Phân tích và lựa chọn thuật toán thiết kế kết cấu tàu vỏ thép theo yêu cầu của Quy phạm Việt Nam, chương 5 potx

Chương 5: Hệ thống kết cấu hỗn hợp - Hệ thống kết cấu hổn hợp do nhà khoa học Liên Xô cũ viện sỹ Shymanski đề nghị. - Vai trò các khung giàn tàu trong việc đảm bảo độ bền kết cấu thân tàu khác nhau, do đó nên sử dụng hệ thống kết cấu hỗn hợ p, t ức là tùy vai trò của các khung giàn khi tham gia đảm bảo độ bền chung hay riêng mà bố trí hệ thống dọc hay ngang. - Hệ thống này đảm bảo kết cấu thân tàu chịu ứng suất hợp lý hơn nên sẽ tiết kiệm vật liệu đáng kể so với các hệ thống khác, do đó thườn g áp dụng cho tàu dầu, tàu hàng cỡ trung và cỡ lớn. 2.3. YÊU CẦU CỦA QUY PHAM VIỆT NAM VỚI VIỆC THIẾT KẾ KẾT CẤU TÀU VỎ THÉP 2.3.1. Vật liệu thép dùng trong đóng tàu 2.3.1.1. Khái quát về thép Thép là hợp kim với thành phần chính là sắt (Fe), với cacbon (C), t ừ 0.02% đến 1.7% theo trọng lượng, và một số nguyên tố hóa học khác. Chúng làm tăng độ cứng, hạn chế sự di chuyển của nguyên tử sắt trong cấu trúc tinh thể dưới tác động của nhiều nguyên nhân khác nhau . . .Số lượng khác nhau của các nguyên tố và tỷ lệ của chúng trong thép nhằm mục đích kiểm soát các mục tiêu chất lượng như độ cứng, độ đàn hồi, tính dể uốn, và sức bền kéo đứt. Thép vớ i tỷ lệ cacbon cao có thể tăng cường độ cứng và cường lực kéo đứt so với sắt nhưng lại giòn và dể gãy hơn, ngược lại thì thép dẻo, độ cứng kém. Hiện nay, thép được chế tạo từ nhiều các nhóm hợp kim khác nhau, tùy theo thành phần hóa học của các nguyên tố cho vào mà cho ta các s ản phẩm phù hợp với công dụng riêng rẽ của chúng như: Thép cacbon, thép hợp kim, thép không gỉ, thép gió, thép dụng cụ đo… 2.3.1.2. Yêu cầu đối với thép dùng trong đóng tàu Thép là loại vật liệu đựơc sử dụng rộng rãi nhất trong đóng tàu nh ờ có những đặc tính ưu việt của thép về tính năng cơ học, giá thành hợp lý…Mà người ta có thể đóng tàu dài đến 500m với tải trọng trên dưới nửa triệu tấn, trong khi đó vật liệu cổ điển là gỗ chỉ đóng những t àu có chiều dài trên dưới 60m. M ặc dù có những thành công rực rỡ trong việc sử dụng thép để đóng tàu đặc biệt l à cùng với sự tiến bộ mạnh mẽ của công nghệ hàn. Nhưng hàng ngh ìn trường hợp tai nạn vẫn xảy ra đối với tàu thép như nứt, nứt giòn, ăn mòn, có khi tự nhiên gãy đôi cả con tàu. Vì v ậy yêu cầu kỹ thuật đặt ra cho thép đóng tàu cơ bản như sau: - Đảm bảo sức bền cơ lý tính với  ch = 235- 390 Mpa. - Chịu đựng được hiện tượng nứt giòn ở nhiệt độ 0°C hoặc thấp - 40°C. - Tính năng hàn tốt ở mọi nhiệt độ môi trường xung quanh. - Có khả năng gia công nguội mà không bị giảm nhiều đi cơ lý tính c ủa nó sau khi đã biến dạng dẻo và không cần phải gia công nhiệt trở lại. - Khả năng chống gỉ trong môi trường nước bẩn cũng như hàng hóa vận chuyển. - Có sức bền tốt trong môi trường gỉ, đặc biệt mỏi ở chu kỳ thấp của các mối hàn. - Giá c ả tương đối hợp lý. Trong công nghiệp đóng tàu, để đảm bảo những yêu cầu ở trên, người ta cần quan tâm đến các vấn đề sau: - Phương pháp chế tạo ra thép. - Sức bền (cơ, lý tính của các loại thép). - Thành phần hóa học trong thép. Để giải quyết các vấn đề ở tr ên ta thực hiện theo những nội dung chính sau: - Dung sai âm cho phép đối với thép tấm theo yêu cầu của các cơ quan Đăng kiểm, nếu vượt quá giới hạn n ày thép sẽ bị loại ra. - Trong đóng tàu hầu như chỉ dùng thép được khử oxy mà tiêu chu ẩn của Nga dùng kí hiệu CT3c. Thép cácbon là loại thép thường với th ành phần nguyên tố cacbon không vượt quá 0,23%. - Phương pháp chế tạo ra thép cũng như phương pháp cán thành thép tấm hoặc thép hình phải được cơ quan Đăng kiểm chấp nhận và cấp giấy chứng chỉ. Trong đóng tàu khối lượng thép chế tạo bằng thép cán chiếm khoảng trên 90%, còn lại là thép rèn và thép đúc. - Tính năng chống nứt khi hàn. Xác định tính năng chống nứt khi hàn rất phức tạp mà cũng không phù hợp với thực tế sản xuất cũng như khai thác, do đó người ta chỉ nghi ên cứu đề ra các chỉ tiêu để xác định đánh giá tính chất dễ nứt của từng loại thép như sau:  Hệ số Ceq: Hệ số cacbon tương đương cho thép thường Ceq = C + Mn/6 (%) (2.1) C: Cacbon %, Mn: Mangan % Thép thường hàn tốt thì Ceq < 0,40 %  Đối với thép có độ bền cao Ceq = C + Mn/6 + (Cr + Mo +V)/5 + (Ni + Cu)/15 (%) (2.2) Công th ức (2.2) dùng cho thép Cacbon – Mangan với  ch < 390 MPa, tính năng hàn tốt khi Ceq < 0,45%. 2.3.1.3. Cơ tính của một số thép thông dụng trong đóng tàu a. Thép cacbon Thép cacbon bao gồm hai nguyên tố chính là sắt và cacbon, ngoài ra còn có Mn, Si, P và S, chi ếm (80- 90%) tỷ trọng các sản phẩm thép làm ra. Tỷ lệ % thành phần hóa học như sau: %C  2,14%, % Mn  0,08%, %Si  0,40%, P  0,050%, S  0,050%.  Theo %C, phân thành 4 nhóm với cơ tính và công dụng khác nhau như sau: - Thép có độ bền tương đối cao (%C = 0,55  0,65%): Chi tiết đàn h ồi. - Thép có cacbon thấp (%C  0,25%): Dẻo, dai cao nhưng độ bền, độ cứng lại thấp chủ yế u dùng trong xây dựng. - Thép có cacbon trung bình (%C = 0,3  0,5%): Chi tiết máy chịu tải trọng tĩnh và va đập cao. - Thép có độ bền cao (%C  0,7 %): Dụng cụ như dao cắt, khuôn dập, dụng cụ đo.  Ưu điểm - Rẻ, dễ kiếm, không phải dùng các nguyên tố hợp kim đắt tiền. - Cơ tính tổng hợp nhất định phù hợp với các điều kiện thông dụng. - Tính công nghệ tốt: Dễ đúc, cán, rèn, kéo sợi, hàn, gia công cắt.  Nhược điểm - Độ thấm tôi thấp nên hiệu quả hóa bền bằng nhiệt luyện tôi + ram không cao. - Tính ch ịu nhiệt độ cao kém: Khi nung nóng độ bền cao của trạng thái tôi giảm ở trên 200 °C , ở trên 570°C bị oxy hóa mạnh. - Không có các tính chất hóa học đặc biệt như: Cứng nóng, chống ăn m òn.  Giới hạn chảy của thép cacbon thường dùng trong đóng tàu hiện nay:  ch = 240 Mpa (2400 kg/cm 3 ) b. Thép hợp kim Thép hợp kim là thép có thành phần hóa học: %C  2,14%, % Mn  0,08%, %Si  0,40%, P  0,050%, S  0,050%. Thép h ợp kim ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các mục đích quan trọng.  Phân loại theo tổng lượng thành phần các nguyên tố hợp kim: - Thép hợp kim thấp: Có tổng lượng các thành phần  2,5% (gọi là thép peclit). - Thép h ợp kim trung bình: Có tổng lượng thành phần từ 2,5% đến 10% (thường l à từ họ peclit đến mactenxit). - Thép hợp kim cao: Có tổng lượng thành phần  10% (họ mactenxit đến austenit).  Ưu điểm - Chống ăn mòn, tính chất từ, giãn nở nhiệt, chịu nhiệt tốt. - Độ bền cao hơn hẳn thép cacbon nhất là khi tiết diện lớn hơn 20(mm). - Có th ể tôi dầu nên ít biến dạng và nứt, nên rất ưu việt cho chi tiết phức tạp.  Nhược điểm - Nguyên tố hợp kim dễ bị thiên tích. - Thành phần hóa học của các nguyên tố lớn, công nghệ chế tạo phức tạp nên giá thành cao.  Giới hạn chảy của thép hợp kim dùng làm vỏ tàu hiện đại - Thép hợp kim thấp:  ch = 325  390 (Mpa) - Thép h ợp kim có độ bền cao:  ch = 420  690 (Mpa) . cho tàu dầu, tàu hàng cỡ trung và cỡ lớn. 2.3. YÊU CẦU CỦA QUY PHAM VIỆT NAM VỚI VIỆC THIẾT KẾ KẾT CẤU TÀU VỎ THÉP 2.3.1. Vật liệu thép dùng trong đóng tàu 2.3.1.1. Khái quát về thép Thép. Chương 5: Hệ thống kết cấu hỗn hợp - Hệ thống kết cấu hổn hợp do nhà khoa học Liên Xô cũ viện sỹ Shymanski đề nghị. - Vai trò các khung giàn tàu trong việc đảm bảo độ bền kết cấu thân tàu. hóa học của các nguyên tố cho vào mà cho ta các s ản phẩm phù hợp với công dụng riêng rẽ của chúng như: Thép cacbon, thép hợp kim, thép không gỉ, thép gió, thép dụng cụ đo… 2.3.1.2. Yêu cầu đối