Kinh tế nước ta đang trên đà phát triển, đặc biệt là nền công nghiệp. Nước ta có hơn 3000 km bờ biển và có rất nhiều vịnh sâu. Đứng trước vị trí địa lý và sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp đóng tàu. Đảng và nhà nước đã định hướng phát triển ngành công nghiệp đóng tàu trở thành ngành công nghiệp mũi nhọn của đất nước. Tàu thủy là một công trình kỹ thuật nổi trên nước, nó có thể nổi và di chuyển được trên nước, có kết cấu phước tạp và hoạt động trong môi trường vô cùng khắc nghiệt, chịu sự tác động của rất nhiều yếu tố như sóng, gió, mưa bão … thiết kế kết cấu tàu composite theo quy phạm kiểm tra và chế tạo các tàu làm bằng chất dẻo cốt sợi thủy tinh TCVN 62822003
Chuyên Đề Tốt Nghiệp MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Chương ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Gới thiệu vấn đề nguyên cứu 1.2 Gới thiệu vật liệu Composite dùng ngành đóng tàu 1.2.1 Định nghóa 1.2.2 Ưu, nhược điểm công dụng 1.2.3 Vật liêu Composite dùng ngành đóng tàu 1.3 Phương pháp nguyên cứu giới hạn nội dung Chương ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU TÀU COMPOSITE 2.1 Đặc điểm chung kết cấu tàu vỏ Composite 2.1.1 Kết cấu vỏ tàu 2.1.2 Kết cấu số chi tiết 2.2 Giới thiệu mẫu tàu lựa chọn làm thiết kế kết cấu 11 2.2.1 Đặc điểm công dụng tàu 11 2.2.2 Bố trí chung toàn tàu 12 2.2.3 Đặc điểm kết cấu 12 2.3 Nhận xét kết cấu tàu lựa chọn 15 Chương THIẾT KẾ KẾT CẤU TÀU THEO QUY PHẠM 3.1 Quy định chung Quy phạm Lê Việt Cường 16 16 Lớp: 42TT-1 Chuyên Đề Tốt Nghiệp 3.2 Tính kết cấu theo Quy phạm 16 3.2.1 Lớp vỏ 17 3.2.2 Boong 17 3.2.3 Sườn 19 3.2.4 Sống 19 3.2.5 Sống phụ 20 3.2.6 Đà ngang đáy 20 3.2.7 Xà ngang boong 21 3.2.8 Xà dọc boong 21 3.2.9 Vách kín nước 21 3.2.10 Các kết cấu khác 22 3.3 Đặc điểm liên kết 22 3.4 Kiểm tra độ bền dọc 23 3.4.1 Kiểm tra độ bền dọc cho mặt cắt sườn 10-11 23 3.4.2 Kiểm tra độ bền dọc cho mặt cắt sườn 13-14 32 3.5 Đánh giá kết tính toán Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 37 38 4.1 Kết luận 38 4.2 Đề xuất ý kiến 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Việt Cường 41 Lớp: 42TT-1 Chuyên Đề Tốt Nghiệp Trang LỜI NÓI ĐẦU Tàu thuỷ công trình nổi, hoạt động điều kiện chịu tác dụng phức tạp ngoại lực Vì thế, tàu đóng xong đòi hỏi phải đảm bảo tính Trong đó, tính bền hay gọi độ bền kết cấu thân tàu yếu tố góp phần quan trọng vào việc giúp cho tàu có khả chống để lại tác dụng khắc nghiệt môi trường để đảm bảo cho tàu làm việc bình thường nhằm hạn chế thiệt hại tài sản tính mạng cho người tàu Cùng với xu hướng Bộ Thuỷ sản nhằm phát triển đội tàu đánh bắt xa bờ, giúp cho ngư dân có điều kiện khai thác nguồn tài nguyên biển phong phú vai trò việc thiết kế kết cấu thân tàu vô quan trọng Để có điều kiện tiếp xúc với toán kết cấu thân tàu thực tế mạnh dạn nhận làm chuyên đề “Thiết kế kết cấu tàu Composite theo Quy phạm kiểm tra chế tạo tàu làm chất dẻo cốt sợi thuỷ tinh TCVN 6282-2003” Sau thời gian nghiên cứu thực hiện, chuyên đề giúp cho hiểu biết thêm thành phần cấu tạo tính ưu việt vật liệu FRP(Fibreglass Reinforced plastics), đồng thời hệ thống kiến học trường để giải vấn đề thực tế Sau thời gian thực hiện, giúp đỡ tận tình thầy Phạm Thanh Nhựt giúp đỡ quý thầy cô, bạn bè, chuyên đề hoàn thành Do thời gian kiến thức có hạn nên không tránh thiếu sót, mong thầy cô bạn bè góp ý thêm Nhân dịp hoàn thành chuyên đề này, xin chân thành cảm ơn thầy Phạm Thanh Nhựt thầy cô giảng dạy Khoa với bạn bè đồng nghiệp giúp đỡ hoàn thành chuyên đề Nha Trang ,ngày 28 tháng năm 2005 SINH VIÊN THỰC HIỆN Lê Việt Cường Lê Việt Cường Lớp: 42TT-1 Chuyên Đề Tốt Nghiệp Trang CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Giới thiệu chung vấn đề nguyên cứu: Tàu thuỷ công trình đời từ sớm Hiện nước ta nói riêng giới nói chung lónh vực tàu thuyền phát triển mạnh mẽ Nó không phục phục lónh vực quân mà phương tiện để người vận chuyển, đánh bắt làm công việc quan trọng khác Trước kia, vật liệu dùng để đóng tàu thường gỗ, thép, nhôm,… ngày nay, với phát triển nhanh Khoa học -Kó thuật, đặc biệt đời vật liệu mới- vật liệu Composite ngành công nghiệp đóng tàu vỏ Composite nước ta không ngừng lớn mạnh So với loại vật liệu truyền thống vật liệu Composite có ưu điểm vượt trội, đặc biệt thích hợp cho việc đóng tàu cỡ nhỏ Mặc dù giới công nghệ đóng tàu vật liệu Composite có từ lâu Việt Nam công nghệ bắt đầu Nhưng điều chắn ngành đóng tàu vỏ Composite Việt Nam tiếp tục phát triển mạnh Điễn hình Khánh Hoà đóng thành công tàu vỏ Composite cở nhỏ như: tàu khách, tàu đánh cá, tàu cao tốc, tàu đáy kính, … Hiện người ta thiết kế kết cấu tàu theo phương pháp :thiết kế theo tàu mẫu,thiết kế theo Quy phạm,thiết kế tính toán theo lý thuyết Nhưng phương pháp có ưu nhược điểm riêng Ưu, nhược điểm Thiết kế theo tàu Thiết kế theo quy Thiết kế theo lý mẫu phạm thuyết 1.Ưu điểm Đơn giản, nhanh Đơn giản , đảm Kết cấu hợp lý chóng bảo độ bền 2.Nhược điểm Không chủ động Kết cấu không hợp Tính toán phức tạp phụ thuộc lý độ bền (quá nhiều vào tàu mẫu dư bền) Lê Việt Cường Lớp: 42TT-1 Chuyên Đề Tốt Nghiệp Trang Tuy nhiên, dù thiết kế kết cấu thân tàu theo phương pháp điều phải thoả mãn yêu cầu sau: - Tính an toàn Thiết kế kết cấu phải đảm bảo tác dụng ngoại lực, tàu có sức bền định, tính ổn định độ cứng cần thiết Không sức bền không đủ kết cấu ổn định mà gây nên phá huỷ kết cấu, biến dạng vượt phạm vi cho phép - Tính sử dụng Việc bố trí kết cấu lựa chọn kích thước kết cấu phải phù hợp với yêu cầu kinh doanh Ví dụ, khoang hàng chở hàng bao, kết cấu bố trí cho thuận tiện việc xếp dỡ hàng, buồng hành khách thuyền viên phải có lối thuận tiện độ cao thích đáng - Tính hoàn chỉnh Tàu thủy kiến trúc mặt nước, bố trí phức tạp.Trên tàu có nhiều loại thiết bị, máy móc, dụng cụ sinh hoạt hệ thống, Các phận liên quan mật thiết với bố trí kết cấu việc lựa chọn kích thước kết cấu Thiết kế kết cấu phải phù hợp chặt chẽ với thiết kế tổng thể thiết kế hệ thống, tạo nên cấu trúc hoàn chỉnh, đảm bảo hoạt động bình thường tất phận - Tính công nghệ Việc lựa chọn hình thức kết cấu hình thức liên kết phận kết cấu thân tàu phải đảm bảo thi công dễ dàng, giảm nhẹ cường độ lao động, nâng cao xuất lao động Mặt khác, lựa chọn vật liệu, phải ý đến nguồn vật tư khai thác nước; giảm bớt quy cách cách vật liệu cách thích đáng, tiện cho việc mua dự trữ vật liệu quy trình công nghệ nhà máy Phải vào đặc điểm nhà máy, tình hình máy móc thiết bị mà chọn phương án công nghệ hợp lý, áp dụng biện pháp công nghệ hợp lý - Tính kinh tế Trên sở đảm bảo sức bền cần thiết kết cấu, cân nhắc kó đến độ dư ăn mòn vật liệu, yêu cầu sử dụng sửa chữa bảo dưỡng, phải cố giảm nhẹ khối lượng kết cấu, tiết kiệm vật liệu, bố trí lựa chọn vật liệu thoả đáng, đảm bảo tính kinh tế cao sử dụng kết cấu Và nay, việc thiết kế kết cấu tàu theo Quy phạm phương pháp nhiều nhà thiết kế sử dụng làm sở để đóng tàu thuyền Thiết kế tàu nói chung thiết kế kết cấu nói riêng theo quy phạm sở để dựa vào nhà thiết kế tính toán thiết kế tàu thời gian nhanh đảm bảo độ bền tính tàu Lê Việt Cường Lớp: 42TT-1 Chuyên Đề Tốt Nghiệp Trang Đồng thời, sở để quan Đăng kiểm kiểm tra giám sát việc sửa chữa hay đóng tàu Chính có vai trò nên việc thiết kế kết cấu tàu theo Quy phạm có ý nghóa to lớn Đó cho phép thiết kế tàu đảm bảo độ bền, độ ổn định kết cấu,…nhằm hạn chế tối đa thiệt hại tài sản tính mạng cho người tàu Thực tế cho thấy có nhiều tàu trước sau đóng xong khơi làm việc thời gian kết cấu hư hỏng không đảm bảo độ bền, độ ổn định kết cấu bị sóng đánh gãy lúc Và nguyên nhân tàu thiết kế không hợp lý 1.2 Giơí thiệu vật liệu Composite dùng ngành đóng tàu 1.2.1 Định nghóa Vật liệu Composite hỗn hợp gồm pha hay thành phần Sự kết hợp nhằm hạn chế nhược điểm vật liệu ưu điểm vật liệu tạo nên sản phẩm có tính khác hẳn vật liệu ban đầu 1.2.2 Ưu, nhược điểm công dụng vật liệu Ưu điểm: Có khả kết hợp với loại vật liệu khác để tạo kết cấu bền vững, bền với môi trường biển, bị ăn mòn điện phân, có tính trơ với sinh vật biển, dễ tạo dáng, có độ bóng bề mặt cao, độ kín nước tuyệt đối, dễ thi công sữa chữa, độ bền học cao, tốn chi phí bảo dưỡng… Nhược điểm: Giá thành cao vật liệu phải hầu hết nhập từ nước ngoài, tính toán phức tạp, chất lượng sản phẩm phụ thuộc nhiều vào trình độ tay nghề, chất thải khó xử lý… Công dụng: Vật liệu Composite sử dụng hầu hết ngành: - Hàng không: chế tạo cánh máy bay, ghế ngồi, trang trí nội thất… - Ô tô: chế tạo khung sườn, cabin… Lê Việt Cường Lớp: 42TT-1 Chuyên Đề Tốt Nghiệp Trang - Tàu thuyền : chế tạo vỏ tàu, chế tạo khung sườn, cabin, boong, … - Dân dụng: chế tạo ống nước, ghế ngồi… 1.2.3 Vật liệu Composite dùng ngành đóng tàu Vật liệu Composite dùng ngành đóng tàu bao gồm thành phần: vật liệu nhựa polyester không no, vật liệu cốt sợi thuỷ tinh dạng Mat vải, có sử dụng chất xúc tác chất gia tốc trình chế tạo Vật liệu Hầu hết loại nhựa dùng Việt Nam sử dụng chất gia tốc chất xúc tác với hàm lượng thích hợp khoảng 0,5-2% Nhờ mà nhựa sinh phản ứng hoá học, sinh nhiệt kích thích phần tử hoạt động liên kết với tạo thành chuỗi đông rắn Quá trình chuyển từ lỏng sang rắn gọi trình polymer hoá Nhựa dùng làm kết cấu vỏ tàu có đặc điểm : khả chống thấm nước, độ bền học cao, độ bám dính cao, chịu tác động tia cực tím, có khả kết hợp với loại vật liệu khác gỗ, thép,… Vật liệu cốt Vật liệu cốt có tác dụng cung cấp tính cho vật liệu Composite sử dụng chủ yếu sợi thuỷ tinh Sợi thuỷ tinh tồn hai dạng sau: - Mat: Mat hình thành xếp sợi thuỷ tinh có chiều dài khoảng 50mm cách hỗn độn mặt phẳng Sau kết dính với hợp chất keo tạo thành Mat theo yêu cầu Mat sử dụng cung cấp dạng cuộn trọng lượng khoảng 30 đến 35 kg, rộng khoảng 1m Hiện nay, loai Mat sử dụng phổ biến là: Mat 300( g/m2), Mat 450(g/m2), Mat 600(g/m2) Lê Việt Cường Lớp: 42TT-1 Chuyên Đề Tốt Nghiệp Trang - Vải thô: Đây loại vải sử dụng phổ biến So với loại vải khác vải thô có trọng lượng khoảng 0,3-1,2kg/m2 Trong lớp FRP, vải thô thường dùng xen kẽ với lớp Mat giúp cho vật liệu FRP có cấu trúc chặt chẽ, độ cứng độ bền kéo tốt Vải thô thường có khổ từ 0,97-1,5 m Vải thô không dệt kín mép, sử dụng ta phải ý tránh làm vải bị xơ Sau số đặc điểm vải thô: + Tạo chiều dày lớp FRP nhanh + Không tạo bề mặt FRP phẳng + Khó thấm ướt hấp thụ nhựa, đòi hỏi phải sử dụng loại nhựa thích hợp + Tấm FRP chế tạo từ vải thô thường có hàm lượng thuỷ tinh khoảng 45% đến 50% +Vải thô cho phép tạo hình góc uốn mà không cần phải cắt Chất xúc tác chất gia tốc Chất xúc tác hay gọi chất đông rắn có tác dụng làm thay đổi dạng polymer từ trạng thái không bão hoà sang trạng thái bão hoà Phá vỡû liên kết đôi thành liên kết đơn tạo trình polymer hoá Chất xúc tác có tác dụng thúc đẩy trình biến cứng mà không ảnh hưởng đến tính chất nhựa Khi chất đông rắn chất gia tốc không tác dụng với nhựa Đó lý pha trước nhiều tháng với nhựa trước sử dụng Khi sử dụng, chất gia tốc phải hoà trộn trước Sau tiếp tục cho chất đông rắn vào Tránh pha trộn trực tiếp hai chất với nhau, gây cháy nổ Trong thực tế người ta sử dụng chất gia tốc có sẵn nhựa, người sử dụng việc cho thêm chất đông rắn vào sử dụng Vật liệu FRP dùng đóng tàu phải kiểm tra thử nghiệm Đăng kiểm chấp nhận 1.3 Phương pháp nghiên cứu giới hạn nội dung Phương pháp để nghiên cứu chuyên đề dựa theo Quy phạm kiểm tra chế tạo tàu làm chất dẻo cốt sợi thuỷ tinh TCVN 6282-2003 kết hợp với Lê Việt Cường Lớp: 42TT-1 Chuyên Đề Tốt Nghiệp Trang kiến thức môn học kết cấu tàu học trường với trình tìm hiểu kết cấu tàu cụ thể Để từ thiết kế tính toán xác định kích thước kết cấu tàu Theo đó, nội dung chuyên đề thực theo bước sau: - Giới thiệu đặc điểm chung kết cấu tàu Composite - Phân tích lựa chọn mẫu tàu điển hình - Tính kết cấu tàu lựa chọn theo Quy phạm - Kiểm tra độ bền dọc tàu - Đánh giá kết tính toán Do thời gian trình độ hạn chế nên chuyên đề tính toán cho mẫu tàu điển hình Lê Việt Cường Lớp: 42TT-1 Chuyên Đề Tốt Nghiệp Trang CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU TÀU COMPOSITE 2.1 Đặc điểm chung kết cấu tàu vỏ Composite Kết cấu tàu vỏ Composite tương tự kết cấu loại tàu chế tạo từ loại vật liệu khác Hệ thống kết cấu bao gồm : khung xương bao bọc vỏ tàu, bên bố trí số kết cấu khác như: kết cấu gân gia cường, vách ngăn, boong kết cấu thượng tầng, Và tuỳ theo công dụng loại tàu mà kết cấu có đặc điểm khác nhau: - Đối với tàu hoạt động nghề cá: Do phải làm việc xa bờ thường xuyên chịu tải trọng lớn, đòi hỏi chi tiết kết cấu phải có kích thước lớn thường cấu tạo theo kiểu ba lớp Do vậy, kết cấu thường phức tạp Việc bố trí khung xương thường dày so với hai kiểu tàu khách canô Kết cấu vách ngăn hầm cá thường phức tạp cabin thường bố trí phía sau đuôi tàu - Đối với tàu khách: Do dùng để chở khách nên thường hoạt động ven bờ chạy với tốc độ cao, khối lượng kích thước chi tiết kết cấu thường nhỏ tàu cá nhằm giảm khối lượng thân tàu để tăng tốc độ chạy tàu Do vậy, chi tiết kết cấu thân tàu thường kết cấu kiểu lớp Cabin thường bố trí từ phía lái đến phía mũi thường chế tạo rời sau gắn lên boong nhờ góc ước FRP - Đối với canô: Do canô có kích thước nhỏ gọn, khối lượng thân tàu nhẹ đòi hỏi tốc độ chạy tàu cao, kết cấu thường nhỏ gọn đơn giản nhiều so với hai loại tàu Thường người ta đặt hai hộp phao chạy dọc tàu sau đặc boong lên liên kết chúng lại với nhờ góc ước FRP Sau đặc điểm cụ thể chi tiết kết cấu thân tàu nói chung: 2.1.1 Kết cấu vỏ tàu: Vỏ tàu thường có kết cấu kiểu lớp ba lớp Lê Việt Cường Lớp: 42TT-1