Государственное санитарно-эпидемиологическое нормирование Российской Федерации

2.2.4. ФИЗИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СРЕДЫ

Расчетная оценка уровней вибрации в обитаемых помещениях морских судов

Методические указания МУ 2.2.4.1518—«3

Издание официальное

Минздрав России Москва • 2004

2.2.4. ФИЗИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СРЕДЫ

Расчетная оценка уровней вибрации в обитаемых помещениях морских судов

Методические указания МУ 2.2.4.1518—03

МУ 2.2.4.1518—03

4.2,2. Определение основных собственных частот палуб помещений

Методика расчета вибрации палуб помещений рассматривается ниже на примере жилых ярусов надстроек, однако может быть распространена и на палубы помещений, расположенных в корпусе. Палубы ярусов надстроек представляют собой плоские перекрытия, набранные по продольной или поперечной системе набора и разделенные с помощью системы несущих металлических выгородок на ряд полей. Расчету подлежат низшие собственные частоты пластин настила и подкрепляющего набора этих полей. Для некоторых конструктивных типовых вариантов основные частоты этих элементов поля можно определить с помощью аналитических формул.

4.2.2Л. Блок кают при поперечной системе набора

Колебания конструкций этого типа (рис. 2) характеризуются двумя собственными частотами, одна из которых является низшей собственной частотой бимса и соответствует колебаниям палубного перекрытия в целом, а вторая - первой частотой палубного настила, подкрепленного бимсами, и характеризует колебания пластин настила относительно бимсов.

Низшая собственная частота бимсов Ец определяется из условия свободного опирания их по концам:

(4)

^ть =Р-(фА ••* + /(,)> где

/ - расчетная длина пролета бимса, м;

Е - модуль нормальной упругости материала конструкции, Па; т_ь - погонная масса бимса, кг/м\

i_b - момент инерции бимса с присоединенным пояском настила, м⁴\ р - плотность материала конструкции, кг/м³;

8_п - толщина палубного настила, м; s - расстояние между бимсами, м\

f_b - площадь поперечного сечения бимса без присоединенного пояска настила, м²;

ф - коэффициент, учитывающий увеличение погонной массовой

нагрузки бимса за счет массы изоляции, покрытий, подпа-

МУ 2.2.4.1518—03

4.2.2.2. Блок кают при продольной системе набора

В этом случае (рис. 3), характерным является возможность проявления трех различных собственных частот конструкции. Из них одна является низшей собственной частотой бимса и характеризует колебания палубного перекрытия в целом. Вторая является низшей собственной частотой ребер жесткости и соответствует колебаниям поля перекрытия между бимсами.

Третья частота соответствует колебаниям пластин палубного настила между ребрами жесткости. Используя приведенные выше формулы, можно определить каждую из трех основных собственных частот:

♦    частоту бимса с пролетом й, считая его свободно опертым по концам;

♦    частоту продольного ребра жесткости с пролетом /, считая его свободно опертым на бимсах;

♦    частоту пластин настила, как балки-полоски с пролетом s, свободно опертой на продольных ребрах жесткости.

1	1 1 1	1 1
—1- 1 -х.		-1- 1
I 1	1 1	1 |
1		1 , 1
I__1__1	1_.	1 | 1- _1 I 1
■ "_!---L-_А----А-1---!-!-

IT

Рис. 3. Типовая схема палубного перекрытия с продольной системой набора.

В более сложных случаях конструкций палуб, когда палубное перекрытие подкреплено системой перекрестных балок (рис. 4), частоты свободных колебаний такого перекрытия в целом рассчитываются методом конечных элементов.

МУ 2.2.4.1518—03

Рис. 4. Типовая схема палубного перекрытия с промежуточным карлингсом и усиленными бимсами.

43. Расчетное прогнозирование уровней вынужденной вибрации палуб помещений

Расчет вынужденной вибрации палуб обитаемых помещений производится после обеспечения условий отсутствия резонанса надстройки в целом с лопастной частотой (п. 4.1). Если возможность такого резонанса в результате расчета свободных колебаний обнаружена, то должны быть обязательно приняты меры по его устранению.

Расчет вынужденной вибрации палуб производится в два этапа:

♦    на первом этапе рассчитывается вибрация жестких связей корпуса и надстройки, являющихся опорным контуром и источником кинематического возбуждения для палуб помещений;

♦    на втором этапе определяются уровни вибрации самих палуб помещений с учетом динамической добавки, обусловленной колебаниями палубы относительно ее опорного контура.

43.1. Расчет вынужденной вибрации жестких связей

Определение уровней вибрации жестких связей корпуса и надстройки производится с помощью их плоской пластинчато-стержневой схематизации, которая использовалась ранее для расчета свободных колебаний (п. 4.2.1).

13

МУ 2.2.4.1518—03

В качестве основных гармоник периодических возмущающих сил для судов, плавающих по чистой ото льда воде, рассматриваются вертикальные усилия первого, лопастного и удвоенного лопастного порядков от работающих гребных винтов, а также вертикальные усилия и моменты основных порядков дизелей. Рекомендации по вычислению возмущающих сил даны в прилож. 5 и 6. Равнодействующая сил, индуцируемых гребными винтами, прикладывается в сечении, ближайшем к диску гребного винта. Силы, возбуждаемые главным дизелем, прикладываются в центре тяжести дизеля. Момент, индуцируемый дизелем, заменяется парой сил.

Рекомендации по учету неупругого сопротивления при расчете вынужденной вибрации приведены в прилож. 4.

4.3.2. Определение уровней вибрации палуб помещений

Уровни продольной вибрации палуб помещений принимаются равными уровням вибрации жестких связей, на которые эти палубы опираются. Уровни вертикальной вибрации палуб в октавах со среднегеометрическими частотами 2 и 4 Гц также принимаются равными уровням вибрации жестких связей. В октавах со среднегеометрическими частотами 8, 16, 31,5 и 63 Гц рассчитываемые уровни вертикальной вибрации палуб определяются как сумма уровня вибрации опорного контура и динамической добавки, учитывающей колебания палубы относительно ее опорного контура.

При выполнении требований по исключению резонансных колебаний палуб (п. 4.1) указанная добавка к уровню вибрации опорного контура палубного перекрытия в соответствующей октаве составляет:

0 дБ - в октавах со среднегеометрическими частотами 2 и 4 Гц;

3 дБв — в октаве со среднегеометрической частотой 8 Гц;

6 дБв - в октавах со среднегеометрическими частотами 16,31,5 и 63 Гц.

При возможности резонансов элементов палубы с какой-либо из частот возмущающих сил, соответствующая дискретная составляющая ускорения опорного контура должна быть увеличена на 18 дБ.

14

МУ 2.2.4.1518—03

5. Расчетное прогнозирование вибрации в помещениях ледоколов и судов ледового плавания

5.L Особенности вибрационных расчетов

Особенности вибрационных расчетов судов ледового плавания и, главным образом, ледоколов по сравнению с обычными транспортными судами можно разделить на две части:

♦    особенности, непосредственно связанные с их движением во льдах, приводящие, вследствие динамического взаимодействия корпуса и гребных винтов со льдом, к возникновению широкополосного спектра возбуждения вибрации и изменению диссипативных характеристик корпуса;

♦    особенности построения расчетной модели судна, связанные с особенностями архитектуры ледоколов (малое отношение L/B, наличие протяженных надстроек), приводящие к изменению эффективных жесткостей корпуса, а также присоединенных масс воды. Рекомендации по вычислению этих параметров даны в [2].

Определение уровней вибрации в помещениях рассматриваемой в настоящем разделе группы судов производится в два этапа - сначала на чистой воде, а затем во льдах.

На первом этапе уровни вибрации рассчитываются на действие сил от работающих гребных винтов и механизмов, на втором этапе, кроме того, учитываются силы динамического взаимодействия корпуса со льдом.

В качестве расчетного режима плавания во льдах, при прогнозировании вибрационных условий обитания на ледоколах, в настоящее время обычно принимается режим движения в сплошном ровном ледовом поле со скоростью 40—60 % от спецификационной на чистой воде при мощности энергетической установки 70—90 %. Толщина льда, соответствующая этим условиям, определяется по кривым ледопроходимости.

5,2. Возмущающие силы в ледовых условиях плавания

При определении параметров вынужденной вибрации во льдах принимается, что возмущающие силы от гребных винтов и дизельных энергетических установок непосредственно не зависят от наличия ледовых условий и вычисляются так же, как для соответствующих чисел оборотов на чистой воде.

Возмущающие силы, обусловленные ударным взаимодействием носовой части корпуса со льдом, определяются через функцию спек-

15

МУ 2.2.4.1518—03

тральной плотности S(cot, v) (о?~ частота колебаний, у-скорость судна). Математическая модель для вычисления этой функции, построенная на основании натурных экспериментальных данных [3], предусматривает аппроксимацию функции S(c$ v) в виде:

S((a,v) — ц*v^x-Xl -со'*¹    (9)

Параметры %₉ % ₉ р, зависят от параметров ледовых полей. Вид этих

зависимостей определен экспериментально для судов различного водоизмещения и большого набора ледовых условий. Алгоритм расчета вынужденной вибрации жестких связей корпуса и надстройки под действием усилий ударного взаимодействия корпуса судна со льдом сводится к поочередному вычислению дискретных составляющих вибрации с последующим их суммированием в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 2, 4 и 8 Гц.

За точку приложения силы ударного взаимодействия корпуса судна со льдом принимается сечение носового перпендикуляра, а сама сила считается действующей в вертикальном направлении.

5.3. Коэффициенты демпфирования в ледовых условиях плавания

Коэффициенты демпфирования вибрации судна при плавании по чистой воде и во льдах существенно различаются.

На чистой воде значения коэффициентов демпфирования у принимаются в соответствии с рекомендациями прилож. 4. Во льдах физическая природа демпфирования низкочастотной вибрации корпуса меняется, соответственно меняется и математическая зависимость для определения коэффициентов демпфирования. При расчетах вынужденной вибрации в диапазоне частот первых пяти тонов свободных колебаний корпуса, коэффициенты демпфирования для ледовых условий плавания

t вычисляются по формуле:

у^=у + а-t-K(n), где    (10)

у - коэффициент демпфирования колебаний корпуса на чистой воде;

t - толщина льда, м;

п - номер тона свободных колебаний;

а - эмпирический коэффициент, значение которого приведено в [2];

16

МУ 2.2.4.1518—03

K(n) - редукционный коэффициент, зависящий от номера тона и принимаемый равным значению соответствующего коэффициента при вычислении присоединенных масс воды.

Для последующих тонов колебаний корпуса (шестого и выше) коэффициент принимается равным 0,05.

6. Расчетное прогнозирование вибрации в помещениях малотоннажных судов

6Л. Требования к значениям собственных частот

К данной группе судов относятся рыбопромысловые суда, буксиры, малые ледоколы и пр. К особенностям этих судов следует отнести:

♦    малое отношение UB\

♦    использование в качестве главных двигателей среднеоборотных дизелей;

♦    небольшие надстройки;

♦    расположение жилых и служебных помещений в непосредственной близости от машинного отделения.

Основными факторами, определяющими возможность возникновения повышенной вибрации в помещениях, как правило, являются:

♦    в октаве со среднегеометрической частотой 16 Гц — совпадение или близость низших собственных частот вертикальных колебаний корпуса и лопастной частоты;

♦    в октаве со среднегеометрической частотой 31,5 Гц - совпадение или близость низших собственных частот палуб помещений и частот основных порядков среднеоборотных дизелей.

Проблема резонансных продольных колебаний надстройки в целом для данной группы судов обычно не возникает.

Основные требования, предъявляемые к собственным частотам корпуса и корпусных конструкций малотоннажных судов, формулируются следующим образом:

♦    собственные частоты первых трех тонов свободных вертикальных колебаний корпуса должны отличаться от частот возмущающих сил первого порядка от работающих гребных винтов и главных двигателей не менее чем на 10 %;

♦    низшие собственные частоты палуб обитаемых помещений должны превышать частоты возмущающих сил от работы гребных вин-

17

МУ 2.2.4.1518—03

тов и главных двигателей не менее чем на 30 % для балок набора и не менее чем на 50 % для пластин настила.

6.2. Расчеты свободных колебаний и уровней вынужденной вибрации

Расчеты свободных колебаний и уровней вынужденной вибрации производятся в соответствии с правилами, изложенными в п. 4.2 и 4.3. Рекомендации по вычислению эффективных жесткостей корпуса, а также присоединенных масс воды, учитывающие архитектуру малотоннажных судов, даны в прилож. 2 и 3.

7. Рекомендации по снижению уровней вибрации в обитаемых судовых помещениях

Настоящие рекомендации имеют целью дать возможность конструктору в процессе проектирования предусмотреть комплекс конструктивных мероприятий, необходимых для обеспечения условий обитания в судовых помещениях, в соответствии с требованиями санитарных норм вибрации. Рекомендации разработаны на основании многолетнего опыта расчетно-теоретических и экспериментальных исследований вибрации на судах различных типов и назначений, а также опыта их практического применения при проектировании этих судов.

7.1. Морские транспортные суда

7.1.1. Октавы со среднегеометрическими частотами 2 и4Гц

Основными причинами возникновения повышенной вибрации в этих октавах являются совпадения низших собственных частот вертикальных колебаний корпуса судна с частотами возмущающих сил первого и второго порядков. В связи с этим на стадии проектирования следует предотвращать резонансы указанных частот, например, путем подбора рациональной балластировки судна, а также применить гребные винты и дизели с малой неуравновещенностью.

7. L2. Октава со среднегеометрической частотой 8 Гц

Основными причинами возникновения повышенной вибрации в этой октаве обычно являются:

♦ резонанс основной частоты продольных колебаний островной надстройки с лопастной частотой;

МУ 2.2.4.1518—03

♦ высокий уровень возмущающих сил лопастного порядка, индуцируемых гребным винтом.

Главными факторами, определяющими численное значение основной частоты надстройки, являются - ее высота, жесткость на сдвиг и жесткость крепления к корпусу.

Для жестко закрепленных надстроек приближенно можно считать, что их основная частота пропорциональна отношению

Vg-f

—:—, где п

h - высота надстройки,

G - модуль сдвига материала обшивки стенок надстройки,

F - площадь сечения продольных стенок и переборок, работающих на сдвиг.

Сдвиговая жесткость G ■ F пропорциональна суммарной толщине боковых наружных стенок и плоских внутренних переборок. При этом основной вклад в нее вносят продольные стенки, совмещенные друг с другом по высоте в одной плоскости.

Надстройка может считаться жестко скрепленной с корпусом, если ее торцевые наружные стенки совмещены с основными поперечными переборками корпуса, а боковые наружные стенки и внутренние несущие переборки опираются на борта, либо на выгородки, конструктивно доведенные до двойного дна. Податливость крепления надстройки оказывает существенное влияние на основную частоту, если жесткость опорных конструкций составляет менее (0,5—1,0)*10⁸Н/м. При обнаружении резонансной вибрации на готовом судне для повышения собственной частоты надстроек иногда можно рекомендовать установку распорок. На рис. 5 показана схема установки наклонных распорок в плоскостях наружных стенок, рекомендованная для повышения частоты надстройки одного из морских судов. Расчетное увеличение частоты при этом составило 7 %.

Известным способом исключения резонансных колебаний, выявленных на готовом судне, является замена штатного винта на винт с другим числом лопастей.

Величина возмущающих сил лопастного порядка, индуцируемых гребным винтом, главным образом определяется его геометрическими параметрами и расположением за корпусом судна, а также степенью неравномерности потока в диске винта. Существенное влияние на воз-

19

ББК 51.24

Р24

Р24 Расчетная оценка уровней вибрации в обитаемых помещениях морских судов: Методические указания.— М.: Федеральный центр госсанэпиднадзора Минздрава России, 2004.— 36 с.

ISBN 5—7508—0513— 1

1.    Разработаны: Медико-технический центр гигиены объектов судостроения, морской техники и транспорта ФГУП «Центральный научно-исследовательский институт им. академика А. Н. Крылова» (В. П. Копченов, И. М. Белов - руководитель творческой группы, В. С. Бояновский, к. т. н. Э. И. Ива-нюта, к. т. н. Ю. А. Никольский).

2.    Утверждены Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации, Первым заместителем Министра здравоохранения Российской Федерации Г. Г. Онищенко 29 июня 2003 г.

3.    Вводятся в действие с 30 июня 2003 г.

4.    Введены впервые.

ББК 51.24

Редакторы Кожока Н. В., Максакова Е. И. Технический редактор Григорьев А. А. Подписано в печать 02.06.04 Формат 60x88/16    Печ. л. 2,25

Заказ 50

Тираж 1000 экз.

Министерство здравоохранения Российской Федерации 101431, Москва, Рахмановский пер., д. 3

Оригинал-макет подготовлен к печати и тиражирован Издательским отделом Федерального центра госсанэпиднадзора Минздрава России 125167, Москва, проезд Аэропорта, 11.

Отделение реализации, тел. 198-61-01

© Минздрав России, 2004 © Федеральный центр госсанэпиднадзора Минздрава России, 2004

МУ 2.2.4.1518—03

буждаемые винтом переменные нагрузки оказывает пульсирующая кавитация на лопастях.

Рис. 5. Схема установки наклонных распорок на судовой надстройке.

Величина неравномерности потока в диске гребного винта зависит от обводов кормовой оконечности, геометрии и расположения выступающих частей, а также расположения винта за корпусом судна. С целью снижения неоднородности поля скоростей в диске винта рекомендуется [4]:

♦    при проектировании одновальных судов со средним значением коэффициента общей полноты корпуса (0,65 < 8 < 0,8) применять в кормовой оконечности U-образные и умеренно U-образные шпангоуты;

♦    для быстроходных одновальных судов с малой полнотой обводов (8 < 0,65) целесообразно применение умеренно U-образных кормовых шпангоутов. Наиболее эффективным средством выравнивания потока для этого типа судов является использование кормовой бульбовой наделки;

♦    для судов большой полноты (8 >0,8, танкеры, рудовозы) с целью уменьшения неравномерности потока предпочтительнее использовать V-образные и умеренно U-образные кормовые шпангоуты;

♦    на двухвальных судах с выкружками рационально использовать наружное вращение гребных винтов, а угол наклона кронштейна выкружки к основной плоскости принимать равным 20—40 градусов.

20

МУ 2.2.4.1518—03

Содержание

1.    Область применения.............................................................................................4

2.    Нормативные ссылки............................................... 5

3.    Общие положения.................................................................................................5

4.    Расчетное прогнозирование уровней вибрации палуб помещений

морских транспортных судов....................................................................................6

4.1.    Требования к значениям собственных частот.................................6

4.2.    Расчеты свободных колебаний..........................................................7

4.3.    Расчетное прогнозирование уровней вынужденной вибрации палуб помещений..........................................................................13

5.    Расчетное прогнозирование вибрации в помещениях ледоколов и

судов ледового плавания.........................................................................................15

5.1.    Особенности вибрационных расчетов............................................15

5.2.    Возмущающие силы в ледовых условиях плавания......................15

5.3.    Коэффициенты демпфирования в ледовых условиях плавания..........................................................................................................16

6.    Расчетное прогнозирование вибрации в помещениях малотоннажных судов..................................................................................................................17

6.1.    Требования к значениям собственных частот...............................17

6.2.    Расчеты свободных колебаний и уровней вынужденной

вибрации...................................................................................................18

7.    Рекомендации по снижению уровней вибрации в обитаемых судовых помещениях.......................................................................................................18

7.1.    Морские транспортные суда...........................................................18

7.2.    Малотоннажные суда.......................................................................25

7.3.    Суда ледового плавания и ледоколы..............................................26

Заключение...............................................................................................................26

Приложение 1. Приближенная оценка значения основной

частоты надстройки на ранних стадиях проектирования....................27

Приложение 2. Определение эффективной жесткости судовых корпусов............................................................................................29

Приложение 3. Определение присоединенных масс жидкости..........................................................................................................30

Приложение 4. Определение параметров демпфирования колебаний корпусных конструкций..........................................................32

Приложение 5. Определение периодических усилий, обусловленных работой гребных винтов.....................................................33

Приложение б. Определение неуравновешенных усилий, генерируемых судовыми дизелями............................................................34

Библиографические данные....................................................................................35

3

МУ 2.2.4.1518—03

УТВЕРЖДАЮ Главный государственный санитарный врач Российской Федерации,

Первый заместитель Министра здравоохранения Российской Федерации Г. Г. Онищенко 29 июня 2003 г.

Дата введения: 30 июня 2003 г.

2.2.4. ФИЗИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СРЕДЫ

Расчетная оценка уровней вибрации в обитаемых помещениях морских судов

Методические указания МУ 2.2.4.1518—03

1. Область применения

1.1.    Методические указания устанавливают правила расчетов вибрации в обитаемых помещениях судов на стадии проектирования в обеспечение мероприятий по предотвращению повышенной вибрации и по снижению ее до допустимых уровней, согласно п. 8.1 санитарных норм СН 2.5.2.048—96 «Уровни вибрации на морских судах».

1.2.    Методические указания предназначены для организаций, осуществляющих проектирование морских судов и центров госсанэпиднадзора, осуществляющих государственный санитарно-эпидемиологический надзор.

1.3.    Методические указания распространяются на расчеты вибрации однокорпусных водоизмещающих морских судов длиной более 30 м, плавающих по чистой воде и во льдах.

4

МУ 2.2.4.1518—03

2. Нормативные ссылки

2.1.    Федеральный закон «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» от 30 марта 1999 г. № 52-ФЗ.

2.2.    Санитарные нормы СН 2.5.2.048—96 «Уровни вибрации на морских судах».

2.3.    Правила классификации и постройки морских судов. Морской Регистр судоходства Российской Федерации, 1999.

3. Общие положения

3.1.    Целью расчетов является определение уровней вибрации палуб помещений в местах пребывания экипажа и пассажиров.

3.2.    Расчету подлежат продольная и вертикальная составляющие вибрации в октавах со среднегеометрическими частотами 2, 4, 8, 16, 31,5 и 63 Гц, полностью определяющие вибрационные условия обитания на судах.

3.3.    Расчет производится для спецификационных вариантов загрузки судна на основных эксплуатационных режимах.

3.4.    В качестве основных источников вибрации в судовых помещениях рассматриваются:

♦    работающие гребные винты;

♦    главные малооборотные и среднеоборотные дизельные энергетические установки.

Для судов ледового плавания и ледоколов, помимо вышеуказанных возмущающих сил, учитываются также усилия от ударного взаимодействия корпуса со льдом.

3.5.    В качестве основного метода расчетов используется метод конечных элементов (МКЭ). Методические указания ориентированы на использование компактных типовых расчетных схематизаций, позволяющих максимально снизить трудоемкость расчета при сохранении достаточной для практики точности. Правила сведения реального корпуса и надстройки к компактным моделям базируются на результатах теоретических и экспериментальных исследований, а также на опыте расчетов по натуроподобным моделям [1].

3.6.    Структура и порядок расчетов в общем виде представляются следующим образом:

♦    на первом этапе для оценки возможности возникновения резонансных явлений в диапазоне изменения частот основных гармоник перио-

5

МУ 2.2.4.1518—03

дических возмущающих усилий выполняются расчеты частот свободных колебаний корпуса судна в целом, надстройки и палуб помещений;

♦    на втором этапе выполняются расчеты уровней вынужденной вибрации палуб обитаемых помещений и оценивается их допустимость;

♦    на третьем этапе (при необходимости) разрабатываются рекомендации по применению конструктивных или других мероприятий, направленных на снижение уровней повышенной вибрации, оценивается эффективность и достаточность принятых для этого в каждом конкретном случае мер.

4. Расчетное прогнозирование уровней вибрации палуб помещений морских транспортных судов

4.L Требования к значениям собственных частот

Морские транспортные суда, как правило, имеют компактную многоярусную надстройку, а в качестве главного двигателя - мало оборотный или среднеоборотный дизель. Сопоставление возможных значений низших собственных частот корпуса, надстройки и палуб помещений этой группы судов с диапазоном частот, в котором в процессе эксплуатации судна изменяются частоты возмущающих сил от работы гребных винтов и главных двигателей, позволяет заключить, что основными факторами, определяющими возможность возникновения повышенной вибрации в помещениях, как правило, являются:

♦    в октавах со среднегеометрическими частотами 2 и 4 Гц - совпадение или близость низших частот свободных вертикальных колебаний корпуса и частот возмущающих сил первого и второго порядков;

♦    в октаве со среднегеометрической частотой 8 Гц - совпадение или близость первой собственной частоты продольных колебаний островной надстройки и лопастной частоты;

♦    в октаве со среднегеометрической частотой 16 Гц - совпадение или близость низших собственных частот палуб помещений и частот основных порядков малооборотных дизелей;

♦    в октаве со среднегеометрической частотой 31,5 Гц - совпадение или близость низших собственных частот палуб помещений и частот основных порядков среднеоборотных дизелей.

В октаве со среднегеометрической частотой 63 Гц проблем, связанных с нарушением вибрационных условий обитания на судне, обычно не возникает.

6

МУ 2.2.4.1518—03

В связи с изложенным, к значениям собственных частот указанных конструкций на стадии проектирования предъявляются следующие требования, имеющие целью исключение возможности их резонансных колебаний:

♦    значения частот первых трех тонов свободных вертикальных колебаний корпуса должны отличаться от частот возмущающих сил и моментов первого и второго порядков на расчетных режимах хода судна не менее чем на 10 %;

♦    значение низшей собственной частоты продольных колебаний (основной частоты) островной надстройки должно отличаться от лопастной частоты не менее чем на 20 %;

♦    значения низших собственных частот набора и настила полей палубных перекрытий помещений должны превышать значения частот возмущающих сил, не менее чем на 30 и 50 % соответственно.

4.2. Расчеты свободных колебаний

4.2. L Построение расчетной модели корпуса и надстройки

Для определения собственных частот корпуса и надстройки в качестве основного расчетного метода используется метод конечных элементов. В начальной стадии проектирования для приближенной оценки собственной частоты надстройки применяются аналитические формулы, приведенные в прилож. 1.

При использовании МКЭ в качестве расчетной математической модели принята плоская пластинчато-стержневая схематизация судна (рис. 1), моделирующая распределение жесткостных и массовых характеристик корпуса и надстройки.

28—ЗБ—^

2?шт 35— «з 28—3«—42

Ю—15—20—25—33—Л

■    a I    I    I    I

9— И—19—24—32—^0

2 — 5 — 8 — 13—18—23—з" — 39—47—50—53—56—59—62—65—68—П—74—77—80—83

I    I    I    I I    I    I    I    II    I    I    I    I    I    II    I    I    I    I

1 — 4 — 7 —12—1?—22—30—38—<6—43—52—55—58—61—$4—67—70—?3—78—79—82

I    I    II    I    I    I    I I    I    1    I    I    I    I I    I    I    I    I

3 — 6 — И —18—21— 29—3?—45—48—51— 54—57—60—83—G8—69—72—75—78—81

Рис.1. Типовая расчетная модель судна.

7

МУ 2.2.4.1518—03

4.2.1.1. Корпус

Корпус набирается из прямоугольных пластинчатых элементов, работающих в плоском напряженном состоянии. Толщины этих элементов — 5_пм определяются из условия:

F^ef

5,- = —, где    (1)

Н;

Ff - площадь связей корпуса, работающих на сдвиг в сечении i-ro шпангоута, м\

Н_{ - высота борта в сечении i-ro шпангоута, м.

Верхняя палуба и днище моделируются стержнями, работающими на растяжение-сжатие. Площади поперечных сечений стержней f_i, м², моделирующих верхнюю палубу и днище в сечении /-го шпангоута, принимаются одинаковыми и вычисляются по формуле:

/.=—

^Л я,²

Jf-br

12

где

(2)

jf - эффективный момент инерции поперечного сечения относительно горизонтальной оси судна на /*-м шпангоуте, м⁴.

Масса корпуса с учетом присоединенной массы воды равномерно распределяется по площади соответствующих пластинчатых элементов. Стержневые элементы вводятся с погонной массой равной нулю.

Рекомендации по определению эффективных жесткостных характеристик расчетной модели корпуса и присоединенных масс приведены в прилож. 2 и 3.

4.2.1.2. Надстройка

Основными параметрами, влияющими на значение первой собственной частоты надстройки, являются:

♦    жесткость надстройки на сдвиг;

♦    массовая нагрузка надстройки;

♦    жесткость крепления надстройки к корпусу.

Жесткость надстройки на сдвиг определяется, главным образом, наружными боковыми стенками, внутренними протяженными (не менее двух третей длины надстройки) плоскими продольными переборками и.

8

МУ 2.2.4.1518—03

в меньшей степени, палубами ярусов. Суммарные толщины этих связей, включенных в расчетную схему без учета имеющихся в них вырезов (дверей, иллюминаторов, люков и т. д.) и без подкрепляющего их набора, образуют толщины соответствующих пластинчатых элементов. Торцевые стенки надстройки и поперечные переборки в расчетной модели не учитываются. Гофрированные продольные внутренние переборки учитываются с половинной толщиной.

Палубы ярусов надстройки моделируются с помощью стержней, работающих на растяжение-сжатие. Площадь стержня к-го яруса f_k , м² вычисляется по формуле:

Л = 0.5-6*-й*. где    (3)

Ъ_к — приведенная толщина палубного настила с учетом продольного набора, м\

Ъ_к - ширина яруса надстройки, м.

Масса надстройки распределяется по пластинчатым элементам соответствующего яруса. Стержневые элементы, моделирующие жесткость палуб, вводятся с нулевой погонной массой.

Надстройка считается жестко скрепленной с корпусом в узлах, где ее боковые или поперечные стенки оперты на борта или прочные переборки корпуса, доведенные от верхней палубы до двойного дна. В остальных узлах перевязка с корпусом считается податливой и конечная жесткость крепления в узле учитывается введением стержневых элементов с нулевой погонной массой, работающих на растяжение-сжатие. Жесткость стержней при этом вычисляется из предварительного статического расчета соответствующей шпангоутной рамы, загруженной единичной сосредоточенной силой.

Надстройка может быть принята жестко скрепленной с корпусом, если она оперта, по крайней мере, на две поперечные переборки.

Погрешность определения собственной частоты надстройки при использовании плоской расчетной модели не превышает 10 %, если боковые наружные стенки ее ярусов лежат в одной плоскости или отстоят друг от друга на смежных ярусах менее чем на 2,5 м. В случаях, когда указанное отстояние больше 2,5 м, необходимо использовать пространственную расчетную модель.

9