Chương 4: Mô hình hóa kết cấu thân tàu Mô hình hóa là phương pháp nghiên cứu hiệu quả để đưa những kết cấu phức tạp về mô hình tương đương đơn giản hơn nhằm tạo thuận lợi trong tính toán và nghiên cứu lý thuyết. Xây dựng mô hình tính là một công việc đầu tiên và rất quan trọng ảnh hưởng đến độ chính xác, độ tin cậy của kết quả phân tích độ bền kết cấu thân tàu. Tuy nhiên do đặc điểm của kết cấu thân tàu khá ph ức tạp nên việc xây dựng được mô hình tính thể hiện được đầy đủ điều kiện l àm việc của KCTT là một vấn đề không đơn giản. Do đó cần cố gắng xây dựng mô h ình tính sao cho vừa phản ánh được điều kiện l àm việc thực tế của KCTT vừa đơn giản trong tính toán. Nguyên tắc mô hình hóa kết cấu: - Mô hình hóa các kích thước hình học và giảm bớt chiều không gian kết cấu, để đơn giản trong khi tính nên cố gắng giảm bớt chiều không gian để đưa bài toán về bài toán hai chiều hoặc thậm chí một chiều. - Tách kết cấu phức tạp ra thành những kết cấu đơn giản hơn trên cơ sở l à kết cấu có độ cứng lớn hơn phải đảm bảo là chỗ dựa cho kết cấu có độ cứng thấp hơn. Đồng thời mô hình tính sau khi tách đáp ứng được các yêu cầu sau: + Phản ánh được một cách chính xác và đầy đủ đặc điểm và nguyên tắc làm việc của các kết cấu trước khi tách. + Đảm bảo hệ kết cấu trước v à sau khi tách phải cân bằng về lực, mômen và chuyển vị. - Cần vận dụng tối đa tính chất đối xứng của kết cấu và tải trọng. 2.2.4. Quy cách lấy mép kèm. Trong bài toán phân tích độ bền kết cấu tàu nói chung và mô hình hóa k ết cấu nói riêng thường gặp trường hợp phải tính phần mép kèm khi tách kết cấu hệ dầm ra khỏi tấm tôn vỏ. Mép kèm nói đây chính là dải tôn kèm chịu lực tham ra làm việc với kết cấu đang tính, do đó việc xác định chiều rộng mép k èm có ý nghĩa quan trọng trong bài toán tính độ bền kết cấu. Bài toán xem xét vai trò tham gia biến dạng uốn dầm của tôn vỏ và từ đó thay thế tôn vỏ bằng tấm mép tương đương để đưa vào các đà dọc, đ à ngang, xà dọc, xà ngang tạo thành dầm tương đương đ ã được X.P.Timosenko giải quyết. Nội dung bài toán này là tính toán chi ều rộng của tấm mép tương đương. Để xác định tấm mép tương đương, sử dụng điều kiện cân bằng năng lượng giữa hệ thực với hệ tương đương. Trong đó, hệ thực là một hệ bao gồm tấm thành và tấm mép có quy luật biến thiên ứng suất pháp không đều x (hình 2.3a); hệ tương đương có chiều rộng “C”, chiều dày “h” (bằng chiều dày tấm mép thực) và trên đó ứng suất pháp m phân bố đều (hình 2.3b). x m (a) (b) Ghi chú: e – khoảng cách từ tâm E đến mặt phẳng trung gian của tấm mép. h – chi ều dày của tấm mép. A – diện tích tiết diện tấm thành. C – chi ều rộng mép kèm. Hình 2.3: Khái niệm về mép kèm . Trên cơ sở lý luận, có thể xác định chiều rộng mép kèm C theo công th ức: C = )23( 4 2 b (2.7) Trong đó: - là hệ số poison. - b là chiều dài nhịp dầm. Trường hợp hệ số poison = 0,3, ta có: C = 0,181 2b (2.8) y y h E C h A e 2.2.5. Xác định điều kiện liên kết trong mô hình. Trong việc xây dựng mô hình tính cần đặc biệt quan tâm tới việc mô tả điều kiện biên vì chất lượng mô tả điều kiện biên có ảnh hưởng quan trọng đến chất lượng mô h ình tính. Cơ sở lý thuyết để tách kết cấu phức tạp thành những kết cấu đơn giản hơn là phải xác định được mối quan hệ giữa các kết cấu với nhau v à thể hiện mối quan hệ này trong mô hình dưới dạng điều kiện biên để tính ảnh hưởng của kết cấu lân cận đến kết cấu đang xét. Trong thực tế, việc thiết lập các điều kiện biên để thay cho liên kết khi tách rời hệ kết cấu thường được thực hiện theo hai phương pháp như sau: - Phương pháp lực: thay các kết cấu lân cận với kết cấu đang xét bằng các ứng lực tương đương trên cơ sở điều kiện cân bằng về lực tác dụng. - Phương pháp chuyển vị: thay các kết cấu lân cận với kết cấu đang xét bằng các mối liên hệ động học, trên cơ sở điều kiện li ên tục về chuyển vị. Việc sử dụng phương pháp nào sẽ phụ thuộc chủ yếu vào phương pháp giải cơ học kết cấu. Nếu phân tích kết cấu được thực hiện theo PPPTHH, ta thường mô tả điều kiện biên bằng các gối đỡ liên kết. Điều này có nghĩa là để tách rời các kết cấu, cần phải đặt vào vị trí liên kết các liên kết động học, nhằm mục đích đảm bảo đặc điểm l àm việc của kết cấu trước và sau khi tách là không thay đổi và điều kiện biên nói trên được hiểu như đặc điểm làm việc của các gối liên kết đưa vào mô hình. Tuy nhiên trong nhi ều trường hợp, để đơn giản hóa quá trình tính toán mà v ẫn đảm bảo độ chính xác cần thiết, ta có thể theo nguyên tắc kết cấu có độ cứng lớn hơn phải làm chỗ tựa cho kết cấu có độ cứng nhỏ hơn. . vị. - Cần vận dụng tối đa tính chất đối xứng của kết cấu và tải trọng. 2.2 .4. Quy cách lấy mép kèm. Trong bài toán phân tích độ bền kết cấu tàu nói chung và mô hình hóa k ết cấu nói riêng thường. thậm chí một chiều. - Tách kết cấu phức tạp ra thành những kết cấu đơn giản hơn trên cơ sở l à kết cấu có độ cứng lớn hơn phải đảm bảo là chỗ dựa cho kết cấu có độ cứng thấp hơn. Đồng thời mô. thay các kết cấu lân cận với kết cấu đang xét bằng các ứng lực tương đương trên cơ sở điều kiện cân bằng về lực tác dụng. - Phương pháp chuyển vị: thay các kết cấu lân cận với kết cấu đang