Конструкции внутри прочного корпуса подводных лодок

Внутренние корпусные конструкции предназначены для деления объема прочного корпуса на функциональные помещения, в которых размещаются боевые и технические средства корабля, а также его экипаж.

К ним относятся межотсечные переборки, внутренние цистерны различного назначения, прочные и легкие настилы и различные выгородки, аккумуляторные ямы (рис. 7.11).

В зависимости от назначения конструкции на нее действуют различные категории нагрузок.

1. Межотсечные переборки — определяющей является аварийная нагрузка, возникающая при затоплении отсека на определенной глубине.

2. Легкие цистерны, расположенные внутри прочного корпуса, — основным является внутреннее давление в цистерне, соответствующее условиям гидравлических или пневматических испытаний, величина которого назначается в соответствии с величиной рабочей нагрузки. Испытательное давление цистерны превышает рабочее.

3. Прочные настилы — определяющим является спецификационное давление, заданное в ТЗ и обеспечивающее надводную непотопляемость подводной лодки.

4. Легкие настилы — основными являются эксплуатационные (от массы оборудования) и инерционные, возникающие при сотрясениях корпуса от воздействия противолодочного оружия, нагрузки. В общем случае эксплуатационные нагрузки служат определяющими для обеспечения необходимой жесткости конструкции, а инерционные (динамические) — для определения прочности конструктивных элементов.

5. Выгородки для размещения аккумуляторных батарей — основной является инерционная нагрузка от аккумуляторных батарей при сотрясениях корпуса от воздействия противолодочного оружия.

Поэтому для большинства перечисленных конструкций необходимо проводить расчеты прочности, которые носят проверочный характер, т.е. величины нагрузок и размеры элементов конструкции известны, и материал для их изготовления выбран.

Конструкции цистерн, настилов палуб, легких металлических выгородок, аккумуляторных ям изготавливаются из низколегированных судостроительных сталей. Для конструкций межотсечных переборок используются стали, применяемые для прочного корпуса.

Проверочный расчет должен подтвердить наличие необходимого запаса прочности. При этом прочность считается обеспеченной, если расчетные значения параметров, характеризующих напряженно-деформированное состояние, не превосходят допускаемых значений при расчетной нагрузке.

Расчеты прочности, в общем случае, должны содержать следующие основные разделы:

— определение величины и характера внешних нагрузок, действующих на внутренние конструкции;

— определение наибольших напряжений в конструкциях и сравнение их с допускаемыми;

— проверка устойчивости и перемещений конструкции (в необходимых случаях).

Расчетные нагрузки определяются путем введения коэффициента (kj) к величине эксплуатационной нагрузки Р. Как правило, kj >1. Величина коэффициента запаса по нагрузке назначается в зависимости от характера внешних нагрузок и от принятых допущений методов расчета.

Большинство внутренних конструкций плоские и представляют собой обшивку, подкрепленную набором, идущим в двух направлениях. В общем случае жесткость набора по этим направлениям различна:

— балки меньшей жесткости служат для подкрепления непосредственно пластины — вспомогательный набор;

— балки большей жесткости служат опорой для вспомогательного набора — основной набор.

При определении расчетных напряжений в конструктивных элементах принимаются следующие допущения:

— пластины рассматриваются как абсолютно жесткие, закрепленные на жестком контуре;

— вспомогательный набор рассматривается как однопролетная балка, жестко опертая на балки основного набора;

— основной набор рассматривается как однопролетные или многопролетные балки, имеющие жесткие опоры.

Определение расчетных напряжений в элементах конструкции, как правило, производится в предположении возможности возникновения пластических деформаций в опорных сечениях. Такой подход позволяет существенно снизить массу, а его надежность подтверждена результатами многочисленных экспериментальных работ и опытом эксплуатации спроектированных по этому методу конструкций. Расчетные напряжения в элементах конструкции определяются по известным формулам строительной механики.

Допускаемые напряжения и запасы устойчивости назначаются с учетом следующих факторов:

— характер действия внешних нагрузок, т.е. степени их постоянства;

— точность определения внешних усилий, действующих на конструкцию;

— соответствие напряжений, вычисленных по примененным расчетным схемам и формулам, действительной картине распределения напряжений в сечениях конструкции;

— влияние на прочность конструкции технологии ее изготовления, связанной с изменением механических свойств материала и строительными деформациями;

— накопленный опыт постройки и эксплуатации конструкций, аналогичных проектируемой;

— срок службы конструкции.

При расчетных нагрузках нормальные и касательные напряжения в расчетных сечениях не должны превышать допускаемые напряжения (σ доп.), которые определяются как

Коэффициенты запаса по напряжениям для нормальных и касательных напряжений, разумеется, имеют разные значения.

При расчетных нагрузках критические напряжения элементов конструкции должны быть выше действующих сжимающих напряжений: