможности появления местных трещин вследствие усталости сварного материала. Временное сопротивление сварного шва, служащее основанием при назначении норм для опасных напряжений, устанавливается по данным испытания на разрушение опытных образцов рассматриваемых типов сварных швов с учетом нижеследующих главнейших обстоятельств, могущих оказать отрицательное влияние на сопротивление сварных швов, изготовленных на месте: 1) уменьшения сопротивления шва благодаря наличию в нем первоначальных напряжений, происшедших вследствие явлений усадки при образовании сварного шва;

2) уменьшения сопротивления шва вследствие того, что условия работы по образованию его на месте могут оказаться худшими, чем были при изготовлении опытных образцов, в отношении удобства производства работы (например потолочная сварка и др.), качества электродов, подготовки поверхностей, подлежащих сварке, тщательности и правильности выполнения работы и др. Допускаемые напряжения при расчете прочности сварных швов на значаются как некоторая часть норм, установленных для опасных напряжений, обусловленная вводимым в расчет запасом прочности. В общем случае при нагрузках, имеющих постоянный характер“ действия, допускаемые напряжения должны составлять 60% и при нагрузках, имеющих случайный характер действия,—от 60 до 90% (в зависимости от степени случайности нагрузки) от норм, принятых для опасных напряжений. Из сопоставления изложенных выше оснований для выбора допускаемых напряжений следует, что допускаемое напряжение при расчете прочности сварных швов м. б. также определено по следующему выражению:

где а_д—допускаемое напряжение для расчета сварного шва, а_в—временное сопротивление сварного шва, а_к—критическое напряжение материала тех связей, к которым относится рассчитываемый сварной шов,<та—допускаемое напряжение, принятое для материала тех связей, к которым относится рассчитываемый сварной шов. Нормы допускаемых напряжений для расчета прочности сварных соединений приведены в таблице 3.

При составлении табл. 3 принято: временное сопротивление сварного металла, отнесенное к расчетному сечению шва, работающего на растяжение, σ_β=3 000 килограмм/см2. Временное сопротивление сварного металла, отнесенное к расчетному сечению шва, работающего на сдвиг, т_в==2 400 килограмм1см2. В случае принятия иных норм для временного сопротивления, полученпых на основании испытаний опытных образцов применяемых типов сварных

Таблица 3.—Общие нормы допускаемых напряжений для расчета прочности сварных соединений (в кг;см“).

На груз ки	Характер изменения нагрузки	Растяжение, сжатие, изгиб	Сдвиг
Постоянная	Неизменная	а_д=1 100	г_д=900
Постоянная	Статически- переменная	σ ₌27оГз+^^1 ^д L ^атахЛ	тα= 22θΓ L ^Ттах J
Случайная	Неизменная	^ад ^{= а}д-+-1,^5ад	г^=т_дЧ-1,5т_а
Случайная	Статически- переменная		τ =τ_Α ~ 1,5 τ д о ’ д

швов, допускаемое напряжение, указанное в таблице, должно быть пропорционально изменено. Указанные в таблице 3 допускаемые напряжения отнесены к расчетному сечению сварного шва.

Расчет общей продольной прочности. Корпус плавающего судна с точки зрения С. м. к. представляет собой клепаную балку переменного сечения, подвергающуюся действию вертикальных сил веса и давления воды; т. к. силы эти распределяются по длине корпуса по различным законам, то в каждом поперечном сечении корпуса появляются изгибающие моменты и срезывающие силы, вызывающие в нем соответствующие напряжения; напряжения эти называются напряжениями от общей продольной прочности или напряжениями эквивалентного бруса; определение этих напряжений и проверка условий прочности продольных связей судна, принимая во внимание напряжения от местных нагрузок, и составляют задачу расчета общей продольной прочности. Расчет общей продольной прочности носит поверочный характер, так как, чтобы произвести его точно и в полном объёме, необходимо уже иметь все размеры рассчитываемого корпуса. Расчет общей, продольной прочности разбивается на следующие три части: 1) вычисление изгибающих моментов и срезывающих сил; 2) определение напряжений (расчет эквивалентного бруса); 3) проверка условий прочности.

1. Вычисление изгибающих моментов и срезывающих сил. Силы, действующие на плавающее судно, то есть веса грузов и давление воды, м. б. изображены в виде кривых, ординаты которых в известном масштабе представляют величину этих сил, приходящуюся на погонную единицу длины судна (фигура 2). Кривая а, изображающая нагрузку от давления воды, называется кривой давления воды, или кривой сил поддержания; кривая б, изображающая нагрузку от веса, называется кривой веса; кривая в, ординаты которой представляют собой разность между ординатами кривой давления воды и кривой веса, называется кривой суммарной нагрузки, или просто кривой нагрузки, и представляет собой ту нагрузку, под действием которой судно изгибается. Очевидно, что интегральная кривая кривой нагрузки представит собой кривую г срезывающих сил, а интегральная кривая этой последней или, что то же, вторая интегральная кривая кривой нагрузки представит со-

бой кривую д изгибающих моментов. При вычислении продольной прочности иногда предпочитают, не строя кривой суммарной нагрузки, интегрировать кривые давления воды и веса отдельно и затем суммировать полученные результаты для получения кривых изгибающих моментов и срезывающих сил. Выше предполагалось, что корабль находится в спокойном состоянии на тихой воде; срезывающие силы и изгибающие моменты, полученные при таком предположении, называются срезывающими силами и изгибающими моментами на тихой воде. Если корабль находится на волнении и получает качку, то к рассмотренным выше изгибающим силам прибавляются новые силы, появляющиеся благодаря изменению профиля действующей грузовой ватерлинии, силак инерции и силам сопротивления воды. Эти новые силы вызывают добавочные изгибающие моменты и добавочные срезывающие силы, называемые изгибающими моментами и срезываю

щими силами от качки. Суммарные величины срезывающих моментов (на тихой воде и от качки) называются срезывающими силами и изгибающими моментами на волнении или при качке. Нахождение добавочных срезывающих сил и изгибающих моментов от качки (расчет качки) требует большой вычислительной работы, поэтому часто находят возможным учитывать эти добавочные усилия от качки п о-становкой судна на волну; вычисления, сопровождающие постановку судна на волну, много проще и приводят к результатам, которые по сравнению их с результатами расчета качки оказываются в достаточной мере надежными. Прежде чем приступить к нахождению изгибающих моментов и срезывающих сил, полезно знать заранее, хотя бы приблизительно, наибольшую величину изгибающего момента, для того чтобы проверить по ней размеры продольных связей мидель-шпангоута. Наибольший изгибающий момент обыкновенно выражается как нек-рая часть от произведения водо-

ъ* P-L

измещения судна на его длину,то есть М_тах=—;

величина коэф-та к для нормальных типов морских судов обычно заключается между 20 и 30. Из вышеизложенного вытекает, что наибольшие действующие на корпус усилия получаются разными для положения корабля н а вершине волны и положения корабля на подошве волны; эти наибольшие усилия обычно получаются разных знаков, причем усилия на вершине волны вызывают в палубе растяжение, а в днище—сжатие. Для расче-* та постановки корабля на волну или расчета качки обычно принимают волну трихоидаль-ной формы длиной, равной длине корабля, и высотой, равной V20 длины, если не имеется более достоверных указаний относительно наибольших размеров тех волн, которым корабль может подвергнуться во время его службы. Для речных судов, не подвергающихся действию волн, наибольшие усилия при расчете их продольной прочности должен быть определены, исходя из наиболее неблагоприятных аварий, на которые они должны быть рассчитаны, как то: затопление тех или иных отсеков, постановка йа мель и др. Для прочих пловучих сооружений наибольшие расчетные усилия определяют на основании рассмотрения и исследования характера работы этих сооружений, принимая те или иные допущения, которые однако не должны повести к отступлениям от действительности в опасную сторону. -В тех случаях, когда не представляется возможным по недостатку исходных данных определить наибольшие расчетные усилия, приходится намечать их по сравнению с прочностью идентичных, уже существующих пловучих сооружений.

2. Определение напряжений (расчет эквивалентного бруса). Определение напряжений от общей продольной прочности по найденным наибольшим значениям изгибающих моментов и срезывающих сил для разных сечений корпуса корабля производится по обычным ф-лам изгиба балок сложного профиля. При этом следует учитывать лишь такие продольные связи корпуса, которые тянутся непрерывно по всей длине или на значительной части длины корабля; продольные же связи, распределенные сравнительно на коротких участках (меньших высоты корабля), например различные фундаменты, подкрепления, части палуб между вырезами и тому подобное., лучше совершенно не вводить в расчет продольной прочности, т. к. влияние их на распределение напряжений в соответствующих сечениях корабля не м. б. учтено достаточно точно. Если площади сечений всех продольных связей, принимающих участие в сопротивлении продольному изгибу (точнее площади, умноженные йа редукционные коэфициенты), сосредоточить у диаметральной плоскости (фигура 3), не изменяя положения их по высоте, то получится сечение нек-рого бруса, эквивалентное, в смысле сопротивляемости его изгибу, рассматриваемому сечению корабля; брус, имеющий такое сечение, называется эквивалентным брусом; эквивалентный брус наглядно иллюстрирует распределение материала по сечению корабля с.точки зрения участия его в сопротивлении изгибу корпуса. Если вычисленные по ф-лам изгиба сжимающие напряжения окажутся для некоторых связей сечения превосходящими их эйлерово напряжение, то в расчет следует ввести поправку, то есть перейти к расчету во втором приближении, учитывающем неполную степень жесткости этих связей корпуса; во втором приближении площади сечения связей должен быть соответственно уменьшены помножением их на редукционные коэф-ты, меньшие единицы и равные отношению эйлерова

Фигура з. напряжения связи к сжимающему напряжению в ней, полученному при расчете продольной прочности в первом приближении.

3. Проверка условий прочности. Проверка условия достаточной продольной прочности корпуса должна производиться для тех связей корпуса, в которых напряжения от общей продольной прочности, сложенные с напряжениями от местной прочности, получаются наибольшими. Такими связями являются верхняя палуба и днище, причем прочность днища, подвергающегося значительной местной нагрузке от давления воды, должна быть проверена в тех сечениях, в которых суммарные напряжения получаются наибольшими; так как напряжения в днище от давления воды оказываются разных знаков на наружной обшивке и на внутреннем дне и в сечениях у поперечных переборок и между ними, то проверку прочности днища приходится производить для всех указанных точек днища. Для проверки ^условий прочности служит ф-ла, вытекающая из общих правил, изложенных выше, и учитывающая изменения напряжений при положении корабля на вершине и на подошве волны:

0,2<т“ (3 + > о_тах,

^{4 а}тах где а_к—критич. напряжение материала; ± о_тахи ± a_min—суммарные напряжения от общей и местной прочности на вершине или на подошве волны (+ растяжение, — сжатие).

Расчет местной прочности корпуса. Расчет местной прочности заключается в проверке прочности всех тех частей корцуса, которые подвержены действию местных нагрузок, имея в· виду, что для частей корпуса, принимающих участие в общей продольной прочности, напряжения от местной нагрузки должен быть учтены при проверке общей продольной прочности, как об этом сказано выше. Расчет местной прочности подразделяется на следующие главнейшие части: 1) расчет .наружной обшивки, 2) расчет внутреннего дна, 3) расчет набора днища, 4) расчет набора бортов, 5) расчет палуб и платформ, 6) расчет непроницаемых переборок. Все эти части корпуса рассчитываются на давление воды, к-рое действует на них или постоянно, то есть при нормальной службе корабля, или же случайно, то есть во время производства испытания водонепроницаемости корпуса, или во· время возможных аварий. Постоянно действующая нагрузка принимается равной давлению столба воды высотой до грузовой ватерлинии; случайно действующая нагрузка принимается равной давлению столба воды, высота которого устанавливается разной по длине корпуса; для средней трети длины корабля высота столба воды принимается до половины надводного борта, для оконечностей она увеличивается постепенно до полной высоты надводного борта. Для частей корпуса, не подверженных непосредственному давлению воды (части борта, палубы, надстройки), расчетная нагрузка принимается условно равной давлению столба воды высотой от 0,3 до 0,5 метров Прочность частей борта, подверженных действию удара волн, проверяется особо, преимущественно методом сравнения с плавающими однотипными кораблями. Расчет наружной обшивки. Определение напряжений и деформаций в наружной обшивке, вызываемых давлением воды, производится применением к условиям каждого частного случая ф-л, полученных в общей части С. м. к. в отделе изгиба тонких пластин, причем по характеру изгиба листы наружной обшивки подходят к изгибу жестких пластин. Расчет внутреннего дна. Так как листы настила внутреннего дна подвергаются действию лишь случайной нагрузки во время испытания или аварий, то проверку их прочности производят по ф-лам и таблицам для гибких пластин, то есть допуская сколько угодно большие перенапряжения на опорных кромках. В связи с этим толщина настила внутреннего дна обычно определяется не условием прочности, а назначается на основании практич. требований относительно стойкости против изнашивания и др. При расчете общей продольной прочности напряжения в листах внутреннего дна от местной нагрузки не учитывают, т. к. нагрузка эта имеет случайный характер действия. Расчет набора днища. После установления той или иной системы набора днища, расчет его, то есть определение усилий, действующих на отдельные части набора днища, и напряжений, вызываемых в них этими усилиями, производится по»ф-лам и таблицам, полученным в общей части С. м. к. для изгиба и устойчивости балок и перекрытий; балками перекрытия служат стрингеры и шпангоуты; настилом перекрытия—наружная обшивка и внутреннее дно. Стрингеры, идущие непрерывно, то есть пересекающие поперечные переборки, являются многоопорными балками, однако для упрощения расчета обычно их принимают за разрезные на переборках, полагая для них опорные моменты порядка 50%, от полной опоры закрепления. При продольной системе набора корпуса рамные шпангоуты днища, а при поперечной системе набора корпуса все шпангоуты днища являются продолжением _ч соответствующих шпангоутов борта и бимсов палуб; указанные связи корпуса в этом случае образуют рамы, которые м. б. рассчитаны приложением ф-л и методов для расчета жестких рам (смотрите). Расчет набора бортов. Набор днища вне двойного дна и набор бортов представляют собой или части упомянутых выше рам или являются в виде перекрестных связей б. или м. сложной системы, в зависимости от принятой системы набора всего корпуса. Вопрос о характере закрепления отдельных балок набора (шпангоутов и стрингеров) и их взаимной работе должен быть обследован в каждом частном случае с учетом всех местных условий, причем для упрощения расчета часто приходится принимать известные допущения, которые однако не должны приводить к ошибкам в опасную сторону. Горизонтальные составляющие давления воды на обе половины шпангоута уравновешиваются между собой или непосредственно на днище и палубах или, в случае широких или снабженных вырезами палуб, на поперечных переборках, передаваясь на них через посредство палуб. Что касается вертикальных составляющих давления воды, то они, сосредоточиваясь на вертикальных стенках борта, отчасти уравновешиваются весом расположенных в рассматриваемом сечении грузов, главным же образом передаются стенками борта на поперечные переборки; т. о. реакциями для вертикальных составляющих давления воды будут касательные напряжения в поперечных сечениях, ограничивающих промежуток рассматриваемого шпангоута. Имея в виду отмеченное участие стенок борта в изгибе шпангоутов, можно считать, что в опорных сечениях шпангоута составляющая реакция по направлению касательной к борту целиком поглощается этим последним, и следовательно достаточно позаботиться лишь о поглощении составляющей реакции по какому-либо иному направлению (обычно по направлению бимсов палуб). Расчет палуб и платформ. В зависимости от назначения, положения и конструкции палубы прочность ее приходится рассчитывать на следующие усилия: а) Усилия от общей продольной прочности, появляющиеся в палубах, как в поясках эквивалентного бруса, б) Усилия от давления воды во время испытания водонепроницаемости или от нагрузки толпой людей для тех палуб, водонепроницаемость которых не испытывается. (Нагрузка толпой людей считается эквивалентной весу столба воды высоюй в 0,5 м.) в) Усилия, получающиеся от собственного веса палубы; эти усилия“ оказываются малыми по сравнению с усилиями от давления воды и при расчете палуб их можно совершенно не учитывать,

г) Усилия от веса находящихся на палубах распределенных грузов, например перевозимый груз, уголь в горизонтальных угольных ямах, артиллерийские и провизионные запасы в артиллерийских и провизионных погребах и т. и.

Что касается сосредоточенных грузов большего веса, то установка их требует специальных подкреплений. По отношению к усилиям от общей продольной прочности палубы являются тонкими пластинами (настилка палуб), подкрепленными ребрами (набор палуб), опертыми на жесткий контур (переборки и борта) и подверженными растягивающим и сжимающим нагрузкам в их плоскости; необходимая степень обеспечения устойчивости палубы определяется желательной величиной участия ее в работе эквивалентного бруса. Определение устойчивости настилки и набора палуб производится по ф-лам и таблицам, служащим для определения устойчивости пластин и балок. По отношению к усилиям от давления воды палубы представляют собой перекрытия, передающие р>авномерно распределенное давление на пиллерсы, переборки и борта судна; расчет настилки палуб на эти усилия производится по ф-лам и таблицам тонких пластин; что же касается палубного набора, то расчет его производится согласно общей теории изгиба приз-матич. брусьев, причем нагрузка, приходящаяся на отдельные части набора, определяется, как для балок перекрытия. Усилия от веса находящихся на палубах грузов обычно передаются на палубный набор; в этом случае палубная настилка принимает участие в работе палуб лишь в качестве верхних поясков балок набора, которые рассчитываются согласно общей теории изгиба призматич. брусьев; если же вес распределенных по палубе грузов передается на набор палуб через настилку (наир, угол в горизонтальных угольных ямах), то настилка рассчитывается как тонкая, пластина под давлением столба воды, соответствующего весу распределенного груза. В случае длинных бимсов, подкрепленных большим числом пиллерсов, точный расчет бимсов как многоопорных балок на упругих опорах осложняется трудностью определения жесткости опор; поэтому, принимая во внимание сравнительно небольшой вес бимсов, обычно довольствуются грубым расчетом, считая бимсы разрезными на опорах, но несколько понижая получающуюся при таком предположении величину наибольшего изгибающего момента; наир, при равномерно распределенной нагрузке на бимс наибольший изгибающий момент принимают равным от y₈ql² до ¹/₁₀ql²> где q—нагрузка на погонную единицу, а I—длина пролета бимса. В случае же коротких бимсов обычно пользуются более точным расчетом, считая бимсы неразрезными и принимая во внимание степень жесткости опор. Кницы, крепящие“ бимсы палуб к шпангоутам или к стойкам переборок, рассчитывают, исходя из условия, чтобы момент сил трения заклепок, крепящих кницу к бимсу или к стойке, был бы равен моменту пары, вызывающей в профиле бимса или в профиле стойки (если стойка слабее бимса) напряжения, равные пределу упругости материала. В случае же не главных палуб или неудобства постановки больших книц, следует рассчитывать кницы лишь на опорные реакции, допуская этим нек-рый поворот опорных сечений бимсов; при этом допускаемое напряжение при расчете заклепок должен быть взято с тем же запасом прочности, к-рый принят для расчета бимсов. Пиллерсы. При расчете пиллерсов на чистое сжатие или растяжение за допускаемое напряжение принимается обычный процент от предела упругости в зависимости от характера нагрузки, при расчете же на устойчивость эйлерово напряжение пиллерса по отношению к допускаемому напряжению должно быть приравнено временному сопротивлению. Прочность креплений пиллерсов к палубам должна соответствовать прочности самих пиллерсов на сжатие или растяжение. Расчет непроницаемых переборок. Непроницаемые переборки представляют собой перекрытия, передающие давление воды (па трапеции или треугольнику) на жесткий опорный контур (днища, борта, палубы, переборки другого направления); пластинами этих перекрытий являются листы переборки, а поддерживающими связями—набор ее. Исходными величинами для расчета переборки являются размеры и форма опорного контура, высота воды при испытании водонепроницаемости и величины допускаемых напряжений; по этим заданиям необходимо определить систему набора переборки, толщину листов ее и конструкцию и размеры балок набора и рассчитать заклепочные соединения набора и листов переборки. Выбор той или иной системы набора переборки обусловливается требованием уменьшения ее веса, принимая во внимание условия каждого частного случая, как то: а) необходимость использовать набор переборки для подкрепления ее против различных усилий помимо давления воды (при постановке в док, при установке артиллерии и т. и.); б) необходимость создать достаточно жесткие опоры для балок тех перекрытий, для которых переборка служит опорным контуром, так наир., бимсы палуб или части набора днища в местах приты-кания их к переборке должны встречать стойки ее; в) необходимость сообщить листам переборки достаточную устойчивость против сдвигающих и сжимающих напряжений, развивающихся в них при различных условиях ее работы (при постановке в док, при стрельбе из орудий); г) возможность создать опорные пары закрепления стоек переборки в местах встречи этих стоек с балками палубного и днищевого набора; д) возможность использовать легкие платформы в качестве усиленных балок: или опорных контуров для переборки; е) огра ничение вследствие недостатка места высоты профиля балок набора и тому подобное. При отношении ширины переборки к высоте ее, большем двух, вопрос о выборе системы набора отпадает, так как наиболее выгодным является расположение связей в вертикальном направлении, в равном расстоянии друг от друга; при отношении ширины к высоте, меньшем двух, выгода одних вертикальных связей уменьшается, и становится целесообразным вводить перекрестные горизонтельные связи. Что касается расстояния между балками набора переборки, то максимальная величина его определяется из условия прочности листов гереборки при выбранной минимальной толщине их; в действительности же расстояние это приходится назначать несколько меньшим с целью удовлетворить требованиям, приведенным выше. В ы-бор толщины листов перебор о. к. С точки зрения прочности Листов переборки на давление воды на них следует смотреть, как на тонкие пластины конечной жесткости, ограниченные прямоугольным контуром (балки набора) и нагруженные давлением воды. Характер изгиба этих пластин может сколько угодно близко подходить к характеру изгиба вполне гибких пластин, то есть в листах переборок можно допускать перегиб (надлом) их по опорным кромкам, о безопасности же листа судить лишь по напряжениям, появляющимся на наружной поверхности листа в средней части его; в виду случайного характера внешней нагрузки и полной определенности ее напряжение это можно доводить до предела упругости материала и даже несколько выше, но обычно принимаемая норма для этого напряжения равна 80% от предела упругости. В связи с этим толщина листов переборок с точки зрения прочности их на давление воды могла бы быть взята крайне незначительной и гораздо меньшей той, которая необходима для прочности переборки при постановке судна в док и для •стойкости листов против ржавления. Т. о. минимальная толщина листов переборок определяется расчетом поперечной прочности судна при постановке в док и желаемой степенью стойкости против ржавления, прочность же листов на давление воды проверяется после того, как будет установлено расстояние между балками набора переборки, как об этом было сказано выше. Расчет балок набора переборки. Определение внешней нагрузки, приходящейся на каждую из балок набора переборки, и величин опорных реакций производится, как для связей перекрытий, нагруженных давлением воды по трапеции или треугольнику; определение конструкции и размеров сечений балки производится согласно общей теории изгиба призматич. брусьев и брусьев переменного сечения.

Расчет прочности з а.к лепоч ных ш в о в, то есть расчет прочности заклепочных соединений по пазам и стыкам листов, входящих в состав судового корпуса, рассматривается с точки зрения местной прочности или же общей их прочности; под местной прочностью разумеется прочность заклепочного соединения по стыкам какого-либо листа, рассматривая его независимо от других, прилегающих к нему связей судового корпуса; под общей прочностью разумеется прочность заклепочных соединений целых связей или группы связей корпуса, составленных из отдельных листов, скрепленных друг с другом по пазам и стыкам заклепками. Критерием прочности при расчете швов является или условие достаточной прочности или условие равной прочности; при расчете на достаточную прочность заклепочное соединение швов рассчитывается лишь на то усилие, к-рое действительно нагружает данную связь; при расчете же на равную прочность заклепочное соединение рассчитывается на то наибольшее усилие, к-рое может выдержать данная связь. Местная прочность швов. Условие равной прочности очевидно будет удовлетворено в том случае, если при растяжении листа одно и то же растягивающее усилие будет вызывать опасные напряжения как в самом листе, так и в его заклепочном соединении; при этом за опасное напряжение для листа следует принять предел упругости материала σ_κ“, за опасное напряжение для заклепок—предел упругости скольжения т_к. Условие это цыражается следующим ур-ием

(e-d)t-o_K=и,— τ_κ, (6)

где~е—шаг заклепок, d—диаметр, t—толщина листа, п—число рядов заклепок (односрезных); в случае работы заклепок на двойной срез п в формуле помножают на два. Для расчета заклепочного соединения на равную прочность по отношению к касательным напряжениям нужно в уравнении (6) вместо а_к подставить критическое касательное напряжение, равное 0,5 <у_к, или эйлерово касательное напряжение т_э, если τ₉<0,5σ_κ. Заклепочные соединения частей корпуса, подвергающихся действию местных нагрузок, рассчитываются лишь на д о с т а-точную прочность их, обусловленную величиной действующей нагрузки и принятой для этой части корпуса величиной запаса прочности. Условие достаточной прочности будет удовлетворено, если при действующих на лист усилиях напряжение в заклепках не превзойдет допускаемого напряжения. Условие это выражается следующим ур-ием:

et a i=г_д, (7)

в котором а_г—действующее в листе напряжение, т_д—допускаемое напряжение в заклепках. Толщина стыковых планок при расчете на достаточную прочность определяется следующим выражением:

где а_д—допускаемое нормальное напряжение для планки.

В случае двусторонних, планок толщина их берется в два раза меньше. В случае действия на лист скалывающих усилий в ур-ия (7) и (8) вместо <т_г· следует подставить действующее в листе касательное напряжение, а вместо а_д—допускаемое касательное напряжение. О б-щая прочность заклепочных швов. При расчете швов на равную общую прочность следует исходить из условия, чтобы ослабление продольных связей корпуса от присутствия стыков было бы не больше неизбежного ослабления связей по линиям заклепок, скрепляющих их с частями поперечного набора (со шпангоутами, бимсами и поперечными переборками). Если условие это будет удовлетворено для всех главных продольных сцязей корпуса, то тем более оно окажется

* При сжатии листа за опасное напряжение следует принять эйлерово напражение листа а₉, если σ₉<σ_κ.

удовлетворенным по отношению ко всему корпусу. Для расчета на равную прочность заклепочных швов судового корпуса следует все главные продольные связи его разбить на ряд отдельных, по возможности однородных связей и каждую такую связь просчитать по приведенной выше схеме. Например днище корпуса следует разбить на отдельные связи, состоящие из стрингера и прилегающих к нему листов наружной обшивки и внутреннего дна; верхнюю палубу следует разбить на связи, составленные из однородно расположенных поясьев и т. и. Приведенная выше схема расчета швов на равную прочность применяется лишь для тех связей корпуса, напряжения в которых от .общей продольной прочности достигают величины допускаемого нормального напряжения, то есть для крайних связей эквивалентного бруса. Прочность швов всех остальных связей следует рассчитывать лишь на достаточную общую прочность их по отношению к тем усилиям, которые получаются в них от общей продольной прочности. Условие достаточной прочности швов состоит в том, что увеличенные вследствие присутствия стыков напряжения в сечениях связи не должны превосходить величины допускаемого нормального напряжения, а в заклепках, принимающих участие в сопротивлении сечений,—величины допускаемого напряжения на трение заклепки.

Расчет подкреплений. Подкрепления имеют целью создать достаточно жесткие опоры для тех установок, которые передают на корпус корабля внешние сосредоточенные усилия и собственный вес, например орудийные установки, рубки, механизмы, котлы, стеллажи, кнехты, битенги и тому подобное. Для удовлетворения этой цели подкрепления должны обладать достаточной прочностью, чтобы воспринять на себя реакции установок и передать их на те главные связи корпуса, прочность которых по отношению к величинам этих реакций не внушает опасений. Главными связями корпуса, на которые должны быть переданы внешние усилия, являются переборки, борта и палубы, обладающие очень большой жесткостью по отношению к усилиям, действующим в их плоскости. Т. к. эти жесткие связи корпуса, а также и сами подкрепления, передающие эти усилия, в общем случае располагаются в плоскостях, параллельных диаметральной поперечной и горизонтальной плоскостям, то представляется наиболее удобным разложить все внешние усилия по направлению этих плоскостей и привести их к трем силам и трем парам, взяв за точку приведения ц. т. сечений тех болтов или заклепок, которые крепят установку к подкреплению. После этого определяют реакции подкрепления от каждой из полученных таким образом составляющих сил и пар и рассчитывают прочность подкрепления на сложное сопротивление. Конструкция подкреплений обыкновенно осуществляется в виде системы балок, опорами для которых служат главные связи корпуса, то есть палубы, переборки и борты; выбор той или иной схемы расположения балок подкреплений и опор для них производится в зависимости от местных условий каждого частного случая, исходя из требования достаточной прочности всей конструкции и условия наименьшего ее веса и занимаемого места. При расчете нек-рых подкреплений необходимо учитывать помимо веса установки и непо средственно действующих на нее внешних усилий также влияние крена корабля и сил инерции при качке. Движение корабля во время качки при этом раскладывают на вращательное движенце около оси, проходящей через его ц. т., и на поступательное движение по круговой орбите, диаметр которой равен высоте волны (предполагая, что размеры корабля малы по сравнению с размерами волны). Оба эти движения обладают известными ускорениями, благодаря которым во всех частях корабля проявляются силы инерции, вызывающие в связях, крепящих эти части, добавочные напряжения от сил инерции.

Для частей корабля, обладающих большей массой или далеко отстоящих от оси вращения, силы инерции получаются настолько значительными, что пренебрежение ими могло бы вызвать разрушение связей, крепящих эти части; поэтому при расчете таких связей, как фундаменты под котлы и механизмы, подкрепления под боевые рубки, мачты и тому подобное., необходимо учитывать добавочные напряжения от сил инерции. Наиболее сложной разновидностью судовых подкреплений являются подкрепления на военных кораблях под палубные и башенные артиллерийские установки. Эти подкрепления в С. м. к. рассматриваются особо вследствие большого отличия их как по характеру работы, так и по конструкции от всех других видов суровых подкреплений. Главнейшими отличиями их от других видов подкреплений помимо многих специальных, предъявляемых к ним требований являются весьма большие действующие на них усилия при выстреле из орудий, а также динамический характер действия этих усилий.

Расчет прочности при постановке в док. Прочность корпуса коммерч. судов обычно оказывается вполне обеспеченной при постановке их в док даже по чисто «мальтийскому способу», то есть на одну лишь килевую дорожку, без добавочных боковых клеток. Для нек-рых, сравнительно более широких и имеющих более легкую конструкцию речных судов постановка их в док требует проверки общей и местной прочности корпуса с целью установить те или иные ограничения и требования, касающиеся принятой системы постановки их в док. Для военных кораблей благодаря облегченной до предела конструкции подводной части их корпуса, а также большому весу механизмов вооружения или бронирования и сосредоточенному расположению этих весов расчет прочности корпуса при постановке в док является обязательным при постройке судна, имея целью установить наиболее простую систему постановки в док, не затрудняющую производство обычных доковых работ и допускающую производство капитального и аварийного ремонта подводной части корпуса. Такой расчет часто приводит к необходимости устройства добавочных подкреплений нек-рых частей конструкции корпуса или даже целесообразности введения специальных конструкций, облегчающих постановку судна в док. При постановке в док корпус корабля претерпевает следующие деформации: изгиб в продольном направлении (продольная прочность); изгиб (и срез) в поперечном направлении (поперечная прочность); деформацию связей корпуса, воспринимающих внешние силы, то есть реакции дока (местная прочность). Величины перечисленных выше деформаций зависят от величины и закона распределения вызывающих их внешних сил, то есть от величины и закона распределения сил веса и реакций дока. Реличина и закон распределения сил веса известны: величина этих сил равна весу корабля, закон распределения их по длине корпуса выражается ординатами кривой веса. Что касается р е а,к ц и и дока, то известны лишь величина и положение равнодействующей этих реакций, равной и прямо противоположной равнодействующей сил веса, закон же распределения реакций дока неизвестен. Закон распределения реакций дока м. б. найден методом последовательных приближений, принимая корпус корабля за упругую балку, нагруженную распределенной нагрузкой и лежащую на упругом основании; при этом для упрощения задачи обычно считают днище корпуса по всей площади его, соприкасающейся с кильблоками, абсолютно жестким по отношению к давящим усилиям от реакций кильблоков, а жесткость основания (кильблоков) по всей длине его— одинаковой. При постановке в док корпус корабля под влиянием распределенных сил веса Р и сил реакций дока R изгибается, как упругая балка, лежащая на упругом основании (фигура 4), причем линия киля примет форму упругой кривой такой балки, а весь корпус займет такое положение, при к-ром равнодействующая реакций дока R окажется равной и прямо противоположной равнодействующей сил веса Р. При этом стрелки прогиба корпуса. £, считая их от первоначальной линии киля а-b, и соответствующие им ординаты кривой реакций дока г_г· будут находиться между собой в зависимости, определяемой жесткостью кильблоков. Легко видеть, что разыскание закона распределения реакции дока, при к-ром стрелки прогиба корпуса находились бы

Фигура 4.

в определенном соотношении с этими реакциями, возможно лишь методом последовательных приближений; определение упругой кривой в данном случае удобнее производить, пользуясь графич. методом. Продольная прочность корпуса проверяется по наибольшим изгибающим моментам, получаемым при вычислении реакций дока в последнем приближении; проверка прочности сечения корпуса производится подобно тому, как и при расчете общей продольной прочности. Для проверки местной прочности связей корпуса, воспринимающих и передающих давления кильблоков, необходимо тщательно проследить по чертежам корпуса путь, по к-рому давления кильблоков передаются на части корпуса, уравновешивающие эти давления с силами веса (на поперечные переборки). П о-перечная прочность корпуса осуществляется исключительно его поперечными переборками с прилегающими к ним частями па-

луб и днища (влияние шпангоутов пренебрежимо мало). Поперечная переборка с точки зрения работы ее в поперечной прочности корпуса представляет собой крайне высокую балку, нагруженную“ симметричной нагрузкой; нагрузка на эту балку состоит из реакции кильблоков Ri (фигура 5), переданной на пере-

этого усилия равнее площади кривой реакций, ограниченной двумя ординатами, проведенными посредине расстояний до смежных переборок), и сил веса, передающихся-на переборку отчасти непосредственно от расположенных вблизи переборки грузов, главным же образом (около 80%) продольными вертикальными связями корпуса, принимающими участие в общей продольной прочности корпуса (бортом и продольными переборками); величина сил веса, приходящаяся на каждую поперечную переборку, очевидно равна величине реакции кильблоков, полученной расчетом,—Rf, в общем случае нагрузку на поперечную переборку от сил веса можно считать приложенной в местах главных (Я_х и R₂) продольных вертикальных связей корпуса и распределенной пропорционально толщинам этих связей близ нейтрального слоя (£_х и f₂). В виду полной симметрии в расположении связей и в нагрузке достаточно рассмотреть одну половину переборки, считая ее как балку с закрепленным концом и нагруженную сосредоточенными силами, как было сказано выше; стенкой этой балки служат листы переборки, а поясками—прилегающие к переборке части палубы и днища. Найдя элементы сечения переборки и наибольший изгибающий момент, следует проверить прочность ее по нормальному напряжению, принимая дбпускаемое напряжение равным 60% от предела упругости, материала. Для обеспечения прочности стенки переборки против сдвига и обеспечения ее устойчивости касательное напряжение в стенке не должно превосходить 500 килограмм/см² и должно быть в 2—3 раза меньше ее эйлерова касательного напряжения; при этом для вычисления касательного напряжения в стенке можно принять равномерное распределение его по всей площади ее сечения.

Лит.: Бубнов И., Строительная механика ко рабля, ч. 1 и 2, СПБ, 1914; его же, Дополнение к курсу строительной механики корабля, Л., 1930; Бобров И., Конспект лекций по строительной механике корабля, Л., 1926; Папкович П., Курс строительной механики корабля, ч. 1 и 2, Л., 1931; Шиманский Ю. и Гардении М., Справочная книга для корабельных инженеров, П., 1916; Шиманский Ю. и Сивер ц ев, Расчет прочности железобетонных пло-вучих сооружений, Л., 1932; Шиманский Ю. и Пер-шин, Расчет подкреплений под палубные артиллерийские установки, Л., 1932; Скрибанти А., Вычисление продольной крепости корабля, пер. с итал.* СПБ, 1906; Д альман В., Прочность судов, пер. е нем., M., 1931; ПицкерФ. О прочности корабля, пер. с нем., СПБ, 1913; Справочник но судостроению, Л., 1933 (печатается); Цеханович В., Буд вельна механика стал1вого и дерев’яного корабля, Одесса, 1928; Murray A:, Strength of Ships, L. 1916; D a h 1-m a η n W., Festigkeit d. Schiffe, B., 1925; Pietzker F., Festigkeit d. Schiffe, B.,1912; Schilling W., Statik d. Bodenkonstruktion d. Schiffe, B., 1925; Η о v-gaard W., Structural Design of Warships, L., 1915; Robb A., Studies in Naval Architecture, Strength Rolling, L., 1927; Thomas J., The Strength of Ships, London, 1918. Ю. Шиманский.