Контакты

Морское Дело,
Возрождение забытого искусства
.
Инженер Иванов.
maineditor@sobdelo.ru

Напишите мне: выгодные сотрудничество, предложения, а также новые идеи приветствуются.

Плюс - ответы на все ваши вопросы.

Мой телеграм канал Морское Дело https://t.me/nauticalworld

Выберите дату в Календаре и просмотрите все материалы за этот день.

April 2024
M T W T F S S
1234567
891011121314
15161718192021
22232425262728
2930  
28.05.2024

Морское Дело

ВОЗВРАЩЕНИЕ ЗАБЫТОГО ИСКУССТВА

Как рассчитать прочность лодки 2

Views: 24

В предыдущем материале с таким же названием я начал рассказ о системе “Скэнтлин”. С её помощью можно рассчитать прочность, а вернее, найти поперечные сечения связей корпуса лодки весьма простым способом. Кстати, само слово “scantling” – английское и обозначает, кроме прочего, как раз размеры поперечного сечения балки. Разъяснению этой системы посвящен также материал “Вопрос о прочности наших лодок”, который недавно появился на сайте.

Скажу прямо, в нём я старался напустить страху на тех, кто бездумно строит и потом выходит на воду туда, куда на маленькой лодке соваться не следует. А для тех, кто действительно заинтересован разобраться в сути дела, я продолжаю публикацию про систему определения связей лодок под названием “Скэнтлин”.

В первой статье об этой системе дело упёрлось в алюминиевые и стеклопластиковые корпуса. Это не весьма актуально для нас, для тех, кто строит из дерева и фанеры. Поэтому я разыскал материалы про строительство наших лодок из дерева и фанеры и начну с того, что определю те связи корпуса, для которых были разработаны формулы расчёта поперечного сечения, заведомо обеспечивающие прочность корпуса.

Итак, продолжим. Автор, Дэйв Герр, пишет:

Особенности конструкций из дерева

Все традиционные конструкции “доски-на-наборе” имеют одинаковое устройство. Киль образует “хребет” корпуса. Этот хребет, или килевая закладка, загибается вперед, образуя форштевень, а в корме переходит в ахтерштевень (стернпост). Ахтерштевень – это простейшая форма окончания кормового конца киля. На лодках с глубоким килем, где корпус переходит в корму на более длинном участке до транца, ахтерштевень проходит вертикально вверх от киля на относительно короткое расстояние до верхнего тимберса, который, в свою очередь, проходит горизонтально в корму до транца. Сам транец крепится к ахтер-тимберсу с помощью транцевой кницы.

Шпунты и шпунтовые пояса обшивки

Глубокие кили, как и форштевень, обычно имеют шпунты, к которому прилегает шпунтовый пояс обшивки (т.е. доски, идущие вдоль киля). В качестве альтернативы принято делать киль из двух частей: нижняя внешняя часть называется килем, верхняя внутренняя – резенкиль. Иногда – и это сбивает с толку – эту балку также называют кильсоном, килевым апроном и некоторыми другими терминами. В этом случае резенкиль и киль, как единое целое, образуют собственно киль. Кили из досок обычно изготавливаются таким образом, делается киль и резенкиль. Резенкиль может быть более крупной и тяжелой балкой с площадью поперечного сечения больше, чем у внешнего киля в этой конструкции.

Ламинированные кили

Большие килевые балки (и вообще большие балки) представляют собой проблему из-за значительного изменения их размеров при изменении влажности. Хотя правила некоторых классификационных обществ предусматривают использование в киле очень мощных брусьев, я считаю, что это непродуктивно. Однако отличный способ избежать проблемы разбухания больших балок – это склеить киль из более мелких досок, используя эпоксидный клей. Затем покрыть всю конструкцию киля эпоксидным клеем и загерметизировать. Отдельные доски меньшего размера меньше изменяются в размерах; с ними легче работать, и они меньше стоят; из них можно изготовить балку любых размеров и формы; а покрытие эпоксидным клеем почти полностью сохраняет постоянную влажность – таким образом, не возникает проблемы расширения или сжатия. Ламинированные кили не должны быть изготовлены из дуба, который содержит кислоты, плохо сцепляющиеся с эпоксидной смолой, как некоторые другие породы дерева. Желтая сосна и ель Дугласа отлично подходят для изготовления ламинированных килей и штевней.

Тонкие доски для ламинирования на эпоксидной смоле

Важно не ламинировать эпоксидной смолой большие доски из отдельных слоев, которые сами по себе слишком толстые. Такие большие доски – даже пропитанные эпоксидной смолой – будут разбухать и сжиматься настолько, что это вызовет проблемы с конструкцией и клеевым соединением. Как правило, не следует ламинировать древесину толщиной более 2 1/2 дюйма (60 мм). Наиболее стабильная конструкция и самый долгий срок службы будут достигнуты, если использовать пиломатериалы толщиной не более 1 1/2 дюйма (38 мм).

Мощные килевые балки добавляют мало прочности

Важно помнить, что большой тяжелый киль сам по себе не придает корпусу судна большой прочности и жесткости. Прочность и жесткость всего корпуса обеспечивается мощной балкой коробчатого сечения, которую образует весь корпус как единое целое. Палуба, привальные брусья наружные и внутренние, настил палуб, скуловые стрингеры и киль – все это работает вместе. Удвоение или утроение площади поперечного сечения киля добавляет не больше прочности всей конструкции в целом, чем, скажем, произвольное удвоение или утроение толщины палубы или настила. Избегайте распространенной тенденции использовать массивные килевые балки.

Конструкция киля со свинцовым балластом

Другой вариант для килей больших парусников со свинцовым внешним балластом – сформировать часть конструкции киля/килевой балки из длинной, неглубокой свинцовой отливки киля-балласта. В этом случае деревянная конструкция киля вообще не требуется. В носовой и кормовой частях балластного киля, деревянный киль и дейдвуд могут быть прикреплены к свинцовому килю зафиксированы, как если бы он был деревянным. Эти балластные кили, являющиеся частью конструкции, должны быть отлиты из свинца с содержанием сурьмы около 2 процентов. Он прочнее, чем цельный дубовый киль того же размера, но при этом не изменяет размеры от влажности , как древесина. В свинцовом балласте можно вырезать и обработать пазы для продольных балок, а также просверлить и заизолировать отверстия для болтов флоров. Это исключительно прочная и долговечная конструкция.

Форштевень

Форштевень почти всегда имеет ярко выраженный изгиб в передней части, часто приближающийся к 90 градусам. Существует несколько способов изготовления такой балки.

Натурально изогнутые форштевни

При строительстве малых лодок традиционный метод заключается в том, чтобы найти выросшую на дереве изогнутую ветку, которая по размеру и кривизне приближалась бы к желаемой форме форштевня. Затем форштевень вырезается из неё как единое целое. Для более крупных корпусов форштевни изготавливаются из двух или трех естественно изогнутых частей и скрепляются болтами.

Составные форштевни

Природные изогнутые заготовки для форштевня найти трудно (кажется, с каждым годом все труднее). Поэтому для большинства лодок среднего и большого размера делают составные форштевни, изготовленные из нескольких балок из пиломатериалов; обычно достаточно двух или трёх частей. Если используется две части, то внутренняя часть форштевня с максимальным изгибом называется кницей форштевня. Если используется три части, то внутренняя и наружная балки называются захватом. Следующая часть балка (обычно с максимальной кривизной) – кницей форштевня. Во всех случаях самый передний брус называется форштевнем, даже если все эти детали вместе образуют собственно форштевень.

Балки скрепляются плотницкими замковыми соединениями или замковыми ключами и тщательно скрепляются сквозными болтами. Диаметр болтов, размер замков и концов для врезок должны быть примерно таким же, как и для балок, соединённых замком, аналогичных размеров (см. главу 10). Все они обрезаются и обрабатываются в точном соответствии с формой поперечного сечения форштевня, которое часто меняется по длине. Для таких составных форштевней обязательно вырезайте каждую отдельную деталь так, чтобы направление древесных волокон шло по большей части его длины, а не поперек.

Ламинированные форштевни

Составные форштевни превосходны, но имеют тяжелую и трудоемкую конструкцию. Я предпочитаю для ламинированных форштевней использовать эпоксидный клей и покрытие из него. Традиционно такие ламинированные форштевни изготавливались из деталей, идущих продольно поперёк корпуса (как ламинированный шпангоут, повернутый лицом к носу). Теоретически, это самый правильный и прочный метод. Однако такие работы по ламинированию занимают много времени. Необходимо изготовить оснастку, подготовить множество струбцин, а для всей процедуры требуется несколько рук и много дерева.

Альтернативные варианты ламинированных форштевней

Я добился очень хороших результатов, используя форштевни, которые были ламинированы слоями, идущими от носа к корме, примерно как шпангоут из пиломатериалов, который был повернут лицевой стороной вперед, только с большим количеством слоев. Такие ламинированные форштевни изготавливаются из трех-шести слоев каждый, распиливаются по форме, а стыки реек располагаются в шахматном порядке. Преимущество в том, что распиловка плоской доски по форме – это быстрая и простая работа. Ставить такие балки на место на струбцинах также проще, причем большая часть зажимного давления приходится на гвозди с кольцевым сечением и бронзовые винты, которые оставляют на месте, если они не мешают обработке древесины. С этой конструкцией форштевня меня познакомили ребята из Covey Island Boatworks. Хотя теоретически она слабее стандартных горизонтально ламинированных форштевней, я убедился, что эти форштевни ламинированные вдоль более чем достаточно прочны.

Шпангоуты и флоры

Флоры

Шпангоуты крепятся к килю, форштевню, ахтер-тимберсам и ахтерштевню с помощью флоров. Сначала флоры вырезаются из довольно толстой доски и соединяются болтами с килём. Затем флоры крепятся в продольном направлении к шпангоутам. Флоры также могут быть соединены болтами по центру сверху рам. Такие флоры крепятся шурупами к шпангоутам сверху, а также крепятся болтами в верхнюю часть киля. На судах с шпунтовым поясом киля, флоры могут быть довольно высокими, особенно в местах прохода через дейдвуд, ахтерштевень и ахтер-тимберс. Такие флоры часто имеют пазы вокруг килевой балки, а также могут крепиться к боковым частям ахтерштевня и дейдвуда. Такие флоры часто делаются из двух секций. Нижняя секция представляет собой три отдельных, примерно треугольных, части, каждая из которых крепится в боковую часть ахтерштевня или ахтер-тимберса. Верхняя секция представляет собой поперечную деталь, как у обычного флора, или шпангоута, расположенную поперек днища. Она проходит от левого до правого борта и крепится к шпангоутам. Эту верхнюю поперечину иногда называют усиленной балкой.

Флоры также могут быть сделаны из металла, см. с. 172-74.

Гнутые на пару шпангоуты

Гнутые на пару шпангоуты обычно лучше подходят для круглых корпусов. Это связано с тем, что волокна в шпангоуте проходят плавно и равномерно по всей его длине (ламинированные шпангоуты почти такие же прочные и упругие, как и гнутые на пару, но требуют больше труда). В отличие от этого, волокна в шпангоутах из досок почти всегда идут под углом к направлению самого шпангоута. Как следствие, шпангоуты из пиломатериалов в круглых корпусах имеют лишь половину прочности, от прочности согнутых на пару или ламинированных шпангоутов.

Большие гнутые на пару шпангоуты

Гнутые на пару шпангоуты толщиной более 2 дюймов (50 мм) в поперечном направлении довольно сложно согнуть. Обычное решение – разделить шпангоут в поперечном направлении на две ветви и согнуть их на месте. Например, шпангоут размером 3 на 3 дюйма (76 на 76 мм) будет согнут в два слоя толщиной 3 дюйма (76 мм) в продольном направлении и 1 1/2 дюйма (38 мм)в поперечном. Нет необходимости склеивать два слоя вместе; они просто прижимаются к ребрам жесткости струбцинами и соединяются шурупами; достаточно, чтобы они держались, когда струбцины будут сняты. Обычные шурупы для крепления досок достаточно длинные, чтобы пройти через оба слоя шпангоута, таким образом, двухслойный шпангоут действует как единое целое.

Некоторые люди опасаются, что между двумя слоями шпангоута, изогнутого на пару, может возникнуть гниль. Однако это не так. Я осмотрел несколько судов длиной более 50 футов (15 м), которые были построены с шпангоутами, согнутыми по принципу “раздвоения”. Всем этим судам было более 30 лет, и, хотя гниль наблюдалась в нескольких местах, единственное место, где ее не было, – это между половинками шпангоута!

Продолжение следует

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *