Nghiên cứu ảnh hưởng của chiều dày chi tiết kết cấu vỏ đến sức bền chung của tàu vỏ thép

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG - - LÊ VINH NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHIỀU DÀY CHI TIẾT KẾT CẤU VỎ ĐẾN SỨC BỀN CHUNG CỦA TÀU VỎ THÉP Chuyên ngành: Đóng tàu ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS HOÀNG VĂN VŨ NHA TRANG - NĂM 2012 i MỤC LỤC Trang MỤC LỤC i DANH MỤC HÌNH ii DANH MỤC BẢNG iv Lời mở đầu CHƢƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Tổng quan vấn đề nguyên cứu 1.2 Phạm vi nguyên cứu đề tài CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tính độ bền tới hạn phƣơng pháp phần tử hữu hạn 2.1.2 Mơ hình tính 2.2 Giới thiệu tàu tính tốn 2.2.1 Các thông số 2.2.2 Bố trí chung 2.3 Trình tự tốn phân tích độ bền tới hạn 11 2.3.1 Mô hình hóa 11 2.3.2 Phân tích Abaqus CAE 17 2.3.3 Xử lý kết phân tích: 19 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGUYÊN CỨU 22 3.1 Kết mơ hình hóa 22 3.2 Kết phân tích 23 3.4 Kết thay đổi chiều dày đến độ bền tới hạn 24 CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN 38 4.1 Đối với phần tole đáy 38 4.2 Đối với phần tole đáy 39 4.4 Đối với phần tole két mạn 40 4.5 Đối với phần tole két hông 41 Tài liệu tham khảo 44 PHỤ LỤC 45 ii DANH MỤC HÌNH Trang Hinh 1.1: Tàu bị phá hủy vị trí giữ tàu Hình 1.2: khu vực tàu bị phá hủy Hình 1.3: Đồ thị tƣơng quan Moment uốn góc xoay Hình 2.1: Mơ hình tính Chen Hình 2.2: Mơ hình tính Kutt Hinh 2.3: Mơ hình tính Pei Hình 2.4: Mơ hình tính Qi Hình 2.5: Mơ hình tính Harada Hình 2.6: Mơ hình tính Hình 2.7: Kết tính Trong đề tài này, tính tốn cho trƣờng hợp tàu nằm dƣới đáy sóng Hình 2.8: Tàu hàng khơ 56000 DWT đƣợc đóng Hyundai-Vinashin Hình 2.9: Mơ hình hóa kết cấu sƣờn tàu 10 Hình 2.10: Mơ hình tính tốn MSC Patran 12 Hình 2.11: Cơ sở tính tốn chuyển vị ban đầu: 13 Hình 2.12: Mơ hình tính sau nhập vật liệu chuyển vị ban đầu MSC Patran 14 Hình 2.13: Mơ hình tính nhập vào Abaqus CAE từ tập tin INP 15 Hình 2.14: Mơ hình sau đặt ngàm hai đầu 15 Hình 2.15: Điều kiện hai gối 16 Hình 2.16: Đặt lực Moment 16 Hình 2.17: Mơ hình tính tốn hồn chỉnh Abaqus CAE 17 Hình 2.18: Chọn chế độ tính tốn FEM phi tuyến 17 Hình 2.19: Chọn số bƣớc tính tốn 18 Hình 2.20: Thiết lập xuất giá trị ứng suất biến dạng 18 Hình 2.21: Thiết lập xuất giá trị moment góc xoay 19 Hình 2.22: Mẫu sau phân tích xong 19 iii Hình 2.23: Khu vực chuyển vị 20 Hình 2.24: Chọn giá trị RM UR 20 Hình 2.25: Đồ thị sau phân tích 21 Hình 3.1 Kết mơ hình hóa MSC Patran 22 Hình 3.2: Mẫu hồn chỉnh Abaqus trƣớc phân tích 23 Hình 3.3: Ứng suất Von-Mises 23 Hình 3.4: Đồ thị sau phân tích giá trị tới hạn 23 Hình 3.5: Đồ thị mẫu 25 Hình 3.6: Đồ thị mẫu 25 Hình 3.7: Đồ thị mẫu 26 Hình 3.8: Đồ thị mẫu 26 Hình 3.9: Đồ thị mẫu 27 Hình 3.10: Đồ thị mẫu 27 Hình 3.11: Đồ thị mẫu 29 Hình 3.12: Đồ thị mẫu 29 Hình 3.13: Đồ thị mẫu 31 Hình 3.14: Đồ thị mẫu 10 31 Hình 3.15: Đồ thị mẫu 11 33 Hình 3.16: Đồ thị mẫu 12 33 Hình 3.17: Đồ thị mẫu 13 35 Hình 3.18: Đồ thị mẫu 14 35 Hình 3.19: Đồ thị mẫu 15 37 Hình 3.20: Đồ thị mẫu 16 37 Hình 4.1: Đồ thị giá trị tới hạn thay đổi chiều dày 38 Hình 4.2: Đồ thị giá trị tới hạn thay đổi chiều dày ngồi 39 Hình 4.3: Đồ thị giá trị tới hạn thay đổi chiều dày mạn 40 Hình 4.4: Đồ thị giá trị tới hạn thay đổi chiều dày két mạn 41 Hình 4.5: Đồ thị giá trị tới hạn thay đổi chiều dày két hông 42 Hình 4.6: Đồ thị giá trị tới hạn thay đổi chiều dày tole két đỉnh mạn 42 iv DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 2.1: Điều kiện biên Bảng 2.2: Thông số sƣờn tàu 11 Bảng 2.3: Thông số ứng suất chảy thép AH32 12 Bảng 2.4: Thông số biến dạng ban đầu tole boong 14 Bảng 3.1: Thay đổi chiều dày tole đáy 24 Bảng 3.2: Thay đổi chiều dày tole mạn 28 Bảng 3.3: Thay đổi chiều dày tole đáy 30 Bảng 3.4: Thay đổi chiều dày tole két mạn 32 Bảng 3.5: Thay đổi chiều dày tole két hông 34 Bảng 3.6: Thay đổi chiều dày tole két đỉnh mạn 36 Bảng 4.1 Kết thay đổi độ dày đáy [từ bảng 3.1] 38 Bảng 4.2: Kết thay đổi độ dày đáy [từ bảng 3.3] 39 Bảng 4.3: Kết thay đổi độ dày mạn [từ bảng 3.2] 39 Bảng 4.4: Kết thay đổi độ dày tole két mạn [từ bảng 3.4] 40 Bảng 4.5: Kết thay đổi độ dày tole két hông [từ bảng 3.5] 41 Bảng 4.6 Kết thay đổi độ dày tole két đỉnh mạn [từ bảng 3.6] 42 Lời mở đầu Đóng tàu ngành công nghiệp phát triển mạnh giới Đặc biệt nƣớc ta năm gần phát triển mạnh ngành công nghiệp nặng, với đời phát triển nhiều nhà máy đóng tàu lớn tầm cỡ quốc tế Có đƣợc điều có đƣợc thuận lợi đặc biệt nƣớc ta có bờ biển dài có nhiều cảng nƣớc sâu thuận tiện cho giao thông vận tải đƣờng biển nƣớc quốc tế Tàu đƣợc đóng với kinh phí khơng nhỏ độ bền thân tàu vấn đề đƣợc quan tâm để tàu hoạt động lâu dài an tồn Với phân cơng lựa chọn học kỳ cuối khóa hoc 2008-2012 em đƣợc thực đề tài tốt nghiệp " nghiên cứu ảnh hƣởng chiều dày chi tiết kết cấu vỏ đến sức bền chung vỏ tàu thép" Đƣợc hƣớng dẫn Thầy Huỳnh Văn Vũ nội dung thực đề tài gồm nội dung sau: Chƣơng 1: Đặt vấn đề Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết Chƣơng 3: Kết nguyên cứu Chƣơng 4: Kết luận Qua thời gian tìm hiểu nghiên cứu với hƣớng dẫn tận tình Thầy Huỳnh Văn Vũ em hoàn thành đƣợc đề tài thời gian Em xin chân thành cảm ơn Thầy quý Thầy môn Kỹ Thuật Giao Thông giúp đễ tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành đề tài tốt nghiệp Nha Trang ngày 02 tháng 06 năm 2012 Sinh viên thực Lê Vinh CHƢƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Tổng quan vấn đề nguyên cứu Thân tàu cấu trúc phức tạp gồm nhiều thành phần kết cấu nhƣ đáy, mạn, vách ngăn, sàn, đà ngang dầm dọc Trong điều kiện làm việc bình thƣờng, thân tàu chịu tải trọng nhỏ tải trọng giới hạn tàu thiết kế Khi kết cấu thân tàu hoạt động chịu tải bình thƣờng Trong điều kiện làm việc khơng nhƣ ý muốn nhƣ sóng gió, tải trọng, lên hàng, xuống hàng, lớn tải trọng thiết kế kết cấu thân tàu bị phá hủy Hình 1.1 cho thấy trƣờng hợp tàu tàu container 4149 TEU MSC Napoli gặp nạn gió to sóng lớn đƣợc đăng tải vào ngày 18 tháng năm 2007 kênh Anh Quốc Hinh 1.1: Tàu bị phá hủy vị trí giữ tàu Khi tải trọng tăng tải trọng thiết kế cấu trúc tàu ổn định phần bị nén dẻo phần bị kéo Khi tải tiếp tục tăng lên tàu tiếp tục bị nén tàu chịu dựng đến mức độ tới hạn phần kết cấu dọc tàu bị phá hủy Trong điều kiện biển động, tùy vào điều kiện tải tác dụng lên thân tàu mà thân tàu có độ bền tới hạn khác Nhƣ điều kiện đƣợc chia thành hai trƣờng hợp: Tàu đỉnh sóng nghĩa phần ổn định xảy dáy tàu tàu đáy sóng nghĩa phần ổn định xảy boong tàu Sau hình minh họa trƣờng hợp tàu nằm đáy sóng Hình 1.2: khu vực tàu bị phá hủy Trong đó: M: mô men uốn theo chiều dọc   k.l góc xay k: bán kính tâm xoay l: khoảng cách hai sƣờn xét Khi đó, moment uốn đƣợc biểu diễn nhƣ hình: Hình 1.3: Đồ thị tƣơng quan Moment uốn góc xoay Qua đồ thị xác định đƣợc giá trị moment tới hạn tàu xét tất giá trị thể tƣơng quan đƣờng cong Qua dự đốn đƣợc tàu xét bị phá hủy 1.2 Phạm vi nguyên cứu đề tài Đã có nhiều cơng trình ngun cứu đƣợc cơng bố việc xác định độ bền tới hạn tàu vỏ thép phƣơng pháp Trong phần áp dụng phần mềm phần tử hữu hạn Abaqus CAE đƣợc áp dụng nhiều Trong để tài mơ hình tính toán độ bền tới hạn tàu thép đƣợc sử dụng Bằng cơng cụ Abaqus để phân tích xử lý kết tính tốn Đồng thời, cách thay đổi chiều dày thép vị trí boong, mạn, dáy tàu để bƣớc đầu xác định đƣợc mối quan hệ thông số chiều dày độ bền tới hạn tàu Kết đề tài đƣợc trình bày chƣơng 2, 3, CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tính độ bền tới hạn phƣơng pháp phần tử hữu hạn 2.1.2 Mơ hình tính Có nhiều phƣơng pháp xác định độ bền tới hạn tàu FEM phƣơng pháp mạnh để làm đƣợc điều Nhiều tác giả cơng bố phƣơng pháp ngun cứu xác định độ bền tới hạn tàu phƣơng pháp FEM Sau vài ví dụ: Chen cộng năm 1983 ngƣời công bố áp dụng phƣơng pháp FEM phi tuyến để phân tích phá hủy Thơng qua mơ hình thể phần tử trực giao với mang tính chất đàn hồi lực tác dụng lên phần tử tự mơ hình Các phần tử đƣợc thể 1+1/2 khoang tàu Hình 2.1: Mơ hình tính Chen Kutt cộng năm 1985 đánh giá sức bền dọc bốn loại tàu khác sử dụng phƣơng pháp phi tuyến USAS cục đăng kiểm Mĩ ABS Qua kết tính tốn mẫu phân tích thay đổi vài thông số nhƣ biến dạng dẻo, độ dày chiều dài mẫu thử Mơ hình tính Kutt nhƣ sau: Hình 2.2: Mơ hình tính Kutt ... cuối khóa hoc 2008-2012 em đƣợc thực đề tài tốt nghiệp " nghiên cứu ảnh hƣởng chi? ??u dày chi tiết kết cấu vỏ đến sức bền chung vỏ tàu thép" Đƣợc hƣớng dẫn Thầy Huỳnh Văn Vũ nội dung thực đề tài... để phân tích xử lý kết tính tốn Đồng thời, cách thay đổi chi? ??u dày thép vị trí boong, mạn, dáy tàu để bƣớc đầu xác định đƣợc mối quan hệ thông số chi? ??u dày độ bền tới hạn tàu Kết đề tài đƣợc trình... đổi chi? ??u dày 38 Hình 4.2: Đồ thị giá trị tới hạn thay đổi chi? ??u dày 39 Hình 4.3: Đồ thị giá trị tới hạn thay đổi chi? ??u dày mạn 40 Hình 4.4: Đồ thị giá trị tới hạn thay đổi chi? ??u