Midtskipseksjon Midtskipsseksjon – struktur og tyngdepunkt
Midtskipseksjon Midtskipsseksjon – struktur og tyngdepunkt
Midtskipseksjon Midtskipsseksjon – struktur og tyngdepunkt
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
Laboratorieøving 1<br />
<strong>Midtskipseksjon</strong><br />
GRUPPE NR. DATO STUD.ASS.<br />
DELTATT:<br />
<strong>Midtskipsseksjon</strong> <strong>–</strong> <strong>struktur</strong> <strong>og</strong> <strong>tyngdepunkt</strong><br />
Mål<br />
Øvingen skal gi innblikk i navn <strong>og</strong> funksjon for de mest elementære konstruksjonselementene<br />
i midtskipseksjonen. I tillegg vil de viktigste kreftene som virker på <strong>og</strong> i et skr<strong>og</strong> når det<br />
ligger i ro forklares.<br />
Motivasjon<br />
De forskjellige konstruksjonselementenes navn <strong>og</strong> oppgaver er viktige å beherske av flere<br />
grunner. I senere emner i studiet forventes det kjennskap til grunnleggende marin terminol<strong>og</strong>i.<br />
I samfunnet forøvrig er det <strong>og</strong>så viktig at man kjenner begrepene, både for å bli respektert<br />
som mariningeniør, men <strong>og</strong>så for lettere å forstå hva som blir sagt!<br />
Innledning<br />
Et skip utsettes for mange ulike belastninger, <strong>og</strong> dette er en utfordring innen<br />
fartøyskonstruksjon. Konstruktøren må ta høyde for at fartøyet skal tåle bølger, vind, vann på<br />
dekk, forskjellige lastkondisjoner, hydrostatisk trykk på skipssidene <strong>og</strong> i bunnen,<br />
gravitasjonskrefter på grunn av skipets masse, med mer.<br />
Styrke<br />
For at skip skal kunne bære nyttelast må<br />
konstruksjonen i seg selv være lettest<br />
mulig. I stedet for å bruke tykke plater for å<br />
oppnå ønsket styrke i skr<strong>og</strong>et, bruker man<br />
tynnere skr<strong>og</strong>plater som er stivet opp med ulike<br />
typer stivere <strong>og</strong> spant. Figur 1 viser deler av en<br />
stiver<strong>struktur</strong> for et skr<strong>og</strong>.<br />
Dersom man laster noe tungt i en pappeske <strong>og</strong> setter den på<br />
vannet som vist i fig 2, vil den kollapse. På samme måte ville et<br />
skip kollapset, hvis det ikke hadde hatt avstiving <strong>og</strong>/eller dekk.<br />
Figur 1: Stivere<br />
TMR 4100 Marin teknikk intro 1<br />
Høst 2008
Laboratorieøving 1<br />
<strong>Midtskipseksjon</strong><br />
Figur 2: Kreftene som virker på et skipsskr<strong>og</strong>. Oppdriftskreftene på bunnen <strong>og</strong> vanntrykket på sidene<br />
(P=ρ*g*h)<br />
Vanntrykket forsøker å trykke sammen konstruksjonen. Dekket (<strong>og</strong> de andre stiverne) gjør at<br />
fartøyet ikke kollapser på samme måte som pappesken.<br />
Figur 3: Prinsippskisse av midtspantet på et stykkgodsskip påsatt navnene på de viktigste<br />
konstruksjonselementene.<br />
Stivernes oppgave er å ta opp krefter skipet blir utsatt for. Kraften overføres fra skr<strong>og</strong>platene<br />
(skipshuden) til spantene <strong>og</strong> videre til bærerne/stiverne. Konstruksjonselementene er<br />
dimensjonert <strong>og</strong> satt sammen slik at de samlet skal kunne stå imot kreftene <strong>og</strong> momentene<br />
som virker i konstruksjonen.<br />
TMR 4100 Marin teknikk intro 2<br />
Høst 2008
Laboratorieøving 1<br />
<strong>Midtskipseksjon</strong><br />
Sagging <strong>og</strong> h<strong>og</strong>ging<br />
I skipslæra benyttes ulike innfallsvinkler for å løse forskjellige oppgaver. Når man studerer<br />
krefter som virker på hele skipet er det vanlig å snakke om skipet som en bjelke. Man ser da<br />
bort fra skr<strong>og</strong>detaljene <strong>og</strong> fokuserer på de overordnede problemstillingene. Eksempelvis<br />
finner man i slike analyser graden av sag <strong>og</strong> h<strong>og</strong>g. Siden skipet ikke er helt stivt kan det bøyes<br />
<strong>og</strong> vris. Dersom oppdriften er mindre enn gravitasjonen midt på skipet <strong>og</strong> større i baug <strong>og</strong><br />
hekk, vil skipet dras ned på midten <strong>og</strong> man får såkalt sagging.<br />
Figur 4: Fartøy som sagger<br />
Når skipet har større oppdrift enn gravitasjon midtskips <strong>og</strong> mindre forut <strong>og</strong> akterut, vil baugen<br />
<strong>og</strong> akterende henge ned <strong>og</strong> man får såkalt h<strong>og</strong>ging.<br />
Figur 5: Fartøy som h<strong>og</strong>ger<br />
Dersom skip lastes feil kan det føre til så stor sagging eller h<strong>og</strong>ging at skipet knekker. Se<br />
bilde s. 272 i ”Marin teknikk 1”-kompendiet. Ved sagging kan det være fare for at fartøyet<br />
”revner” i bunnen som pilene i figur 4 viser, <strong>og</strong> ved h<strong>og</strong>ging vil det eventuelt ”revne” i<br />
dekket.<br />
Når skip beveger seg i bølger vil oppdriften variere over skipslengden. Det gjør at skipet vil<br />
bli utsatt for varierende h<strong>og</strong>ging <strong>og</strong> sagging når bølger passerer.<br />
TMR 4100 Marin teknikk intro 3<br />
Høst 2008
Laboratorieøving 1<br />
<strong>Midtskipseksjon</strong><br />
Seksjonering<br />
Større fartøy bygges stadig oftere seksjonsvis. Hver enkelt seksjon ferdigstilles hver for seg,<br />
gjerne inne i haller, for så å fraktes ut i dokk for sammenstilling. Store offshorekonstruksjoner<br />
produseres på samme måte. Dette får vi kanskje se under besøket til Aker Verdal.<br />
Figur 6: Inndeling av skip i seksjoner under bygging<br />
Figur 6 viser et skip som er delt inn i<br />
5 hoveddeler: Akterskip,<br />
maskinromsdel, lasteromsdel,<br />
forskip (baug) <strong>og</strong> overbygning.<br />
Disse hoveddelene kan <strong>og</strong>så deles i<br />
mindre seksjoner. Hvor store<br />
seksjoner et verft bygger varierer <strong>og</strong><br />
avhenger av flere parametere, men<br />
som regel er det kranenes<br />
løftekapasitet som begrenser<br />
størrelsen på seksjonene. Seksjonen<br />
dere skal jobbe med i denne<br />
oppgaven er fra midtskipet i et rorofartøy.<br />
Ro-ro kommer fra ”roll-onroll-off”.<br />
Altså et skip hvor lasten<br />
kjøres ombord som på en ferge.<br />
Figur 7: RoRo fartøy<br />
Tyngdepunkt<br />
Tyngdepunktet (massesenteret) til et legeme kan forstås som legemets balansepunkt. Du kan<br />
prøve å finne blyantens <strong>tyngdepunkt</strong> ved å balansere den på fingeren din, men husk at i et skip<br />
må man <strong>og</strong>så finne høyden til <strong>tyngdepunkt</strong>et. I blyanten ligger dette punktet midt i blyet.<br />
Tyngdepunktets beliggenhet, høyde over kjølen, er viktig for fartøyets stabilitet. For høyt<br />
<strong>tyngdepunkt</strong> kan gi stabilitetsproblemer. Det er derfor viktig å kunne beregne hvor<br />
tyngdepunket i et skip ligger for alle driftstilstander slik at stabiliteten alltid er<br />
tilfredsstillende.<br />
TMR 4100 Marin teknikk intro 4<br />
Høst 2008
Laboratorieøving 1<br />
<strong>Midtskipseksjon</strong><br />
I et hom<strong>og</strong>ent materiale vil <strong>tyngdepunkt</strong>et ligge på samme sted som volumsenteret.<br />
Volumsenteret kan man som regel enkelt anslå ved å observere geometrien.<br />
Et fartøy er satt sammen av en rekke smådeler <strong>og</strong> er langt fra hom<strong>og</strong>ent. Man må derfor regne<br />
ut <strong>tyngdepunkt</strong>et ved å ta hensyn til alle de ulike vektene. Dette gjøres ved å multiplisere<br />
masse med <strong>tyngdepunkt</strong> over kjølen (KG) for alle komponentene. Disse produktene adderes<br />
så sammen før man deler denne summen på den totale massen. På denne måten finner man<br />
avstanden fra kjølen <strong>og</strong> opp til skipets vertikale <strong>tyngdepunkt</strong>. Dette er en viktig parameter i<br />
skipslæra <strong>og</strong> forkortes KG hvor K står for Keel (kjøl) <strong>og</strong> G står for center of Gravity<br />
(<strong>tyngdepunkt</strong>senter).<br />
Matematisk kan man sette opp uttrykket for <strong>tyngdepunkt</strong>beregning slik:<br />
KG<br />
totalt =<br />
n<br />
1<br />
X<br />
n<br />
( m KG )<br />
∑ ⋅<br />
∑ m<br />
Et enkelt eksempel:<br />
1<br />
X<br />
X<br />
Vi skal finne <strong>tyngdepunkt</strong>et til denne konstruksjonen.<br />
Konstruksjonen er symmetrisk i lengderetningen (inn i arket) <strong>og</strong> figuren viser tverrsnittet.<br />
KG<br />
KG<br />
KG<br />
tot<br />
tot<br />
tot<br />
=<br />
=<br />
=<br />
( mA<br />
⋅ KG A ) + ( mB<br />
⋅ KGB<br />
) + ( mC<br />
⋅ KGC<br />
)<br />
( mA<br />
+ mB<br />
+ mC<br />
)<br />
( 0,<br />
4 kg ⋅ 0,<br />
14 m)<br />
+ ( 0,<br />
3kg<br />
⋅ 0,<br />
07 m)<br />
+ ( 0,<br />
6 kg ⋅ 0,<br />
02 m)<br />
( 0,<br />
4 kg + 0,<br />
3kg<br />
+ 0,<br />
6 kg)<br />
0,<br />
07<br />
m<br />
B<br />
C<br />
A<br />
KG A<br />
KG B<br />
m = masse<br />
KG = <strong>tyngdepunkt</strong> over kjøl<br />
mA<br />
= 0,<br />
4kg<br />
KG A =<br />
0,<br />
14m<br />
mB<br />
= 0,<br />
3kg<br />
KGB<br />
= 0,<br />
07m<br />
KG C m = 0,<br />
6kg<br />
KG = 0,<br />
02m<br />
TMR 4100 Marin teknikk intro 5<br />
Høst 2008<br />
C<br />
C
Laboratorieøving 1<br />
<strong>Midtskipseksjon</strong><br />
Dersom det er mange komponenter, kan det være en fordel å sette tallene opp i en tabell <strong>og</strong><br />
benytte Excel.<br />
Komponent Vekt (kg) KG (m) Vekt*KG(kg m)<br />
Øvre flens (A) 0,4 0,14 0,056<br />
Steg (B) 0,3 0,07 0,021<br />
Nedre flens (C) 0,6 0,02 0,012<br />
SUM: 1,3 0,089<br />
Som gir beregnet KG:<br />
KG<br />
KG<br />
tot<br />
tot<br />
0,<br />
089 kgm<br />
=<br />
1,<br />
3kg<br />
= 0,<br />
07 m<br />
TMR 4100 Marin teknikk intro 6<br />
Høst 2008
Lab:<br />
Kontaktperson: Andreas Djupesland<br />
Sted: Vrimle<br />
Utstyr: Midtskipsmodell<br />
Lukekarm<br />
Skruer<br />
Målebånd<br />
Tommestokk<br />
Navnelapper<br />
2 korte stålrør<br />
Aluminiumsrør (2,5 m)<br />
Laboratorieøving 1<br />
<strong>Midtskipseksjon</strong><br />
Litteratur: Styrke: Marin Intro, kapittel 13.5.1 (s. 276)<br />
Sagging/h<strong>og</strong>ging: Marin Intro, kapittel 13.3 (s. 269)<br />
Seksjonering: ”Skip, plattformer <strong>og</strong> sveiste konstruksjoner”, Ola<br />
Westby, Tapir 1991, kapittel 5.4 (s.121)<br />
Tyngdepunkt: ”Statikk”, Fridtjof Irgens, Tapir 2000, kapittel 8.5<br />
(Volumsenter = <strong>tyngdepunkt</strong> i et hom<strong>og</strong>ent<br />
materiale)<br />
Forberedelser: Hent utstyr på Introlabben.<br />
Sikkerhet: Når dere holder på med øvingen må dere passe opp for klemskader.<br />
Særlig når dere bikker på modellen.<br />
Orden: Skru av lukekarm <strong>og</strong> skru ut skruene på kneplatene. Lever dette tilbake<br />
til Andreas på Introlabben.<br />
TMR 4100 Marin teknikk intro 7<br />
Høst 2008
Gitte størrelser:<br />
Laboratorieøving 1<br />
<strong>Midtskipseksjon</strong><br />
Konstruksjonskomponent Lokal KG [m] Vekt per enhet<br />
[kg]<br />
Lokal KG*vekt<br />
Kjølgang 0,001 1,171 0,001171<br />
Bunnplater 0,001 4,674 0,004674<br />
Hudplater 0,470 4,444 2,08868<br />
Springplater 0,970 0,364 0,35308<br />
Waterboard plater 1,010 1,302 1,31502<br />
Dekksplater 1,010 1,743 1,76043<br />
Lukekarm 2,99<br />
Bjelkebærere 0,955 0,924 0,88242<br />
Midtbærere 0,100 0,52 0,052<br />
Sidebærere 0,100 1,04 0,104<br />
Bunnstokker 0,100 3,182 0,3182<br />
Bunnstokk v/ webspant (uten hull) 0,100 2,147 0,2147<br />
Tanktopp 5,189<br />
Kneplater, store, nedre 0,250 0,043 0,01075<br />
Kneplater, små, øvre 0,960 0,04 0,0384<br />
Kneplater, store, øvre 0,950 0,164 0,1558<br />
Spant 0,87<br />
Webspant 0,605 1,492 0,90266<br />
Tverrskipsbærere i dekk, små 0,980 0,592 0,58016<br />
Tverrskipsbærere i dekk, store 0,970 1,024 0,99328<br />
Skruer m/muttere 0,980 Tilnærmet null 0<br />
Skruer m/øye 0,980 Tilnærmet null 0<br />
Skiver 0,980 Tilnærmet null 0<br />
SUM 33,915<br />
TMR 4100 Marin teknikk intro 8<br />
Høst 2008
Oppgaver:<br />
Laboratorieøving 1<br />
<strong>Midtskipseksjon</strong><br />
1) Skriv følgende navn på lapper <strong>og</strong> fest dem på modellen der de hører hjemme:<br />
• Hudplate<br />
• Lukekarm<br />
• Kjølgang<br />
• Dobbeltbunn<br />
• Kneplate<br />
• Spant<br />
• Bunnstokk<br />
• Webspant<br />
Be stud.ass. sjekke at det stemmer før du går videre!<br />
• Midtbærer<br />
• Sidebærer<br />
• Dekk<br />
• Tanktopp<br />
• Flens<br />
• Springplate<br />
• Waterboard<br />
• Bjelkebærer<br />
2) Vanntrykket vil virke på skr<strong>og</strong>et som vist i figur 2. I tillegg til dette vil <strong>og</strong>så<br />
dekkslaster påvirke fartøyet. Stå ved hver deres side av modellen <strong>og</strong> trykk <strong>og</strong> løft på<br />
dekksplatene. Hva skjer? Hvorfor?<br />
3) Skru fast kneplatene <strong>og</strong> gjør det samme. Hva skjer? Har noe blitt annerledes? Hvorfor?<br />
4) Sett støttene (de korte stålrørene) mellom tanktoppen <strong>og</strong> dekksplaten ved<br />
lukeåpningen. Gjør det samme igjen. Hva skjer? Har noe blitt annerledes? Hvorfor?<br />
5) For å få om bord last må man ha luker i dekket. Skru fast lukekarmen. Trykk på platen<br />
som før. Hva skjer med modellens stivhet nå? Hvorfor? Hvorfor har man egentlig<br />
luker i dekk? Og hvorfor velger man å ha en lukekarm?<br />
6) Seksjonen er bygget i aluminium med tetthet 2,7 tonn/m 3 . Beregn høyden til det totale<br />
<strong>tyngdepunkt</strong>et (KG) til seksjonen. En del info er gitt i labskjemaet.<br />
7) Du skal nå teste ut om din beregning av <strong>tyngdepunkt</strong>et i oppgave 6 er korrekt. Vipp<br />
seksjonen slik at den ligger oppå stålrøret med tverrsnittarealet ned. Finn<br />
balansepunktet til seksjonen. Bruk målebåndet til å måle hvor det ligger. Stemmer<br />
dette med din beregning? Hvis ikke; hva er årsaken til avviket?<br />
8) Modellen er bygget i aluminium. Fartøyet skal i virkeligheten bygges i stål, <strong>og</strong><br />
målestokken for modellen er 1:5. Tettheten til stål er 7,8 tonn/m 3 . Beregn hvorvidt<br />
krana på verftet er i stand til å løfte denne modulen. Løftekapasiteten til krana er 15<br />
tonn. Vis utregning.<br />
9) Kommentarer til staben. Hva har jeg lært? (Legges ved på eget ark.)<br />
TMR 4100 Marin teknikk intro 9<br />
Høst 2008