г. Выкса Нижегородская область

     

3.3. Расчёт прочности оболочки и выбор материалов.

 Прочность оболочки. После выбора формы и уточнения главных размерений лодки производят расчет прочности ее оболочки. Для этого определяют внутреннее избыточное давление в камерах плавучести, возникающее при эксплуатации надувной лодки, и устанавливают максимальное натяжение материала камеры.

Внутреннее избыточное давление в оболочке лодки придает конструкции заданную форму и вызывает в материале изделия растягивающие продольные и поперечные натяжения. Для упрощения расчетов камеры бортов лодки рассматривают как камеры постоянного объема из-за незначительной способности к удлинению прорезиненных тканей вследствие присутствия в них армирующего слоя текстиля. В процессе эксплуатации лодки возможно увеличение избыточного давления за счет повышения температуры, случайных соударений и других факторов.

Из проведенных исследований известно, что максимальное увеличение внутреннего избыточного давления в оболочке происходит за счет изменения температуры окружающей среды, поэтому при расчете оболочки лодки на прочность первоначально определяют избыточное давление ризб вызванное возможным повышением температуры при различных условиях эксплуатации:

  Ризб = Р2 — Р0

 Здесь Р0  — атмосферное давление воздуха, равное 101 кПа (760 мм рт. ст.); Р2  — абсолютное давление воздуха в оболочке при предельных значениях абсолютной температуры Т2, К, окружающего воздуха, кПа, определяемое из известного уравнения

 Р2 = Р1Т2\ Т1

 где Р1 - абсолютное заданное рабочее давление воздуха в оболочке при средних значениях абсолютной температуры Т1 окружающего воздуха, кПа, равное р1 =р0 + р.  Практически рабочее избыточное давление р для надувных лодок выбирается в зависимости от назначения, конструкции, применяемых материалов, способа газонаполнения и составляет обычно для гребных и парусных лодок 8—13,3 кПа (60—100 мм рт. ст.), для моторных лодок 9,3—18,6 кПа (70-140 мм рт. ст.).

 Абсолютные температуры воздуха в оболочке при средних рабочих значениях температур  t1 окружающего воздуха определяются как Т1 = 273 + t1, а при предельных значениях температур t2 окружающего воздуха как Т2 =  273 + t2. Температуры эксплуатации t1 и t2 выбирают исходя из макроклиматических условий, в которых будет использоваться лодка (табл. 3.4).

 Таблица 3.4. Температура эксплуатации надувных лодок, °С

 

Таблица 3.5. Увеличение рабочей и предельной температур, °С

 

В связи с тем что надувные лодки эксплуатируются на открытом воздухе под воздействием солнечных лучей, средние значения рабочей температуры t1 и предельной температуры t2 уточняют (табл. 3.5). Дополнительно для изделий, у которых поверхности, нагреваемые солнцем, имеют цвет, отличный от белого или серебристо-белого, рабочие (а для изделий с неограниченным районом плавания также и предельные) температуры увеличивают на 5°С.

 Для вывода зависимости между избыточным давлением внутри оболочки и возникающим в материале продольным и кольцевым натяжениями рассмотрим надувную лодку как сумму геометрических тел цилиндрической, конической и тороидальной форм. Примем, что давление воздуха внутри оболочки лодки распределено равномерно по ее поверхности; в материале оболочки под воздействием внутреннего давления возникают только растягивающие натяжения.

Приведем формулы для расчетов натяжений каждой части оболочки лодки.

 Цилиндрическая пневмооболочка. У большинства надувных лодок борта в средней части являются цилиндрическими независимо от выбранной формы. Расчет натяжений цилиндрической пневмооболочки ведут по формулам

 Тп  = ризбr                  Тк = ризбr \ 2

 где Тп и Тк — продольное и поперечное (кольцевое) натяжения соответственно, Н/см; r  — радиус оболочки, см.

 В цилиндрической пневмооболочке разрыв при превышении давления наиболее вероятен по образующей цилиндра в продольном направлении при условии, что материал имеет одинаковую прочность по обоим направлениям (рис. 3.2).

 Коническая пневмооболочка. Конические пневмооболочки применяют как составные элементы в консольных оконечностях катамаранов и лодок U -образной формы, а также в некоторых конструкциях вертикальных перегородок. Натяжения в таких пневмооболочках равны

 Тп = ризб r \ cos a ;        Tк = ризб r \ (2cos a).

 Здесь  a  — половина  угла  при  вершине  конуса,  град;   r -радиус сечения, перпендикулярного оси симметрии, см.

Натяжения в вершине конуса равны нулю, на контуре основания — максимальны.

 Сферическая оболочка. Сферическую оболочку применяют в основном в тех же конструктивных элементах надувной лодки, что и коническую. Для сферической оболочки натяжения рассчитывают по формуле

 Тп = Тк = ризб r /2,

 где r радиус сферической поверхности, см. Натяжения в сферической поверхности равны между собой и постоянны по значению по всей ее поверхности.

 Тороидальная оболочка. Для упрощения расчетов условно принимают носовую оконечность лодки U -образной формы, а также носовую и кормовую оконечности лодки О-образной формы тороидальными. Поперечное натяжение, возникающее в такой оболочке, определяют по формуле

 Тк = ризб r /2,

 где r радиус окружности тора, см. Продольное натяжение на внешней поверхности тороидальной оболочки равно

Тп = ризб  r (2R + r)/[2(R + r)],

  а  на  внутренней  поверхности

 Тп изб r (2R-r)/[2(R-r)].

 Здесь  R  — радиус  вращения  сечения  вокруг   вертикальной оси (радиус тора), см.

 Поперечные натяжения тороидальной оболочки повсюду имеют равное значение, а продольные на внутренней области больше, чем на внешней.

В многочисленных работах по расчету напряжений надувных лодок установлено, что наиболее слабым местом в конструкции надувной лодки U -образной и О -образной форм является внутренняя поверхность тороидальных частей оболочки. Вероятность разрыва оболочки от превышения рабочего давления в этом месте наибольшая. Поэтому расчет натяжений, возникающих в лодке, необходимо делать для внутренних частей элементов лодки тороидальной формы. Для катамаранов и тримаранов расчет натяжений, возникающих в поплавке, следует вести по натяжениям, возникающим в цилиндрической оболочке.

Конечной целью расчетов является выбор наибольших значений Тп и Tk, которые могут возникнуть в конструкции корпуса надувной лодки от действия на него различных эксплуатационных нагрузок. Выбранные наибольшие значения натяжений обычно умножают на запас прочности конструкции. Для надувных парусных, гребных лодок и лодок с моторами малой мощности запас прочности должен быть не менее трех, для лодок с моторами средней и большой мощности и лодок специального назначения — не менее пяти. Запас прочности учитывает и напряжения в материале, возникающие от изгибающих моментов в бортах при полной загрузке, различных динамических нагрузок и усилий, появляющихся вследствие действия местных напряжений в отдельных узлах.

 Материал и тип шва. Прорезиненные ткани для оболочки подбирают по справочникам исходя из максимальных продольных и поперечных натяжений с учетом запаса прочности. После выбора прорезиненной ткани обратным расчетом определяют действительный запас прочности. Необходимо принимать во внимание, что запас прочности должен компенсировать уменьшение прочности прорезиненной ткани, происходящее с течением времени эксплуатации в результате ее старения. Ткань днища должна выдерживать максимальную нагрузку, действующую на днище.

Особенностями ткани для днища являются ее увеличенная  каркасность и минимальное удлинение под нагрузкой. При выборе прорезиненной ткани следует учитывать экономические факторы, влияющие на стоимость готовой лодки.

 Тип шва, соединяющего отдельные элементы лодки, зависит от конструкции бортов лодки и предполагаемой технологии изготовления, а также материала оболочки. Применяют швы трех типов: сварной, клееный или клеепрошитый. По характеру соединения элементов лодок швы подразделяют на несколько видов (рис. 3.3). Наибольшее распространение нашли нахлесточный, стыковой, рантовый (гребешковый) швы и их различные модификации. Конструкция швов должна обеспечивать герметичность и прочность, близкую к прочности выбранного материала.

 Клееные и клеепрошитые швы имеют ширину, как правило, 20 — 40 мм в зависимости от прочности соединения, выбранных материалов и технологии изготовления изделия. Данные экспериментальных работ по установлению влияния ширины шва на его прочность показывают, что увеличение ширины шва более 40 мм ведет лишь к незначительному повышению прочности соединения.

Прочность прошитого шва всегда ниже прочности ткани, что объясняется ослаблением материала при прошивке и возникновением концентрации напряжений в местах прокола ткани иглой. Прочность шва определяется прочностью ткани и ниток, параметрами строчек и количеством их, расстоянием между строчками. Исходя из опыта проектирования длина стежка для нахлесточных швов должна быть равной 5 — 6 мм, расстояние между строчками 10—15 мм, прочность применяемых ниток 100—150 Н.

 Для испытаний прочности шва образец шириной 5 см, соединенный швом выбранной конструкции с зоной склейки аналогичных размеров, подвергают действию статической нагрузки в течение 4 ч при температуре 60 °С. Нагрузку вычисляют по формуле

 H =3,68d (1,16p+ 0,14),

 где d максимальный диаметр борта, см; р — рабочее избыточное давление при 20 °С, Па. Образец считают выдержавшим испытания, если на всем соединении не появилось трещин и сдвигов.

Приведенные формулы позволяют спроектировать надувную лодку с элементами, имеющими достаточную прочность. Подробные расчеты таких элементов, как днище, транец, елань, кильсон и т. п., на практике не требуются, однако в каждом конкретном случае они могут быть выполнены наряду с другими расчетами, например, расчетами остойчивости, усилия для возвращения перевернутой лодки в исходное положение, напряжения в материале борта в зависимости от изгибающих моментов. Результаты расчетов сверяют с результатами практических испытаний опытных образцов.

 Предыдущая страница        Содержание      Следующая страница

 
 

 

Смотрите на сайте:
 

Видео ловли плотвы

Как ловить плотву, видео

Как сделать мормышку

Как делать мормышки.

Ловля на балансир

Ловля балансиром.

Форма для воблеров

Воблеры в домашних условиях.

       

Мормышки для плотвы

Плотвиные мормышки.

Копчение рыбы

Горячее копчение рыбы.

Прикормка для плотвы

Прикормка своими руками.

Карта реки Ока 1х1

Карта Оки.

 
       

Как привязать мормышку. Видео

Привязываем мормышку паровозом.

Окунь на мормышку

Блесны для окуня.

Как насадить мотыля

Насадка мотыля на крючок.

Календарь рыболова

Рыболовный календарь.

Техника ловли жерлицей

Ловля жерлицами.

Видео хранения мотыля

Видео хранения мотыля

Жерлицы. Практика

Видео ловли жерлицей.

Мормышки для окуня

Окуневые мормышки.

Необычные приманки
Необычные воблеры.

Ловля ерша

Ерш.

Блесна для отвески

Блесна для отвесного блеснения с лодки.

Фото грибов в лесу

Фотки грибов.

  

  Рыболовный сайт Фарватер

 

 

 

 

Copyright © 2004-2016