nghiên cứu xây dựng chương trình tính phục vụ thiêt kế định tâm hệ trục tàu hàng trọng tải lớn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
 TRẦN VĂN HƯNG NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH PHỤC VỤ THIẾT KẾ ĐỊNH TÂM HỆ TRỤC TÀU HÀNG TRỌNG TẢI LỚN CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT TẦU THỦY MÃ SỐ: 60 52 32 LUẬN VĂN THẠC SĨ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS QUÁCH HOÀI NAM NHA TRANG - 7/2012 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn kết nghiên cứu riêng không chép kết người khác Nếu sai xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Tác giả Trần Văn Hưng MỤC LỤC Trang phụ bìa Trang Lời cam đoan………………………………………………………………………… Mục lục… ………………………………………………………………………………2 Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt………………………………………………………… Danh mục bảng………………………………………………………………………… Danh mục hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU .11 Chương TỔNG QUAN 14 1.1 ĐẶC ĐIỂM VÀ ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC CỦA HỆ TRỤC TÀU HÀNG 14 TRỌNG TẢI LỚN 1.1.1 Đặc điểm .14 1.1.2 Điều kiện làm việc hệ trục tàu hàng trọng tải lớn 14 1.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐỊNH TÂM HỆ TRỤC 16 1.2.1 Các khái niệm 16 1.2.2 Định tâm hệ trục theo tiêu chí lệch tâm gãy khúc .19 1.2.3 Định tâm hệ trục theo tiêu chí tải trọng gối đỡ 20 1.2.3.1 Định tâm theo tiêu chí tải trọng gối đỡ "cổ điển" 21 1.2.3.2 Định tâm hệ trục theo tiêu chí tải trọng gối đỡ việc sử dụng 25 phần mềm tính tốn 1.3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 26 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27 Chương CƠ SỞ TÍNH ĐỊNH TÂM HỆ TRỤC TÀU HÀNG TRỌNG TẢI LỚN 28 2.1 MÔ HÌNH TÍNH 28 2.1.1 Mơ hình tính kết cấu hệ trục 28 2.1.2 Đưa trục khuỷu dầm tròn tương đương 28 2.1.2.1 Sự cần thiết phải đưa trục khuỷu tròn tương đương 28 2.1.2.2 Phương pháp xác định đường kính dầm trịn tương đương 29 2.1.3.Mơ hình hóa hệ trục có hộp giảm tốc…………………………………… 32 2.1.4 Mơ hình số lượng gối đỡ định tâm hệ trục .32 2.1.4.1 Số ổ đỡ động đưa vào mơ hình 32 2.1.4.2 Gối đỡ ống bao trục chân vịt .34 2.1.5 Các điều kiện tải 34 2.1.5.1 Điều kiện nhẹ tải (điều kiện lạnh) 34 2.1.5.2 Điều kiện nhẹ tải (điều kiện nóng) 35 2.1.5.3 Điều kiện đầy tải (điều kiện nóng) 36 2.2 PHƯƠNG PHÁP TÍNH 36 2.2.1 Rời rạc hóa kết cấu 36 2.2.2 Tính ma trận độ cứng, lực nút phần tử thứ e 37 2.2.3 Xây dựng ma trận độ cứng, lực nút tổng thể 38 2.2.4 Áp đặt điều kiện biên 39 2.2.5 Xác định thành phần chuyển vị, nội lực .39 2.2.5.1 Xác định độ võng góc xoay nút 39 2.2.5.2 Xác định phản lực gối đỡ 40 2.2.5.3 Xác định độ võng, mô men uốn lực cắt .40 2.2.6 Xác định ma trận hệ số ảnh hưởng 41 2.2.7 Xác định phản lực gối đỡ có chuyển vị cưỡng .42 Chương 3.XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH PHỤC VỤ THIẾT KẾ ĐỊNH TÂM HỆ TRỤC TÀU HÀNG TRỌNG TẢI LỚN 43 3.1 MƠ TẢ CHƯƠNG TRÌNH TÍNH 43 3.1.1 Các thông số đầu vào 43 3.1.2 Sơ đồ thuật toán chung .44 3.1.3 Thuật toán xây dựng ma trận độ cứng, lực nút tổng thể 44 3.1.4 Thu nhận, xử lý tính tốn biểu diễn kết 47 3.2 ỨNG DỤNG TÍNH TỐN HỆ TRỤC TÀU HÀNG CỤ THỂ 47 3.2.1 Đặc điểm tàu VLCC CRUDE OIL TANKER 47 3.2.2 Mơ hình hóa hệ trục liệu hệ trục 48 3.2.3 Giao diện chương trình 50 3.2.4 Kết tính tốn 51 3.3 KIỂM CHỨNG KẾT QUẢ TÍNH BẰNG PHẦN MỀM RDM 53 3.3.1 Giới thiệu phần mềm tính tốn kết cấu RDM .53 3.3.2 Kết tính tốn 54 3.4 KIỂM CHỨNG KẾT QUẢ TÍNH VỚI NK 57 3.4.1 Biểu đồ nội lực 57 3.4.2 Tải trọng gối đỡ 57 3.4.3 Ma trận hệ số ảnh hưởng .58 3.5 SO SÁNH VÀ THẢO LUẬN 58 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 60 4.1 KẾT LUẬN 60 4.2 ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 PHỤ LỤC DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT δ: độ lệch tâm ν: hệ số poisson vật liệu trục khuỷu ϕ: độ gãy khúc θi: góc xoay nút phần tử thứ i σ1: ứng suất bổ sung cho phép trục chân vịt, trục trung gian, trục hộp số máy σ2: ứng suất bổ sung cho phép trục máy mặt cắt ổ đỡ phía lái ∏e: toàn phần phần tử theo chuyển vị nút ∏: toàn phần hệ theo chuyển vị nút tổng thể ABS: American Bureau of Shipping (Đăng kiểm Mỹ) bcdof: vị trí nút có gối B: bề rộng má khuỷu DNV: Det Norske Veritas (Đăng kiểm Na Uy) dj: đường kính cổ Dn: đường kính ngồi trục Dt: đường kính trục dtd: dầm tương đương trục khuỷu E : mơ đun đàn hồi GAP: góc lệch hai đường tâm (mm) Ij: mô men quán tính trung tâm mặt cắt ngang cổ Ijp: mơ men qn tính độc cực mặt cắt ngang cổ index: ma trận ghép nối phần tử Iw: mơ men qn tính trung tâm mặt cắt ngang má khuỷu Iwp: mơ men qn tính độc cực mặt cắt ngang má khuỷu Ize: mô men quán tính phần tử l: khoảng cách tâm hai má khuỷu L: chiều dài đoạn trục khuỷu Le: chiều dài phần tử Me: mô men phần tử n: số lượng ổ đỡ trung gian ndof: số bậc tự nút ne: số bậc tự phần tử nel: số phần tử hệ trục nnel: số nút phần tử ntai: nút có tải tập trung NKK: Nippon Kaiji Kyokal (Đăng kiểm Nhật Bản) Nvi: hàm chuyển vị nút thứ i theo tọa độ nút Nvj: hàm chuyển vị nút thứ j theo tọa độ nút Nθi: hàm góc xoay nút thứ i theo tọa độ nút Nθj: hàm góc xoay nút thứ j theo tọa độ nút P: tải trọng kết cấu trung bình q: tải phân bố hệ trục Q: giá trị tải tập trung (do trọng lượng chân vịt) Qe: lực cắt phần tử r: khoảng cách tâm cổ cổ biên R: số nút phần tử s: số bậc tự nút SAG: khoảng cách hai đường tâm hai đoạn trục t: bề dày má khuỷu x: tọa độ nút valbcdof: chuyển vị cưỡng gối vi: chuyển vị nút phần tử thứ i v(x): hàm độ võng cho phần tử trường hợp chịu lực phân bố [A]: ma trận hệ số ảnh hưởng {d}: vectơ chuyển vị nút tổng thể {de}: véc tơ chuyển vị nút phần tử {dk}: véc tơ chứa chuyển vị không liên kết {dR}: véc tơ chuyển vị cưỡng [fe] : tải phân bố quy đổi phần tử [ff]: tổng tải quy đổi phần tử [K]: ma trận độ cứng tổng thể [KDR]: ma trận độ cứng tương ứng với chuyển vị cưỡng dịch chỉnh gối đỡ [ke]: ma trận độ cứng phần tử dầm [Kk]: ma trận độ cứng khơng có chuyển vị cưỡng [KR]: ma trận độ cứng tương ứng với chuyển vị cưỡng chuyển vị đơn vị điểm gây nên [KRD]: ma trận nghịch đảo [KDR] [Le]: ma trận định vị phần tử [N]: ma trận hàng chứa hàm dạng [P]: véc tơ tải tổng thể [pe]: tải tập trung phần tử [Pe]: tổng tải phần tử {Pk}: véc tơ tải trọng quy đổi tương ứng với bậc tự lại {PR}: véc tơ tải trọng quy đổi ứng với chuyển vị cưỡng |R1|: tải trọng bổ sung ổ đỡ phía mũi ống bao trục |R2|: tải trọng bổ sung ổ đỡ phía lái máy |Rd|: Tải trọng bổ sung cho phép ổ đỡ trục trung gian mặt phẳng đứng ổ đỡ mặt phẳng ngang ổ lăn |Rn|: Tải trọng bổ sung cho phép ổ đỡ trục trung gian mặt phẳng ngang ổ trượt {R}: véc tơ chứa phản lực gối theo hướng chuyển vị cưỡng {R}*: véc tơ phản lực gối đỡ {Rk}: véc tơ chứa tải trọng tập trung nút {RR}: véc tơ phản lực theo chuyển vị cưỡng DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Các giá trị cho phép áp suất bạc lót phía góc nghiêng tương đối trục chân vịt ống bao 25 Bảng 3.1: Thơng số kích thước hệ trục 40 Bảng 3.2: Bảng giá trị áp lực gối đỡ .49 Bảng 3.3: Bảng ma trận hệ số ảnh hưởng 50 Bảng 3.4: So sánh kết tính phản lực ổ đỡ dịch chỉnh ổ đỡ (mm) .50 Bảng 3.5: So sánh kết tính mơ men uốn, lực cắt độ võng lớn 50 DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Kết cấu hệ trục tàu hàng trọng tải lớn .4 Hình 1.2: Hệ trục tàu chế độ nhẹ nặng tải .5 Hình 1.3: Trục khuỷu hoạt động môi trường lạnh (a) nóng (b) Hình 1.4: Định tâm hệ trục theo δ,ϕ thước thẳng thước Hình 1.5: Định tâm hệ trục theo tiêu chí SAP-GAP .8 Hình 1.6: Phương pháp Jack-up hệ trục Hình 1.7: Định tâm hệ trục lực kế 12 Hình 1.8: Sơ đồ tính tải trọng kết cấu trung bình hệ trục .13 Hình 1.9: Sơ đồ tính tải trọng bổ sung ổ đỡ phía lái 14 Hình 2.1: Mơ hình tính định tâm hệ trục tàu 18 Hình 2.2: Ảnh hưởng đường kính tương đương đến áp lực ổ đỡ 19 Hình 2.3: Mơ hình xác định đường kính trịn tương đương trục khuỷu 20 Hình 2.4: Các kích thước để tính đường kính trục tương đương 20 Hình 2.5: Số lượng ổ đỡ động kể đến tính tốn định tâm 22 Hình 2.6: Ảnh hưởng số ổ đỡ động xem xét đến áp lực ổ đỡ 23 Hình 2.7: Số ổ đỡ động xem xét 24 Hình 2.8: Vị trí gối đỡ cho ổ đỡ trục chân vịt 24 Hình 2.9: Góc nghiêng tương đối áp suất cực đại bạc lót 25 Hình 2.10: Hướng tải trọng ổ trục…… …………………………………………26 Hình 2.11: Sơ đồ rời rạc hóa 27 Hình 2.12: Sơ đồ chuyển vị nút phần tử .27 Hình 2.13: Sơ đồ tải nút phần tử 28 Hình 3.1: Sơ đồ khối việc nhập liệu đầu vào 35 Hình 3.2: Sơ đồ khối chương trình 36 Hình 3.3: Sơ đồ thuật toán ghép nối phần tử .37 Hình 3.4: Sơ đồ tính tốn hệ trục tàu 39 Hình 3.5: Các kích thước đoạn trục khuỷu 39 Hình 3.6: Giao diện chương trình 41 Hình 3.7: Biểu đồ nội lực hệ trục tính tốn Matlab 42 Hình 3.8: Mơ hình tính mơ đun Flexion RDM 45 Hình 3.9: Biểu đồ nội lực hệ trục tính Flexion 47 Hình 3.10: Biểu đồ nội lực hệ trục theo NK 49 ... thiết kế định tâm hệ trục tàu hàng trọng tải lớn Việt nam Nội dung luận văn gồm chương: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Cơ sở tính định tâm hệ trục tàu hàng trọng tải lớn Chương 3: Xây dựng chương trình. .. ? ?Nghiên cứu xây dựng chương trình tính phục vụ thiết kế định tâm hệ trục tàu hàng trọng tải lớn? ?? Mục tiêu đề tài xác định rõ sở lý thuyết phương pháp tính định tâm hệ trục đồng thời xác định yếu... với hệ trục tàu lớn Do quan đăng kiểm giới u cầu phải có bảng tính định tâm hệ trục khâu thiết kế nhằm phục vụ cho việc định tâm Chính việc nghiên cứu sở lý thuyết xây dựng chương trình tính phục