Прочные корпусные конструкции

Под прочными корпусными конструкциями понимают конструкции, предназначенные для организации внутренних объемов ПЛ и воспринимающие полное забортное гидростатическое давление (рис. 7.1) [135].

К прочному корпусу и равнопрочным ему конструкциям предъявляют следующие требования:

— они должны иметь простые геометрические формы (цилиндр, конус, сфера);

— выдерживать эксплуатационные и испытательные нагрузки;

— обеспечивать размещение и обслуживание боевых и технических средств;

— иметь минимально необходимое количество наружных отверстий

— быть ремонтопригодными конструкциями.

Прочный корпус.Прочный корпус подводной лодки состоит из цилиндрических и конических оболочек (обшивки), подкрепленных кольцевыми ребрами жесткости (шпангоутами) и межотсечными переборками. С торцов оболочки корпус оканчивается прочными концевыми переборками (рис. 7.1).

Шпангоуты прочного корпуса выполняются либо из катаных профилей бульбового или таврового сечения, либо сварными таврового профиля, и по отношению к обшивке могут быть внутренними или наружными.

В состав конструкции прочного корпуса входят узлы и районы, которые имеют конструктивные особенности по сравнению с основной частью корпуса. Особенность указанных районов заключается в наличии дополнительных подкреплений для снижения напряженного состояния конструкции в связи с наличием:

— притыкающихся элементов повышенной жесткости (переборок, усиленных шпангоутов, прочных цистерн и т.п.);

— конструктивных изломов оболочки;

— вырезов, вварышей и комингсов;

- увеличенных отклонений от правильной круговой формы;

— дополнительных локальных статических нагрузок.

Для определения характеристик прочного корпуса, в том числе, его массы, важен этап расчетного определения элементов основной части корпуса (толщины обшивки, шпации, профиля шпангоута), оболочки корпуса в районе конструктивных особенностей, концевых переборок, а также прочных цистерн [123].

Для выполнения расчетов необходимо определение геометрической схемы прочного корпуса с разбивкой его на отсеки. Для каждого отсека выполняются расчеты статической прочности обшивки, шпангоута, расчеты устойчивости обшивки в шпации и отсека в целом. Расчеты выполняются с варьированием элементов конструкции в основном, толщины обшивки и шпации, с целью определения оптимального по весовым характеристикам варианта. В отдельных случаях расчеты выполняют с заданными ограничениями но высоте внутреннего шпангоута — для удовлетворения требований общего расположения габаритного оборудования, размещаемого внутри прочного корпуса.

При проверке прочности прочного корпуса подводных лодок за расчетную нагрузку принимается давление, при котором может наступить разрушение конструкций. Аналогично тому, как это делается при расчете других инженерных сооружений, расчетное давление назначается с некоторым запасом по отношению к наибольшей эксплуатационной нагрузке. В качестве такой нагрузки принимается давление, соответствующее предельной глубине погружения лодки.

В связи с невозможностью чисто теоретического обоснования величины запаса прочности он выбирается на основании накопленного опыта подводного кораблестроения. Для рассматриваемого класса кораблей принимается:

Помимо общего запаса по нагрузке, нормируются допускаемые напряжения для всех элементов корпуса и запасов устойчивости. При выборе норм и запасов в основу положены результаты экспериментальных исследований, проведенных на образцах, упрощенных моделях и опытных крупномасштабных конструкциях, а также сведения о повреждениях корпусов в процессе эксплуатации подводных лодок. В нормах прочности учтены: характер конструкций, степень их ответственности, многократность воздействия нагрузок и специфические свойства материала, влияющие на работоспособность конструкций. Нормы выбираются исходя из обеспечения работы прочных конструкций в упругом состоянии вплоть до расчетной глубины погружения.

Проверка прочности обшивки производится по средним напряжениям в продольных сечениях посередине пролета между шпангоутами (точка 1 на рис. 7.2) и по суммарным напряжениям в поперечных сечениях у шпангоутов (точка 2).

Для шпангоутов нормирование прочности ведется по суммарным напряжениям в свободном пояске, которые вызваны обжатием шпангоута (точка 3). В этих сечениях напряжения достигают наибольшей величины. В практике проектирования корпусных конструкций прочного корпуса за рубежом, учитывая, что суммарные напряжения в средней части стенки шпангоута меньше, делают отверстия для прохода труб и кабелей. Это упрощает общее расположение оборудования в отсеках ПЛ.

При исследовании устойчивости прочного корпуса задача сводится к расчету критического давления для различных форм потери устойчивости. Расчетные зависимости для определения критического давления получены в предположении, что материал прочного корпуса остается упругим вплоть до момента потери устойчивости, и ПК имеет идеально правильную форму. В реальных условиях эти предположения не оправдываются: потеря устойчивости обычно происходит при напряжениях, превосходящих предел пропорциональности материала, а в прочных корпусах, изготавливаемых с применением сварки, неизбежно появляются отклонения от правильной круговой формы.

При достижении внешним давлением определенной (критической) величины оболочка теряет устойчивость с образованием на поверхности чередующихся вмятин и выпучин. Для цилиндрической оболочки, подкрепленной шпангоутами, возможны два основных вида потери устойчивости:

1. Местная потеря устойчивости обшивки между шпангоутами с образованием большого числа волн по периметру (потеря устойчивости обшивки). Местная потеря устойчивости оболочек может происходить в виде вытянутых по периметру окружностей волн, число которых мало, и в пределе переходит в осесимметричный желоб, располагающийся между шпангоутами или с некоторым захватом шпангоутов.

При проектировании прочного корпуса характеристики оболочки и шпангоутов подбираются таким образом, чтобы потеря устойчивости обшивки между шпангоутами происходила при давлении

2. Общая потеря устойчивости оболочки со шпангоутами по всей длине отсека между межотсечными переборками (потеря устойчивости отсека в целом).

Устойчивость отсека в целом Pкр>k3*Pp обеспечивается выбором необходимого габарита шпангоута и конструктивными требованиями к элементам профиля шпангоута. Нормируется соотношение толщины стенки, высоты профиля, ширины пояска.

Устойчивость оболочки вместе со шпангоутами необходимо обеспечивать до более высокого уровня давления (k3 > k2). Запас по общей устойчивости позволяет обеспечить несущую способность прочного корпуса после образования на обшивке между шпангоутами ограниченных по глубине вмятин от воздействия взрыва или ка-ких-либо эксплуатационных причин. На этой стадии проектирования при выполнении расчетов прочности основной части корпуса производят выбор марки материала, обеспечивающего минимальную массу конструкции.

Целесообразно для унификации конструкции после определения толщины обшивки для одного характерного отсека (например, большей длины) принять ее за базовую и для других отсеков. С целью минимизации типоразмеров листового или профильного проката, необходимых для изготовления шпангоутов, также целесообразно проектировать шпангоуты для разных отсеков с одинаковыми толщинами стенки, полки, или из одного катаного профиля.

При этом необходимые геометрические характеристики профилей шпангоутов для разных отсеков обеспечиваются изменением высоты профиля и ширины полки. В связи с этим необходимо отметить, что весь прочный корпус трудно спроектировать оптимальным по массе без потери технологичности постройки.

Тип шпангоута выбирают, как правило, исходя из архитектуры ПЛ, требований по размещению оборудования и крупногабаритного вварного насыщения. Для однокорпусных участков или для участков, где размещение шпангоута в междубортном пространстве затруднено, шпангоуты выполняются внутренними. Для двухкорпусных участков, по возможности, — наружными, т.к. они улучшают условия размещения оборудования в отсеке. Выбор профиля шпангоута производится на основании расчетов, при выполнении которых учитывается тип шпангоута (внутренний или наружный), а также наличие в отсеке конструктивных изломов. При этом следует иметь в виду, что наружные изломы предпочтительнее внутренних, так как в первом случае усилие, возникающее по линии излома, действует против давления, а во втором — по направлению давления. Располагать изломы следует в средней части шпации, подкрепляя утолщением обшивки и усиленными шпангоутами (рис. 7.3).

Для практических целей при решении ряда задач расчета оболочек в районах конструктивных особенностей используется приближенный метод, базирующийся на представлении оболочки в виде множества одинаковых балок — полосок на сплошном упругом основании. Наряду с приближенными методами расчета существуют теоретические разработки в области использования численных методов решения задач теории оболочек на ЭВМ, разработаны соответствующие алгоритмы и программы. Эти программы позволяют рассчитывать напряженное состояние произвольных оболочек вращения переменной толщины, подкрепленных нерегулярными шпангоутами различной жесткости.

Использование численных методов решения задач на ЭВМ существенно расширило круг решаемых задач и позволило учесть в расчетной схеме нерегулярность конструкций.

Конструкция прочного корпуса в районе межотсечных переборок выполняется в виде утолщенного участка обшивки, толщина которой выбирается расчетом (рис. 7.4).

Конструкция прочной рубки и капсулы ГАК по своему составу аналогична прочному корпусу. Прочная рубка вваривается в прочный корпус, который в районе ее установки подкрепляется.

Концевые переборки

Концевые переборки выполняются в виде неподкрепленных ребрами жесткости сферических или торосферических оболочек. Плоские переборки характеризуются большим количеством зон повышенных напряжений и не рекомендуются к применению в качестве концевых. Установка сферических переборок требует значительных объемов, поэтому для прочных корпусов чаще применяются более компактные торосферические переборки.

Торосферическая переборка представляет собой составную оболочку, выполненную из плавно сопряженных между собой частей тора и сферического сегмента. Такие переборки выполняются из деталей, полученных методом холодной или горячей штамповки. Центральная деталь переборки называется донышком, остальные — лепестками. Проверка прочности переборки производится:

— по средним напряжениям в сферическом сегменте вдали от опорного контура;

— по суммарным напряжениям в поперечном сечении торового элемента посередине его длины;

— по суммарным напряжениям в поперечном сечении обшивки корпуса вблизи линии соединения с торовым элементом.

Прочность рационально спроектированной торосферической переборки определяется, в основном, устойчивостью сферического сегмента. Поскольку изготовить полотно переборки строго сферической формы в производственных условиях практически невозможно, критическое давление оболочки оказывается более низким, чем определенное по теоретической формуле. Поэтому для учета начальной погиби в расчеты вводится поправочный коэффициент.

Сферические и торосферические концевые переборки соединяются с обшивкой прочного корпуса плавно (рис. 7.5).

Расстояние от стыка соединения концевой переборки с прочным корпусом до ближайшего шпангоута прочного корпуса должно составлять не более половины шпации.

Следует избегать жесткого присоединения к полотну концевых переборок настилов, цистерн и крупных фундаментов.

На концевых переборках, как правило, размещается большое количество вварных деталей. В их число входят:

— комингсы торпедных аппаратов;

— вварные детали для кабелей и систем;

— вварыши линии вала и приводов рулей.

Прочные цистерны

Прочные цистерны — это цистерны, которые в процессе эксплуатации, в том числе и аварийной, могут испытывать максимальное гидростатическое давление. Прочные цистерны располагаются как внутри, так и снаружи прочного корпуса (рис. 7.6), и по конструктивному оформлению подразделяются на приварные к прочному корпусу и отключенные.

При проектировании прочных цистерн первоначально с учетом имеющихся конструктивных требований определяется схема установки элементов цистерны. Для выбранной схемы выполняют расчеты статической прочности, для определения:

— толщины обшивки цистерны;

— толщины переборок, крыш, стрингеров;

— профиля продольного ребра подкрепления обшивки;

— профиля набора переборок, крыш, стрингеров;

— толщины обшивки ПК в районе цистерны.

Проверку прочности наружных цистерн и корпуса в районе их расположения выполняют для случая нагружения, когда давление внутри цистерны отсутствует — цистерна пустая или с водой, не заполняющей весь ее объем. Расчетное давление на обшивку цистерны принимают таким же, как для прочного корпуса [123].

Проверку прочности внутренних цистерн и корпуса в районе цистерн выполняют для двух случаев нагружения: цистерна пустая и цистерна заполнена водой под давлением.

Расчетное давление на обшивку цистерны, для случая, когда она заполнена водой под давлением, принимается таким же, как для прочного корпуса, а расчетная схема соответствует расчетной схеме для наружной цистерны.

Приварные прочные цистерны могут быть выполнены в виде оболочки, повторяющей обвод обшивки прочного корпуса и соединенной с ней цилиндрическим или плоским стрингером, а также с плоской крышей профиля продольного ребра подкрепления обшивки;

Торцы цистерн выполняются в виде плоских переборок, подкрепленных набором (рис. 7.7).

В плоскостях шпангоутов в цистернах устанавливаются бракеты с стойки облегчающими вырезами, которые также подкрепляются ребрами жесткости. Цилиндрическая обшивка цистерны может иметь подкрепление в виде продольных ребер жесткости. Плоские крыши цистерн, как правило, выполняются по продольно-поперечной системе набора, где роль поперечного набора выполняют бракеты в плоскости шпангоута и поперечные переборки, а продольного — ребра жесткости. Для доступа в цистерны на стрингерах, переборках цистерны и на обшивке прочного корпуса устанавливаются горловины.

Отключенная цистерна — это цистерна, герметичный контур которой формируется только ее конструкцией (рис. 7.8).

Конструкция отключенных цистерн, как правило, состоит из тех же элементов, что и конструкция прочного корпуса (оболочка, кольцевые ребра жесткости, торцевые переборки, внутренние переборки и т.п.). Если отключенная прочная цистерна размещена внутри прочного корпуса, то ее конструкция рассчитывается как сосуд с высоким внутренним давлением, работающий преимущественно на растяжение; если она находится вне прочного корпуса, то рассчитывается в соответствии с подходами, принятыми для прочного корпуса [135].

Отключенные цистерны характеризуются существенно более низким показателем удельной массы (масса / объем) по сравнению с приварными, однако для их размещения требуются большие пространства, поэтому на практике чаще применяются приварные прочные цистерны.

Комингс-площадки

Комингс-площадка — это конструкция, совмещенная с входным или погрузочным люками, служащая для сопряжения и фиксации аварийно-спасательных средств (АСС) с подводной лодкой.

Конструктивно комингс-площадка, как правило, выполняется в виде вертикально расположенной цилиндрической или конической оболочки, верхний торец которой заканчивается опорным фланцем, а нижний — плоским днищем, подкрепленным бракетами и кницами. На уровне опорного фланца расположены конструкции, которые фиксируют АСС в необходимом положении. Необходимо обратить особое внимание на полное соответствие опорных стыковочных конструкций подводных лодок любых типов и средств АСС, в том числе, и других стран.

Комингсы люков выполняются в виде цилиндрической оболочки, к торцам которой привариваются комингсы крышек люков. Прочный корпус в районе установки комингса, проходящего через обшивку ПК и разрезающего шпангоут, подкрепляется установкой продольных балок и, при необходимости, утолщением обшивки. Полки разрезаемого шпангоута притыкаются к ввариваемой конструкции при помощи книц (рис. 7.9).

Проверка прочности этих конструкций проводится по расчетным схемам, принятым для прочного корпуса.

Детали насыщения

К деталям насыщения относятся вварные и приварные детали, используемые для прохода систем и элементов устройств, механизмов, устанавливаемые на прочные корпусные конструкции с целью подкрепления и герметизации вырезов в этих конструкциях (рис. 7.10).

В зависимости от функционального назначения и требований к присоединительным элементам, детали насыщения конструктивно могут быть выполнены:

— с фланцевым соединением;

— с резьбой на торцах для штуцерного соединения;

— с разделкой торцов для присоединения труб с использованием сварки.

По конструктивно-технологическому исполнению они могут быть выполнены с постоянной или переменной толщиной по высоте стенкой, состоящими из двух или более частей, изготовленных из разных марок материалов. Для защиты от коррозии на внутренние и торцевые поверхности наносится антикоррозионное металлическое покрытие.

Отдельную группу составляют детали насыщения, используемые для прохода электрического кабеля. Они могут быть выполнены в виде стаканов и полустаканов.






Дата добавления: 2020-02-11; просмотров: 102;


Поделитесь с друзьями:

Вы узнали что-то новое, можете расказать об этом друзьям через соц. сети.

Поиск по сайту:

Введите нужный запрос и Знаток покажет, что у него есть.
Znatock.org - Знаток.Орг - 2017-2020 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей. | Обратная связь
Генерация страницы за: 0.015 сек.