11028
.pdf150
Р3 = 28,06 + 83,03 + 120,3 + 101,3 = 332,73 кН
Рисунок 56 - К расчету боковой стенки носовой секции дока
Точка приложения этой силы относительно осей х и y, выбранных как показано на рис. рис.56, находится по теореме Вариньона, которая читается так: сумма моментов составляющих элементарных сил относительно некоторой оси равна моменту равнодействующей силы относительной той же оси, т.е.
- для определения горизонтальной координаты центра давления хD3, сумму моментов берем относительно оси y и уравнение запишется в виде
4 |
|
|
bi |
|
|
|
|
|
|
|
∑ (Pi |
× |
|
) = P3 × x D3 , |
(12) |
||||||
|
||||||||||
i −1 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|||
тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
bi |
|
|
|
|||
|
|
∑(Pi |
× |
) |
|
|
||||
|
|
|
||||||||
x D3 = |
|
|
i =1 |
2 |
|
, м, |
(13) |
|||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
P3 |
|
|
|
|
|
хD3 = 1,46 м;
151
- для определения вертикальной координаты центра давления hD3, сумму моментов берем относительно оси х и уравнение запишется в виде
4 |
|
|
|
|
|
∑ (Pi × hDi ) = P3 × hD3 , |
(14) |
||||
i −1 |
|
|
|
|
|
тогда |
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
||
|
|
∑( Pi ×hDi ) |
|
|
|
hD3 |
= |
i =1 |
, м, |
(15) |
|
P3 |
|||||
|
|
|
|
hD3 = 3,01 м.
На рис. 56 показана найденная сила Р3 и точка её приложения с координатами xD3 и hD3.
2.3.2 Расчет лобовой поверхности
Лобовая поверхность является цилиндрической и показана на рис.57 линией АВ с образующей длиной b.
Расчет силы Р4 на эту поверхность выполняется поиском двух её составляющих сил: горизонтальной Рх и вертикальной Ру.
Горизонтальная сила находится либо по формуле (3), либо по формуле (9*), поскольку цилиндрическая поверхность заменяется на плоскую, вертикальную, прямоугольную (такая поверхность является проекцией цилиндрической). Решим эту задачу по формуле (9*), для неё
b = 7,85 м; h1 = 0; h2 = 4,95 м,
Px = 1000 × 9,81 × 7,85 4,952 =943,45 кН. 2
На рис. 57 построена эпюра гидростатического давления на замененную плоскую поверхность; через центр тяжести этой треугольной эпюры проходит найденная сила Рх , которая приложена на расстоянии hDx от по-
верхности воды, равном hDx = 2 h2 = 3,3 м.
3
Вертикальная сила Рy зависит от величины объема тела давления и
определяется по формуле |
|
Рy= ρ g Vт.д., Н, |
(16) |
где Vт.д – объем тела давления, м3; телом давления называется тело, находящееся над цилиндрической поверхностью. Чтобы найти его величину необходимо крайние точки А и В (рис. 57) спроецировать на уровень водной поверхности. Точка А спроецируется в положение А', точка В - в
152
положение В'. Таким образом, величина объема тела давления определяется произведением ширины b на площадь тела давления АВВ'А' и формулу (16) можно переписать в виде:
Рy= ρ g b Sт.д., Н, |
(16*) |
где b – ширина днища дока, по заданию b =7,85 м; Sт.д = SАВВ'А' - площадь тела давления, её легко определить из рис. 56, сложив площади составляющих прямоугольников:
Sт.д = (3,65 + 3,6 + 3,13 + 1,9) · 1,24 = 15,23 м2.
Тогда
Py = 1000 · 9,81 · 7,85 · 15,23 = 1172,84 кН.
Сила Py проходит через центр тяжести тела давления. Так как тело давления не заполнено водой, то эта сила производит выталкивающий эффект и направлена вверх (в случае, если тело давление будет заполнено водой, то вертикальная составляющая Py.производит надавливающий эффект, и будет направлена вниз). Центр тяжести тела давления определяется значением, найденным по формуле (13), т.е. хD3 = хDy =1,46 м.
Результирующая сила Р4 от гидростатической нагрузки на цилин-
дрическую поверхность находится по формуле: |
|
Р4 = Px2 + Py2 , H . |
(17) |
Р4 = 943,452 + 1172,842 = 1505,21 кH.
Угол наклона этой силы к горизонту определяется зависимостью:
tgα = |
Py |
, |
(18) |
|
|
||||
|
|
Px |
|
|
tgα = 1172,84 |
=1,24. |
|||
|
943,45 |
Этому значению соответствует угол α = 51,12°. Графически положение силы Р4 (рис.57) находится следующим образом:
1.Строится в масштабе треугольник сил.
2.Линии действия сил Рx и Py проводятся до их пересечения.
3.Точка пересечения определит линию действия результирующей силы Р4, а приложена эта сила к обшивке корпуса носовой секции дока под углом α.
153
Рисунок 57 – К расчету лобовой поверхности методом тела давления
2.4 Распределение ригелей на кормовой стенке дока
Ригель – ребро жесткости (балка, ферма), воспринимающий основную нагрузку. Ригель выполняется в виде двутавра или швеллера и рассчитывается, исходя из условия равной загруженности. Положение ригеля определяется центром давления, т.е. точкой приложения гидростатической силы с тем, чтобы ригель принял на себя максимальную нагрузку от воды.
Общая нагрузка от воды на торцевую стенку Р5 определяется по формуле (3). Величина hc определяется по формуле (4), т.к. hc1 = hc5 = 2,48 м.
Значение площади равно S = b · (a – c) = 7,85 · (6,3 – 1,35) = 38,86 м2. Тогда
Р5 = 1000 · 9,81 · 2,48 · 38,86 = 945,42 кН.
Нагрузка, приходящаяся на один ригель (исходя из условия равной загруженности) определяется:
Р5 |
|
|
Рриг = n |
, Н, |
(19) |
где n – число ригелей, по зданию n=3.
Рриг = |
945,42 |
= 315,14 кН. |
|
3 |
|||
|
|
Такую нагрузку воспринимает на себя каждый из трех заданных ригелей.
154
Следующим этапом определяются зоны грузовых площадок, т.е. зоны действия каждого ригеля. Поскольку торцевая стенка вертикальная, это можно сделать с помощью формулы (9*). Для 1-го ригеля верхняя кромка грузовой площадки определится величиной h1 = 0, а нижняя – значением h2 из (9*):
h2 = |
|
2Рриг |
+ h12 , м. |
(20) |
||||
|
ρ g b sinα |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
||
h2 = |
|
|
2 × 315,14 ×1000 |
+ 0 = 2,86 м. |
|
|||
1000 × 9,81× 7,85 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
Грузовая площадка 2-го ригеля находится ниже (рис.58), для нее h1= 2,86 м, а h 2 вычисляется по формуле (20) и так далее для каждого последующего ригеля; центры давления hD для каждой грузовой площадки определяются по формуле (10*). Результаты расчетов сводятся в табл. 3.
Таблица 3 - К определению положения ригелей
№№ ригелей |
h1, м |
h2, м |
hD , м |
1 |
0 |
2,86 |
1,91 |
2 |
2,86 |
4,04 |
3,49 |
3 |
4,04 |
4,95 |
4,51 |
Рисунок 58 – Распределение ригелей на кормовой стенке дока
155
2.5 Определение грузоподъемности дока
Грузоподъемность дока q – это максимальная масса груза, которую возможно в один прием поднять, переместить; измеряется в килограммах (тоннах).
В расчете определяется вес поднимаемого груза Ргр при частичном заполнении дока водой (рис. 59).
Ргр = Рарх – G , Н , |
(21) |
где Рарх – выталкивающая (архимедова) сила; G – собственный вес дока, т (в задании указана масса т=99 т), тогда вес дока будет равен G =т · g=
970,2 кН.
Рарх = ρ · g · V, т. |
(22) |
V =(а-с-d) · b · L*, м3 |
(23) |
Здесь V – объем погруженной в воду части дока, не заполненной водой (на рис. 59 не заштрихованная часть дока), м3, L* - определяется из геометрии дока; ρ = 1000 кг/м3 – плотность воды.
V = (6,3-1,35-0,45) · 7,85 · 52,4=1851,0 м3.
отсюда Рарх = 1000 · 9,81 · 1851,0 = 18158,6 кН, получаем
Ргр = 18158,6 – 970,2 = 17188,4 кН, тогда q = |
Ргр |
= |
17188,4 |
= 1752,1 |
т |
||
g |
|
9,81 |
|||||
|
|
|
|
Максимальная масса груза, которую может транспортировать данный док 1752,1 тонны.
Рисунок 59 - К определению грузоподъемности дока
156
3 Требования к оформлению работы
Отчетный материал набирается на компьютере в формате Microsoft Word и распечатывается на принтере на листах бумаги формата А4 с одной стороны. Размеры полей страниц: левое 25 мм, верхнее 15 мм, правое 15 мм, нижнее 15 мм. Страницы должны быть пронумерованы в верхней правой части, включая титульный лист (но он не нумеруется). Текст набирается шрифтом Times New Roman Cyr № 14 (№12) с межстрочным интервалом 1,0 (одинарный). В текст отчета включаются формулы, которые должны набираться только с использованием редактора формул Microsoft Word, таблицы, а также графические материалы (рисунки, схемы, графики). Данные материалы должны иметь сквозную нумерацию и названия. На все таблицы и графические материалы должны быть сделаны ссылки. При этом расположение данных объектов должно быть после ссылок на них. Номер таблицы и её название помещается над таблицей в качестве заголовка. Номер рисунка и его название помещается под рисунком.
Отчетный материал компонуется в следующей последовательности:
-титульный лист (образец оформления приводится в приложении 4);
-бланк исходных данных (образец оформления приводится в приложении 1);
-содержание работы;
-контрольные вопросы и ответы на них;
-контрольные задачи и их решение;
-расчет, состоящий из 4-х разделов в последовательности, изложенной выше в настоящих указаниях;
-чертеж, выполненный на листе ватмана формата А2 (420*594) мм или формата А3 (297*420) мм с нанесением исходной расчетной схемы дока и всех чертежей, поясняющих расчет, которые должны быть выполнены
вмасштабе.
В конце расчета приводится список использованных источников, слово «Литература» записывают в виде заголовка.
157
Литература
1 Чугаев, Р.Р. Гидравлика: учебник для вузов / Р.Р. Чугаев. - Л.:
Энергия, 1982 - 572с.
2 Лапшев, Н.Н. Гидравлика: учебник для студ. высш. учеб. заведе-
ний / Н.Н. Лапшев. – М.: Издательский центр «Академия», 2007. – 272 с.
3 Штеренлихт, Д.В. Гидравлика: учебник для вузов. - В 2-х кн.:
Кн. 1 / Д.В. Штеренлихт. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 351 с.
4 Метревели, В.Н. Сборник задач по курсу гидравлики с решениями:
учеб.пособие для вузов / В.Н. Метревели. – М.: Высш.школа, 2008. – 192 с. 5 Агеева, В.В. Расчет нагрузок на элементы конструкции докового типа: метод. указания к выполнению курсовой работы по дисциплине
«Гидравлика» студентами II курса общетехнического факультета / В.В.
Агеева. – Н.Новгород: ННГАСУ, 2001. – 14 с.
6 СТП ННГАСУ 1-1-98 Основные надписи; 1-2-98 Титульный лист; 1-4-98 Пояснительная записка; 1-6-98 Расчет.
158
Приложение 1
Бланк исходных данных
|
|
|
Таблица 1 – |
Исходные данные |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
№№ вопросов |
№№ задач |
|
|
Размеры дока, м |
|
Число, шт. |
Масса |
дока ,mт |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
сек- |
риге- |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
а |
|
b |
с |
|
d |
L |
R |
ций, |
лей, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
n |
|
|
1, 7, |
1, 25, |
6,3 |
|
7,85 |
1,35 |
|
0,45 |
50 |
3,65 |
5 |
3 |
|
99 |
15, 28 |
59, 75 |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 1 – Расчетная схема дока
159
Приложение 2
Плотность некоторых жидкостей (при атмосферном давлении)
Название жидкости |
t, ºС |
ρ, кг/м3 |
Название жидкости |
t, ºС |
ρ, кг/м3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
999,87 |
Спирт метиловый |
15 |
810 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
1000,0 |
Глицерин безводный |
20 |
1260 |
|
|
10 |
999,73 |
Нефть натуральная |
15 |
800 |
|
|
20 |
998,23 |
Керосин |
15 |
805 |
|
|
30 |
995,67 |
Бензин |
15 |
710 |
|
Вода |
40 |
992,24 |
Масло машинное |
20 |
898 |
|
50 |
988,07 |
Масло минеральное |
15 |
925 |
||
|
||||||
|
60 |
983,36 |
Ртуть |
0 |
13596 |
|
|
70 |
977,94 |
Ртуть |
20 |
13546 |
|
|
80 |
971,94 |
Чугун расплавленный |
1200 |
7000 |
|
|
90 |
965,56 |
Вода морская |
15 |
1025 |
|
|
100 |
958,65 |
Ацетон |
15 |
790 |
|
Спирт этиловый |
15÷18 |
790 |
Эфир этиловый |
15÷18 |
740 |
Приложение 3
Моменты инерции Ic
(относительно горизонтальной оси, проходящей через центр тяжести), координаты центра тяжести yc и площади плоских фигур ω
Вид фигуры |
|
|
Ic |
|
|
|
|
yc |
|
|
|
|
|
|
ω |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
b × h3 |
|
|
y0 |
+ |
h |
|
|
|
b × h |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
||||||||
|
12 |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
b × h3 |
|
|
y0 |
+ |
2 |
h |
|
|
|
b × h |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
||||||||
|
36 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
h3 (a 2 + 4ab + b 2 ) |
|
y0 |
+ |
h(a + 2b) |
|
|
h(a + b) |
|
|||||||||
|
|
36(a + b) |
3(a + b) |
|
2 |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|