Phân tích và thiết kế kết cấu một mẫu tàu câu vỏ gỗ, chương 16 potx

66 chương 16: Xác định lực nổi, lực cắt và mo ment u ốn tàu trên nước tĩnh Nội lực xuất hiện trong các khoảng sườn, lực cắt và moment uốn được xác định trong bảng tính sau với các giá trị tính theo các công thức sau.                 L nn L L nn dxxNxM qqqq L dxxqxN L dxxxb 0 )()1()1()0( 0 0 110 )()( 2 2 2 )()( 2 2 2 )()(  (3 - 14) Hiệu chỉnh: 20 20 )( 20 )( )( 20 )( M i iM N i iN   Trong đó: (N)20, (M) 20 : giá trị lực cắt và moment uốn trên nước tĩnh tính tại vị trí sườn 20 N(i), M(i): độ hiệu chỉnh lực cắt và mômen ở sườn thứ i. Bảng tính lực nổi, lực cắt và momen uốn của tàu trên nước tĩnh ( bảng 3.7) 67 Bảng 3.7. Bảng tính lực cắt, momen uốn tàu nằm trên nước tĩnh. 68 Từ bảng tính trên ta có biểu đồ phân bố lực nổi, phân bố tải trọng, lực cắt và moment uốn tàu trên nước tĩnh như sau: Biểu đồ phân bố trọng lượng theo khoảng sườn lý thuyết -2.74 -2.86 -2.83 -2.78 -2.82 -3.49 -3.22 -2.71 -2.46 -3.50 -3.77 -4.43 -3.81 -4.42 -4.46 -3.85 -3.77 -2.97 -2.25 -1.34 -5.00 -4.50 -4.00 -3.50 -3.00 -2.50 -2.00 -1.50 -1.00 -0.50 0.00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Biểu đồ phân bố lực nổi trên nước tĩnh theo khoảng sườn 0.00 0.16 1.35 3.04 4.14 4.76 4.94 5.00 5.04 5.08 5.12 4.94 4.77 4.66 4.39 3.99 3.30 2.29 1.27 0.42 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Biểu đồ phân bố trọng tải trên nước tĩnh theo khoảng sườn 2.74 2.70 1.48 -0.26 -1.32 -1.27 -1.72 -2.29 -2.57 -1.59 -1.35 -0.51 -0.96 -0.24 0.07 -0.13 0.46 0.68 0.98 0.93 -3.00 -2.00 -1.00 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 69 Biểu đồ lực cắt tàu trên nước tĩnh 1.44 4.10 6.19 6.95 6.45 5.49 4.36 2.76 0.78 -0.88 -2.00 -2.63 -3.08 -3.42 -3.28 -3.10 -2.74 -2.02 -1.07 0.00 -4.00 -2.00 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Biểu đồ Moment trên nước tĩnh 3.97 11.63 23.62 38.04 52.30 64.69 74.57 81.30 84.04 82.71 78.19 71.51 63.33 53.94 43.93 33.83 23.84 14.52 6.46 0.000.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 90.00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 70 Hình 3.10. Biểu đồ phân bố trọng lượng, lực nổi, tải trọng, lực cắt và moment uốn tàu trên nước tĩnh. 2. Trường hợp tàu nổi trên sóng. Khi tàu nổi trên sóng, mặt nước quanh tàu không còn cùng một mặt phẳng mà là mặt cong hình dáng. Do đó phân bố lực nổi theo chiều dọc tàu cũng thay đổi đồng thời gây tải trọng phụ biến đổi tĩnh dẫn đến sự xuất hiện lực cắt và momen uốn trên sóng. Xét về phương diện độ bền dọc ta nhận thấy hai vị trí nguy hiểm nhất khi tàu nổi trên sóng là khi mặt cắt của tàu nằm trên đỉnh sóng, hoặc tàu nằm trên đáy sóng. Nếu tàu nằm trên đỉnh sóng lực nổi trên đoạn giữa tàu tăng lên và sau đó giảm dần về hai đầu nên thân tàu sẽ bị bẻ cong lên. Ngược lại, nếu tàu nằm trên đáy sóng lực nổi ở giữa nhỏ và tăng dần về hai đầu nên thân tàu sẽ bị uốn cong theo hướng ngược lại (uốn cong xuống) thể hiện như hình vẽ  = L TK a) Tàu nằm trên đỉnh sóng  = L TK b) Tàu nằm trên đáy sóng Hình 3.11. Các vị trí nguy hiểm nhất của tàu trên sóng 71 Trường hợp tàu nằm trên sóng ta có các giả thiết sau: + Thân tàu có chiều dài L đặt trên mặt sóng nghĩa là tàu đang chạy cùng hướng với sóng hai chiều và có vận tốc bằng vận tốc sóng. Khi đó vận tốc tương đối giữa vỏ tàu và sóng bằng 0 nên một cách gần đúng có thể bỏ qua lực cản nước và lực quán tính trong khi tính. + Thực tế cho thấy, khi đặt tàu nằm trên sóng có chiều dài  bằng đúng với chiều dài tàu L thì moment uốn và lực cắt sinh ra sẽ lớn hơn so với khi đặt trên sóng có chiều dài nhỏ hơn. Do đó thường chỉ phân tích độ bền chung đối với các sóng có chiều dài bằng chiều dài tàu, còn đối với tàu quá lớn không thể áp đặt sóng có chiều dài không có trong thực tế thì sẽ chọn sóng có chiều dài thường hay gặp để tính. + Để đơn giản trong tính toán thường xem sóng biển là sóng điều hoà hình sin hay cos chỉ có dạng hai chiều thể hiện như hình vẽ.  h x y h: Chiều cao sóng : bước sóng 72 Hình 3.12. Biên dạng sóng điều hòa hình sin Phương trình sóng điều hoà hình sin được viết như sau: x h y . 2 cos. 2     : là tần số góc của sóng:      C22  C : tốc độ truyền sóng bằng tốc độ tàu (m/s) : Chiều dài bước sóng;  = L TK = 18 (m) : tung độ profin sóng tại điểm có hoành độ x h: chiều cao sóng được xác định theo công thức:             mkhimh mmkhimh mkhimh 120)( 20 12060)(2 30 60)(1 20       Vì tàu có chiều dài  < 60 m nên ta chọn: 1( ) 20 h m     h = 1,9 (m) và 2 0,349      . 2 R = 2,865 (m) là bán kính của đường tròn lăn. 2 h r  = 0,95(m) là khoảng cách từ điểm A đến tâm đường tròn lăn. 73 Bảng tính vẽ profin sóng: Bảng 3.8. Giá trị tung độ tương đối của sóng Troxoide theo chiều dài tàu Sườn lý thuyết Trạng thái tàu 10 9 ; 11 8 ; 12 7 ; 13 6 ; 14 Trên đỉnh sóng /r 1.0 0.963 0.845 0.667 0.441 Trên đáy sóng /r -1.0 -0.932 -0.742 -0.470 -0.158 Sườn lý thuyết Trạng thái tàu 5 ; 15 4 ; 16 3 ; 17 2 ; 8 1 ; 19 0 ; 20 Trên đỉnh sóng /r 0.154 -0.158 -0.147 -0.742 -0.932 -1 Trên đáy sóng /r 0.154 -0.441 0.667 0.845 0.963 1 (Theo Sổ tay kỹ thuật đóng tàu thủy, tập 2, Nhà Xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, trang 20) Cách xác định profin sóng như hình vẽ sau:   R r  Ltk A 74 Hình 3.13. Đồ thị sóng tính toán dạng Troxoide  Phân bố lực nổi tác dụng lên tàu đang nằm trên sóng. b s (x) = b t (x) + b(x) Với: b s (x): là lực nổi tàu trên sóng. b t (x): là lực nổi tàu trên nước tĩnh. b(x): là lực nổi bổ sung của tàu trên sóng, có giá trị dương khi mặt sóng cao hơn mặt nước tĩnh và âm khi mặt sóng nằm dưới mặt nước tĩnh và được xác định theo công thức: b(x) = b s (x) - b t (x) =.(x); (x) là độ thay đổi diện tích mặt cắt ngang thân tàu khi mức nước của sóng dâng lên hay hạ xuống so với mực nước tĩnh ban đầu. (x) =  s (x) -  t (x)  t (x): diện tích mặt cắt ngang tàu trên nước tĩnh  s (x): diện tích mặt cắt ngang tàu trên sóng  Cân bằng dọc tàu trên sóng: Sau khi xây dựng được profin sóng ta tiến hành cân bằng dọc tàu trên sóng. Đặt profin sóng vừa vẽ lên đồ thị BonGien sao cho trục của sóng trùng với đường nước thiết kế sau đó dựa trên cơ sở điều kiện nổi trên mặt sóng tàu vẫn nằm ở vị trí cân bằng tĩnh nên phần diện tích phía trên và phía dưới trục so sánh của đường cong phân bố lực nổi và hoành độ trọng tâm tương ứng của chúng phải bằng nhau để 75 tiến hành cân bằng dọc tàu bằng cách hiệu chỉnh profin sóng trên đồ thị BonGien để đạt được điều kiện trên. Hình 3.14. Tàu nằm trên đỉnh sóng Sau khi tìm được vị trí thực của tàu trên sóng, từ đồ thi BonGien xác định được diện tích các mặt cắt ngang trên các khoảng sườn như sau:  Trường hợp tàu nằm trên đỉnh sóng:  0 = 0 (m 2 )  1 = 0 (m 2 )  2 = 0 (m 2 )  3 = 0 (m 2 )  4 = 1,28 (m 2 )  5 = 3,6 (m 2 )  6 = 5,46 (m 2 )  7 = 6,96 (m 2 )  8 = 8,14 (m 2 )  9 = 8,92 (m 2 )  10 = 9,12 (m 2 )  11 = 8,94 (m 2 )  12 = 7,72 (m 2 )  13 = 6,34 (m 2 )  14 = 4,68 (m 2 )  15 = 2,92 (m 2 )  16 = 1,44 (m 2 )  17 = 0 (m 2 )  18 = 0 (m 2 )  19 = 0 (m 2 )  20 = 0 (m 2 ) Lượng chiếm nước khi tàu nằm trên đỉnh sóng : [...]... -0.34 -0 .16 3 0 -2.58 -2.92 -1.35 2.58 4 1.28 -2.72 -5.3 -2.44 4 5 4.98 3.6 -1.38 -4.1 -1.89 6 7 8 9 5.34 5.46 0.12 -1.26 -0.58 5.38 5.46 6.96 8.14 1.58 2.68 1.7 4.26 0.78 1.96 5.46 8.92 3.46 6.14 2.83 Tổng tích phân (6) (m2) Lực cắt Hiệu Tổng Lực cắt trên chỉnh tích N(x)= sóng lực cắt phân (7).L/2 N(x)= N(20)i/20 (9)(7) (tấn) (tấn) (10) (tấn) (8) (9) (10) (11) 0 0 0 0 0 0 0.06 0.06 -0 .16 -0.07... 72.7 61.3 47.0 31.8 18.2 7.9 2.0 -0.2 0.0 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15 -16 16-17 17-18 18-19 19-20 80 Biểu đồ lực nổi, lực cắt và moment uốn trên đỉnh sóng được thể hiện như sau: Biểu đồ phân bố lực nổi trên đỉnh sóng 4 2.83 3 2.74 1.96 2 1.72 0.78 1 0 3.24 3.21 0.42 0 1 -0 .16 2 3 4 5 -1 6 -0.58 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 -0.89 -1.89 -1.97 -2.44 -3 20 -0.42 -1.27 -1.35 -2 19 -2.64 -2.29 Biểu... sườn trên lý thuyết đáy sóng s(m2) (1) (2) 0 0 1 0 2 0.34 3 2.58 4 5 6 7 8 Bảng 3.10 Bảng tính moment uốn và lực cắt phụ trên đáy sóng Diện tích Hiệu 2 Lực nổi Tổng Hiệu mặt diện Tổng Lực cắt Tổng trên sóng tích chỉnh sườn tích tích N(x)= b(x) phân lực cắt phân (7).L/2 trên s=t từng cặp N(20)i/20 nước (2) -(3) si+si+1 =(5)L/2 (6) (7) (tấn) 2 (tấn) (m ) (tấn) tĩnh (m2) t(m2) (3) (4) (5)... 11 12 13 14 15 16 17 -3.00 0.00 -0.81 18 19 20 -2.47 -4.74 -5.62 -7.57 -6.87 -8.48 -8.22 -10.00 Biểu đồ moment uốn phụ trên đỉnh sóng 81 90.0 80.0 76.1 70.0 72.7 66.7 60.0 61.3 54.0 50.0 47.0 40.0 39.8 30.0 31.8 26.8 20.0 18.2 16. 7 10.0 1 10.4 6.4 3.2 0.0 -10.0 80.6 79.5 2 3 4 7.9 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 2.0 -0.2 0.0 19 20 18 Hình 3.15 Biểu đồ lực nổi, lực cắt và moment uốn tàu trên đỉnh sóng... hợp tàu nằm trên đáy sóng: Hình 3 .16 Tàu nằm trên đáy sóng Diện tích mặt cắt ngang trên đáy sóng được xác định trên đồ thị BonGien có giá trị như sau: 0 = 1,75 (m2) 7 = 3,13 14 = 3,83 82 1 = 3,65 (m2) 2 = 5,25 (m2) 3 = 6,45 (m2) 4 = 6,49 (m2) 5 = 5,95 (m2) 6 = 4,65 (m2) (m2) 8 = 2,05 (m2) 9 = 1,39 (m2) 10 = 1,17 (m2) 11 = 1,39 (m2) 12 = 1,87 (m2) 13 = 2,75 (m2) (m2) 15 = 4,93 (m2) 16. .. ) / 2  2   i 0 L L/ 2 V  D = .V = 1,025 67,9 = 69,5 (tấn) Xác định nội lực khi tàu nổi trên đỉnh sóng được trình bày ở bảng tính moment, lực cắt phụ sau: 79 Bảng 3.9 Bảng tính moment uốn và lực cắt phụ trên đỉnh sóng Diện Diện tích tích Lực nổi Hiệu 2 mặt mặt STT Tổng trên sóng diện Sườn sườn sườn tích từng cặp b(x) trên trên lý s=t si+si+1 =(5)L/2 thuyết đỉnh nước (tấn) sóng tĩnh... 12-13 357.12 -6.30 -0.20 6.11 160 .70 73.01 -87.7 327.14 -7.19 -0.21 6.98 147.21 78.22 -69.0 295.77 -6.92 -0.22 6.70 133.10 83.44 -49.7 267.92 247.43 235.90 231.77 -5.61 -3.61 -1.58 -0.28 -0.24 -0.25 -0.27 -0.28 5.37 3.36 1.31 0.00 120.56 111.34 106 .16 104.30 88.65 93.87 99.08 104.30 -31.9 -17.5 -7.1 0.0 13-14 14-15 15 -16 16-17 17-18 18-19 19-20 84 Biểu đồ lực nổi, lực cắt và moment uốn trên đáy sóng... khi tàu nằm trên đáy sóng : D = .V (tấn) Với:  n    n   3  dx  L   i   0   67, 07(m ) / 2 2    i 0  L L/2 V  D = .V = 1,025 67,07 = 68,75 (tấn) Xác định nội lực khi tàu nổi trên đáy sóng được trình bày ở bảng tính moment, lực cắt phụ sau: 82 Diện tích mặt STT Sườn sườn trên lý thuyết đáy sóng s(m2) (1) (2) 0 0 1 0 2 0.34 3 2.58 4 5 6 7 8 Bảng 3.10 Bảng tính moment uốn và. .. 0.91 -9.09 -2.45 0.22 2.67 -24.33 -4.40 0.28 4.68 (7) 0 0 -0 .16 -1.66 -5.45 -9.79 12.26 -46.37 12.06 -70.69 -9.31 -92.06 -4.51 105.88 Moment Moment trên Hiệu trên Khảng sóng chỉnh sóng sườn M(x)= moment M(x) = lý thuyết (8).L/2 M(20)i/20 (12)(13) (tấn.m) (12) 0 0.00 -0.07 -0.89 -4.09 -10.95 (13) 0 3 .16 6.33 9.49 12.65 15.82 (14) 0 3.2 6.4 10.4 16. 7 26.8 -5.52 0.33 5.85 -20.87 18.98 39.8 -5.43 -4.19 0.39... như sau: Biểu đồ phân bố lực nổi trên đáy sóng 5.00 3.95 4.05 4.00 2.93 3.00 2.49 1.98 1.60 2.00 2.45 2.07 0.94 1.00 0.82 0.13 0.00 -1.00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 -0.35 16 15 -1.36 -2.00 -3.00 17 18 19 20 -1.62 -2.61 -2.64 -3.45 -4.00 -5.00 -3.90-3.94 -3.44 Biểu đồ lực cắt phụ trên đáy sóng 10.00 6.11 5.00 4.20 1 -1.13 2 3 -4.05 4 -15.00 3.36 5 6 7 8 9 10 11-1.83 12 13 14 15 16 -5.34 -7.66 -10.00 . nghĩa là tàu đang chạy cùng hướng với sóng hai chiều và có vận tốc bằng vận tốc sóng. Khi đó vận tốc tương đối giữa vỏ tàu và sóng bằng 0 nên một cách gần đúng có thể bỏ qua lực cản nước và lực. nước thiết kế sau đó dựa trên cơ sở điều kiện nổi trên mặt sóng tàu vẫn nằm ở vị trí cân bằng tĩnh nên phần diện tích phía trên và phía dưới trục so sánh của đường cong phân bố lực nổi và hoành. 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Hình 3.15. Biểu đồ lực nổi, lực cắt và moment uốn tàu trên đỉnh sóng  Trường hợp tàu nằm trên đáy sóng: Hình 3 .16. Tàu nằm trên đáy sóng Diện tích mặt cắt ngang