Construcția Navei

CAP.1 SOLICITĂRILE STATICE GENERALE ALE CORPULUI NAVEI

1.1. Modul cum iau naştere sarcinile longitudinale la care este supus

corpul navei în apă calmă

Corpul navei, din punct de vedere al rezistenţei generale, reprezintă o grindă complexă liberă, adică o grindă cu mase şi arii ale secţiunilor transversale rezistente variabile pe lungimea navei, grindă situată pe patul elastic al apei în care pluteşte, fără nici un reazem independent rigid sau elastic.

Fig.1.1.1 Nava în apă calmă sub acţiunea greutăţii şi împingerii

Considerăm o navă care pluteşte în apă calmă (fig.1.1.1). Asupra ei acţionează de sus în jos toate greutăţile maselor ce compun deplasamentul, distribuite într-un anumit mod, care reprezentat grafic formează aşa numita curbă a greutăţilor.

Greutăţile maselor ce compun deplasamentul sunt echilibrate de presiunea apei ce acţionează asupra carenei navei. Carena navei reprezintă o suprafaţă curbă în spaţiu

A) acţiunea presiunii apei asupra corpului navei pe direcţia “x”. Separăm carena în două părţi distincte cu ajutorul planului cuplului maestru. Asupra fiecăreia din cele două părţi, pe direcţia “x”, acţionează câte o forţă hidrostatică Fx.

Fx = k · ρ · g · zOx · Ax (1.1.1)

unde: Fx, forţa hidrostatică după direcţia “x”; ρ, densitatea apei în care pluteşte nava; g, acceleraţia gravitaţională; k, coeficient care ţine cont de volumul dezlocuit de înveliş; Ax, aria imersă în corespondenţa cuplului maestru; zOx, ordonata centrului de greutate a ariei “Ax” în raport cu suprafaţa liberă a apei.

Întrucât, pentru cele două părţi, Ax şi zOx se confundă, rezultă că cele două forţe Fx sunt egale dar de sens contrar ce se anulează reciproc. Rezultă totuşi o comprimare a corpului navei pe direcţia “x” care se neglijează în comparaţie cu celelalte solicitări generale.

B) acţiunea presiunii apei asupra corpului navei pe direcţia “y”. Separăm carena navei în două părţi distincte cu ajutorul planului diametral. Asupra fiecăreia din cele două părţi, pe direcţia “y”, acţionează câte o forţă hidrostatică Fy.

Fy = k · ρ · g · zOy · Ay (1.1.2)

unde: Fy, forţa hidrostatică după direcţia “y”; Ay, proiecţia pe planul xOz (planul diametral) al suprafeţei curbe considerate; zOy, ordonata centrului de greutate al ariei “Ay” în raport cu suprafaţa liberă a apei.

Deoarece, pentru cele două părţi, Ay şi zOy se confundă (planul diametral este plan de simetrie pentru carena navei), rezultă că cele două forţe Fy sunt egale dar de sens contrar şi se anulează reciproc. Rezultă o comprimare a corpului navei pe direcţia “y” de care se ţine seama la analiza rezistenţei transversale a corpului navei.

C) Pe direcţia “z” acţionează forţa rezultantă de flotabilitate (forţa Arhimede) Fz:

Fz = ρ · g · ∇ 1.1.3)

unde: Fz, rezultanta presiunii apei asupra corpului navei pe direcţia “z” care echilibrează greutatea navei; ∇, volumul carenei (inclusiv grosimea învelişului).

Pe de altă parte, forţa Arhimede Fz se poate scrie sub forma:

Fz = k · ρ · g · A∫−2/L2/Ltx dx = (1.1.4) ∫−2/L2/Lcxdxa

2

unde: Atx, aria imersă la abscisa “x”;

acx= k ρ g Atx, împingerea raportată la unitatea de lungime la abscisa “x”.

Reprezentarea grafică a împingerii “acx” pe lungimea navei poartă denumirea de curba împingerilor.

Nava ce pluteşte în apă calmă îndeplineşte următoarele două condiţii de echilibru:

1. g Δ = ρ g ∇ (Δ =ρ ∇)

2. xG = xB (1.1.5)

Secţionăm imaginar corpul navei în fâşii de lungime unitară (fig 1.1.1). Asupra unei fâşii acţionează de sus în jos greutatea proprie “gx” şi de jos în sus forţa de împingere “acx”, forţe ce nu se echilibrează individual, ci numai însumate pe toată lungimea navei.

Dacă ne imaginăm că fiecare din aceste fâşii ar avea posibilitatea sa se deplaseze în sus sau în jos, păstrându-şi atât forma cât şi greutatea, unele dintre ele şi anume acelea a căror greutate este mai mare decât împingerea ce se exercită asupra lor se vor deplasa în jos, adică îşi vor mări imersiunea până când împingerile respective vor echilibra greutăţile “gx” corespunzătoare; deplasări în sens invers vor căpăta acele fâşii a căror greutate este mai mică decât împingerea ce le revine.

Deoarece acaste deplasări nu sunt posibile, diferenţele dintre mărimile “gx” şi “acx” luate pe toată lungimea navei formează sarcina “pcx”, care provoacă încovoierea longitudinală totală a corpului navei în apă calmă.

Cu alte cuvinte, forţele tăietoare şi momentele încovoietoare ce apar în secţiunile transversale ale corpului navei în apă calmă sunt provocate de diferenţa dintre distribuţia de greutăţi şi de împingeri pe lungimea navei.

Pentru determinarea sarcinii rezultante în apă calmă avem nevoie de:

• curba greutăţilor gx;

• curba împingerilor în apă calmă acx.

1.2 Curba greutăţilor

Clasificarea greutăţilor după modul de distribuţie:

• greutăţi distribuite pe întreaga lungime a navei după o lege oarecare (învelişul navei, osatura longitudinală şi transversală etc.);

• greutăţi distribuite după o lege oarecare pe porţiuni relativ mari din lungimea navei (suprastructuri, rufuri, pereţi longitudinali, punţi parţiale, linia de arbori, maşina de propulsie, tancurile de combustibil, apă şi ulei, încărcătura utilă, etc.). În general, în această categorie se includ toate acele greutăţi care sunt distribuite pe cel puţin 0,02L.