Προβολή υποενοτήτωνΠίνακες καταπονήσεων, υπολογιστές φόρτωσης και μερική απώλεια άθικτης πλευστότητας
Διατμητική δύναμη και καμπτική ροπή κατά μήκος της γάστρας
1Το μάθημα με απλά λόγια
Βάρος και άντωση διαφέρουν κατά μήκος του πλοίου. Έτσι καταπονείται η δοκός του πλοίου, δηλαδή η γάστρα ως δοκός, από διατμητική δύναμη και καμπτική ροπή.
Δύο κατανομές
Φαντάσου το πλοίο χωρισμένο σε μικρές φέτες. Κάθε φέτα έχει το δικό της βάρος: χάλυβα, φορτίο, καύσιμα, έρμα. Δέχεται επίσης τη δική της άντωση από το νερό που εκτοπίζει. Συνολικά τα δύο ισορροπούν, οπότε το πλοίο επιπλέει. Ανά φέτα σπάνια συμπίπτουν. Όπου υπερισχύει το βάρος, η φέτα τείνει να βυθιστεί· όπου υπερισχύει η άντωση, να ανέβει. Η διαφορά ανά μέτρο δίνει την καμπύλη φορτίου, σε τόνους ανά μέτρο (t/m).
Διατμητική δύναμη
Η διατμητική δύναμη (SF) σε μια θέση είναι το άθροισμα του καθαρού φορτίου από το ένα άκρο του πλοίου μέχρι εκεί, σε τόνους. Τείνει να μετατοπίσει κατακόρυφα ένα τμήμα της γάστρας ως προς το διπλανό. Η SF μηδενίζεται στα δύο άκρα. Κορυφώνεται όπου η καμπύλη φορτίου αλλάζει πρόσημο, συχνά κοντά στο ένα τέταρτο του μήκους από κάθε άκρο ή δίπλα σε βαρύ κύτος φορτίου που γειτονεύει με άδειο.
Καμπτική ροπή
Η καμπτική ροπή (BM) σε μια θέση είναι το άθροισμα της διατμητικής δύναμης κατά μήκος, σε τονομέτρα (t·m): το εμβαδόν κάτω από την καμπύλη SF. Η BM μηδενίζεται στα άκρα και μεγιστοποιείται όπου η SF διέρχεται από το μηδέν, συνήθως στο μέσο του πλοίου. Μεγάλη BM λυγίζει όλη τη γάστρα σαν δοκό. Μην τη συγχέεις με τη μετακεντρική ακτίνα BM της ευστάθειας.
Μονάδες υπολογιστή
Στους πίνακες καταπονήσεων, t σημαίνει τόνος δύναμης: το βάρος ενός τόνου. Πολλοί υπολογιστές φόρτωσης δείχνουν SF σε κιλονιούτον (kN) και BM σε κιλονιούτον επί μέτρο (kN·m). Για σύγκριση, διαίρεσε με 9,81: 180.500 kN είναι περίπου 18.400 t· 1 t·m είναι περίπου 9,81 kN·m.
Γιατί σε αφορά ως αξιωματικό
Υπερβολική SF μπορεί να προκαλέσει λυγισμό ή ρωγμές στα πλευρικά ελάσματα και στις φρακτές κοντά σε βαριά κύτη φορτίου. Υπερβολική BM μπορεί να ρηγματώσει ελάσματα καταστρώματος ή πυθμένα στο μέσο. Ελέγχεις και τις δύο με τη σειρά φόρτωσης, εκφόρτωσης και ερματισμού. Ακολουθούν η κυρτή και η κοίλη κάμψη, τα όρια καταπονήσεων και το όργανο φόρτωσης.
2Βήμα βήμα
Λυμένο παράδειγμα: SF και BM σε ορθογωνική φορτηγίδα
- 1
Θεώρησε φορτηγίδα μήκους 100 m με πέντε διαμερίσματα των 20 m και βάρος κενού πλοίου 1.000 t, ομοιόμορφα κατανεμημένο (10 t/m). Φόρτωσε 600 t σε κάθε ακραίο διαμέρισμα.
Το εκτόπισμα είναι 2.200 t. Η ορθογωνική φορτηγίδα χωρίς διαγωγή έχει ομοιόμορφη άντωση: 2.200 ÷ 100 = 22 t/m.
- 2
Βρες την καμπύλη φορτίου. Το βάρος είναι 10 + 600 ÷ 20 = 40 t/m στα άκρα και 10 t/m στο μέσο. Καθαρό φορτίο = βάρος − άντωση.
Στα άκρα +18 t/m (υπερισχύει το βάρος), στο μέσο −12 t/m (υπερισχύει η άντωση). Το καθαρό φορτίο αθροίζεται σε μηδέν.
- 3
Διατμητική δύναμη 20 m από το άκρο: 18 × 20 = 360 t.
Η SF είναι το άθροισμα του καθαρού φορτίου από το άκρο. Κορυφώνεται εδώ, όπου το φορτίο αλλάζει πρόσημο.
- 4
Διατμητική δύναμη στο μέσο: 360 − 12 × 30 = 0 t.
Η SF διέρχεται από το μηδέν, άρα η BM μεγιστοποιείται εδώ.
- 5
Καμπτική ροπή 20 m από το άκρο: εμβαδόν κάτω από το τρίγωνο SF = ½ × 20 × 360 = 3.600 t·m.
Η BM είναι το εμβαδόν κάτω από την καμπύλη SF από το άκρο.
- 6
Καμπτική ροπή στο μέσο: 3.600 + ½ × 30 × 360 = 9.000 t·m.
Πρόσθεσε τα εμβαδά με τα πρόσημά τους κάτω από την καμπύλη SF, από το άκρο μέχρι το μέσο.
3Βασικά στοιχεία
- Καμπύλη φορτίου
- Βάρος − άντωση ανά μέτρο, σε t/m
- Διατμητική δύναμη (SF)
- Άθροισμα καθαρού φορτίου από το ένα άκρο μέχρι τη θέση, σε t
- Καμπτική ροπή (BM)
- Εμβαδόν κάτω από την καμπύλη SF από το ένα άκρο, σε t·m
- Μέγιστη BM
- Όπου η SF διέρχεται από το μηδέν, συνήθως κοντά στο μέσο
- Στα άκρα
- SF και BM είναι και οι δύο μηδέν
- Μονάδες
- 1 t ≈ 9,81 kN· 1 t·m ≈ 9,81 kN·m
4Βασικά σημεία
- 1
Βάρος και άντωση ισορροπούν συνολικά, αλλά όχι ανά φέτα· η διαφορά δίνει την καμπύλη φορτίου.
- 2
Η SF είναι το αθροισμένο φορτίο (t)· η BM είναι η αθροισμένη SF (t·m).
- 3
Η BM μεγιστοποιείται όπου η SF περνά από το μηδέν· η SF κορυφώνεται όπου η καμπύλη φορτίου αλλάζει πρόσημο.
- 4
Έλεγξε αν ο υπολογιστής χρησιμοποιεί t και t·m ή kN και kN·m.
5Συχνά λάθη
Λάθος: Αν το πλοίο επιπλέει στις γραμμές φόρτωσής του, η γάστρα δεν καταπονείται.
Σωστό: Το συνολικό βάρος ισούται με τη συνολική άντωση, αλλά η κατανομή τους κατά μήκος μπορεί να δημιουργεί μεγάλες SF και BM.
Λάθος: Η διατμητική δύναμη είναι μέγιστη στο μέσο του πλοίου.
Σωστό: Η SF συνήθως κορυφώνεται κοντά στο ένα τέταρτο του μήκους από κάθε άκρο, όπου αλλάζει το φορτίο. Η BM συνήθως κορυφώνεται στο μέσο, όπου η SF μηδενίζεται.
Λάθος: Η BM στην οθόνη καταπονήσεων είναι η μετακεντρική ακτίνα.
Σωστό: Εδώ η BM είναι η καμπτική ροπή σε t·m ή kN·m. Η μετακεντρική ακτίνα BM της ευστάθειας είναι μήκος σε μέτρα.
6Πρακτικό σενάριο και κλειδιά εξετάσεων
Ορθογωνική φορτηγίδα μήκους 100 m έχει βάρος κενού πλοίου 1.000 t ομοιόμορφα κατανεμημένο και φορτίο 1.200 t. Σύγκρινε όλο το φορτίο στο μεσαίο διαμέρισμα των 20 m με 240 t σε καθένα από πέντε διαμερίσματα των 20 m. Ποια κατανομή δίνει μικρότερη κάμψη στο μέσο;
Δες την απάντηση
Με το φορτίο συγκεντρωμένο στο μέσο, η άντωση είναι 22 t/m. Το καθαρό φορτίο είναι −12 t/m έξω από το μεσαίο διαμέρισμα και +48 t/m μέσα. Η SF φτάνει −480 t στα 40 m και μηδενίζεται στο μέσο. BM = −9.600 − 2.400 = −12.000 t·m. Με 240 t ανά διαμέρισμα, βάρος και άντωση είναι παντού 22 t/m: καθαρό φορτίο, SF και BM μηδενίζονται. Η ομοιόμορφη κατανομή δίνει μικρότερη κάμψη στο μέσο.
Κλειδιά εξετάσεων
- Φορτίο = βάρος − άντωση ανά μέτρο· SF = αθροισμένο φορτίο· BM = αθροισμένη SF.
- Η SF μηδενίζεται στα άκρα· η BM μεγιστοποιείται όπου SF = 0.
- Χρησιμοποίησε τα πρόσημα των εμβαδών όταν αθροίζεις την καμπύλη SF.
- Μετέτρεψε kN σε t διαιρώντας με 9,81.
Ολοκλήρωσε αυτή την υποενότητα
Όταν τη διαβάσεις, απάντησε σε τρεις ερωτήσεις. Με τρεις σωστές απαντήσεις ολοκληρώνεις την υποενότητα. Δεν αρκεί να ανοίξεις μόνο τη σελίδα.
Οι σημειώσεις μου για αυτή την υποενότητα
Καμία σημείωση