Nghiên cứu lựa chọn kết cấu hợp lý cho hệ thống cánh ngầm tàu khách vỏ composite chiều dài dưới 20m

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG NGUYỄN MINH NHẬT NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN KẾT CẤU HỢP LÝ CHO HỆ THỐNG CÁNH NGẦM TÀU KHÁCH VỎ COMPOSITE CHIỀU DÀI DƯỚI 20 M LUẬN VĂN THẠC SĨ KHÁNH HÒA - 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG NGUYỄN MINH NHẬT NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN KẾT CẤU HỢP LÝ CHO HỆ THỐNG CÁNH NGẦM TÀU KHÁCH VỎ COMPOSITE CHIỀU DÀI DƯỚI 20 M LUẬN VĂN THẠC SĨ Ngành: Kỹ thuật khí động lực Mã số: 60520116 Quyết định giao đề tài: 1487/QĐ-ĐHNT ngày 30/12/2014 Quyết định thành lập HĐ: Ngày bảo vệ: Người hướng dẫn khoa học: TS QUÁCH HOÀI NAM Chủ tịch hội đồng: PGS.TS TRẦN GIA THÁI Khoa sau đại học: KHÁNH HÒA - 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn hoàn toàn thực Các đoạn trích dẫn số liệu sử dụng dẫn nguồn có độ xác cao phạm vi hiểu biết Các số liệu, bảng biểu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả luận văn Nguyễn Minh Nhật LỜI CẢM ƠN Trong trình thực đề tài “Nghiên cứu lựa chọn kết cấu hợp lý cho hệ thống cánh ngầm tàu khách vỏ composite chiều dài 20 m”, nhận nhiều giúp đỡ, tạo điều kiện tập thể Ban lãnh đạo, cán bộ, chuyên viên của Viện nghiên cứu chế tạo tàu thủy Tập thể Ban Giám hiệu, Khoa Sau Đại học, Khoa Kỹ thuật giao thông, giảng viên, cán phòng, ban chức Trường Đại học Nha Trang Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành giúp đỡ Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Quách Hoài Nam – thầy giáo trực tiếp hướng dẫn bảo cho hoàn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp gia đình động viên, khích lệ, tạo điều kiện giúp đỡ suốt trình thực hoàn thành luận văn Tác giả luận văn Nguyễn Minh Nhật MỤC LỤC Trang phụ bìa Trang Lời cam đoan iii Lời cảm ơn iv Mục lục v Danh mục kí hiệu viii Danh mục chữ viết tắt x Danh mục bảng xi Danh mục hình xii Trích yếu luận văn xiv MỞ ĐẦU Chương – TỔNG QUAN 1.1 Lịch sử phát triển tàu cánh ngầm 1.2 Tình hình nghiên cứu nước 1.3 Tàu cánh ngầm hoạt động Việt Nam 10 1.3.1.Tàu hoạt động tuyến Hải Phòng - Cát Bà 10 1.3.2 Tuyến Thành phố Hồ Chí Minh - Vũng Tàu 12 1.4 Tổng quan phần mềm Ansys 14 1.4.1 Giới thiệu chung 14 1.4.2 Ansys Fluent 15 1.4.3 Ansys Static Structural 17 1.4.4 Chia lưới Ansys 19 1.5 Các thuyết bền kiểm tra vật liệu Composite 24 1.5.1 Thuyết bền Tsai-Wu 24 1.5.2 Thuyết bền Biến dạng lớn 25 1.6 Cơ sở lý thuyết cánh ngầm 25 1.7 Mục tiêu đề tài, nội dung phương pháp nghiên cứu 27 1.7.1 Mục tiêu đề tài 27 1.7.2 Phương pháp nghiên cứu 27 1.7.3 Nội dung nghiên cứu 27 Chương - XÁC ĐỊNH LỰC NÂNG VÀ LỰC CẢN TÁC ĐỘNG LÊN HỆ THỐNG CÁNH BẰNG PHẦN MỀM ANSYS FLUENT 28 2.1 Giới thiệu tàu cánh ngầm vỏ composite CN-01 28 2.1.1 Các thông số tàu CN-01 phục vụ tính toán 28 2.1.2 Bố trí chung toàn tàu CN-01 28 2.1.3 Kích thước kết cấu hệ thống cánh tàu CN-01 29 2.1.4 Vật liệu chế tạo hệ thống cánh tàu CN-01 30 2.2 Mô tả toán tính lực thủy động 31 2.3 Xây dựng miền tính toán 31 2.4 Chia lưới 32 2.4.1 Kỹ thuật chia lưới 33 2.4.2 Kiểm tra chất lượng lưới 33 2.5 Cài đặt thông số cho toán 35 2.5.1 Chế độ dòng chảy 35 2.5.2 Mô hình tính 36 2.5.3 Thiết lập vật liệu 37 2.5.4 Thiết lập điều kiện biên 37 2.6 Giải toán 39 2.6.1 Hộp thoại Solution Methods 39 2.6.2 Hộp thoại Solution Initialization 40 2.6.3 Hộp thoại Run Calculation 40 2.7 Xuất kết tính 41 2.7.1 Xuất lực nâng lực cản 41 2.7.2 Xuất biểu đồ đường viền áp suất 42 Chương - XÁC ĐỊNH KẾT CẤU HỆ THỐNG CÁNH PHÙ HỢP BẰNG PHẦN MỀM ANSYS STATIC STRUCTURAL 44 3.1 Chia lưới 44 3.2 Thiết lập điều kiện biên 44 3.3 Đặt tải tác dụng lên hệ thống cánh 45 3.4 Kiểm tra chất lượng lưới 46 3.4.1 Theo tiêu chuẩn trực giao 46 3.4.2 Theo tiêu chuẩn độ lệch 46 3.4.3 Theo tiêu chuẩn tỉ lệ co giãn 46 3.5 Xuất kết tính ứng suất biến dạng cánh 47 3.6 Kiểm tra bền kết cấu cánh 49 3.6.1 Kiểm tra bền theo thuyết bền Tsai-Wu 49 3.6.2 Kiểm tra theo thuyết bền biến dạng lớn 50 3.6.3 Kết luận 51 3.7 Kiểm tra bền kết cấu giằng 51 3.7.1 Kiểm tra bền theo thuyết bền Tsai-Wu 51 3.7.2 Kiểm tra theo thuyết bền biến dạng lớn 52 3.7.3 Kiểm tra ổn định theo chiều dày giằng 53 3.7.4 Kết luận 54 Chương - KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 55 4.1 Kết luận 55 4.2 Khuyến nghị 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 DANH MỤC KÍ HIỆU [ε]T1 Biến dạng giới hạn kéo phương dọc sợi [ε]T2 Biến dạng giới hạn kéo phương ngang sợi [ε]C1 Biến dạng giới hạn nén phương dọc sợi [ε]C2 Biến dạng giới hạn nén phương ngang sợi [γ]12 Biến dạng giới hạn cắt ε1 Biến dạng lớn phương dọc cánh ε2 Biến dạng lớn phương ngang cánh εg Biến dạng vị trí cánh εt Biến dạng tổng lớn εtLM Biến dạng tổng lớn lực tới hạn γ12 D Biến dạng trượt lớn d Chiều chìm trung bình Lmax Chiều dài lớn Ltk Chiều dài thiết kế Bmax Chiều rộng lớn Btk Chiều rộng thiết kế N Công suất máy V12 Hệ số poison mặt 12 V13 Hệ số poison mặt 13 V23 Hệ số poison mặt 23 LM Hệ số nhân lực tới hạn H1 Hệ số thuyết bền Tsai-Wu H11 Hệ số thuyết bền Tsai-Wu H2 Hệ số thuyết bền Tsai-Wu H22 Hệ số thuyết bền Tsai-Wu H6 Hệ số thuyết bền Tsai-Wu H12 Hệ số thuyết bền Tsai-Wu H66 W Hệ số thuyết bền Tsai-Wu E1 Mô đun đàn hồi phương dọc sợi E2 Mô đun đàn hồi phương ngang sợi Chiều cao mạn Lượng chiếm nước E3 Mô đun đàn hồi phương vuông góc G12 Mô đun đàn hồi trượt mặt 12 G13 Mô đun đàn hồi trượt mặt 13 G23 n Mô đun đàn hồi trượt mặt 23 σ1 Ứng suất pháp lớn phương dọc cánh σ2 Ứng suất pháp lớn phương ngang cánh τ12 Ứng suất trượt lớn Số lượng khách DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT MOD : Mất ổn định CAD : Thiết kế hỗ trợ từ máy tính CFD : Tính toán động lực học lưu chất OD : Ổn định Hình 2.20: Biểu đồ đường viền áp suất mặt cắt ngang cánh Hình 2.21: Biểu đồ đường viền áp suất toàn hệ thống cánh 43 CHƯƠNG XÁC ĐỊNH KẾT CẤU HỆ THỐNG CÁNH PHÙ HỢP BẰNG PHẦN MỀM ANSYS STATIC STRUCTURAL 3.1 Chia lưới Do hình dạng hệ thống cánh phức tạp nên đề tài sử dụng kiểu lưới không cấu trúc, kiểu phần tử tam giác Thực hiện: Ansys structural – Outline – Project – Mesh – Insert – Method – Chọn kiểu phần tử Triangle - chọn toàn hệ thống cánh Mô hình lưới chia thể Hình 3.1 Hình 3.1: Lưới chia cánh theo góc nhìn 3D 3.2 Thiết lập điều kiện biên Tại vị trí đỉnh giằng đặt điều kiện biên ngàm Thực hiện: Ansys structural – Outline – Project – Static structural – Insert – Fixed support – Chọn 03 cạnh đỉnh giằng Các điều kiện biên thể Hình 3.2 44 Hình 3.2: Điều kiện biên ngàm 03 vị trí đỉnh giằng 3.3 Đặt tải tác dụng lên cánh Tải tác dụng lên hệ thống cánh mô trọng lượng tàu; Là yếu tố quan trọng việc xác định tốc độ cần thiết để nâng tàu lên Nhập kết tính lực thủy động tác dụng lên hệ thống cánh ngầm modul Ansys Fluent sang modul Ansys Structural Thực hiện: Ansys Structural – Outline – Project – Static Structural – Import Load – Import Pressure – Chọn toàn hệ thống cánh Tài tác dụng lên cánh thể Hình 3.3 Hình 3.3: Lực thủy động tác dụng lên hệ thống cánh 45 3.4 Kiểm tra chất lượng lưới 3.4.1 Theo tiêu chuẩn trực giao: Được thể hình 3.4 Thực hiện: Ansys Structural – Outline – Project – Static Structural – Mesh – Detail of “Mesh” – Statistics – Mesh Metric – Chọn Orthogonal Quality Chất lượng trung bình: Orthogonal Quality = 0,95 Kết luận: Thỏa mãn theo tiêu chuẩn Bảng 3.1 3.4.2 Theo tiêu chuẩn độ lệch : Được thể hình 3.5 Thực hiện: Ansys Structural – Outline – Project – Static Structural – Mesh – Detail of “Mesh” – Statistics – Mesh Metric – Chọn Skewness Chất lượng trung bình: Skewness = 0,08 Kết luận: Thỏa mãn theo tiêu chuẩn Bảng 3.2 3.4.3 Theo tiêu chuẩn tỉ lệ co giãn: Được thể hình 3.6 Thực hiện: Ansys Structural – Outline – Project – Static Structural – Mesh – Detail of “Mesh” – Statistics – Mesh Metric – Chọn Aspect Ratio Chất lượng trung bình: Aspect Ratio = 1,27 Kết luận: Thỏa mãn theo tiêu chuẩn 3.2.3-3 Hình 3.4: Chất lượng lưới theo tiêu chuẩn trực giao 46 Hình 3.5: Chất lượng lưới theo tiêu chuẩn độ lệch Hình 3.6: Chất lượng lưới theo tiêu chuẩn tỷ lệ co giãn 3.5 Xuất kết tính ứng suất biến dạng hệ thống cánh Xuất kết biến dạng tổng: Ansys Structural – Outline – Project – Static Structural – Solution - Insert – Deformation – Total Kết tính biến dạng hệ thống cánh thể Hình 3.7 Hình 3.8 Xuất kết ứng suất tương đương: Ansys Structural – Outline – Project – Static Structural – Solution - Insert – Stress - Equivalent (Von-Mises) – Total Kết tính ứng suất cánh thể Hình 3.9 Hình 3.10 47 Hình 3.7: Biểu đồ màu hiển thị biến dạng cánh Hình 3.8: Biểu đồ màu hiển thị biến dạng giằng Hình 3.9: Biểu đồ màu hiển thị ứng suất xuất cánh 48 Hình 3.10: Biểu đồ màu hiển thị ứng suất xuất giằng 3.6 Kiểm tra bền kết cấu cánh 3.6.1 Kiểm tra bền theo thuyết bền Tsai-Wu Thay đổi chiều dày cánh từ mm đến 22 mm, xuất kết tính ứng suất theo chiều dày cánh Kết tính thể bảng 3.2 Bảng 3.1: Ứng suất xuất cánh theo chiều dày Thứ tự Kí hiệu Đại lượng Ứng suất pháp lớn phương dọc cánh Ứng suất pháp lớn phương ngang cánh Ứng suất trượt lớn Chiều dày cánh (mm) 10 12 14 16 18 20 22 Đơn vị σ1 91, 76 81, 01 67, 35 56, 31 47, 58 40, 49 34, 62 29, 69 25, 53 22, 02 Mpa σ2 34, 51 29, 10 26, 91 23, 32 19, 94 16, 93 14, 33 12, 13 10, 29 8,7 Mpa τ12 26, 32 23, 41 19, 14 15, 97 13, 46 11, 43 9,7 8,3 7,3 6,5 Mpa Kết kiểm tra bền thể Bảng 3.3 Bảng 3.2: Kết kiểm tra bền cánh theo thuyết bền Tsai-Wu Th ứ tự Chiều dày cánh (mm) Đại lượng H1 H11 H2 -7,0E04 1,5E06 2,4E- -7,0E04 1,5E06 2,4E- -7,0E04 1,5E06 2,4E- 10 7,0E04 1,5E06 2,4E49 12 7,0E04 1,5E06 2,4E- 14 7,0E04 1,5E06 2,4E- 16 7,0E04 1,5E06 2,4E- 18 7,0E04 1,5E06 2,4E- 20 7,0E04 1,5E06 2,4E- 22 7,0E04 1,5E06 2,4E- H22 H6 H12 H66 02 2,7E04 0,0E+ 00 02 2,7E04 0,0E+ 00 02 2,7E04 0,0E+ 00 -4,4E07 1,9E04 02 2,7E04 0,0E +00 4,4E07 1,9E04 02 2,7E04 0,0E +00 4,4E07 1,9E04 02 2,7E04 0,0E +00 4,4E07 1,9E04 02 2,7E04 0,0E +00 4,4E07 1,9E04 02 2,7E04 0,0E +00 4,4E07 1,9E04 02 2,7E04 0,0E +00 4,4E07 1,9E04 02 2,7E04 0,0E +00 4,4E07 1,9E04 -4,4E07 1,9E04 -4,4E07 1,9E04 1,226 Không bền 0,981 0,867 0,717 0,587 0,480 0,393 0,323 0,267 0,223 Bền Bền Bền Bền Bền Bền Bền Bền Bền H1σ1 + H2σ + H6τ12 + H11σ12 + H22σ 22 + H66τ12 + 2H12σ1σ Kết luận 3.6.2 Kiểm tra theo thuyết bền biến dạng lớn Thay đổi chiều dày cánh từ mm đến 22 mm, xuất kết tính biến dạng theo chiều dày cánh Kết tính thể bảng 3.4 Bảng 3.3: Biến dạng cánh theo chiều dày cánh Thứ tự Đại lượng hiệu Biến dạng lớn phương dọc cánh ε1 Biến dạng lớn 10 12 14 16 18 20 22 Đơn vị 03 03 03 03 03 03 03 03 04 m/m 03 03 03 03 03 04 04 04 04 m/m 7,1E- 5,6E- 4,0E- 3,2E- 2,5E- 0,002 1,7E- 1,4E- 1,2E- 1,0Eγ12 03 03 03 03 03 03 03 03 03 m/m Biến dạng tổng lớn 3,5E- 2,8E- 1,9E- 1,4E- 1,0E- 0,000 5,5E- 4,6E- 4,0E- 3,5E- Biến dạng trượt lớn 3,9E- 3,4E- 2,7E- 2,2E- 1,9E- 0,001 1,4E- 1,2E- 1,0E- 9,0E- phương ngang cánh ε2 Chiều dày cánh (mm) Kí εt 49,27 41,84 32,15 25,81 21,27 17,80 15,11 12,90 11,01 9,50 mm εg 12,32 9,81 7,21 5,70 3,55 2,90 1,95 1,63 1,42 1,15 mm Biến dạng vị trí cánh So sánh kết Bảng 3.4 với giá trị biến dạng giới hạn Bảng 2.2 ta thấy tất kết thỏa mãn theo thuyết bền biến dạng lớn 3.6.3 Kết luận 50 Theo kết kiểm tra bền cánh có chiều dày từ mm đến 22 mm trên, ta thấy cánh ngầm thỏa mãn theo thuyết bền biến dạng lớn nhất, thỏa mãn theo thuyết bền Tsai-Wu kết cấu cánh có chiều dày từ mm Với chiều dày mm, mút cánh bị biến dạng lớn tới 41,84 mm, cánh biến dạng 9,81 mm, biến dạng lớn làm giảm lực nâng cánh Ngoài cánh hoạt động môi trường động, chịu ảnh hưởng sóng gió, dựa theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia quy phạm phân cấp đóng phương tiện thủy nội địa, kí hiệu QCVN 72: 2013/BGTVT (Bộ Giao thông Vận tải, 2013) để lựa chọn hệ số an toàn 2, kiểm tra lại theo thuyết bền composite, kết cho thấy cánh có chiều dày 16 mm thỏa mãn Do cánh có chiều dày 16 mm, với biến dạng 12,90 mm mút cánh biến dạng nhỏ 1,95 mm cánh, chọn để chế tạo cánh 3.7 Kiểm tra bền kết cấu giằng 3.7.1 Kiểm tra bền theo thuyết bền Tsai-Wu Thay đổi chiều dày giằng từ mm đến 17 mm, xuất kết tính ứng suất theo chiều dày giằng Kết tính thể bảng 3.5 Bảng 3.4: Ứng suất giằng theo chiều dày Thứ tự Đại lượng Ứng suất pháp lớn phương dọc cánh Ứng suất pháp lớn phương ngang cánh Ứng suất trượt lớn Kí hiệu Đơn vị Chiều dày cánh (mm) 10 11 12 13 14 15 16 17 σ1 0,6 0,5 0,3 0,2 0,1 0,1 0,0 0,0 0,0 0,01 Mpa σ2 0,4 0,4 0,3 0,3 0,2 0,3 0,3 0,4 0,4 0,47 Mpa τ12 1,8 1,6 1,5 1,4 1,4 1,3 1,3 1,2 1,2 1,20 Mpa Kết kiểm tra bền giằng thể Bảng 3.6 51 Bảng 3.5: Kết kiểm tra bền giằng theo thuyết bền Tsai-Wu Thứ Đại lượng tự H1 H11 H2 H22 H6 10 11 12 13 14 15 16 17 - - - - - - - - - - 7,0E- 7,0E- 7,0E- 7,0E- 7,0E- 7,0E- 7,0E- 7,0E- 7,0E- 7,0E- 04 04 04 04 04 04 04 04 04 04 1,5E- 1,5E- 1,5E- 1,5E- 1,5E- 1,5E- 1,5E- 1,5E- 1,5E- 1,5E- 06 06 06 06 06 06 06 06 06 06 2,4E- 2,4E- 2,4E- 2,4E- 2,4E- 2,4E- 2,4E- 2,4E- 2,4E- 2,4E- 02 02 02 02 02 02 02 02 02 02 2,7E- 2,7E- 2,7E- 2,7E- 2,7E- 2,7E- 2,7E- 2,7E- 2,7E- 2,7E- 04 04 04 04 04 04 04 04 04 04 0,0E 0,0E 0,0E 0,0E 0,0E 0,0E H12 Chiều dày cánh (mm) H66 0,0E+ 0,0E+ 0,0E+ 0,0E+ +00 00 00 00 00 +00 +00 +00 +00 +00 - - - - - - - - - - 4,4E- 4,4E- 4,4E- 4,4E- 4,4E- 4,4E- 4,4E- 4,4E- 4,4E- 4,4E- 07 07 07 07 07 07 07 07 07 07 1,9E- 1,9E- 1,9E- 1,9E- 1,9E- 1,9E- 1,9E- 1,9E- 1,9E- 1,9E- 04 04 04 04 04 04 04 04 04 04 0,012 0,011 0,009 0,008 0,007 0,008 0,009 0,010 0,011 0,012 Bền Bền Bền Bền Bền Bền Bền Bền Bền Bền H1σ1 + H2σ + H6τ12 + H11σ12 + H22σ 22 + H66τ12 + 2H12σ1σ Kết luận 3.7.2 Kiểm tra theo thuyết bền biến dạng lớn Thay đổi chiều dày giằng từ mm đến 17 mm, xuất kết tính biến dạng theo chiều dày giằng Kết tính thể bảng 3.7 Bảng 3.6: Biến dạng giằng chiều dày giằng Thứ tự Kí Đại lượng hiệu Chiều dày giằng (mm) 10 11 12 13 14 15 16 17 Đơn vị Biến dạng lớn phương -1,3E- 1,1E- -9,7E- -8,6E- -7,6E- 0,000 -6,3E- -5,5E- -4,7E- -3,9Eđứng 04 05 05 05 05 05 05 05 m/m ε1 04 Biến dạng lớn 2,8E- 2,5E- 2,3E- 2,1E- 1,9E- 0,000 1,6E- 1,5E- 1,4E- 1,3Enhất phương ε2 04 04 04 04 04 04 04 04 04 m/m 52 ngang Biến dạng 1,1E- 9,8E- 9,0E- 8,3E- 7,8E- 0,000 7,0E- 6,6E- 6,4E- 6,2Etrượt lớn γ12 03 04 04 04 04 04 04 04 04 m/m Biến dạng tổng lớn εt 1,69 1,45 1,27 1,14 1,05 0,99 0,93 0,89 0,85 0,81 mm So sánh kết Bảng 3.3 với giá trị biến dạng giới hạn Bảng 2.2 ta thấy tất kết thỏa mãn theo thuyết bền biến dạng lớn 3.7.3 Kiểm tra ổn định theo chiều dày giằng Thanh giằng gọi ổn định tác dụng lực thủy động sau có khuynh hướng quay trở trạng thái ban đầu Nếu giằng không quay trở vị trí ban đầu độ lệch tiếp tục phát triển có vị trí dạng cân Đây gọi kết cấu không ổn định Bước độ từ trạng thái ổn định sang trạng thái không ổn định gọi ổn định Giới hạn đầu bước độ gọi trạng thái tới hạn tải trọng tương ứng với trạng thái tới hạn gọi tải trọng tới hạn Đề tài phân tích đưa kết ổn định giằng biến dạng thời điểm tải trọng tới hạn (hay hệ số lực tới hạn) Kết thể Bảng 3.8 Biểu đồ màu hiển thị ổn định giằng thể Hình 3.11 Hình 3.11: Biểu đồ màu hiển thị ổn định giằng Bảng 3.7: Hệ số nhân lực tới hạn biến dạng lực tới hạn giằng 53 Thứ tự Đại lượng Hệ số nhân lực tới hạn Chiều dày giằng (mm) Kí hiệu LM 0,86 εtLM Đơn 10 11 12 13 14 15 16 17 1,1 1,5 1,9 2,4 2,9 3,6 4,3 5,0 5,9 0 334 340 345 351 357 363 369 375 381 387 MOD OD OD OD OD OD OD OD OD OD vị Biến dạng tổng lớn lực mm tới hạn Kết luận Trong đó: - MOD: Mất ổn định - OD: Ổn định 3.7.4 Kết luận Theo kết kiểm tra bền giằng có chiều dày từ mm đến 17 mm trên, ta thấy giằng thỏa mãn theo thuyết bền biến dạng lớn nhất, theo thuyết bền Tsai-Wu, giằng bị ổn định chiều dày mm, hệ số nhân lực tới hạn 0,86 nhỏ Ngoài giằng hoạt động môi trường động, chịu ảnh hưởng sóng gió, dựa theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia quy phạm phân cấp đóng phương tiện thủy nội địa, kí hiệu QCVN 72: 2013/BGTVT (Bộ Giao thông Vận tải, 2013) để lựa chọn hệ số an toàn Do giằng có chiều dày 12 mm, với hệ số nhân lực tới hạn 2,42 chọn để chế tạo 54 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 4.1 Kết luận Đề tài khảo sát mẫu tàu cánh ngầm hoạt động hai tuyến đường thủy Hải Phòng – Cát Bà Thành phố Hồ Chí Minh – Vũng Tàu, từ đưa mô hình tàu mô hình hệ thống cánh tàu CN-01 Sử dụng phần mềm Ansys Fluent, đề tài xác định lực nâng lực cản tác dụng lên hệ thống cánh, phân bố áp suất bề mặt cánh Đó sở quan trọng để tính toán xác độ bền độ cứng vững hệ thống cánh Sử dụng phần mềm Ansys Static Structural, đề tài xác định ứng suất biến dạng hệ thống cánh theo chiều dày khác nhau; Sau đó, kiểm tra hệ thống cánh theo thuyết bền vật liệu composite, lựa chọn kết cấu hệ thống cánh phù hợp cho tàu CN-01 Qua kết khẳng định vật liệu composite đủ bền, cứng vững để chế tạo cánh ngầm Kết nghiên cứu đề tài hoàn toàn sở định hướng cho việc chế tạo hệ thống cánh ngầm để thử nghiệm tàu cánh ngầm 4.2 Khuyến nghị Các tàu cánh ngầm khảo sát mẫu tàu thuộc hệ cũ, nhập từ nước sau nhiều năm sử dụng Do đó, có điều kiện cần khảo sát mẫu tàu nay, để học hỏi áp dụng công nghệ vào chế tạo tàu cánh ngầm Việt Nam Cần nghiên cứu thêm ảnh hưởng biến dạng hệ thống cánh đến lực nâng, để có lựa chọn xác Kết nghiên cứu đề tài đưa từ toán tĩnh, chưa tính đến rung động hệ thống cánh hoạt động môi trường thực, nên chế tạo hệ thống cánh thực tế cần thêm hệ số an toàn lựa chọn kết cấu hệ thống cánh Do cần nghiên cứu thêm ảnh hưởng rung động độ bền hệ thống cánh 55 Ngoài ra, thực tế hệ thống cánh hoạt động môi trường động gây nên ứng suất mỏi Vì cần nghiên cứu thêm trình phá hủy hệ thống cánh mỏi 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Trần Ích Thịnh, 1994, Vật liệu composite – Cơ học tính toán kết cấu, NXB Giáo Dục, Hà Nội Trần Ích Thịnh – Ngô Như Khoa, 2007, Phương pháp phần tử hữu hạn, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Thọ Sáo, 2008, Động lực học chất lỏng tính toán, Đại học quốc gia Hà Nội, Hà Nội Tiếng Anh Abbott Ira H., 1958, Theory Of Wing Sections, Dover Publications, New York Ansys, Ansys static structural tutorials – Release 14 Berthelot Jean Marie, 1998, Composite Materials, Springer, New York Dubrovsky Victor et al., 2007, Small Waterplane Area Ships, Backbone Publishing Company Faltins Odd M et al., 2005, Hydrodynamics of High-Speed Vehicles, Cambrige University Genick Bar-Meir, 2011, Basics of Fluid Mechanics, Chicago, Illinois Kaw A.K., 2006, Mechanics of Composite Materials (2nd Ed.), Taylor & Francis Group Liang Yun and Alan Bliault, 2012, High Performance Marine Vessels, Springer, New York Shenoi R.A., Wellicome J.F., 2008, Composite Materials in Maritime Structures, Volume & 2, Cambride University Press 10 Vellinga Ray, 2009, Hydrofoils Design Build Fly, Peacock Hill Publishing 11 Wendt John F., 2009, Computational Fluid Dynamics, Springer 57 [...]... thủy động tác dụng lên hệ thống cánh ngầm để tính toán độ bền và cứng vững của hệ thống cánh ngầm vật liệu composite bằng phần mềm Ansys Mục tiêu nghiên cứu: Xác định được kết cấu hợp lý cho hệ thống cánh ngầm tàu khách vỏ composite chiều dài dưới 20m, đảm bảo đủ độ bền và cứng vững 2 Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu tài liệu: Tài liệu về tàu cánh ngầm; Phần mềm Ansys; Vật liệu composite; Phần tử hữu... của hệ thống cánh; Cuối cùng kiểm tra hệ thống cánh theo các thuyết bền vật liệu composite, và lựa chọn được kết cấu hệ thống cánh phù hợp cho tàu CN-01 Khuyến nghị: Các đơn vị sử dụng kết quả tính này hay các đề tài nghiên cứu tiếp theo cần: Khảo sát thêm các mẫu tàu cánh ngầm mới hiện nay; Nghiên cứu sâu hơn về CFD; Nghiên cứu thêm về ảnh hưởng của biến dạng hệ thống cánh đến lực nâng; Nghiên cứu. .. ra các kết quả tính 3 Kết quả nghiên cứu Kết cấu cánh ngầm: Cánh có chiều dày từ 6 mm đến 22 mm thỏa mãn theo các thuyết bền composite Tuy nhiên, với chiều dày nhỏ, cánh có biến dạng khá lớn, có thể làm giảm lực nâng của cánh Do đó, cánh có chiều dày 16 mm với biến dạng 12,90 mm tại mút cánh và biến dạng nhỏ 1,95 mm tại giữa cánh, được chọn để chế tạo cánh Kết cấu thanh giằng: Thanh giằng có chiều dày... giằng 52 Bảng 3.7: Hệ số nhân lực tới hạn và biến dạng tại lực tới hạn của thanh giằng 54 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Nguyên lý tàu cánh ngầm 3 Hình 1.2: Tàu cánh ngầm Forlanini năm 1906 trên hồ Maggiore 4 Hình 1.3: Tàu cánh ngầm HD-4 của Bell 5 Hình 1.4: Tàu cánh ngầm Supramar PT-10 của Freccia d’Orro 5 Hình 1.5: Tàu cánh ngầm Raketa 6 Hình 1.6: Tàu cánh ngầm AGEH-1 7 Hình 1.7: Tàu cánh ngầm FSH-38 7 Hình... tạo tàu cánh ngầm trong nước sẽ giảm chi phí đầu tư ban đầu cho các công ty vận tải thủy, hạ giá thành vận chuyển, thu hút nhiều hành khách, là hướng đi đúng đắn Từ thực trạng trên, Đề tài sẽ nghiên cứu tính toán, định hướng cho việc chế tạo hệ thống cánh của tàu cánh ngầm vỏ composite, góp phần cho việc thiết kế chế tạo thử nghiệm tàu cánh ngầm vỏ composite phục vụ du lịch và vận chuyển hành khách, ... Hình 1.8: Phân bố lực trên cánh 9 Hình 1.9: Tàu Hoàng Yến Victory 10 Hình 1.10: Tàu Cat Ba Island 11 Hình 1.11: Hệ thống cánh sau tàu Cat Ba Island 11 Hình 1.12: Hệ thống cánh trước tàu Cat Ba Island 12 Hình 1.13: Mẫu tàu Meteor 12 Hình 1.14: Mẫu tàu Voskhod 13 Hình 1.15: Tàu Mekong Hydrofoil 13 Hình 1.16: Hệ thống cánh sau tàu Mekong Hydrofoil 14 Hình 1.17: Hệ thống cánh trước tàu Mekong Hydrofoil 14... 1.6: Tàu cánh ngầm AGEH-1 Hình 1.7: Tàu cánh ngầm FSH-38 1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 7 Từ lịch sử phát triển tàu cánh ngầm, cho thấy việc chế tạo và đưa vào sử dụng tàu cánh ngầm đều trải qua quá trình thực nghiệm trên nhiều mô hình khác nhau Vấn đề thiết kế và chế tạo tàu cánh ngầm vẫn chưa được phổ biến, các công ty luôn giữ bí mật thiết kế và công nghệ Về tài liệu tính toán tàu cánh. .. cánh ngầm và động lực học hệ thống cánh của tàu có khá nhiều như tài liệu động lực học tàu cao tốc (Faltins Odd M et al., 2005); Thiết kế tàu cánh ngầm (Vellinga Ray, 2009); Nhưng tài liệu về tính toán độ bền hệ thống cánh là rất ít, và chỉ tính toán sơ bộ Có thể kể ra như tài liệu nghiên cứu thiết kế kết cấu tàu cánh ngầm (Martin, 1965), và bài báo khoa học trình bày cách tính áp lực nước lên hệ từng... thành công với tàu cao tốc có hệ thống cánh ở trước và sau tàu được đẩy bằng cánh quạt máy bay vào năm 1906 (Hình 1.2) Hình 1.2: Tàu cánh ngầm Forlanini năm 1906 trên hồ Maggiore Jonh Thornycroft người Anh cũng thử nghiệm tàu cánh ngầm Năm 1909 ông chế tạo chiếc tàu Miranda III dài 22 ft, động cơ 60 hp Tốc độ tàu đạt 27 hải lý/ giờ Alexander Graham Bell cũng bắt dầu thử nghiệm cánh ngầm cho thủy phi cơ,... vuốt nhọn hai đầu, vị trí dày nhất bằng 42 mm, cánh chia thành 02 đoạn Hệ thống cánh gồm ba thanh giằng được bắt vào vỏ tàu bằng các bu lông thép Hình ảnh khảo sát hệ thống cánh tàu Cat Ba Island xem hình 1.11 và 1.12 Hình 1.11: Hệ thống cánh sau tàu Cat Ba Island 11 Hình 1.12: Hệ thống cánh trước tàu Cat Ba Island 1.3.2 Tuyến Thành phố Hồ Chí Minh - Vũng Tàu Theo số liệu của Chi cục Đăng kiểm 6 - Cục ... tiêu nghiên cứu: Xác định kết cấu hợp lý cho hệ thống cánh ngầm tàu khách vỏ composite chiều dài 20m, đảm bảo đủ độ bền cứng vững Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu tài liệu: Tài liệu tàu cánh ngầm; ... tiêu, nội dung phương pháp nghiên cứu 1.7.1 Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu đề tài xác định kết cấu hợp lý cho hệ thống cánh ngầm tàu khách vỏ composite chiều dài 20m, đảm bảo đủ độ bền cứng... ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG NGUYỄN MINH NHẬT NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN KẾT CẤU HỢP LÝ CHO HỆ THỐNG CÁNH NGẦM TÀU KHÁCH VỎ COMPOSITE CHIỀU DÀI DƯỚI 20 M LUẬN VĂN THẠC SĨ Ngành: Kỹ thuật khí động