لماذا انهار بدن السفينة في المنتصف؟
هل اتبعت إرشادات كتيب التحميل؟ ما السبب إذاً؟
لماذا تنقسم السفن؟
لماذا انقسمت العديد من هياكل البدن بعد التشحيط؟
لماذا تكون منطقة وسط السفينة دون غيرها عرضة لمثل هذه الانهيارات؟ هل هو بسبب عيب في التصميم؟ أم بسبب خلل ما آخر مثل عدم مطابقة معايير التشغيل؟
لقد اعترضتنا الكثير من الحوادث البحرية التي تتضمن فشل هيكل بدن السفينة، سواء كان هنالك شرخ في منطقة وسط السفينة، أو كسر وانقسام تام في عارضة البدن ، أو انهيار ناتج عن انتشار الشقوق.
في الغالب، يحدث امتداد الشروخ بسبب التعب التام للبدن ، أما فشل عارضة البدن من منظور القوة الطولية،فهو يتلخص في مجموعة من الأسباب التي تشكل مصدر قلق كبير لمصممي السفن ومسؤولي التشغيل، إذ أن مبدأ وضع كتيبات التحميل يكمن في سياق أعمق مما يبدو على الرغم من سهولة اتباع إرشاداته.
لفهم ما نتكلم عنه هنا يمكنك النظر إلى الأمر على هذا النحو:
أنت الآن مصمم السفينة، وعليك الأخذ بعين الاعتبار كل العوامل التي قد تؤثر على الاستجابة الهيكلية لبدن السفينة (والذي يمكن الإشارة له بعارضة البدن من وجهة نظر إنشائية) فيما يتعلق بظروف التحميل المطلوبة.
لكي تقوم بتصميم عارضة بدن السفينة، عليك أن تحلل الهيكل وكأنه جائز . ولكن بالطبع هذا الجائز يختلف عن ذاك التي يتم استخدامه من قبل المهندسين المدنيين، بسبب خصوصية ما تتعرض له هياكل السفن من أحمال متغيرة لا يمكن التنبؤ بها.
تأثير الطفو مثلاً، يكون متفاوتاً دائماً وبشكل دوري على مدى طول السفينة.
كما أن السفن لا تكون دائماً في نفس ظروف التحميل بالنسبة للبضائع. فقد تقوم السفينة برحلة في حالة التحميل الكامل، فيما تكون فارغة من البضائع في رحلة العودة، لكن بخزانات اتزان معبأة.
لذلك عليك أن تقوم بتصميم هيكل السفينة مع الأخذ في الاعتبار عدم التيقن من الأحمال، مما سيساعدك في قياس الاستجابة.
ما ذكر أعلاه في الحقيقة هو مضمون نظرية تم استخدامها على نطاق واسع تسمى نظرية انحناء الجائز (أويلر-بيرنولي )، فكما استخدم المهندسون الإنشائيون هذه النظرية العظيمة في تحليل مظاهر انحناء الجائز، فإن المهندسين البحريين اعتمدوها أيضاً ولكن بطريقة مختلفة قليلاً، لأن هيكل السفينة على عكس الهياكل المدنية، يكون مدعماً دائماً من قبل أساس مرن هو سطح البحر.
وإذا لم تكن قد سمعت بهذه النظرية بعد، فسنعرفك إليها هنا، فقط قم معنا بالخطوات التالية:
اتجاه تأثير قوة الطفو على العارضة يكون للأعلى، ويعتمد التوزع الطولي لقوة الطفو على التوزع الطولي لحجم السفينة المغمور تحت الماء. وهذا يعني أنه هناك تأثير لقوة الطفو عند منطقة منتصف السفينة أكثر منه عند النهايات الأمامية والخلفية. وهذا سيقودك لرسم المنحني كما في (الشكل 1).
الشكل 1 توزع تأثير قوة الطفو
العامل الآخر هو الوزن المطبّق على عارضة البدن. يتألف هذا الوزن من الأوزان الفردية لكل من فولاذ البدن، الآلات، التجهيزات، البضائع، زيوت التشحيم، الوقود، المياه العذبة، الصابورة، والبضائع غير النفطية.
ستحصل تبعاً للتوزيع الطولي لهذه الأوزان ومقاديرها الفردية على منحني التوزع الطولي للأحمال المطبقة على العارضة، والذي ستسميه من الآن فصاعداً منحني الوزن ، ويتوجب عليك رسمه بعد وضع الخطة العامة لتصميم السفينة.
لا تنس أن منحني الحمل يكون عرضة للتغيير، تبعً لاختلاف ظروف تحميل السفينة، وعليك أن تراعي ذلك كمصمم.
الشكل 2: منحني الوزن
على سبيل المثال، في حالة التحميل بالكامل يكون الحمل المطبق أكبر في المنتصف المتوازي لجسم السفينة (أو ما يسمى الجزء الأوسط الثابت المقطع)، لكن في حالة الإبحار على الصابورة حيث يجب أن يتم ملء صهاريج الصابورة الخلفية والأمامية، يغير منحنى الوزن شكله نتيجة للوزن الذي تمت زيادته في كل من مؤخرة ومقدمة السفينة.
- المنحنيان اللذان أصبحا بين يديك يعتبران أساس بناء دليل تحميل السفينة وفقاً لمعايير التصميم.
- أدلة التحميل ليست سوى استنتاجات للشروط المختلفة من أشكال توزيع الوزن.
الخطوة التالية التي ستقوم بها، هي تركيب الرسمين البيانيين فوق بعضهما البعض وطرح مقادير الوزن من مقادير الطفو عند كل نقطة على مدى طول السفينة للحصول على التوزيع الطولي للحمل الكلي على العارضة، كما هو مبين في الشكل (3).
- لاحظ كيف أن اتجاه الحمل الصافي قد يكون صعوداً أو هبوطاً في مواقع مختلفة على مدى طول عارضة البدن، وهذا يتوقف على توزيعات كل من قوى الطفو والوزن.
الآن جاء دور نظرية (أويلر-برنولي) لانحناء الجائز.
وتقول هذه النظرية أنك إذا قمت برسم مقدار المساحة تحت منحنى الحمل من النهاية الخلفية للسفينة وصولاً إلى نقطة معينة تقع الى الأمام، فإنك ستحصل على مقدار تأثير قوة القص الواقعة على قسم البدن عند تلك النقطة.
سيعطيك الرسم البياني لهذا البارامتر توزيع قوة القص، أو ما يسمى مخطط قوة القص للسفينة وذلك في حالة التحميل التي تقوم بدراستها.
الشكل 3 منحني الحمل الصافي
قم بإجراء عملية تكامل رياضي لمنحني قوة القص، لتحصل على منحني عزم الانحناء للسفينة عند حالة التحميل تلك، كما هو مبين في الشكل (4).
الشكل 4 منحني عزم الانحناء
ها قد أصبحت الآن جاهزاً للإجابة على جميع الأسئلة التي طرحناها في البداية، إضافة إلى حصولك على بعض المعايير الهيكلية الهامة جداً للسفينة كما هو مبين أدناه:
يكون مقدار قوة القص على أي مقطع عرضي لعارضة البدن هو الصفر عند النهاية الخلفية، النهاية الأمامية وعند منتصف السفينة. لذلك فإن هذه المناطق هي آخر ما نهتم عندما يكون الفشل عائداً إلى قوى القص.
عزم الانحناء يكون في أقصاه عند وسط السفينة. وهذا الأمر يعود إلى أن إجهاد الانحناء يصل دائماً إلى أقصى قيمة له عند هذه المنطقة ولجميع أنواع السفن، بغض النظر عن حالة تحميلها.
يضع المصممون في عين الاعتبار لحظة الانحناء عند وسط السفن كعتبة للتصميم وذلك استناداً إلى أقصى إجهادات الانحناء التي تحدث عند منتصف السفينة، مع هامش أمان معين يسمى عامل السلامة.
إذا تجاوز مقدار إجهاد الانحناء في أي حالة من حالات التحميل مقاومة الانحناء الخاصة بنوع مادة البدن، يكون البدن متجهاً إلى الفشل
أما لماذا وسط السفينة، فلأن الحد الأقصى لعزم الانحناء كما أسلفنا يحدث دائماً في منتصف السفينة، أي أن منطقة وسط السفينة تكون أكثر عرضة لتجاوز عتبة انحناء المادة عند حالة معينة من حالات التحميل غير المناسبة.
يؤدي جنوح السفينة (أو التشحيط) في العديد من الأوقات إلى حدوث شروخ أو انقسام في وسط السفينة. لماذا؟ حاول استحضار ما يحدث أثناء الجنوح.
في حال الجنوح يحدث اختراق لمنحني توزع الأحمال، بمعنى توزع غير مرغوب به للأحمال على طول البدن، مما يؤدي إلى حدوث تقوس أو تراخي ، وهاتان الحالتان ليستا سوى شكلين من أشكال انحناء عارضة البدن. لذلك إذا كنت قد رأيت سفينة تنقسم بسبب الجنوح، فهذا يعود إلى أن عزم الانحناء عند منتصف السفينة كان قد تجاوز قوة الانحناء لمادة البدن، مما أدى في النهاية إلى الفشل أو الانهيار.
إن النقاط المذكورة في هذا المقال ليست إلا إضاءة بسيطة على الأسباب التي تؤدي إلى فشل بدن السفينة
والآن دوركم ...
دعونا نعرف في التعليقات إذا كان لديكم المزيد من النقاط التي يجب أن تضاف إلى هذه المقالة.
التعليقات:
عمارة وتصميم
كاسحات الجليد Ice Breaker Ships
مع تقلص العالم إلى حجم أصغر بكثير مما يمكن تخيله، كان من المنطقي تطوير التقنيات والمعدات التي تجعل الوصول إلى كل جزء من هذا العالم ممكناً، وذلك من خلال تأمين آليات الوصول حتى إلى أبعد نقطة فيه. كمثال عن التقنيات التي تصنف ضمن هذه الفئة تأتي ...
سفن البضائع Cargo Ships
حتى اليوم، يعتبر النقل بالبحر أفضل وسيلة لنقل البضائع التجارية وأي نوع من عناصر العمل، هذا لكونه آمناً جداً في التعامل مع المواد الحساسة ورخيصاً جداً مقارنةً مع وسائل النقل الأخرى. يوجد الآلاف من سفن البضائع التي تجوب البحار في نفس اللحظة لتحمل البضائع المختلفة ...
سفن الدحرجة RO-RO Ships
انطلاقاً من الأولوية التي يحتلها نقل البضائع بحراً وكون 90% من البضائع المنقولة عالمياً تنقل بواسطة السفن، كان لا بد من تخصص كل نوع من السفن بنوع محدد من البضائع، ومع أن التخصص هو الاتجاه السائد، إلا أنه مازال هناك بعض السفن التي تمتاز بدقتها رغم تنوع البضائع التي ...
زوارق القطر
تعتبر حركة النقل البحري الأكثر صعوبةً مقارنةً بوسائل النقل الأخرى، وتختلف الآليات المستخدمة لتسهيل هذه الحركة وتأمين النقل الأسهل والأفضل بين السفن والمرافئ، لذلك عادة ما نسمع بزوارق القطر والجر (Tugboats) وعن دورها الهام في المساعدة على قطر السفن ومراصفتها بش...
الاهتزازات على متن السفن
تعتبر المستويات العالية من الاهتزازات إحدى أكثر المشاكل شيوعاً على متن السفن، والتي تؤدي للعديد من الآثار السلبية أهمها زيادة الإجهاد الإنشائي للسفينة وشعور الركاب والطواقم بعدم الارتياح. تم في الماضي استبعاد العديد من السفن من الخدمة بسبب المستويات غير المقبولة من ا...
المصطلحات: