Форум Лаборатории Альтернативной Истории

Эта тема является продолжением обсуждения прочностных качеств грузовых судов.
http://lah.flybb.ru/topic1816-330.html
В частности, я решил вспомнить молодость и просчитать все вручную, чтобы получить аналитические зависимости параметров судна от нагрузки.

Итак, задача состояла в том, чтобы рассчитать конструкцию баржи, в конструкции которой используется только дерево и металл (в принципе, неважно какой) в качестве соединительных элементов. Соединение балок с помощью веревок в данном случае нагрузки не выдержит.

Шпангоуты расставлены через 1 метр.
Для обелиска массой 1000 тонн получилась следующее (картинка сделана в 3DMax):

Данная картина - это самый минимальный вариант, предельный. Скорей всего, для устойчивости судна на опрокидывание (я это не просчитывал), придется ширину увеличивать метров до 20-30, а это повлечет соответственное увеличение высоты шпангоутов (см. расчеты; при 20 метрах ширины баржи высота шпанг. будет около 4 метров).

Поясню, почему именно ферменная конструкция. Дело в том, что расчет дал строительную высоту шпангоута 2.5 метра, но это для того случая, когда он целиком выполнен из дерева, то есть вроде ДСП или фанеры. Это возможно, но технологии такие появились совсем недавно, благодаря появлению широкого ассортимента станков и развитого химического производства.

Так что древним остается строить только фермы. Соответственно, увеличивается строительная высота до 3 метров примерно.

Вот расчет, проверяйте:

Ув. Sonj! Ну, а что Вы почувствовали в процессе расчетов - могли или не могли? Каково Ваше последнее впечатление?

Вопрос, конечно, интересный

Приведу лишь известные факты.
Такой корабль в принципе могли сделать и древние греки, и римляне, и все, кто был после них. Но вот реально о применении ферменных конструкций всерьез задумались только в самом конце 18 века, после расчета их ведущими математиками (Эйлером, например).
Да и к тому же у меня на рисунке не отображены многочисленные детали, как продольный силовой набор, металлические полосы, тысячи гвоздей и прочих важных элементов.

Скажем так - если бы в древний Египет попал инженер из середины 19 века, то он наверное смог бы организовать постройку такого судна.
Очень маловероятно, я считаю, чтобы в древности до такого смогли додуматься сами. Есть категория знания, которое приходит исключительно через опыт.
Через долгое опробирование и отбрасывание неверных решений.

На деревянную конструкцию не погрузить, из за лакальных перегрузок. Деревяшка будет терять необратимо структуру с нарастающим снижением прочности.

А как же перевозили обелиск римляне?

А действительно - как? У Вас нет информации?
Единственное, что мне пока известно - у них была трирема и 300 гребцов.
Хотя, вообще-то, он у них был втрое легче.
И ферм у них не было - это точно.


Да, есть такая проблема. Дерево - очень своеобразный материал из-за своей сильной неоднородности, анизотропии. Особенно сложно сделать места стыковок.
Так что придется закладывать в конструкцию большие запасы по прочности.

Хочу добавить, что для 1900-тонного асуанского обелиска даже эта конструкция не годится, слишком слаба.

Sonj, картинка красивая! Жаль что не от египтологов ))
3д макс фермы не умеет считать к сожалению)
Максимальные моменты на палубу будут как раз по краям обелиска. А у вас стойка туда не становится.. Опасный там участок.. Ну это так.. Ферма конечно другой вид должна иметь если оптимально распределять.

По расчетам.
Я не понял почему мы не считаем именно веревочные соединения? Где у египтянцев были металло-деревянные конструкции?

Как я понял вы привели расчет сплошной балки длиной 15 м где получилось сечение 2.5 м. Дерево такого сечения - вещь гипотетическая, к тому же фермы работают несколько иначе.
Я завел примерно похожую схему и получил усилия в стержнях близким к средней части по 10 и -10 тонн (в одних сжатие в других растяжение). Причем не на стойках, а на поясах фермы.
Если у кого есть желание посчитать сечения деревянных стержней при длине 2.5-3м и нагрузку на соединения - пожалста.

kavalet, отвечаю по-порядку:

1. Ферму я специально не просчитывал, это просто ее обобщенно-схематичное изображение, так, сказать
2. Веревочные соединения я не рассматривал, потому что не знаю, какие у них могут быть параметры (просто мне не известны примеры применения оных в ответственных конструкциях).
3. Да, я провел расчет для сплошной балки, но т.к. таких деревьев не бывает, пришлось делать ферму. Поверьте мне как прочнисту, картина напряжений в ферме и в сплошной балке принципиально не отличаются - всю работу берут на себя слои, наиболее удаленные от оси симметрии сечения (Ваш расчет как раз это и показал). То есть ферма практически аналогична двутавру, если материал стоек "размазать" по всей длине.

Подытоживая, можно сказать, что я поступил как современный инженер, попавший на несколько тысячелетий в древность и попытавшийся сделать ковчег из подручных материалов

Про общую схему напряжений я согласен, а вот в местах соединений (узлов) усилия будут концентрироваться, в отличие от сплошной балки или того же двутавра.
А речь как раз о соединении деревяшек. Е если сжатие еще как-то можно компенсировать хитрым сопряжением брусьев, то растяжение порядка 10 тонн удержать на веревках не так уж просто.

В нарисованной ферменной конструкции кедровый брус на палубе (верхний пояс) проходит с сечением 450 х 500 мм.

(Коэффициент использования по СНиПам:
Гибкость пояса в плоскости фермы 0.866
Гибкость пояса из плоскости фермы 0.962)

1.Вес каждого из обелисков Хатшепсут, для перевозки которых была предназначена баржа, называют в диапазоне 315-380Т.
Средний - 348Т.
2.Длину называют в диапазоне 29,56-36м. Средняя - 33м.
3.Удельный вес гранита называется в диапазоне 2,6-2,7. Средний - 2,65.
4. Исходя из 1,2,3 и того, что обелиск ПОКА - параллелепипед, сторона основания - 2м.
5. Думаем ПОКА о барже для одного обелиска: пусть ширина 6,5 метра (пока), длина - 33метра.
6.Палубу набираем из ПОПЕРЕЧНЫХ к ДП, составленных вплотную брусьев высотой 400мм и толщиной - 100мм.
7.В середине каждая из таких балок оказывается нагруженной сосредоточенной нагрузкой в 1,06 тонны (0.1м*2м*2м*2,65т/м3=1,06т).
8. Идём сюда:

http://vladirom.narod.ru/stoves/beamcalc.html

...и задаём балку с толщиной 100мм, высотой 400мм, длиной 6,5м, и сосредоточенной нагрузкой 990кГ (больше программа не позволяет).
10.Получаем прогиб ... и запас по прогибу ...
11. Вспоминаем, что нарузка в 1.06 тонны распредеделена на 2 из 6.5 погонных метров балки.
12. Для более точных прикидок ищем в и-нете более удобный куркулятор.
13.Прекращаем боготворить спецов, у которых "одни вилы на две фермы".

Да, соединения - самые критичные места. В идеале они должны быть такими, чтобы соединяемые детали составляли как бы единое целое (как при сварке металлов).
Веревки такое не смогут обеспечить - как бы их сильно ни затянуть, они все равно разболтаются. А в такой напряженной конструкции ослабление даже одного узла неминуемо потянет разрушение соседних.


Мда... многовато, конечно.
Хотя можно использовать брус меньшего сечения, но ставить чаще шпангоуты, через 0.5 метра, например (через локоть )

Согласен с Вашими расчетами (правда, непросто сделать брус сечением в 400 мм, но это не принципиально. Проще взять целиком толстый ствол дерева).
Видимо, что-то подобное было у римлян, перевозивших 360-т. обелиск.

Так вот, в результате наших расчетов определяются приблизительные границы возможностей древних судостроителей.

Пока предел возможностей ограничивается цифрой в 400 тонн.

спецам нужно доверять, ну и проверять тоже:
http://flyfolder.ru/7293591
Там расчет балки. Красным в конце условия по которым указанная Вами балка с нагрузками не проходит.