Bài giảng sức bền thân tàu

Đây là tài liệu hay... Nói về sức bền trong thân tàu thủy... tài liệu ngắn gọn... giúp các bạn hiểu nhanh và nắm gọn kiến thức cần lưu ý... Tài liệu có hình ảnh minh họa cụ thể... chúc các bạn thành công

 Để đảm bảo tàu hoạt động an toàn, tin cậy trong điều kiện khai thác thực tế, Để đảm bảo tàu hoạt động an toàn, tin cậy trong điều kiện khai thác thực tế, đòi hỏi kết cấu thân tàu phải đáp ứng được những yêu cầu cụ thể như sau : đòi hỏi kết cấu thân tàu phải đáp ứng được những yêu cầu cụ thể như sau :  Kết cấu phải đủ bền để không bò nứt, vỡ hay phá hủy Kết cấu phải đủ bền để không bò nứt, vỡ hay phá hủy  Kết cấu phải đủ cứng để đảm bảo không bò biến dạng quá mức cho phép Kết cấu phải đủ cứng để đảm bảo không bò biến dạng quá mức cho phép  Kết cấu phải ổn đònh để luôn giữ được hình dạng ban đầu Kết cấu phải ổn đònh để luôn giữ được hình dạng ban đầu  Tăng kích thước kết cấu hoặc sử dụng vật liệu tốt sẽ dễ đáp ứng yêu cầu trên Tăng kích thước kết cấu hoặc sử dụng vật liệu tốt sẽ dễ đáp ứng yêu cầu trên nhưng làm tăng giá thành và ảnh hưởng xấu đến tính năng tàu do tăng khối lượng nhưng làm tăng giá thành và ảnh hưởng xấu đến tính năng tàu do tăng khối lượng  Bài toán thuận : đánh giá độ bền kết cấu tàu cụ thể nhằm đảm bảo kết cấu đủ bền Bài toán thuận : đánh giá độ bền kết cấu tàu cụ thể nhằm đảm bảo kết cấu đủ bền để tàu có thể hoạt động an toàn và tin cậy dưới tác dụng của các ngoại lực. để tàu có thể hoạt động an toàn và tin cậy dưới tác dụng của các ngoại lực.  Bài toán ngược : xác đònh hình dạng và kích thước kết cấu thân tàu một cách hợp lý Bài toán ngược : xác đònh hình dạng và kích thước kết cấu thân tàu một cách hợp lý trên cơ sở đảm bảo đủ độ bền kết cấu thân tàu với chi phí vật liệu thấp nhất. trên cơ sở đảm bảo đủ độ bền kết cấu thân tàu với chi phí vật liệu thấp nhất.  Do đó bài toán độ bền có vai trò quan trọng trong thiết kế và chế tạo tàu, nhằm Do đó bài toán độ bền có vai trò quan trọng trong thiết kế và chế tạo tàu, nhằm giải quyết hai bài toán cơ bản : giải quyết hai bài toán cơ bản :  Để giải quyết vấn đề cần tính độ bền nhằm xác đònh ứng suất và biến dạng, cơ Để giải quyết vấn đề cần tính độ bền nhằm xác đònh ứng suất và biến dạng, cơ sở để đánh giá mức độ an toàn của kết cấu thân tàu trong thực tế. sở để đánh giá mức độ an toàn của kết cấu thân tàu trong thực tế.  Do kết cấu thân tàu gồm nhiều loại hình kết cấu chòu tác dụng ngoại lực phức tạp Do kết cấu thân tàu gồm nhiều loại hình kết cấu chòu tác dụng ngoại lực phức tạp nên phân tích độ bền thân tàu là bài toán khó và thường ít có lời giải chính xác. nên phân tích độ bền thân tàu là bài toán khó và thường ít có lời giải chính xác. 1.1.Phân tích độ bền kết cấu thân tàu theo mô hình tổng thể 1.1.Phân tích độ bền kết cấu thân tàu theo mô hình tổng thể  Theo mô hình này, toàn bộ thân tàu xem như hệ kết cấu không gian đặt trên nền Theo mô hình này, toàn bộ thân tàu xem như hệ kết cấu không gian đặt trên nền đàn hồi, gồm nhiều loại hình kết cấu như thanh, dầm, tấm, vỏ v v… liên kết với nhau. đàn hồi, gồm nhiều loại hình kết cấu như thanh, dầm, tấm, vỏ v v… liên kết với nhau. Điều kiện biên xây dựng trên cơ sở xem tàu như vật thể đàn hồi nằm cân bằng dưới Điều kiện biên xây dựng trên cơ sở xem tàu như vật thể đàn hồi nằm cân bằng dưới tác dụng của trọng lượng các tải trọng trên tàu và phản lực nền là lực đẩy. tác dụng của trọng lượng các tải trọng trên tàu và phản lực nền là lực đẩy.  Tùy theo đặc điểm mô hình tính, có thể chia bài toán phân tích độ bền thân tàu Tùy theo đặc điểm mô hình tính, có thể chia bài toán phân tích độ bền thân tàu thành hai nhóm chính như sau. thành hai nhóm chính như sau.  Mô hình thể hiện khá chính xác tình trạng làm việc thực tế của kết cấu thân tàu Mô hình thể hiện khá chính xác tình trạng làm việc thực tế của kết cấu thân tàu nhưng làm tăng số lượng ẩn của phương trình chính tắc lên rất nhiều nhưng làm tăng số lượng ẩn của phương trình chính tắc lên rất nhiều O O x x z z y y 1.Phân tích độ bền chung 1.Phân tích độ bền chung  Xem toàn bộ thân tàu như một thanh tương đương đặt trên nền đàn hồi để Xem toàn bộ thân tàu như một thanh tương đương đặt trên nền đàn hồi để xác xác đònh ứng suất và biến dạng xuất hiện trong các mặt cắt ngang của kết cấu thân đònh ứng suất và biến dạng xuất hiện trong các mặt cắt ngang của kết cấu thân tàu, dưới tác dụng của các ngoại lực thẳng đứng, tàu, dưới tác dụng của các ngoại lực thẳng đứng, gồm trọng lực và lực nổi gồm trọng lực và lực nổi 2.Phân tích độ bền cục bộ 2.Phân tích độ bền cục bộ  Là bài toán xác đònh ứng suất và biến dạng xuất hiện trong các kết cấu thân tàu Là bài toán xác đònh ứng suất và biến dạng xuất hiện trong các kết cấu thân tàu dưới ảnh hưởng của các ngoại lực tác dụng riêng lên từng kết cấu đang xét. dưới ảnh hưởng của các ngoại lực tác dụng riêng lên từng kết cấu đang xét. ∑ = k 2i i σ  Kết quả tính sẽ cho giá trò ứng suất khi tàu bò uốn chung Kết quả tính sẽ cho giá trò ứng suất khi tàu bò uốn chung σ σ 1 1 . .  Giải bài toán độ bền cục bộ sẽ dẫn đến giải bài toán cơ học kết cấu thân tàu cụ thể Giải bài toán độ bền cục bộ sẽ dẫn đến giải bài toán cơ học kết cấu thân tàu cụ thể và kết quả sẽ cho giá trò ứng suất cục bộ và kết quả sẽ cho giá trò ứng suất cục bộ σ σ i (i = 2, 3, ). i (i = 2, 3, ). Giá trò ứng suất tại một điểm bất kỳ trên kết cấu thân tàu được xác đònh trên cơ sở Giá trò ứng suất tại một điểm bất kỳ trên kết cấu thân tàu được xác đònh trên cơ sở tổng hợp kết quả bài toán tính độ bền chung và bài toán tính độ bền cục bộ : tổng hợp kết quả bài toán tính độ bền chung và bài toán tính độ bền cục bộ : σ σ = = σ σ 1 1 + (i = 1, 2, …, n) + (i = 1, 2, …, n) 1.1.2.Phân tích độ bền kết cấu thân tàu theo mô hình ước đònh 1.1.2.Phân tích độ bền kết cấu thân tàu theo mô hình ước đònh  Theo mô hình này, toàn bộ thân tàu được mô phỏng dưới dạng thanh thành mỏng Theo mô hình này, toàn bộ thân tàu được mô phỏng dưới dạng thanh thành mỏng đặt trên nền đàn hồi và chòu tác dụng các lực tương ứng lực tác dụng lên thân tàu. đặt trên nền đàn hồi và chòu tác dụng các lực tương ứng lực tác dụng lên thân tàu.  Khi đó, bài toán phân tích độ bền thân tàu được chia thành hai bài toán chính. Khi đó, bài toán phân tích độ bền thân tàu được chia thành hai bài toán chính.  Mô hình tổng thể cho kết quả sát thực tế vì bảo toàn tính chất vật lý và cơ học Mô hình tổng thể cho kết quả sát thực tế vì bảo toàn tính chất vật lý và cơ học của kết cấu ở mức độ khá cao nhưng đòi hỏi nhiều điều kiện và công sức tính toán của kết cấu ở mức độ khá cao nhưng đòi hỏi nhiều điều kiện và công sức tính toán  Trong điều kiện nước ta nên thực hiện theo mô hình tính ước đònh trên cơ sở Trong điều kiện nước ta nên thực hiện theo mô hình tính ước đònh trên cơ sở chia quá trình tính độ bền thân tàu thành bài toán độ bền chung và độ bền cục bộ chia quá trình tính độ bền thân tàu thành bài toán độ bền chung và độ bền cục bộ vì quá trình tính theo mô hình này không nhiều như mô hình tổng thể. vì quá trình tính theo mô hình này không nhiều như mô hình tổng thể.  Mô hình ước đònh đơn giản nhưng ít chính xác vì nếu mô hình tính đơn giản và dễ giải Mô hình ước đònh đơn giản nhưng ít chính xác vì nếu mô hình tính đơn giản và dễ giải thì không phản ánh hết đặc điểm kết cấu thực tế, nhưng nếu phức tạp thì khó giải chính thì không phản ánh hết đặc điểm kết cấu thực tế, nhưng nếu phức tạp thì khó giải chính xác và hạn chế độ tin cậy kết quả tính. xác và hạn chế độ tin cậy kết quả tính.  Nhờ sự phát triển của phương pháp tính, nhất là phương pháp phần tử hữu hạn đã cho Nhờ sự phát triển của phương pháp tính, nhất là phương pháp phần tử hữu hạn đã cho phép tính độ bền kết cấu thân tàu theo mô hình tổng thể hoặc các mô hình phức tạp phép tính độ bền kết cấu thân tàu theo mô hình tổng thể hoặc các mô hình phức tạp hơn. hơn.  Phương pháp phần tử hữu hạn xây dựng trên cơ sở chia nhỏ kết cấu thân tàu thành số Phương pháp phần tử hữu hạn xây dựng trên cơ sở chia nhỏ kết cấu thân tàu thành số hữu hạn các phần tử đơn giản như dầm, tấm, vỏ v v và mỗi phần tử lại liên kết với hữu hạn các phần tử đơn giản như dầm, tấm, vỏ v v và mỗi phần tử lại liên kết với phần tử khác qua một số nút để tính ứng suất và biến dạng kết cấu. phần tử khác qua một số nút để tính ứng suất và biến dạng kết cấu.  So với mô hình ước đònh, mô hình tính tổng thể theo phương pháp phần tử hữu hạn So với mô hình ước đònh, mô hình tính tổng thể theo phương pháp phần tử hữu hạn thể hiện chính xác đặc điểm làm việc thực tế của kết cấu nên kết quả tin cậy hơn. thể hiện chính xác đặc điểm làm việc thực tế của kết cấu nên kết quả tin cậy hơn. Có thể tóm tắt quá trình tính độ bền thân tàu theo mô hình ước đònh và mô hình Có thể tóm tắt quá trình tính độ bền thân tàu theo mô hình ước đònh và mô hình tổng thể như trên sơ đồ hình 1.1 tổng thể như trên sơ đồ hình 1.1 σ i THÔNG TIN VỀ TÀU KẾT CẤU TÀU Phân tích độ bền thân tàu theo mô hình tổng thể Phân tích độ bền cục bộ KCTT như đáy, boong, mạn, sườn ngang, vỏ σ = σ 1 + Đánh giá độ bền kết cấu thân tàu σ 1 Phân tích độ bền chung KCTT chòu uốn, nén và xoắn  Phân tích độ bền chung là bài toán xác đònh ứng suất và biến dạng xuất hiện Phân tích độ bền chung là bài toán xác đònh ứng suất và biến dạng xuất hiện kết cấu thân tàu dưới tác dụng của các ngoại lực thẳng đứng và không tính đến kết cấu thân tàu dưới tác dụng của các ngoại lực thẳng đứng và không tính đến các ngoại lực tác dụng ngang như lực đẩy chân vòt, lực cản môi trường v…v… vì các ngoại lực tác dụng ngang như lực đẩy chân vòt, lực cản môi trường v…v… vì ứng suất uốn do các lực ngang gây ra trong kết cấu không lớn, có thể bỏ qua. ứng suất uốn do các lực ngang gây ra trong kết cấu không lớn, có thể bỏ qua.  Do các ngoại lực tác dụng thẳng đứng phân bố không đều dọc chiều dài tàu Do các ngoại lực tác dụng thẳng đứng phân bố không đều dọc chiều dài tàu nên kết cấu thân tàu sẽ bò uốn, xoắn hoặc thậm chí là bò uốn và xoắn đồng thời nên kết cấu thân tàu sẽ bò uốn, xoắn hoặc thậm chí là bò uốn và xoắn đồng thời nhưng do quá trình uốn dọc tàu có ảnh hưởng lớn đến độ bền của các kết cấu nhưng do quá trình uốn dọc tàu có ảnh hưởng lớn đến độ bền của các kết cấu nên bài toán độ bền chung thường dẫn đến việc xác đònh ứng suất uốn chung, nên bài toán độ bền chung thường dẫn đến việc xác đònh ứng suất uốn chung, còn bài toán xoắn hoặc uốn, xoắn đồng thời khảo sát độc lập quá trình uốn. còn bài toán xoắn hoặc uốn, xoắn đồng thời khảo sát độc lập quá trình uốn.  Khi đó, kết cấu thân tàu dạng vỏ mỏng với kết cấu gia cường bên trong xem Khi đó, kết cấu thân tàu dạng vỏ mỏng với kết cấu gia cường bên trong xem như thanh thành mỏng với các mặt cắt ngang có đặc điểm hình học khác nhau, như thanh thành mỏng với các mặt cắt ngang có đặc điểm hình học khác nhau, chòu tác dụng các lực thẳng đứng, tương ứng các ngoại lực tác dụng lên tàu như chòu tác dụng các lực thẳng đứng, tương ứng các ngoại lực tác dụng lên tàu như áp lực nước, trọng lượng tàu, trọng lượng hàng hóa và trang thiết bò trên tàu … áp lực nước, trọng lượng tàu, trọng lượng hàng hóa và trang thiết bò trên tàu … và bài toán uốn chung thân tàu có thể đưa về bài toán uốn thanh tương đương và bài toán uốn chung thân tàu có thể đưa về bài toán uốn thanh tương đương  Đối với quá trình uốn dọc thân tàu, cần phân biệt hai trường hợp : Đối với quá trình uốn dọc thân tàu, cần phân biệt hai trường hợp : 2.1.1.Tàu nằm cân bằng trên nước tónh 2.1.1.Tàu nằm cân bằng trên nước tónh  Khi tàu nổi trên nước tónh, giống như thanh tương đương được đặt nằm trên các gối Khi tàu nổi trên nước tónh, giống như thanh tương đương được đặt nằm trên các gối đỡ, do các ngoại lực tác dụng lên tàu thay đổi theo chiều dài nên kết quả tàu sẽ bò uốn đỡ, do các ngoại lực tác dụng lên tàu thay đổi theo chiều dài nên kết quả tàu sẽ bò uốn dọc. Ví dụ quá trình uốn chung thân tàu và thanh tương đương được mô tả như trên hình dọc. Ví dụ quá trình uốn chung thân tàu và thanh tương đương được mô tả như trên hình vẽ vẽ 100 tấn 200 tấn 900 1100 100 tấn 1700 1800 300 tấn 2000 1700 1500 1400 200 tấn 1000 1200 100 tấn 200 tấn 200 tấn 300 tấn 200 tấn Hình 3.1 : Mô hình uốn thân tàu trên nước tónh Hình 3.1 : Mô hình uốn thân tàu trên nước tónh  Kết quả giải bài toán phân tích độ bền thân tàu hay thanh tương đương sẽ cho phép Kết quả giải bài toán phân tích độ bền thân tàu hay thanh tương đương sẽ cho phép xác đònh được quy luật phân bố mômen uốn M xác đònh được quy luật phân bố mômen uốn M t t và lực cắt N và lực cắt N t t khi tàu nổi trên nước khi tàu nổi trên nước tónh. tónh. [...]... dự trữ - Tàu từ ngư trường về với 20% tải trọng hầm hàng, 70% đá, muối và 10% dự trữ - Tàu từ ngư trường về với 100% tải trọng hầm hàng và 10% dự trữ  Trình tự phân tích độ bền chung kết cấu thân tàu :  Xác đònh ngoại lực tác dụng lên kết cấu thân tàu  Xây dựng mô hình kết cấu  Xác đònh giá trò ứng suất, biến dạng lớn nhất xuất hiện trong kết cấu  Kiểm tra, đánh giá độ bền kết cấu thân tàu 2.2.XÁC...2.1.2 .Tàu nằm cân bằng trên sóng biển Khi tàu nổi trên sóng, có thể gặp hai trường hợp nguy hiểm nhất : Tàu nằm cân bằng ở đáy sóng, tức đáy sóng nằm giữa và tàu bò bẻ gập xuống Tàu nằm cân bằng ở đỉnh sóng, tức đỉnh sóng nằm giữa và tàu bò bẻ cong lên Trong cả hai trường hợp, do xảy ra sự phân bố lại áp lực nước (lực nổi) dọc chiều dài tàu nên sẽ làm xuất hiện lực cắt và mômen uốn thân tàu khi... DỤNG LÊN TÀU THEO PHƯƠNG THẲNG ĐỨNG Trong bài toán độ bền chung chỉ xét các ngoại lực tác dụng thẳng đứng gồm : Trọng lực P (Weight) : gồm trọng lượng vỏ và trọng lượng các tải trọng trên tàu Lực nổi D (Buoyancy) : gồm áp lực tónh và động của nước tác dụng lên thân tàu  Khi đó, lực tổng hợp Q tác dụng lên thân tàu theo phương thẳng đứng là : Q = P - D Do quy luật phân bố dọc chiều dài tàu của hai... Về mặt độ bền dọc nhận thấy có hai vò trí đặt tónh tàu trên sóng nguy hiểm nhất Vò trí mặt cắt giữa tàu nằm ở đỉnh sóng, lực nổi đoạn giữa tàu tăng và giảm dần về hai đầu nên thân tàu sẽ bò bẻ cong lên (hogging) như mô tả trên hình vẽ 3.18a  Vò trí mặt cắt giữa tàu nằm ngay tại đáy sóng, lực nổi ở đoạn giữa tàu nhỏ và tăng dần về hai đầu nên thân tàu bò uốn cong theo hướng ngược lại (sagging) như... cả hai trường hợp khi tàu nổi trên mặt nước tónh và tàu nổi trên sóng 2.Cân bằng dọc tàu trên nước tónh  Cơ sở để tìm vò trí cân bằng dọc thực tế của tàu ở chế độ tải trọng đang xét chính là giá trò trọng lượng tàu P và hoành độ trọng tâm xg đã tính ở bảng 2.1 Xét các trường hợp xảy ra :  P > D : trọng lượng tàu lớn hơn sẽ nhấn tàu chìm xuống  P . đặt trên nền đàn hồi, gồm nhiều loại hình kết cấu như thanh, dầm, tấm, vỏ v v… liên kết với nhau. đàn hồi, gồm nhiều loại hình kết cấu như thanh, dầm, tấm, vỏ v v… liên kết với nhau. Điều kiện. 1.Phân tích độ bền chung  Xem toàn bộ thân tàu như một thanh tương đương đặt trên nền đàn hồi để Xem toàn bộ thân tàu như một thanh tương đương đặt trên nền đàn hồi để xác xác đònh ứng. Theo mô hình này, toàn bộ thân tàu được mô phỏng dưới dạng thanh thành mỏng Theo mô hình này, toàn bộ thân tàu được mô phỏng dưới dạng thanh thành mỏng đặt trên nền đàn hồi và chòu tác dụng các