Tính toán, thiết kế kết cấu thân tàu theo quy phạm TCVN 6259_2003 với tàu hàng 20000 tấn

Tài liệu tham khảo kỹ thuật công nghệ cơ khí Tính toán, thiết kế kết cấu thân tàu theo quy phạm TCVN 6259_2003 với tàu hàng 20000 tấn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANGKHOA KỸ THUẬT TÀU THỦY  BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÂN TÀUGvhd: Gv. Bùi Văn NghiệpSv thục hiện : Đặng Ngọc ThiếtMssv : 50131399Lớp 50ttdt2 11BTL kết cấu thân tàu GVHD: GV Bùi Văn NghiệpTRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANGKHOA KỸ THUẬT TÀU THỦYBÀI TẬP LỚNKẾT CẤU THÂN TÀUTÀU HÀNG 20000 TẤN,KHOẢNG SƯỜN 650GVHD:KS.BÙI VĂN NGHIỆPSVTH : ĐẶNG NGỌC THIẾTMSSV :50131399LỚP :50 ĐT2 Nha Trang ,10/2010SVTH : Đặng Ngọc Thiết Lớp 50DT2 11BTL kết cấu thân tàu GVHD: GV Bùi Văn NghiệpLỜI NÓI ĐẦUTàu hàng (tàu thủy nói chung) là một công trình kỹ thuật nổi đặc biệt, có thể nổi và di chuyển được trên nước, các kết cấu phức tạp và hoạt động trong môi trường khắc nghiệt, chịu sự tác động của nhiều yếu tố như sóng, gió, … Kết cấu thân tàu là một môn học quan trọng chương trình đào tạo kĩ sư ngành đóng tàu. Kết cấu thân tàu nghiên cứu các hệ thống kết cấu và đặc điểm các chi tiết kết cấu thân tàu. Và mục đích cuối cùng là giúp cho sinh viên thực hiện được yêu cầu tính toán thiết kế kết cấu theo quy phạm. Yêu cầu quan trọng của việc thiết kế kết cấu là nghiên cứu các phương pháp lựa chọn hình dáng kết cấu, xác định kích thước, tính toán tối ưu kích thước, bố trí hợp lý các kết cấu và liên kết của thân tàu để đảm bảo tàu hoạt động an toàn trong môi trường khắc nghiệt đó. Có nhiều phương pháp thiết kế kết cấu thân tàu và một phương pháp thiết kế kết cấu đảm bảo bền, an toàn, đạt hiệu quả và rút ngắn thời gian là thiết kế theo quy phạm phân cấp và đóng tàu.Đề bài: Tính toán, thiết kế kết cấu thân tàu theo quy phạm TCVN 6259_2003 với tàu hàng 20000 tấn Nội dung của bài tập gồm 2 phần như sau: Chương 1: Giới thiệu chung . Chương 2: Thiết kế kết cấu theo Quy phạm. Qua những kiến thức đã học cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy Bùi Văn Nghiệp và sự giúp đỡ của bạn bè trong lớp tôi đã hoàn thành bài tập này. Mặc dù đã rất cố gắng nhưng do kiến thức còn hạn chế và đây là lần đầu tiên thực hiện việc tính toán thiết kế kết cấu nên khó tránh khỏi sai sót. Rất mong nhận được sự góp ý của thầy giáo và các bạn.Em xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên : Đặng Ngọc ThiếtSVTH : Đặng Ngọc Thiết Lớp 50DT2 11BTL kết cấu thân tàu GVHD: GV Bùi Văn NghiệpPHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNGTàu thiết kế là tàu hàng bách hóa 20000T, kết cấu vỏ thépI.1 Công dụng, vùng hoạt động và phạm quy áp dụng- Tàu thiết kế thuộc loại tàu chở hàng khô,vỏ thép, hai boong, kết cấu đáy đôi, buồng máy được đặt ở phía đuôi.- Vùng hoạt động là vùng không hạn chế (biển), tàu được phép hoạt động trong vùng cách nơi trú ẩn lớn hơn 200 hải lý.- Kết cấu tàu được tính theo Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép của Việt Nam TCVN 6259-2A : 2003- Vật liệu đóng tàu theo quy phạm TCVN 6259-2A : 2003 quy đ ịnh trong phần 7A Thép dùng đóng tàu có giới hạn chảy σch=240 Mpa (2400 Kg/cm) hoặc thép CT3CI.2 Các thông số cơ bản: Chiều dài lớn nhất : LMAX= 165.45 m Chiều dài thiết kế : Ltt = 160.93 m Chiều dài hai trụ : Lpp = 156.00 m Chiều rộng thiết kế BTK= 25.00 m Chiều cao mạn tàu D = 12.00 m Chiều chìm d = 7.6 m Tải trọng DWT = 20000 T Máy chính 8320Zcd-8 china Công suất 2x 3000 HB Vòng quay 525 v/ph Các hệ số béo : Cb = 0,75 ;Cw = 0,85 ;Cm =0,99 I.3 . Lựa chọn hệ thống kết cấu - Tàu được tổ chức theo hệ thống kết cấu hỗn hợp +Đáy đôi theo hệ thống dọc. +Phần kết cấu mũi tàu theo hệ thống ngang. +phần kết cấu đuôi tàu theo hệ thống ngang. PHẦN II: THIẾT KẾ KẾT CẤU THEO QUY PHẠM1 Khoảng cách sườn - Khoảng cách sườn được tính theo yêu cầu của quy phạm cụ thể như sau: -Khoảng cách giữa các sườn ngang được tính theo điều 5.2.1 của quy phạm=+=LS 2450 450+2.160.93 = 771.86 mm Mà theo đề khoảng sườn : 650 mm (hợp lý) SVTH : Đặng Ngọc Thiết Lớp 50DT2 11BTL kết cấu thân tàu GVHD: GV Bùi Văn Nghiệp Khoảng cách sườn mà cho nhỏ hơn khoảng cách sườn được tính theo quy phạm cho thấy tàu thiết kế ra dư bền -Khoảng cách giữa các dầm dọc S được tính theo điều 5.2.2 của quy phạm S = 2L +550 = 2.156 + 550 = 862.00 mm Chọn S = 850 mm - Theo điều 5.2.1 :Các khoang mũi và khoang đuôi không được lớn hơn 610 mm Ta chọn khoảng sườn khoang mũi và khoang đuôi là 600 mm 2.Sơ đồ phân khoang Trên cơ sở khoảng cách sườn đã xác định chia chiều dài tàu ra làm 240 khoảng sườn thực với khoảng cách sườn ở các khu vực như sau:- Khoảng sườn vùng đuôi 0,60m (từ sườn số 0 đến sườn 42)- Khoảng sườn vùng giữa tàu 0,65m (từ sườn số 42 đến sườn 214)- Khoảng sườn vùng mũi 0,60m (từ sườn số 214 đến sườn240)-Theo điều 11.1.4(vách khoang) trong quy phạm, phân tàu chia làm 8 vách ngăn nước với chiều dài các khoang như sau:Khoang lái (1) gồm 14 sườn ( từ sườn 0đến sườn 14) l1 =8400mm.Khoang máy(2) gồm 28 sườn ( từ sườn 14 đến sườn 42) l2 = 18700mm. Khoang hàng 6 (3) gồm 28sườn( từ sườn 42 đến sườn 70) l3 = 19600 mm. Khoang hàng 5 (4) gồm 29 sườn( từ sườn 70 đến sườn 99) l4 = 20300mm. Khoang hàng 4(5) gồm 28 sườn ( từ sườn 99 đến sườn 127) l5 = 19600 mm. Khoang hàng 3 (6) gồm 29 sườn ( từ sườn 127 đến sườn 156) l6 = 20300 mm Khoang hàng 2 (7) gồm 29 sườn ( từ sườn 156 đến sườn 185) l7 =20300 mm.SVTH : Đặng Ngọc Thiết Lớp 50DT2 11BTL kết cấu thân tàu GVHD: GV Bùi Văn NghiệpKhoang hàng 1 (8)gồm 29sườn (từ sườn 185đến sườn 214) l8 =19850mm.Khoang mũi (9) gồm 26sườn (từ sườn 214 đến sườn 240) l9 =16000mm.III , TÍNH TOÁN KẾT CẤU1. Phần mũi tàu: 1.1. Sống mũi tấm.Theo quy phạm điều 2.1.1.Theo quy phạm chiều dày t của sống mũi tại ví trị chở hangf thiết kế đường nước lớn nhất khôngnhỏ hơn trị số tính theo công thức sau:t= 1.550L −+3.0  t=18.80 (mm) chọn t= 20 (mm)1.2. Khoảng cách sườn:Theo quy phạm điều 5.2.1 ta có khoảng cách sườn không quá 610 mmkhoảng cách chuẩn của các sườn s= 2L+450 = 771,86 mmSo với quy phạm ta chọn S = 600 mm1.3. Chiều dày t của đà ngang đáy và sống mũi : -Theo quy phạm 7.2.2 : Chiều dày t của sống chính ở khoang mũi phải không nhỏ hơn trị số theo công thức sau đây t = 0.6L+4 = 11,61 mm . Ta chọn t = 12 mm . 2 . Phần đuôi: 2.1. Khoảng sườn : Theo điều 5.2.1 (Quy phạm) các khoang mũi và khoang đuôi,bầu đuôi khoảng cách sường không lớn hơn 610 mm. Ta chọn khoảng sườn khoang đuôi là 600mm. 2.2. Trụ Chân Vịt Theo điều 2.2.2 chiều dày ụ đỡ trục chân vịt tại vị trí mặt phẳng dọc tâm đỡ trục chân vịt được xác định bằng công thức: t = 0,9 L + 10 =154,837 (mm) Chọn t=160 (mm)  Trụ đỡ chân vịt của sóng đuôi tàu: Theo điều 2.2.2 trụ đỡ chân vịt của sống đuôi tàu bằng thép đúc có các kích thước được xác định theo các công thức sau: W=2,20.L+88=442.046 (mm) t = 0,18.L+15=43.9674 (mm)SVTH : Đặng Ngọc Thiết Lớp 50DT2 11BTL kết cấu thân tàu GVHD: GV Bùi Văn Nghiệp R= 0,40.L +16=80.372 (mm) c. Liên kết của sống đuôi với đà ngang tấm: Theo Quy phạm 2.2.6 quy định: sống đuôi phải được kéo từ trục chân vịt lên phía trên và hàn chắc chắn với đà ngang vòm đuôi và có chiều dày không nhỏ hơn trị số tính theo công thức sau: 0.035L+8.5 = 14,13 (mm) Ta chon t= 15 mm là hợp lý.3.Kết cấu giữa tàu3.1 Kết cấu đáy tàu . 3.1.1 Sống chính đáy: - Theo quy phạm 4.2.2 quy định : Chiều cao tiết diện sống chính không nhỏ hơn B/16 = 1562.50 mm Ta chọn do = 1600 mm -Theo điều 4.2.3 trong quy phạm quy định +Chiều dày tấm sống chính được tính theo công thức sau : mm Trong đó :S ; là khoảng cách giữa các tâm của 2 vùng kế cận với song chính hoặc từ các sống phụ đang xét đến các sống phụ kề cận hoặc đến đường đỉnh của mã hông (m)do : chiều cao tiết diện của sống chính hoặc sống phụ đang xét (m)d1 : chiều cao của lỗ khoét tại điểm đang xét (m)lH : chiều dài của khoang (m)x : khoảng cách theo chiều dọc từ trung điểm của lH của mỗi khoang đến điểm đang xét (m) . Tuy nhiên nếu x<0,2 lH thì lấy x=0,2lH và nếu x<0,45 lH thì lấy x<0,45 lH y : khoảng cách theo phương ngang từ tâm đến sống dọc (m)C1 : là hệ số cho theo công thức sau. Tuy nhiên nếu B/ lH >1,4 thì lấy 1,4 còn nếu nhỏ hơn 0,4 thì lấy 0,4SVTH : Đặng Ngọc Thiết Lớp 50DT2=+−−−=5.24117.06.22101BylddCHxSBdt 11BTL kết cấu thân tàu GVHD: GV Bùi Văn NghiệpHệ thống kết cấu dọc : 10331lcHB−=Hệ thống kết cấu ngang : 9031lcHB−=Chiều dày song chính còn phải được tính theo công thức sau đây : - Chiếu dày tấm sống chính còn được tính theo công thức : t = C1’do +2.5 = 11,14 mm Chọn t =18 mm Với C1’ = 5,4 Trong đó :d0 : chiều cao tiết diện sống tại điểm đang xét (m) . C,1 : hệ số tính theo bảng 2A/4.1 tùy thuộc vào tỉ số S1/d0 . Với các trị số trung gian S1/d0 thì C,1 được tính theo phương pháp nội suy tuyến tính .S1 : là khoảng cách giữa các mã hoặc nẹp của song chính hay sóng phụ (m)Bảng 2A/4.1 tính hệ số C,1 S1/d0 <0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,2 1,4 >1,6C,1sống chính 4,4 5,4 6,3 7,1 7,7 8,2 8,6 8,9 9,3 9,6 9,7sống phụ 3,6 4,4 5,1 5,8 6,3 6,7 7,0 7,3 7,6 7,9 8,03.1.2; sống phụ đáyVới sống phụ thì hệ số C,1 = 4,4 Khi đó thì chiều dài của sống phụ là : t = C1’do +2.5 = 9,54 (mm) ta chọn t = 16 (mm) SVTH : Đặng Ngọc Thiết Lớp 50DT2hscδsc =18 mmhspδsc =16 mm 11BTL kết cấu thân tàu GVHD: GV Bùi Văn Nghiệp3.1.3 nẹp dọc đáy - Theo điều 4.2.4.3 Các nẹp gia cường cho sống chinh đáy được đặt trên sống chính giữa các đà ngang khoẻ, với chiều dày của nẹp bằng chiều dày tấm sống chính, chiều cao tiết diện nẹp không nhỏ hơn 0,08do = 128 mm (do - chiều cao sống chính). Chọn kích thước nẹp là L300x90x11/16a; nẹp dọc đáy dưới: tùy theo lượng dày của tôn mà ta xét từng nẹp. Ở đây ta xét khoảng cách giữa 2 sống phụ .Theo quy phạm điều 4.4.3.1 Môđun chống uốn của tiết diện dầm dọc phía dưới phải không nhỏ hơn trị số tính theo công thức W >)'026,0(5.1524100LdCfb+−l2S . fB :Tỉ số giữa môđun chống uốn của tiết diện ngang thân tàu và môđun chống uốn thực của tiết diện ngang thân tàu L’:Lấy bằng chiều dài tàu (165.45m) l : Khoảng cách giữa các đà ngang đặc (0.71m) S : Khoảng cách giữa các dầm dọc (0.70m) C : Hệ số .Vì khoảng cách giữa các đà ngang đáy có thanh chống như quy định ở 4.4.4 nên C = 0.5 . Ta có : W >)45.165*026,06.7(5.15245.0*100+−fb0.712*0.7) . Kiểm tra độ bền của dầm:SVTH : Đặng Ngọc Thiết Lớp 50DT2 11BTL kết cấu thân tàu GVHD: GV Bùi Văn NghiệpMomen quán tính của mặt cắt nẹp dọc đáy được tính theo bảng sau:(momen quán tính I0 = b.h3/12) Kích thước Diện tích AZ A.Z Momen quán tính (cm) (cm2) (cm) (cm3) A.Z2 I0 (cm)Bản cánh 9x1.614.4 31.5 453.6 14288.4 3.072 Thành đứng 1.1x30 33 15.7 518.1 8134.17 2475 Mép kèm 32,5x1.4 45,5 0 0 0 7,43 CộngΣ= 92,9 Σ=971.7 Σ* = 24908.09 Khoảng cách đến trục trung hòa 46,109,927.971===∑∑AAZe (cm) Mômen quán tính tại mặt cắt I = Σ* - e2.ΣA= 24908,09-10,462 . 92,9=14743,75(cm3 )SVTH : Đặng Ngọc Thiết Lớp 50DT2 [...]... bởi sống nằm B Mút nẹp không liên kết 1,00 1,00 1,35 1,35 0,8 0,8 0,9 1,0 1,15 1,15 1,35 1,60 1,35 1,35 1,60 2,00 Nẹp nằm Liên kết hàn tựa, liên kết bằng Mút nẹp không lên kết mã hoặc đỡ bởi sống đứng 11 Lớp 50DT2 BTL kết cấu thân tàu GVHD: GV Bùi Văn Nghiệp Liên kết hàn tựa, liên kết bằng 1,00 mã hoặc đỡ bởi sống đứng Mút nẹp không liên kết 1,35 1,35 2,00 Với tàu thiết kế ta có: Nẹp đứng: S =0.7 (m);... m Với tàu thiết kế tính được: δ ≥ 3, 2.S h + 2,5 (mm) (S = 650mm = 0,65 m , h = 7.1(m) ) Bảng tính chiều dày tôn vách Vùng tôn SVTH : Đặng Ngọc Thiết Điều Chiều dày tối thiểu t (mm) Công thức tính theo Giá trị Chọn quy phạm 11 Lớp 50DT2 BTL kết cấu thân tàu GVHD: GV Bùi Văn Nghiệp Chiều dày tôn trên 11.2.1 Chiều dày tôn 11.2.2 cuối 8.06 3.2 S h + 2.5 3.2 S h + 2.5 + 1 10 9.06 10 3.4.2 Nẹp vách Theo. ..BTL kết cấu thân tàu GVHD: GV Bùi Văn Nghiệp Modun chống uốn: W = I Z max = I Z i max − e = 14743,75 = 697,433 (31,6 − 10,46) (cm3 ) Vậy kết cấu chọn đủ bền b;Nẹp dọc đáy trên Quy phạm dầm dọc đáy trên theo bản vẽ L300x90x11/16 -Theo quy phạm điều 4.4.3.2 Môđun chống uốn của tiết diện dầm dọc phía trên phải không nhỏ hơn trị số tính theo công thức sau : 100C ' W > 24... ở đường tâm tàu (m) Nếu khoảng cách thẳng đứng này nhỏ hơn 6m thì h được lấy h’ = 1,2 + 0,8h = 4 m (với h = 3.5 m) của khoảng cách thẳng đứng C: hệ số cho ở bảng sau Bảng Giá trị hê số C Nẹp đứng Mút trên Mút dưới Liên kết hàn tựa hoặc đỡ bởi sống nằm Liên kết bằng mã Chỉ có bản thành của nẹp được liên kết ở mút Mút nẹp không liên kết Một mút Mút kia SVTH : Đặng Ngọc Thiết Liên kết Liên kết hàn tựa... vách chống va đến 0,15L tính từ mũi tàu C1 5,1 6,4 C2 42 52 Từ đó ta có giá trị t1 = 12,18 mm t2 = 13,74 (mm) 3.3 Kết cấu boong 3.3.1.Chiều dày tôn boong : SVTH : Đặng Ngọc Thiết 11 Lớp 50DT2 BTL kết cấu thân tàu GVHD: GV Bùi Văn Nghiệp -Theo điều 15.3.1 :Chiều dày tôn boong phải lớn hơn trị số tính theo công thức: a; phía ngoài vùng đường miệng khoét ở đoạn giữa tàu có xà dọc boong t = 1,47.C.S.√h... L’: Chiều dài tàu L= 160,93 (mm) =0,16093 m C :Hệ số được lấy như sau : C = 2,6 đối với sườn nằm trong phạm vi từ 0,15L kể từ mũi tàu đến vách đuôi Hình 2.13 Cách xác định l và h SVTH : Đặng Ngọc Thiết 11 Lớp 50DT2 BTL kết cấu thân tàu GVHD: GV Bùi Văn Nghiệp Cο : hệ số tính theo công thức sau đây nhưng không được nhỏ hơn 0,85 1,25 − 2 Cο = e l ⇒ Môđun chống uốn của sườn thường trong phạm vi từ 0,15L... Nghiệp 3 Dải tôn mép mạn - Chiều dày dải tôn mép mạn kề boong tính toán đoạn giữa tàu không nhỏ hơn 0,75 lần chiều dày mép boong tính toán và trong mọi trường hợp không nhỏ hơn chiều dày tôn mạn kề nó Chọn với tàu thiết kế là 8 mm - Chiều rộng dải tôn mép mạn không được nhỏ hơn giá trị sau: bmm ≥ 0,004L + 0,39 (m) Tính toán với tàu thiết kế ta được: bmm ≥ 1,034 (m) Chọn bmm = 1,950 (m) 3.2.2 Sườn thường... 0,044L + 5,6 (mm) Tính cho tàu thiết kế ta có: δtm ≥ 0,044x160,93+ 5,6 = 12,68 mm Chọn δtm = 14 mm 2 Tôn bao mạn đoạn giữa tàu (trừ dải tôn mép mạn) Có chiều dày không được nhỏ hơn giá trị tính ở công thức sau: δ tmg ≥ 4,1.S d + 0,04 L + 2,5 (mm) (Điều 14.3.2) ⇔ δ tmg ≥ 4,1x0,65 x 7,6 + 0,04 x160,93 + 2,5 = 12,48 (mm) Chọn δtmg = 18 mm SVTH : Đặng Ngọc Thiết 11 Lớp 50DT2 BTL kết cấu thân tàu GVHD: GV Bùi... Σ=462.24 Σ* = 8443.183 11 Lớp 50DT2 BTL kết cấu thân tàu GVHD: GV Bùi Văn Nghiệp e= Khoảng cách đến trục trung hòa ∑ A.Z = 462,24 = 5,6 (cm) ∑ A 82,6 Momen quán tính tại mặt cắt : I = Σ* - e2.ΣA= 8443,183-5,62 82,6=5852,2847(cm3 ) Mođun chống uốn: W = I Z max = I Z i max − e = 5852,183 = 370,43 (21,4 − 5,6) (cm3 ) Vậy kết cấu chọn đủ bền Vậy cơ cấu đã chọn thỏa mãn Quy phạm Nẹp đứng được bố trí xen kẻ cứ... L 300x90x11/16, mép kèm: b = 325 (mm), δ = 16mm 1 Zi : Trọng tâm hình i 2 3 Momen quán tính của mặt cắt ngang đà ngang được tính theo bảng sau: (momen quán tính I0 = b.h3/12) Diện tích A Zi A.Zi (cm) STT Kích thước (cm2) (cm) (cm3) SVTH : Đặng Ngọc Thiết 11 Momen quán tính A.Z2 I0(cm) Lớp 50DT2 BTL kết cấu thân tàu 1 2 3 GVHD: GV Bùi Văn Nghiệp Bản cánh 9x1.6 Thành đứng 1.1x30 Mép kèm 32,5x1.6 Cộng . lý.- Kết cấu tàu được tính theo Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép của Việt Nam TCVN 6259- 2A : 2003- Vật liệu đóng tàu theo quy phạm TCVN 6259- 2A. thiết kế kết cấu đảm bảo bền, an toàn, đạt hiệu quả và rút ngắn thời gian là thiết kế theo quy phạm phân cấp và đóng tàu. Đề bài: Tính toán, thiết kế kết cấu