Nghiên cứu tính toán độ bền chung kết cấu tàu vỏ thép theo mô hình tổng thể

Từ trước đến nay để giải quyết bài toán tính bền người ta thường dựa theo phương pháp giải tích với mô hình tính được đơn giản đi khá nhiều so với kết cấu thật, chính vì vậy độ chính xác

NGUYỄN THANH TÍN

NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ĐỘ BỀN CHUNG KẾT CẤU TÀU VỎ THÉP THEO MÔ HÌNH TỔNG THỂ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH ĐĨNG TÀU THỦY

GVHD: PGS.TS TRẦN GIA THÁI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA KỸ THUẬT GIAO THƠNG



ii

Mục lục

CHƯƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.1 Khái quát về vấn đề nghiên cứu 1

1.1.1 Tổng quan 1

1.1.2 Thực trạng về vấn đề nghiên cứu 2

1.2 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu đề tài 4

1.2.1 Mục tiêu 4

1.2.2 Phạm vi nghiên cứu đề tài 4

1.2.3 Phương pháp nghiên cứu, thực hiện đề tài 4

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5

2.1 Cơ sở tính độ bền chung kết cấu tàu vỏ thép 5

2.1.1 Khái quát về quá trình uốn thân tàu trên mặt nước 5

2.1.2 Các ngoại lực tác dụng lên tàu theo phương thẳng đứng 6

2.1.3 Điều kiện biên 6

2.2 Phương pháp phần tử hữu hạn 6

2.2.1 Khái niệm chung: 6

2.2.2 Cơ sở của phương pháp 7

2.2.3 Trình tự bài toán phân tích độ bền theo phương pháp PTHH 7

2.3 Giới thiệu phần mềm tính toán bằng phương pháp PTHH 8

2.3.1 Tổng quan các phần mềm tính toán bền bằng phương pháp PTHH 8

2.3.2 Giới thiệu về MAESTRO 9.0.8 9

2.3.3 Trình tự bài toán phân tích độ bền trên MAESTRO 10

2.4 Các phương pháp kiểm tra độ bền kết cấu thân tàu 11

2.4.2 Kiểm tra theo giá trị ứng suất cho phép 11

2.4.3 Kiểm tra theo giá trị moment uốn giới hạn 11

2.4.4 Kiểm tra theo giá trị ứng suất pháp tổng 11

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 12

3.1 Giới thiệu chung về tàu tính toán 12

3.1.1 Các đặc điểm cơ bản của tàu tính toán: 12

3.1.2 Quy cách kết cấu cơ bản trên tàu : 17

3.2 Mô hình hóa 17

3.2.1 Lựa chọn đơn vị và vật liệu: 18

3.2.2 Khai báo các đặc trưng hình học cơ bản của vật liệu 18

3.2.3 Xây dựng mô hình: 20

3.2.4 Xác định điều kiện biên: 26

3.2.5 Sự phân bố tải trọng hàng hóa: 27

3.2.6 Xây dựng mô hình sóng tính toán: 30

3.2.7 Cân bằng mô hình 30

3.3 Kết quả nghiên cứu 31

3.4.1 TH1 100% tải trên nước tĩnh 31

3.4.2 TH2 100% tải trên đỉnh sóng 34

3.4.3 TH3 100% tải trên đáy sóng 37

3.4.4 TH4 Tàu không, 100% dằn trên nước tĩnh 40

3.4.5 Th5 Tàu không, 100% dằn trên đỉnh sóng 43

3.4.6 TH6 Tàu không, 100% dằn trên đáy sóng 46

3.5 Đánh giá kết quả 50

3.6 Kiểm tra độ bền chung kết cấu thân tàu 51

3.6.1 Kiểm tra độ bền chung theo giá trị ứng suất cho phép 51

3.6.2 Kiểm tra độ bền theo giá trị moment giới hạn 51

CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 53

4.1 Kết luận 53

4.2 Đề xuất ý kiến 53

Tài liệu tham khảo 54

PHỤ LỤC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG DÙNG TRONG ĐỀ TÀI 55

iv

Mở đầu

Hiện nay cùng với sự phát triển ngày càng nhanh của khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệp tàu thủy đã đóng được những con tàu có tính năng và độ an toàn, thẫm mỹ cao Tuy nhiên cùng với sự phát triển nhanh chóng đó thì hàng năm trên thế giới vẫn xảy

ra rất nhiều vụ tai nạn tàu thủy Một trong những nguyên nhân dẫn đến điều này là không đảm bảo được độ bền của tàu khi gặp các trạng thái nguy hiểm Vì vậy để tàu hoạt động

an toàn và tin cậy thì toàn bộ chi tiết kết cấu thân tàu phải đảm bảo đủ bền, đủ cứng và ổn định

Từ trước đến nay để giải quyết bài toán tính bền người ta thường dựa theo phương pháp giải tích với mô hình tính được đơn giản đi khá nhiều so với kết cấu thật, chính vì vậy độ chính xác của kết quả tính không cao, và được khắc phục bằng cách chọn hệ số an toàn lớn Tuy nhiên với sự phát triển mạnh mẽ của máy tính điện tử, nhiều phương pháp

số ra đời Trong đó có phương pháp phần tử hữu hạn với mô hình tính tổng thể cho kết quả chính xác hơn Phương pháp này đã được áp dụng làm cơ sở xây dựng nhiều phần mềm tính bền lớn, trong đó có MAESTRO

Chính vì vậy tôi thực hiện đề tài tốt nghiệp của khóa học 2009-2013 là: “Nghiên

cứu và tính toán độ bền chung của tàu vỏ thép theo mô hình tổng thể” sử dụng phần

mềm MAESTRO Dưới sự hướng dẫn của PGS-TS Trần Gia Thái nội dung thực hiện của

đề tài gồm những vấn đề sau:

Chương 1: Đặt vấn đề

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 3: Kết quả nghiên cứu

Chương 4: Kết luận và đề xuất ý kiến

Qua thời gian tìm hiểu và nghiên cứu đề tài với sự hướng dẫn rất tận tình của

PGS-TS Trần Gia Thái, KS Trần Đình Tứ, và các thầy trong Bộ môn Đóng Tàu - Trường Đại học Nha Trang đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành đề tài này đúng thời hạn Tôi xin chân thành cảm ơn!

Tuy nhiên do kiến thức còn hạn chế nên đề tài không tránh khỏi những thiếu xót, Tôi rất mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy và các bạn sinh viên để đề tài của tôi được hoàn thiện hơn

Nha Trang, ngày 12 tháng 7 năm 2013 Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thanh Tín

CHƯƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Khái quát về vấn đề nghiên cứu

1.1.1 Tổng quan

Tàu thủy được tạo thành từ một hệ kết cấu không gian phức tạp gồm nhiều loại hình kết cấu như thanh, dầm, tấm…liên kết chặt với nhau, lại chịu tác dụng của các ngoại lực phức tạp như sóng, gió….trong quá trình hoạt động Trong đó sự phân bố không đều các lực theo phương thẳng đứng là nguyên nhân chính gây nguy hiểm cho tàu Vì vậy muốn đảm bảo độ bền kết cấu thân tàu chúng ta cần phải tính toán kiểm tra độ bền, trong đó bài toán độ bền chung đóng vai trò hết sức quan trọng Để giải quyết bài toán này cần phải xác định giá trị ứng suất và biến dạng xuất hiện trong kết cấu tàu đang tính Ta có thể chia bài toán độ bền chung làm 2 bài toán cơ bản sau:

- Bài toán kiểm tra: Từ kết quả có được nhằm kiểm tra, đánh giá độ bền tàu đang tính có đảm bảo đủ bền, cứng, ổn định để hoạt động

- Bài toán thiết kế: Từ kết quả có được nhằm tính toán và lựa chọn hình dáng kích thước các kết cấu thân tàu đảm bảo đủ bền, cứng, ổn định để hoạt động và giá cả hợp lý

Trong quá trình phân tích độ bền kết cấu thân tàu vì đây là một mô hình không gian 3D, với số lượng chi tiết kết cấu nhiều và đa dạng cùng với tải trọng tác dụng phức tạp nên việc giải bài toán tương đối khó và không có lời giải chính xác Do vậy

ta có thể chia làm 2 cách giải như sau:

- Theo mô hình ước định: Trong bài toán tính toán độ bền chung nói trên, toàn

bộ kết cấu thân tàu được xem như một thanh tương đương có thành mỏng, đặt trên nền đàn hồi và chịu tác dụng của ngoại lực tương ứng với các ngoại lực thẳng đứng tác dụng lên kết cấu thân tàu, gồm trọng lực và lực nổi Kết quả phân tích độ bền chung sẽ cho giá trị ứng suất khi tàu bị uốn dọc

+ Ưu điểm: Đơn giản và không đòi hỏi điều kiện phức tạp Khả năng có thể

tính được bằng tay trong điều kiên hạn chế về máy tính và các chương trình phân tích các kết cấu cỡ lớn

2

+ Nhược điểm: Có nhiều hạn chế nhất là khi phân tích độ bền kết cấu các

loại tàu đặc biệt, tàu chuyên dụng hay tàu có kích thước nằm ngoài phạm

vi quy định của quy phạm hiện hành Kết quả phân tích cũng thường ít chính xác

- Theo mô hình tổng thể: Toàn bộ kết cấu thân tàu được xem như hệ kết cấu

không gian đặt trên nền đàn hồi, bao gồm nhiều loại kết cấu như dầm, tấm, vỏ v v…liên kết với nhau Khi đó, các bộ phận kết cấu thân tàu như khung dàn đáy, boong, mạn, khung sườn và những chi tiết hình thành chúng như hệ thống dầm gia cường, các tấm tôn bao cùng làm việc trong mô hình

+ Ưu điểm: Cho kết quả tính sát thực tế bởi vì nó bảo toàn được những tính

chất vật lý và cơ học của kết cấu thực ở mức độ khá cao

+ Nhược điểm: Đòi hỏi nhiều công sức trong việc lập mô hình, chuẩn bị số

liệu và phân tích kết quả tính Hơn nữa, phương pháp này thường chỉ có thể thực hiện khi có chương trình phân tích độ bền kết cấu mạnh

1.1.2 Thực trạng về vấn đề nghiên cứu

Theo xu hướng hiện nay, nhờ sự phát triển của khoa hoc công nghệ, bài độ bền kết cấu thân tàu thường được phân tích theo mô hình tổng thể trên bằng phương pháp tính hiện đại và hiệu quả nhất là phương pháp phần tử hữu hạn Với sự hổ trợ của các phần mềm lớn như: NASTRAN, MAESTRO (Mỹ), ANSYS, SESAM, ABAQUS …… Phần mềm MAESTRO được hình thành tại Mỹ và đã được ứng dụng rộng rải vào tính toán độ bền và tối ưu hóa kết cấu tàu vỏ thép, composite Maestro có thể mô hình hóa cho nhiều loại tàu khác nhau: tàu dầu, ro ro, tàu hàng, xà lan… một cách nhanh

chóng Một số đề tài nghiên cứu đã ứng dụng MAESTRO như: “Structural Analysis

Of Livestock Carrier” - Jerolim Andrić Vedran Žanić; “Structural Design of an Innovative Pasenger Vessel” – Dario Boote and Donatella Mascia – Italy; “Unified first-principles ship structural design based On the maestro methodology” của Dr

Robert S Dow, Scotland; … Ở nước ta vì đây là một phần mềm mới, tài liệu tham khảo ít, việc sử dụng phần mềm và xây dựng mô hình tính rất khó khăn, nên phần mềm này chưa được áp dụng vào nghiên cứu và tính toán nhiều

Hình 1 Mô hình tàu chở oto của Jerolim Andrić

Hình 2 Mô hình tàu khách của Dario Boote và Donatella Mascia – Italy

- Phạm vi tính của bài toán tính độ bền chung: Chỉ tính giá trị moment uốn

và lực cắt đối với những chế độ tải trọng nguy hiểm nhất cho tàu trên sóng và nước tĩnh quy định trong quy phạm:

+ Tàu chở đầy hàng và 100% dự trữ lúc rời cảng

+ Tàu không với tải trọng dằn và dự trữ

1.2.3 Phương pháp nghiên cứu, thực hiện đề tài

- Sử dụng phần mền MAESTRO để tính toán độ bền chung theo mô hình tổng thể

- Quá trình nghiên cứu, thực hiện đề tài bao gồm các bước sau

+ Tìm hiểu lý thuyết về bài toán độ bền chung

+ Dịch tài liệu hướng dẫn và tìm hiểu sử dụng phần mền MAESTRO + Xây dựng mô hình tính trên MAESTRO

+ Xác định điều kiện biên và tải và xuất kết quả

+ Phân tích đánh giá độ chính xác của kết quả

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Cơ sở tính độ bền chung kết cấu tàu vỏ thép

2.1.1 Khái quát về quá trình uốn thân tàu trên mặt nước

Tàu thủy là một hệ thống kết cấu phức tạp làm từ vật liệu đàn hồi, nổi và làm việc trên mặt nước Ở tư thế làm việc này thân tàu phải gánh chịu sức nặng của trọng lượng bản thân, hàng hóa và người trên tàu đồng thời chịu tác động của lực nổi Tuy nhiên các ngoại lực tác dụng thẳng đứng phân bố không đều dọc theo chiều dài tàu nên kết cấu thân tàu sẽ bị uốn, xoắn, uốn xoắn đồng thời Trong đó quá trình uốn dọc ảnh hưởng lớn đến độ bền thân tàu nhất

2.1.1.1 Tàu nằm cân bằng trên nước tĩnh:

Tàu nổi trên nước tĩnh sẽ chịu tác dụng của hai lực thẳng đứng là trọng lực

và lực nổi Lúc tàu cân bằng hai lực này có độ lớn bằng nhau nhưng do sự phân

bố không đều dọc theo chiều dài tàu nên thân tàu sẽ bị uốn dọc và làm xuất hiện lực cắt và moment uốn chung

Hình 4 Mô hình uốn chung thân tàu trên nước tĩnh

2.1.1.2 Tàu nằm cân bằng trên sóng:

Trong môi trường hoạt động thực tế tàu có thể nằm cân bằng trên sóng Khi đó dạng profin của sóng trên mạn tàu chủ yếu phụ thuộc vào chiều cao sóng, chiều dài sóng, và vị trí tương đối giữa tàu và sóng Trên thực tế khi tàu nổi trên sóng có thể gặp 2 trường hợp nguy hiểm nhất là:

+ Tàu nằm cân bằng ở đỉnh sóng + Tàu nằm cân bằng ở đáy sóng

6

Hình 5 Thân tàu trên đỉnh sóng và đáy sóng

2.1.2 Các ngoại lực tác dụng lên tàu theo phương thẳng đứng

Trong bài toán độ bền chung ta chỉ xét các ngoại lực theo phương thẳng đứng

vì vậy các ngoại lực tác dụng lên tàu gồm các thành phần sau:

+ Trọng lực: gồm trọng lượng vỏ và các tải trọng trên tàu

+ Lực nổi: gồm áp lực nước tác dụng lên thân tàu

Khi tàu nổi trên nước tĩnh hay sóng, trọng lực tác dụng lên tàu theo chiều hút của trái đất nhấn tàu chìm xuống và lực nổi tác dụng theo hướng ngược lại có xu hướng đẩy tàu lên

2.1.3 Điều kiện biên

Thân tàu là một hệ kết cấu nổi trên mặt nước nên khi tính toán độ bền chúng ta xem mô hình đặt trên nền đàn hồi bị giữ tại hai đầu Áp dụng quy chuẩn Việt Nam QCVN21 hai đầu mô hình phải được cố định như bảng sau:

2.2.1 Khái niệm chung:

Phương pháp phần tử hữu hạn là một phương pháp số đặc biệt hiệu quả dùng để tìm dạng xấp xỉ gần đúng của một hàm chưa biết trên từng phần tử Ve thuộc miền xác định V của nó Do đó phương pháp này rất thích hợp với các bài

toán kỹ thuật có hàm cần tìm xác định trên miền phức tạp, gồm nhiều vùng nhỏ có đặc tính hình học, vật lý và điều kiện biên khác nhau

2.2.2 Cơ sở của phương pháp

Cơ sở của phương pháp này là tiến hành rời rạc hóa các miền liên tục phức tạp của bài toán Các miền liên tục được chia thành một số hữu hạn miền con gọi

là phần tử Các phần tử này liên kết với nhau bởi các điểm nút Trong phạm vi mổi phần tử, đại lượng cần tìm được lấy gần đúng dưới dạng một hàm đơn giản gọi là hàm xấp xỉ

2.2.3 Trình tự bài toán phân tích độ bền theo phương pháp PTHH

Một chương trình tính bằng PTHH thường gồm các khối chính sau:

Tính toán ma trận độ cứng phần tử k Tính toán véctơ lực nút phần tử f

Giải hệ phương trình KQ = F (Xác định véctơ chuyển vị nút tổng thể Q)

Đọc dữ liệu đầu vào

- Các thông số cơ học của vật liệu

- Các thông số hình học của kết cấu

- Các thông số điều khiển lưới

- Tải trọng tác dụng

- Thông tin ghép nối các phần tử - Điều kiện biên

Xây dựng ma trận độ cứng K và véctơ lực chungF

Áp đặt điều kiện biên

(Biến đổi các ma trận K và vec tơ F)

Tính toán các đại lượng khác (Tính toán ứng suất, biến dạng, kiểm tra bền, v.v)

In kết quả

- In các kết quả mong muốn

- Vẽ các biểu đồ, đồ thị

8

2.3 Giới thiệu phần mềm tính toán bằng phương pháp PTHH

2.3.1 Tổng quan các phần mềm tính toán bền bằng phương pháp PTHH

Các phần mềm có khả năng phân tích độ bền tàu bằng phương pháp phần tử hữu

hạn: RDM, SAP, NASTRAN, MAESTRO, ANSYS, SESAM, STAAD.PRO …

- RDM (Resistances des Materiaux) là phần mềm tính bền bằng phương pháp phần

tử hữu hạn do giáo sư Yves DEBARD (Đại học Le Mans ) của Pháp viết dùng để tính các bài toán kết cấu dầm, khung dàn, các bài toán về đàn hồi lực phẳng RDM gồm có 3 modun chính: Flexion, Ossatures, Elements finis

- SAP 2000 là phần mềm áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn trong tính toán cơ

học mà người đặt nền móng là Giáo sư Edward L.Wilson (University Avenue Berkeley, California, USA) SAP2000 có khả năng tính toán mạnh, hỗ trợ nhiều loại kết cấu làm việc ở nhiều trạng thái khác nhau chịu tác động của nhiều loại tải trọng như: hệ thanh, hệ tấm vỏ, kết cấu đặc Các kết cấu có thể làm việc ở các trạng thái đặc biệt như: trạng thái ứng suất phẳng, biến dạng phẳng, đối xứng trục, biến dạng lớn

- STAAD.PRO là phần mềm phân tích thiết kế kết cấu hàng đầu trên thế giới được

phát triển bởi hãng phần mềm REI và được Bentley mua lại vào năm 2005 Staad.Pro là một công cụ hoàn hảo tích hợp khả năng phân tích theo phương pháp phần tử hữu hạn và tối ưu hóa thiết kế, bao gồm giao diện đồ họa trực quan, công

cụ hiển thị và tiêu chuẩn thiết kế quốc tế

- ABAQUS là một bộ phần mềm lớn, trong công trình dùng để mô phỏng làm việc

của công trình bằng phương pháp số, sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method) để tính toán ứng suất, biến dạng, chuyển vị, giao động,…

và các ứng xử khác của công trình dưới tác động của các ngoại và nội lực, các lực tĩnh và động Hiện nay Abaqus có hai khối phân tích chủ yếu: ABAQUS/Standard

và ABAQUS/Explicit

- ANSYS (Analysis Systems) là một gói phần mềm phân tích phần tử hữu hạn

(Finite Element Analysis, FEA) hoàn chỉnh dùng để mô phỏng, tính toán thiết kế công nghiệp, đã và đang được sử dụng trên thế giới trong hầu hết các lĩnh vực kỹ

thuật: kết cấu, nhiệt, dòng chảy, điện, điện từ, tương tác giữa các môi trường, giữa các hệ vật lý Cấu trúc cơ bản một bài tính trong ANSYS gồm 3 phần chính: tạo

mô hình tính (preprocessor), tính toán (solution) và xử lý kết quả (postprocessor) ANSYS gồm 03 Modul chính: Ansys Worksbench, CFX, Ansys LS/Dyna

- VISUAL NASTRAN: Một chương trình đầy quyền năng do NASA thực hiện, có

những lệnh và công cụ mạnh giúp người thiết kế có thể xây dựng, mô tả nhiều đặc trưng của hệ thống cơ, một khi xây dựng xong mô hình, người thiết kế có thể tiến hành mô phỏng đặt các lực (ngẫu lực, trọng lực, lực tập trung, lực ma sát v.v) lên

mô hình để khảo sát

- SESAM: là bộ phần mềm của DNV dùng để tính toán và kiểm tra bền cho các kết

cấu tàu thủy, công trình biển dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn Bao gồm các modun sau: Sesam GeniE, Sesam GeniE Lite, Sesam Hydro D, Sesam DeepC, Sesam Pipeline, Sesam Wind, Sesam Probability, Sesam SurveySimulator

- MAESTRO (Mỹ): Đây là phần mềm do Giáo sư Owen Hughes hình thành và

phát triển, 1982–1983 nó được chuyển đến người sử dụng MAESTRO là một chương trình áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn để phân tích, đánh giá và tối

ưu hóa cấu trúc của tàu, công trình ngoài khơi, và các cấu trúc mỏng lớn và phức tạp khác

2.3.2 Giới thiệu về MAESTRO 9.0.8

MAESTRO 9.0.8 là công cụ thiết kế đặt biệt dành cho các kỹ sư hàng hải

và những người có nhu cầu phân tích đánh giá độ bền trong trạng thái giới hạn bằng phương pháp phần tử hữu hạn

MAESTRO là phần mềm có khả năng thiết kế kết cấu hoàn chỉnh với:

 Mô hình hóa kết cấu nhanh chóng

 Đặt tải dựa vào mô hình

 Phân tích theo phương pháp phần tử hữu hạn

 Đánh giá kết cấu

 Tối ưu hóa

10

+ Các module cơ bản của Maestro: Modeling/Analysis/Evaluation, Finemesh Analysis, Eigenvalue Solver, Optimization, ALPS/ULSAP , ALPS/HULL, Nastran Translator, ANSYS Translator

Hình 7 Cấu trúc mô hình trong Maestro

2.3.3 Trình tự bài toán phân tích độ bền trên MAESTRO

 Tìm hiểu đặc điểm kết cấu cơ bản của tàu cần tính toán

 Mô hình hóa

+ Lựa chọn đơn vị và vật liệu

+ Khai báo các đặc trƣng hình học cơ bản của chi tiết

+ Xây dựng mô hình

 Xác định điều kiện biên

 Phân bố tải trọng hàng hóa lên tàu

 Xây dựng mô hình sóng tính toán, cân bằng tàu

 Giải và xuất kết quả

2.4 Các phương pháp kiểm tra độ bền kết cấu thân tàu

Theo quy định trong quy phạm của các nước, sau khi xác định được tiêu chuẩn bền thích hợp cần tiến hành kiểm tra đánh giá độ bền các kết cấu thân tàu theo các trường hợp cụ thể sau:

2.4.2 Kiểm tra theo giá trị ứng suất cho phép

Kiểm tra độ bền chung theo ứng suất thực hiện bằng cách so sánh giá trị ứng suất pháp và ứng suất tiếp lớn nhất xuất hiện trong quá trình uốn chung thân tàu

max

Đối với tàu dầu hệ số k =0,55

Chúng ta cần phải kiểm tra độ bền ít nhất tại 3 vị trí: mặt cắt ngang giữa tàu, vách ngăn cuối cùng của kiến trúc thượng tầng và vị trí thay đổi của các khung xương

2.4.3 Kiểm tra theo giá trị moment uốn giới hạn

Kiểm tra độ bền các kết cấu tàu theo giá trị moment giới hạn Mgh được thực hiện bằng cách so sanh giá trị moment uốn lớn nhất tác dụng lên kết cấu thân tàu với giá trị moment uốn giới hạn

8,1

max



M

M gh

2.4.4 Kiểm tra theo giá trị ứng suất pháp tổng

Kiểm tra độ bền kết cấu được thực hiện bằng cách so sánh giá trị ứng suất womese gồm ứng suất pháp và ứng suất tiếp cục bộ xuất hiện trong kết cấu với giá trị cho phép

xy y x

σvm

12

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Giới thiệu chung về tàu tính toán

3.1.1 Các đặc điểm cơ bản của tàu tính toán:

Các thông số cơ bản của tàu:

+ Chiều dài lớn nhất: Lmax = 145.3 m

+ Chiều dài thiết kế: LTK = 136.6 m

- Tàu thiết kế theo hệ thống kết cấu mạn kép, đáy đôi Khung dàn mạn bố trí 2

xà dọc mạn và các sườn khỏe đặt xen kẽ, đáy đôi được thiết kế từ vách sau khoang máy đến vách khoang dầu ở mũi tàu với khoản cách đáy đôi h = 1400 mm, khoảng cách sườn a = 800 mm Boong tàu bố trí các đà ngang boong tương ứng với sườn khỏe

Một số bản vẽ chính của tàu :

Bản vẽ tuyến hình

14

16

3.1.2 Quy cách kết cấu cơ bản trên tàu :

Khu vực Tên kết cấu Quy cách (mm)

Kết cấu đáy

Nguyên tắc mô hình hóa kết cấu:

+ Tách kết cấu phức tạp thành các kết cấu đơn giản hơn trên cơ sở là kết cấu có

độ cứng lớn hơn là chổ dựa cho kết cấu có độ cứng thấp hơn

+ Phản ánh một cách chính xác và đầy đủ đặc điểm và nguyên tắc làm việc của kết cấu trước khi tách

+ Đảm bảo kết cấu trước và sau khi tách phải cân bằng về lực mô-men và chuyển vị

18

Dựa vào bản vẽ kết cấu tàu dầu 13500 DWT với sự hỗ trợ của phần mền MAESTRO 9.0.8 ta có thể xây dựng được mô hình hoàn chỉnh theo các bước sau:

3.2.1 Lựa chọn đơn vị và vật liệu:

Chọn hệ đơn vị SI(N,mm): Từ trình đơn vào menu file chọn Units lựa chọn đơn

vị tại mục Standard Units systems sau đó chọn Apply to Parameter Data

Vật liệu thép đóng tàu AH32 có:  ch = 315 N/mm2, Từ trình đơn vào mục

Material và khai báo như hình bên dưới:

Hình 8 Đơn vị và đặc trưng của vật liệu

3.2.2 Khai báo các đặc trưng hình học cơ bản của vật liệu

Tiếp theo dựa vào bản vẽ chúng ta khai báo các đặc trưng hình học cơ bản của các chi tiết kết cấu :

- Tấm : Từ trình đơn vào Properties chọn thẻ Plate tại đây ta tạo ID, tên, chiều dày tấm, vật liệu, sau đó nhấp vào Create.

Hình 9 Khai báo đặc điểm hình học của tấm

- Dầm : Từ Properties chọn Beam, tại đây đặt tên, loại dầm, kích thước và vật liệu của dầm, sau đó nhấp Create

Hình 10 Khai báo đặc trưng của dầm

- Trụ: Từ Properties chọn Beam, đặt tên, kích thước và vật liệu của trụ, sau đó nhấp Create

20

3.2.3 Xây dựng mô hình:

Tàu dầu 13500 DWT đƣợc đóng tại nhà máy đóng tàu Bạch Đằng với kết cấu mặt cắt ngang nhƣ sau:

Hình 12 Kết cấu mặt cắt ngang giữa tàu theo bản vẽ

 Quy trình xây dựng mô hình:

Hình 13 Cấu tạo và các thuật ngữ cơ bản sử dụng trong MAESTRO

1 Tạo các module và substructure: Vào Model > Part > Creat/Modify, hoặc từ

thanh công cụ:

Hình 14 Hộp thoại Module and Substructures

2 Tạo điểm endpoint

22

Hình 17 Hộp thoại strake

Hình 18 Cấu tạo một Strake

Hình19 Tạo các strake trong module

4 Tạo compound: Bởi vì hệ thống kết cấu sườn và đà ngang đáy bố trí dọc theo

chiều dài tàu Nên ta có thể tạo chúng thành các compound

Toolbar

Menu Model > Elements > Create/Modify > Compound

Hình 20 Hộp thoại compound

Hình 21 Các compound sau khi rãi trên module

5 Kiểm tra tính toàn vẹn module

+ Kiểm tra các phần tử ƣớt

+ Kiểm tra mặt chịu áp lực lên phần tử

+ Kiểm tra tỉ lệ chiều dài/chiều rộng

+ Kiểm tra góc trong

+ Kiểm tra tứ giác biến dạng

+ Kiểm tra các phần tử chồng chéo

+ Kiểm tra mép tự do

24

 Mô hình hoàn chỉnh

Hình 22 Kết cấu mặt cắt ngang giữa tàu có sự tham gia của nẹp gia cường

Hình 23 Đoạn giữa mô hình

Hình 24 Mặt cắt dọc mô hình trên MAESTRO

Hình 25 Trục trung hòa tại mặt cắt ngang giữa tàu

26

Hình 27 Hệ thống vách lượn sóng ngăn cách các khoan giữa tàu

Hình 28 Chiều dày các tấm vỏ tàu

3.2.4 Xác định điều kiện biên:

Hình 29 Điều kiện biên trên Maestro

3.2.5 Sự phân bố tải trọng hàng hóa:

+ Sự phân bố các khoan dầu và dự trữ : 100% tải, không dằn

Hình 30 Vị trí khoang dầu và két dự trữ

STT Tên nhóm Thể tích

(m 3 )

Thể tích thực (m 3 )

Trọng lƣợng (Tấn)

Xcg (m)

Ycg (m)

Zcg (m)