Проектирование и конструкции судов

-
Программа вступительного экзамена в аспирантуру составлена на основе учебного плана и
рабочих программ дисциплин «Проектирование судов» и «Конструкция судов», разработанных в
БГА РФ в соответствии с государственным образовательным стандартом высшего
профессионального образования по направлению подготовки 652900 "Кораблестроение и
океанотехника" для специальности 140500 (180105.65)"Техническая эксплуатация судов и
судового оборудования" (утвержден Министерством образования РФ 5 апреля 2000г)
Часть 1 «Проектирование судов».
Цели и задачи курса в подготовке инженера-кораблестроителя.
Отечественный флот, краткая историческая справка и особенности современного его
состояния и развития. Классификация судов, их комплектующее оборудование, судовые помещения. Архитектурно-конструктивные типы судов и их основные характеристики. Техникоэкономические условия эксплуатации и постройки судов. Организация эксплуатации судов.
РАЗДЕЛ 1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ МЕТОДОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ.
Цели, задачи и организация проектирования.
Проектирование как этап решения поставленной задачи и как творческий процесс. Общий
замысел (концепция) проекта, его развитие (обоснование), и представление (оформление),
Основные качества проекта - его реальность, безопасность и эффективность. Степень новизны
проекта. Переоборудование и модернизация судов.
Теория проектирования судов (ТПС), ее составляющие и место среди других
судостроительных дисциплин. Внешняя и внутренняя задачи ТПС. Развитие ТПС, его
содержательная и формально-математическая части. Системный подход в проектировании.
Процесс разработки проекта судна и его разделение на составляющие. Стадии
проектирования: технико-эксплуатационные требования, техническое задание, техническое
предложение, эскизный проект, технический проект, рабочая конструкторская документация.
Математическая постановка и методы проектирования судов.
Классификация величин в задаче проектирования судов по акад. В.Л. Поздюнину.
Исходные данные (техническое задание на проектирование и его состав). Обобщенные и частные
неизвестные. Нормативы и параметры. Математическая постановка задачи теории
проектирования судов.
Общее представление о методах проектирования судов. Метод последовательных
приближений. Метод вариаций. Оптимизация как непременное условие разработки проекта.
Критерии оптимизации.
Математическое моделирование судна и его эксплуатации. Основные блоки
математической
модели
судна:
технического
проектирования,
эксплуатационный,
экономический, оптимизационный. Основные требования к математической модели. Роль и
место ЭВМ в проектировании судов. САПР судов.
Прототипы и их использование в процессе проектирования.
Понятие близкого прототипа. Коэффициенты утилизации водоизмещения по
грузоподъемности и по дедвейту и их использование для оценки элементов проектируемого
судна по прототипу.
Аффинное и геометрическое и подобие проекта и прототипа. Использование
особенностей подобия для пересчета характеристик проекта. Пересчет элементов плавучести и
начальной остойчивости. Пересчет показателей остойчивости на больших углах крена. Пересчет
показателей непотопляемости и общей прочности судна.
РАЗДЕЛ 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СУДНА НА РАННИХ СТАДИЯХ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Нагрузка судна и виды водоизмещения.
Расчет нагрузки судна на начальных этапах разработки проекта. Классификация формул,
выражающих массу корпуса судна. Классификация уравнений масс. Погрешности в расчете
нагрузки на разных стадиях проектирования и контроль за нагрузкой масс. Алгоритмы для
составления уравнения масс. Запас плавучести.
Нагрузка судна и ее изменение в рейсе. Нормативный и проектный подходы к разбивке
нагрузки на разделы. Виды водоизмещения и характерные состояния нагрузки.
Расчеты режима работы судна. Расчетный случай нагрузки и расчетное время.
Использование нагрузки прототипа для составления уравнения масс.
Связь между характеристиками проектируемых судов и сопротивлением воды их
движению.
Составляющие сопротивления. Взаимосвязь элементов судна и сопротивления трения.
Взаимосвязь элементов судна и остаточного сопротивления. Полное сопротивление. Способы
расчета сопротивления судов.
Адмиралтейская формула и ее использование в качестве уравнения мощности.
Обобщение адмиралтейской формулы, способ проф. Павленко Г.Е. Эмпирические формулы
мощности.
Гидромеханический и проектный подходы к определению оптимальных элементов судов.
Определение обобщенных неизвестных на ранних стадиях проектирования.
Алгебраические и графоаналитические способы совместного решения уравнений масс и
мощности в начальных стадиях проектирования. Способ последовательных приближений. Способ
исключенной статьи нагрузки.
Математические основы дифференциальных способов расчета элементов судна.
Дифференциальный способ Нормана. Коэффициент Нормана.
Вместимость судов.
Общие сведения о грузовместимости. Эпюра емкости. Связь между элементами судна и
его грузовместимостью. Потребные и фактические объемы и их определение в расчетах
вместимости. Уравнения вместимости сухогрузных и наливных судов. Регистровая вместимость
судов.
РАЗДЕЛ 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛАВНЫХ РАЗМЕРЕНИЙ
Уравнение масс и координаты центра тяжести проектируемого судна.
Уравнение масс в функции главных размерений. Определение положения ЦТ судна по
высоте. Относительная аппликата ЦТ судна порожнем и в грузу.
Определение положения ЦТ судна по длине. Относительная абсцисса ЦТ судна порожнем
и в грузу. Проектная удифферентовка судна.
Предварительный выбор параметров формы корпуса.
Исходные положения для выбора параметров формы корпуса проектируемого судна.
Выбор коэффициентов теоретического чертежа. Выбор относительной длины и соотношений
главных размерений. Выбор положения центра величины, наиболее полного шпангоута и
цилиндрической вставки. Выбор формы обводов оконечностей судна.
Остойчивость судов.
Критерии остойчивости проектируемых судов. Верхний и нижний пределы остойчивости.
Уравнения остойчивости в алгебраической форме и их использование для определения
элементов проектируемых судов. Анализ влияния элементов судна на его остойчивость.
Учет требований к непотопляемости и надводному борту судна при определении его
элементов.
Общие подходы к нормированию непотопляемости. Требования Правил Регистра
морского судоходства РФ к непотопляемости судов. Запас плавучести. Определение главных
размерений судна исходя из требований к аварийной остойчивости. Учет требований Правил о
грузовой марке.
Расчеты главных размерений.
Система уравнений проектирования, требования к ней и способы ее решения.
Использование метода вариаций в расчетах размерений судна.
Дифференциальный способ проф. Бубнова И.Г. Уравнение Бубнова. Представление других
уравнений проектирования в дифференциальной форме и их совместное решение.
РАЗДЕЛ 4. РАЗРАБОТКА ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ПРОЕКТА СУДНА
Разработка теоретического чертежа (ТЧ).
Исходные данные для проектирования ТЧ. Базовые кривые ТЧ. Подготовительные работы
и построение ТЧ.
Разработка общего расположения.
Исходные данные для проектирования общего расположения судна. Главные требования
к общему расположению. Размещение основных функциональных блоков помещений.
Архитектурный тип, назначение и безопасность судна.
РАЗДЕЛ 5. ОСОБЕННОСТИ СУДОВ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ И ИХ УЧЕТ ПРИ РЕШЕНИИ
ВНУТРЕННЕЙ ЗАДАЧИ ТПС.
Транспортные суда.
Наливные суда и характерные их особенности. Выполнение требований Международной
конвенции МАРПОЛ 73/ 78.
Универсальные и многоцелевые сухогрузные суда. Параграфные, стандартные, открытые и
многоцелевые суда. Состав и размеры грузовых помещений. Суда открытого типа.
Суда для перевозки
комбинированные суда.
массовых
грузов.
Общие
сведения.
Универсальные
и
Суда для перевозки укрупненных унифицированных грузов Специализированные
контейнерные суда ячеистой конструкции. Особенности выбора элементов специализированных
контейнерных судов. Трейлерные суда.
Добывающие суда ФРП.
Классификация добывающих судов ФРП по объектам добычи и орудиям лова.
Архитектурно-конструктивные типы траулеров, сейнеров и других добывающих судов.
Энергетические установки и движители. Орудия лова и промысловые устройства. Оборудование
для обработки и хранения рыбы. Особенности проектирования рыболовных судов.
Вспомогательные суда.
Классификация вспомогательных судов по их назначению, размерам, району плавания.
Вспомогательные суда ФРП: исследовательские, учебно-производственные, рыбоохранные и др.
Обслуживающие суда: ледоколы, буксиры, спасатели, противопожарные, судоподъемные,
снабженческие, плавучие маяки и др.
Служебные суда и суда технического флота.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Теория проектирования судов и ее развитие. Модернизация и переоборудование судов и
проблемы их обеспечения.
Литература:
а) Основная литература:
1. Барабанов Н.В. Конструкция корпуса морских судов: Учеб. В 2 т. Т. 1: Общие
вопросы конструирования корпуса судна; Т. 2: Местная прочность и проектирование
отдельных корпусных конструкций судна. СПб.: Судостроение, 1993.
2. Симонович А.И., Тристанов Б.А. Конструкция корпуса промысловых судов: Учеб.
Л.: Судостроение, 1991.
3. Российский Морской Регистр Судоходства. Правила классификации и постройки
морских судов. Т.1. СПб.: Изд-во РМРС, 1999.
б) Дополнительная литература:
1. Судовые устройства. Справочник / Под общ. ред. М.Н. Александрова. Л.:
Судостроение, 1987.
2. Алмазов Г.К., Степанов В.В., Гуськов М.Г. Элементы общесудовых систем:
Справочник. Л.: Судостроение, 1982.
3. Макаров В.Г. Специализированные системы судов-газовозов: Учеб. / СПб.: Издво ГМТУ, 1997.
4. Макаров В.Г., Ситченко Л.С, Плесевичюс П.И. Системы микроклимата.
Вентиляция и отопление судовых помещений: Учеб. пособие. СПб.: Изд-во ГМТУ, 1993.
Морские буровые установки: Учеб. / Р.В. Борисов, В.Г. Макаров, В.В. Макаров и др.
СПб.: Судостроение, 2000.
Правила классификации и постройки морских судов. Российский Морской Регистр
судоходства. Т.1, 2. СПб., 1999.
Часть II «Конструкция судов».
Введение
Цели и задачи курса в подготовке инженера-кораблестроителя. Основные сведения из
истории конструкции корпуса судна. Связь с общенаучными и специальными дисциплинами.
Функции судна как плавучего инженерного сооружения и требования, предъявляемые к
нему с точки зрения прочности, долговечности, технологии постройки, ремонтопригодности,
безопасности мореплавания, технической эстетики и стоимости постройки.
Основные элементы конструкции корпуса, их наименование и назначение. Особенности
конструкции корпуса промысловых судов, связанные с их назначением: эксплуатацией в условиях
волнения, швартовкой в море, длительностью рейса, специфическими промысловыми и
рыбоперерабатывающими операциями
Архитектурно-конструктивные типы судов флота рыбной промышленности.
Понятие об архитектурно-конструктивном типе. Влияние различных факторов на
архитектурно-конструктивный тип. Обзор и анализ архитектурно-конструктивных типов судов
флота рыбной промышленности.
Конструкция наружной обшивки корпуса.
Роль наружной обшивки корпуса. Нагрузки, воспринимаемые наружной обшивкой. Анализ
работы отдельных участков наружной обшивки в зависимости от расположения по длине и высоте
корпуса судна. Определение размеров и назначение толщины поясьев днищевой и бортовой
обшивок. Растяжка наружной обшивки. Вырезу в наружной обшивке и их подкрепление. Усиление
бортовой обшивки промысловых судов. Ледовые усиления обшивки.
Прочность судна. Системы набора перекрытий корпуса.
Понятие об общем изгибе судна. Построение кривых сил поддержания и нагрузки.
Вычисление перерезывающих сил изгибающих моментов на тихой воде и на волнении.
Динамическое воздействие волнения на корпус судна. Общее скручивание судна и причины его
вызывающие. Вероятностная оценка внешних сил.
Понятие об эквивалентом брусе и определение его геометрических характеристик.
Определение напряжение в первом и последующих приближениях. Характеристика роли
отдельных продольных связей в общей прочности корпуса.
Рамы и перекрытия — основные элементы корпуса, обеспечивающие его местную
прочность. Характеристики работы рам и перекрытий. Внешние нагрузки, вызывающие местные
деформации рам и перекрытий. Влияние общего изгиба на напряженно-деформируемое
состояние перекрытий. Нормирование прочности корпусных конструкций.
Виды систем набора перекрытий корпуса. Оценка различных систем набора с точки зрения
общей и местной прочности, условий эксплуатации, общего расположения, технических и
экономических соображений. Типовые решения при выборе системы набора перекрытий для
различных типов промысловых судов.
Стали, применяемые для изготовления корпусных конструкций.
Сортамент сталей, ГОСТы и отраслевые судостроительные нормали на сортамент.
Основные требования к химическому составу и механическим качествам судостроительных
сталей. Деление сталей на категории в соответствии с Правилами Регистра. Применение
низколегированных сталей в судостроении. Зависимость массы корпуса и массы судовых
перекрытий от предела текучести стали. Выбор марок сталей для корпусных конструкций.
Проектирование балок набора корпуса. Способы соединения деталей конструкции
корпуса.
Балки набора как элементы рам и перекрытий. Распределение нормальных и касательных
напряжений по сечению балки при поперечном изгибе. Влияние изменения площади поясков на
момент сопротивления. Выбор оптимального соотношения высоты и толщины стенки.
Конструкция балок и опор. Конструктивное исполнение балок в местах их пересечений. Сварные и
клепаные соединения.
Конструкция днищевых перекрытий.
Общая композиция конструкций днищевых перекрытий без второго дна и с двойным
дном. Нагрузки, воспринимаемые днищевыми перекрытиями. Поперечная система набора
днищевых перекрытий судов без двойного дна. Роль и конструкция флоров, вертикального и
брускового килей, днищевых стрингеров в зависимости от расположения на судне. Варианты
выполнения отдельных узлов. Назначение размеров днищевого набора по Правилам Регистра.
Продольная система набора днищевых перекрытий судов без второго дна. Общая
композиция конструкции. Детали конструктивного выполнения отдельных балок днищевого
набора и узлов их взаимного пересечения. Обеспечение непрерывности продольных балок
набора перекрытий. Выбор размеров связей по Правилам Регистра.
Назначение двойного дна. Деформация набора двойного дна под воздействием местных
нагрузок и усилий от общего изгиба корпуса. Назначение размеров настила второго дна.
Прерывистое двойное дно. Требования Правил Регистра к определению толщин поясьев настила
второго дна. Конструкция корпуса, вертикального киля, днищевых стрингеров и полустрингеров, а
также продольных балок по днищу и настилу второго дна. Туннельный киль. Конструкция
днищевого набора на участках перехода от одной системы набора к другой. Выбор размеров
балок набора по Правилам Регистра.
Конструкция палубных перекрытий и платформ. Комингсы грузовых люков.
Условия работы палубных перекрытий и платформ в зависимости от назначения,
протяженности их по длине судна и расположения по высоте борта. Нагрузки, действующие на
палубы и платформы. Участие палуб в общем изгибе судна.
Роль настила верхней и нижней палуб в обеспечении эксплуатационных и прочностных
требований. Особенности формы верхней палубы. Вырезы в палубах. Изолированные вырезы.
Крепление узлов вырезов. Определение размеров и назначение толщины настила палуб и
платформ по Правилам Регистра в зависимости от системы набора перекрытия.
Анализ нагрузок, воспринимаемых набором палубных перекрытий. Общее описание
конструкций набора палубных перекрытий, набранных по поперечной и продольной системам
набора. Выбор размеров балок палубного перекрытия по правилам Регистра.
Выбор места установки и конструкции пиллерсов. Нагрузки, воспринимаемые пиллерсами.
Особенности конструкции пиллерсов на промысловых судах. Конструктивное оформление
закрепления концов пиллерсов. Выбор размеров пиллерсов по Правилам Регистра.
Требования «Правил о грузовой марке морских удов» к комингсам в зависимости от места
расположения выреза на судне. Конструкция комингсов грузовых люков верхней и нижней палуб.
Конструкция бортовых перекрытий.
Условия работы бортовых перекрытий в зависимости от назначения судна и условий
эксплуатации. Роль перекрытий в обеспечении общей и местной прочности корпуса. Нагрузки,
действующие на бортовые перекрытия. Перекрытия однопалубных и многопалубных судов.
Выбор профиля балок набора. Конструктивное оформление верхнего и нижнего концов
шпангоутов. Роль стрингеров. Силовые и разносящие стрингеры и их расчет.
Особенности проектирования бортовых перекрытий промысловых судов, Нагрузки,
действующие на промысловые суда при швартовке в море.
Конструкция бортовых перекрытий с двойными бортами. Выбор размеров деталей
бортовых перекрытий различных типов судов по Правилам Регистра.
Конструкция переборок, выгородок и шахт.
Назначение переборок. Классификация переборок. Роль переборок в обеспечении общей
и местной прочности корпуса. Нагрузки, действующие на переборки. Выбор количества
переборок.
Конструкция плоских переборок с горизонтальными и вертикальными балками. Раскрой
листов плоских переборок. Определение размеров обшивки набора переборок по Правилам
Регистра.
Конструкция гофрированных переборок.
гофрированных переборок по Правилам Регистра.
Типы
гофр.
Выбор
размеров
деталей
Конструкция выгородок и шахт. Конструкция переборок цистерн вне двойного дна.
Конструкция оконечностей корпуса.
Факторы, определяющие форму и конструкцию оконечностей корпуса различных типов
судов.
Конструкция носовой оконечности. Форштевень и его назначение. Требование Правил
Регистра к назначению кованых, литых и сварных форштевней. Конструктивные особенности
набора перекрытий в форпике. Конструкция носовой оконечности с бульбовыми образованиями.
Конструкция кормовой оконечности. Ахтерштевень и его назначение. Кованые, литые и
сварные ахтерштевни. Требования Правил Регистра к назначению размеров ахтерштевня.
Конструкция дейдвудной трубы одновинтового судна. Конструктивные особенности
набора днищевых и бортовых перекрытий в ахтерпике.
Особенности конструкции кормовой оконечности промысловых судов со слипом и
требования Правил Регистра к выбору размеров настила, стенок и балок набора.
Конструкция надстроек и рубок. Фальшборт.
Формы и размеры надстроек и рубок в зависимости от назначения судна. Нагрузки,
действующие на надстройки и рубки. Выбор материала надстроек и рубок. Концентрация
напряжений в узлах надстроек и рубок. Способы исключения длинных рубок из участия в общем
продольном изгибе. Особенности набора и способы соединения надстроек и рубок из легких
сплавов со стальным корпусом.
Назначение фальшборта. Анализ усилий и напряжений, возникающих в фальшборте под
действием местных нагрузок и в результате общего изгиба корпуса. Требования Правил Регистра к
устройству и назначению размеров связей фальшбортов.
Особенности конструкции фальшборта промысловых судов.
Конструкция фундаментов.