Автoры: Аппoлoнoв Евгений Михайлoвич, Кудрин Михаил Алекcеевич, Маcлич Елена Алекcандровна, Федонюк Николай Николаевич, Шапошников Валерий Михайлович
Изобретение отноcитcя к области судостроения, касается конструирования расширительных соединений частей судовых надстроек. Расширительное соединение частей судовой надстройки содержит соединительный элемент, жестко связанный с обеими частями надстройки и верхней палубой. Соединительный элемент выполнен из материала с модулем упругости, меньшим модуля упругости материала надстройки, и размещен на продольных связях соединяемых частей надстройки. В качестве материала соединительного элемента используется полимерный композиционный материал. Соединительный элемент выполнен в виде плоской панели. Крепление соединительного элемента к продольным связям обеих частей надстройки и к верхней палубе осуществляется клееболтовым соединением. Достигается уменьшение весовых характеристик надстройки, повышается усталостная прочность узлов соединения надстройки с корпусом, обеспечивается герметичность помещений в надстройке. 2 ил.
Известно расширительное соединение частей судовой надстройки, содержащее вертикальный металлический гофр с основанием над верхней палубой и жестко встроенный в стенки обеих частей надстройки, а также съемный плоский барьерный компенсатор, выполненный с фланцем, соединяющим его с гофром и надстройкой (Авторское свидетельство
507481, Я.Б.Каганер, Т.И.Родионова, С.И.Гольдис "Расширительное соединение частей судовой надстройки", Бюллетень 11, 25.03.76) - прототип. Это расширительное соединение позволяет уменьшить величину концентрации напряжений в настиле верхней палубы, а также в районе жесткого соединения нижней точки вертикального гофра и стенки надстройки.
Однако в случае использования такого расширительного соединения не происходит значительного уменьшения концентрации напряжений в стенке надстройки в районе выреза под плоский барьерный компенсатор. Это связано с тем, что величина коэффициента концентрации напряжений напрямую зависит от радиуса скругления выреза в стенке надстройки, а его размеры ограничены поперечными габаритами вертикального гофра.
Также при использовании такого расширительного соединения происходит поднятие нижней точки основания вертикального гофра над верхней палубой, что уменьшает длину вертикального гофра и, следовательно, уменьшается степень отключения конструкций надстройки от участия ее в общем изгибе корпуса судна. При этом все конструктивные связи надстройки усиливаются и утяжеляются, что приводит к увеличению веса надстройки, и указанное расширительное соединение перестает выполнять свои непосредственные функции в полном объеме. Кроме того, в местах соединения основания вертикального гофра с фланцем плоского барьерного компенсатора возникает дополнительный район концентрации напряжений, обусловленный сложной геометрией сопряжения частей объемного гофра с плоским компенсатором, что на практике приводит к образованию трещин.
Наряду с перечисленными выше недостатками, рассматриваемое расширительное соединение имеет большую сложность изготовления и монтажа на судне.
Задачей заявляемого изобретения является уменьшение весовых характеристик надстройки, повышение усталостной прочности узлов соединения надстройки с корпусом, обеспечение герметичности помещений в надстройке, а также упрощение технологичности сборки и монтажа расширительного соединения.
Указанный технический результат достигается тем, что в расширительном соединении частей судовой надстройки, включающем соединительный элемент, жестко связанный с обеими частями надстройки и верхней палубой, по изобретению соединительный элемент выполнен из материала с модулем упругости (Е), меньшим модуля упругости материала надстройки, и размещен на продольных связях соединяемых частей надстройки.
При этом в качестве материала соединительного элемента используется полимерный композиционный материал. Кроме того, соединительный элемент выполнен в виде плоской панели. Наряду с этим крепление соединительного элемента к продольным связям обеих частей надстройки и к верхней палубе осуществлено клееболтовым соединением.
Выполнение соединительного элемента из материала с модулем упругости, меньшим модуля упругости (Е) материала надстройки, позволяет уменьшить величину напряжений, действующих в конструктивных элементах надстройки при общем изгибе корпуса судна. Степень уменьшения напряжений в надстройке определяется соотношением модуля упругости соединительного элемента с модулем упругости материала надстройки, а также количеством расширительных соединений по длине надстройки и их протяженностью.
Установка соединительных элементов на продольных связях (бортовых стенках, палубах, переборках и др.) соединяемых частей надстройки позволяет отключить их от участия в общем изгибе корпуса судна. Вследствие того, что продольные связи надстройки не будут воспринимать нагрузки от общего изгиба корпуса судна, толщины их конструктивных элементов могут быть уменьшены, и, следовательно, уменьшатся весовые характеристики всей надстройки.
Выполнение соединительных элементов с использованием готовых плоских панелей из полимерного композиционного материала упрощает технологичность сборки и монтажа расширительного соединения в надстройке судна.
Крепление соединительных элементов к продольным связям обеих частей надстройки и к верхней палубе с применением клееболтового соединения обеспечивает герметичность и непроницаемость всех внутренних помещений надстройки.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематически изображено судно с надстройкой, имеющей несколько расширительных соединений, и на фиг.2 схематически показано расположение соединительных элементов на продольных связях соединяемых частей надстройки.
Судно 1 (фиг.1) имеет длинную надстройку 2, установленную на верхней палубе судна 3 и разделенную на части расширительными соединениями 4.
Расширительное соединение 4 включает соединительный элемент 5 (фиг.2), выполненный, например, в виде плоской панели из полимерного композиционного материала, который крепится к продольным связям обеих частей надстройки: бортовым стенкам 6, палубам 7, переборкам 8 и др., а также к верхней палубе судна 3 с помощью клееболтовых соединений 9.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим способом. При изгибе корпуса судна 1 с длинной непрерывной надстройкой 2 в ней действуют напряжения и деформации от общего изгиба. Благодаря размещению в составе надстройки 2 расширительного соединения 4, включающего в себя соединительный элемент 5 из материала с модулем упругости (ЕС), меньшим модуля упругости материала надстройки (ЕН) 2, деформация соединительного элемента 5 происходит в большей степени, чем деформация соединяемых частей надстройки, при этом напряжения, действующие в соединительных элементах 5, уменьшаются пропорционально отношению модулей упругости (ЕС/ЕН). Указанные напряжения в соединительных элементах 5 плавно уменьшаются при переходе на соединяемые части надстройки: стенки 6, палубы 7 и продольные переборки 8. В результате этого происходит отключение длинной надстройки 2 от ее участия в изгибе корпуса судна 1. При этом так как продольные связи надстройки 6, 7, 8 не будут воспринимать нагрузки от общего изгиба корпуса судна 1, то толщины их конструктивных элементов могут быть уменьшены, и, следовательно, уменьшатся весовые характеристики всей надстройки 2. Использование для крепления панелей из полимерного композиционного материала клееболтового соединения 9 обеспечивает герметичность помещений надстройки и технологичность монтажа расширительного соединения в надстройке.
Численные расчеты и экспериментальные испытания подтвердили эффект снижения изгибных напряжений при использовании в составе расширительного соединения панели из полимерного композиционного материала с применением клееболтового соединения.
