Nghiên cứu xác định khu vực yếu nhất của thân tàu trong khai thác vận hành tàu

Nghiên cứu xác định khu vực yếu nhất của thân tàu trong khai thác vận hành tàuNghiên cứu xác định khu vực yếu nhất của thân tàu trong khai thác vận hành tàuNghiên cứu xác định khu vực yếu nhất của thân tàu trong khai thác vận hành tàuNghiên cứu xác định khu vực yếu nhất của thân tàu trong khai thác vận hành tàuNghiên cứu xác định khu vực yếu nhất của thân tàu trong khai thác vận hành tàuNghiên cứu xác định khu vực yếu nhất của thân tàu trong khai thác vận hành tàu

MỤC LỤC NỘI DUNG Trang MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết đề tài Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài Mục đích nghiên cứu đề tài Đối tượng nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu khoa học 10 Kết đạt đề tài 10 CHƯƠNG LÝ THUYẾT DẦM CỦA EULER 11 1.1 Lịch sử lý thuyết dầm Euler 11 1.2 Lý thuyết dầm Timoshenko 11 1.3 Các khái niệm, thuật ngữ định nghĩa 13 1.3.1 Các khái niệm ngoại lực, nội lực, phương pháp mặt cắt 13 1.3.2 Ứng suất 17 1.3.3 Các loại biến dạng 18 1.3.4 Khái niệm chịu uốn 20 1.3.5 Lực dọc - biểu đồ lực dọc 21 CHƯƠNG ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT DẦM EULER THIẾT KẾ VÀ TÍNH TỐN SỨC BỀN DỌC THÂN TÀU 24 2.1 Cấu kiện gọi dầm 24 2.2 Ba toán dầm áp dụng thân vỏ tàu khơng tính đến khối lượng tàu khơng 24 2.3 Tính ứng suất có kể đến khối lượng tàu khơng thành phần khối lượng khác tàu 27 2.3.1 Trường hợp mặt cắt không đổi 27 2.3.2 Trường hợp mặt cắt thay đổi 29 2.4 Các giả thiết thân vỏ tàu 30 CHƯƠNG XÁC ĐỊNH KHU VỰC CÓ SỨC BỀN YẾU NHẤT CỦA THÂN TÀU TRONG KHAI THÁC TÀU 31 3.1 Phân tích theo lý thuyết thiết kế 31 3.2 Đánh giá kết thực nghiệm 37 3.2.1 Xây dựng bước tính tốn sức bền dọc thân tàu theo sơ đồ thiết kế tàu 37 3.2.2 Kết thực nghiệm 41 3.3 Đánh giá so sánh kết phân tích lý thuyết thực nghiệm 75 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77 KẾT LUẬN 77 KIẾN NGHỊ 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Số hiệu Tên hình vẽ Trang Hình 1.1 Ngoại lực 14 Hình 1.2 Lực Mơ men tập trung 14 Hình 1.3a Lực phân bố 14 Hình 1.3b Lực phân bố khơng 14 Hình 1.4 Phương pháp mặt cắt 15 Hình 1.5a Nội lực mặt cắt 16 Hình 1.5b Hợp lực tâm mặt cắt 16 Hình 1.6 Ứng suất tiếp ứng xuất pháp 18 Hình 1.7 Thanh chịu kéo hay chịu nén 19 Hình 1.8 Thanh chịu uốn 19 Hình 1.9 Biến dạng trượt 19 Hình 1.10 Thanh bị xoắn 20 Hình 1.11 Biến dạng kéo, nén trượt 20 Hình 1.12 Thanh chịu uốn phẳng 21 Hình 1.13 Thanh kéo nén tâm 21 Hình 1.14 Dùng phương pháp mặt cắt với kéo, nén tâm 22 Hình 2.1 Kiểm tra cường độ gỗ có lỗ khuyết 25 Hình 2.2 Xác định trị số lớn lực, mà chịu 26 Hình 2.3 Thanh có mặt cắt khơng thay đổi 28 Hình 2.4 Tìm lực dọc với có mặt cắt khơng thay đổi 28 Hình 2.5 Thanh có mặt cắt thay đổi 30 Hình 3.1 Hình ảnh tàu bị gãy làm đơi 32 Hình 3.2 Hình 3.3 Đồ thị minh họa phân bố lực đẩy nước từ lên đối thân tàu Đồ thị đường cong tải trọng thu từ đường cong lực tàu đường cong bố trí thành phần khối lượng tàu 33 35 Hình 3.4 Đồ thị minh họa lực cắt mô men uốn tàu 35 Hình 3.5 Biểu đồ phân bố tải trọng, lực cắt mơ men uốn 39 Hình 3.6 Sơ đồ bố trí hầm, két tàu Centery Star 43 Hình 3.7 Hình 3.8 Hình 3.9 Đồ thị giá trị mô men uốn điểm dọc thân tàu ứng với trường hợp, tàu chạy ballast 100%, hiệu số mớn nước 1,46m không sử dụng hầm số để chứa nước dằn Đồ thị giá trị mô men uốn điểm dọc thân tàu ứng với trường hợp, tàu chạy ballast 100%, hiệu số mớn nước Trim= 0m không sử dụng hầm số để chứa nước dằn Đồ thị giá trị mô men uốn điểm dọc thân tàu ứng với trường hợp, tàu chạy ballast 100%, hiệu số mớn nước 0,5m không sử dụng hầm số để chứa nước dằn 47 49 50 Hình 3.10 Hình 3.11 Hình 3.12 Hình 3.13 Hình 3.14 Hình 3.15 Hình 3.16 Hình 3.17 Hình 3.18 Hình 3.19 Hình 3.20 Hình 3.21 Đồ thị giá trị mô men uốn điểm dọc thân tàu ứng với trường hợp, tàu chạy ballast 100%, hiệu số mớn nước 1,0m không sử dụng hầm số để chứa nước dằn Đồ thị giá trị mô men uốn điểm dọc thân tàu ứng với trường hợp, tàu chạy ballast 100%, hiệu số mớn nước 1,5m không sử dụng hầm số để chứa nước dằn Đồ thị giá trị mô men uốn điểm dọc thân tàu ứng với trường hợp, tàu chạy ballast 50%, hiệu số mớn nước 2,0m không sử dụng hầm số để chứa nước dằn Đồ thị giá trị mô men uốn điểm dọc thân tàu ứng với trường hợp, tàu chạy ballast 50%, hiệu số mớn nước Trim=0m không sử dụng hầm số để chứa nước dằn Đồ thị giá trị mô men uốn điểm dọc thân tàu ứng với trường hợp, tàu chạy ballast 100%, hiệu số mớn nước 0,5m không sử dụng hầm số để chứa nước dằn Đồ thị giá trị mô men uốn điểm dọc thân tàu ứng với trường hợp, tàu chạy ballast 50%, hiệu số mớn nước 1,0m không sử dụng hầm số để chứa nước dằn Đồ thị giá trị mô men uốn điểm dọc thân tàu ứng với trường hợp, tàu chạy ballast 50%, hiệu số mớn nước 1,5m không sử dụng hầm số để chứa nước dằn Đồ thị giá trị mô men uốn điểm dọc thân tàu ứng với trường hợp, tàu chạy ballast 100%, hiệu số mớn nước 0,81m, sử dụng hầm số để chứa nước dằn Đồ thị giá trị mô men uốn điểm dọc thân tàu ứng với trường hợp, tàu chạy ballast 100%, hiệu số mớn nước 0,6m, sử dụng hầm số để chứa nước dằn Đồ thị giá trị mô men uốn điểm dọc thân tàu ứng với trường hợp, tàu chạy ballast 100%, hiệu số mớn nước 0,1m, sử dụng hầm số để chứa nước dằn Đồ thị giá trị mô men uốn điểm dọc thân tàu ứng với trường hợp, tàu chở hàng đầy tải 100%, với thời gian chạy biển 10 ngày, phân bố thành phần khối lượng đảm bảo hiệu số mớn nước Trim =0,47 m Đồ thị giá trị mô men uốn điểm dọc thân tàu ứng với trường hợp, tàu chở hàng đầy tải, phân bố thành phần khối lượng với thời gian chạy biển 30 ngày, đảm 51 52 54 55 56 57 58 60 61 62 64 65 bảo hiệu số mớn nước Trim =0,12 m Hình 3.22 Hình 3.23 Hình 3.24 Hình 3.25 Hình 3.26 Hình 3.27 Hình 3.28 Hình 3.29 Đồ thị giá trị mô men uốn điểm dọc thân tàu ứng với trường hợp, tàu chạy đầy tải 100%, điều chỉnh để hiệu số mớn nước Trim =0m Đồ thị giá trị mô men uốn điểm dọc thân tàu ứng với trường hợp, tàu chạy đầy tải 100%, điều chỉnh để hiệu số mớn nước Trim =0,5m Đồ thị giá trị mô men uốn điểm dọc thân tàu ứng với trường hợp, tàu chạy đầy tải 100%, điều chỉnh để hiệu số mớn nước Trim =1,0m Đồ thị giá trị mô men uốn điểm dọc thân tàu ứng với trường hợp, tàu chạy đầy tải 100%, điều chỉnh để hiệu số mớn nước Trim =1,5m Đồ thị giá trị mô men uốn điểm dọc thân tàu ứng với trường hợp, tàu chở hàng 75% đầy tải, với thời gian chạy biển 10 ngày phân bố thành phần khối lượng đảm bảo hiệu số mớn nước Trim =0,28 m Đồ thị giá trị mô men uốn điểm dọc thân tàu ứng với trường hợp, tàu chở hàng 75% đầy tải, với thời gian chạy biển 30 ngày, phân bố thành phần khối lượng, đảm bảo hiệu số mớn nước Trim =0m Đồ thị giá trị mô men uốn điểm dọc thân tàu ứng với trường hợp, tàu chở hàng 75% đầy tải, phân bố thành phần khối lượng đảm bảo hiệu số mớn nước Trim =1,0 m Đồ thị giá trị mô men uốn điểm dọc thân tàu ứng với trường hợp, tàu chở hàng 75% đầy tải, phân bố thành phần khối lượng đảm bảo hiệu số mớn nước Trim =1,5 m 66 67 69 70 71 72 73 74 MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết đề tài Đã có nhiều tai nạn Hàng hải liên quan đến lỗi vỏ tàu (hỏng, gãy, suy yếu), cấu thân tàu Cho dù vết nứt khu vực thân tàu, hay tàu bị gãy đôi, cố, hỏng ảnh hưởng, hiệu ứng vết nứt Có loạt câu hỏi đặt Tại có tàu bị gãy, tàu thường bị gãy vị trí nào? Tại có nhiều cấu trúc thân tàu bị gãy sau bị mắc cạn? Có phải lỗi trình thiết kế? Hoặc cho vấn đề, cố tiêu chuẩn hoạt động không trì? Các nhà thiết kế tàu nhà khai thác tàu dành quan tâm lớn điểm then chốt vấn đề Có phải, chủ yếu, nứt, gãy thân tàu, xảy mỏi thân tàu? Để có kết luận xác nguyên nhân dẫn đến suy yếu thân, vỏ tàu, dẫn đến tàu bị gãy, cần phải có nghiên cứu khoa học chuyên sâu sức bền dọc thân tàu, chịu tải trọng việc bố trí, xếp thành phần khối lượng tàu, tác động ngoại lực Để thực chuyến hải trình an tồn hiệu quả, địi hỏi thuyền viên, sĩ quan phụ trách hàng hóa thuyền trưởng phải có hiểu biết định sức bền vật liệu sức bền thân tàu ảnh hưởng thành phần khối lượng bố trí tàu Việc tính tốn lực cắt mơ men uốn điểm dọc thân tàu sau phân bố thành phần khối lượng công việc quan trọng, đòi hỏi người sĩ quan hàng hải phải có kiến thức sức bền, tham khảo nhiều tài liệu hướng dẫn liên quan Ngày với tiến vượt bậc công nghệ thơng tin, tất cơng việc tính tốn trở lên đơn giản nhờ hỗ trợ máy tính với chương trình, phần mềm chun dụng, có phần mềm xếp/dỡ hàng hóa, tính tốn ổn định sức bền dọc thân tàu Hiện hầu hết tất loại tàu vận tải thương mại đóng hạ thủy có kèm theo phần mềm loại Với phần mềm giúp cho người sĩ quan hàng hải cần nhập thông số khối lượng, tọa độ trọng tâm thành phần khối lượng tàu, số hệ số theo yêu cầu, qua tiết kiệm nhiều thời gian Tuy nhiên, điều thuận lợi dẫn đến việc, người sĩ quan hàng hải khơng cần nắm vững cách tính tốn sức bền, có việc tính tốn sức bền dọc thân tàu sau phân bố thành phần khối lượng, trước chuyến hải trình Điều dẫn đến, nhiều trường hợp sĩ quan hàng hải thuyền trưởng khơng kiểm sốt đánh giá mức độ ổn định tàu có ổn định sức bền điểm dọc thân tàu Do địi hỏi cấp thiết cần phải có nghiên cứu cách khoa học, nhằm đánh giá đầy đủ sức bền thân tàu tác động điều kiện tải trọng khác nhau, việc bố trí xếp thành phần khối lượng tàu, đặc biệt khu vực thân tàu dễ dẫn tới hư hỏng, gãy tàu nhất, làm tài liệu cung cấp hướng dẫn cho thuyền viên Chính lý nêu trên, nhóm tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu xác định khu vực yếu thân tàu khai thác vận hành tàu” Đề tài tài liệu cần thiết hữu ích phục vụ cơng tác huấn luyện, đào tạo cho đội ngũ thuyền viên, đồng thời tài liệu phục vụ công tác giảng dạy cho sinh viên chuyên ngành hàng hải Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài Trên giới có nhiều cơng trình nghiên cứu vấn đề Tuy nhiên, đội ngũ sĩ quan thuyền viên Việt Nam tiếp cận với tài liệu tổng kết dạng hướng dẫn dành cho sĩ quan hàng hóa thuyền trưởng cách tính tốn, lưu ý sức bền thân tàu, tiến hành lập sơ đồ xếp/dỡ hàng hóa, mà chưa tiếp cận tài liệu chuyên sâu, để có hiểu biết cặn kẽ Tại Việt Nam, chưa có cơng trình nghiên cứu vấn đề cung cấp cho đội ngũ thuyền viên Việt Nam Các sĩ quan hàng hải, trước chuyến hải trình có tính tốn sức bền thân tàu, tính tốn phần lớn theo mẫu theo chương trình cài đặt máy tính nhà thiết kế cung cấp, mà họ chưa hiểu biết tường tận cách tính lưu ý phân bố thành phần khối lượng, ảnh hưởng tới sức bền dọc thân tàu Mục đích nghiên cứu đề tài Mục đích đề tài, nghiên cứu, tính tốn, phân tích cách khoa học sức bền thân tàu, nhằm xác định khu vực yếu thân tàu khai thác vận hành tàu Kết nghiên cứu đưa khuyến cáo, lưu ý quan trọng sĩ quan hàng hải Việt Nam việc phân bố tải trọng tàu cách hợp lý, an toàn hiệu trước chuyến hải trình Với mục đích nâng cao hiểu biết cách thấu đáo lĩnh vực sức bền thân tàu ảnh hưởng thành phần khối lượng tàu gây ra, góp phần nâng cao trình độ tính chuyên nghiệp đội ngũ sỹ quan thuyền viên Việt Nam Qua khẳng định vị trí thuyền viên Việt Nam ngành vận tải biển quốc tế, sau chiến lĩnh tỷ trọng đáng kể đội ngũ thuyền viên quốc tế làm việc loại tàu khác Công ty vận tải biển quốc tế, nơi có yêu cầu kiến thức, kỹ thuật, tiêu chuẩn nghề nghiệp cao Góp phần thúc đẩy chất lượng đội ngũ sỹ quan, thuyền viên Việt Nam Nhanh chóng tiếp quản, làm chủ, khai thác hiệu tàu Tăng cường sức cạnh tranh thuyền viên Việt Nam với nước khu vực giới Hạn chế tới mức thấp rủi ro cho thuyền viên tàu, tiết kiệm thời gian làm hàng, mang lại hiệu kinh tế cao cho chủ tàu, chủ hàng bên liên quan Đối tượng nghiên cứu Sức bền thân tàu tàu vận tải biển chuyên chở hàng thương mại Phương pháp nghiên cứu khoa học Để thực đề tài nhóm nghiên cứu sử dụng phương pháp nghiên cứu sau: - Phương pháp toán học - Phương pháp phân tích đánh giá - Xây dựng phần mềm ứng dụng tin học kiểm tra thực nghiệm Kết đạt đề tài Đề tài đưa câu trả lời, có tàu bị gãy? Tại có nhiều cấu trúc thân tàu bị gãy sau bị mắc cạn? Vị trí thân tàu dễ xảy tượng nứt, gãy nhất? Đề tài thành cơng việc xác định vị trí xác thân tàu dễ bị gãy trình khai thác Kết thực nghiệm lý giải cách khoa học, lý tàu chở hàng rời thương mại có trọng tải lớn (tàu có Dwt lớn) thường sử dụng hầm vị trí tàu chứa nước dằn trường hợp tàu chạy ballast Đề tài thành công việc phân tích nguyên nhân gẫy tàu liên quan đến phân bố thành phần khối lượng tàu Qua bổ sung vào danh mục tài liệu chuyên ngành cho sĩ quan hàng hải có thêm tài liệu khoa học tham khảo q trình lập sơ đồ xếp/dỡ hàng hóa, lập trình tự (quy trình) xếp/dỡ hàng đảm bảo sức bền cho thân tàu, góp phần khơng nhỏ việc đảm bảo an tồn cho chuyến hành trình Ý nghĩa khoa đề tài Là cơng trình khoa học cụ thể ngành hàng hải, phục vụ nghiên cứu, đào tạo, huấn luyện thuyền viên Ý nghĩa thực tiễn đề tài Khi đề tài hoàn thành tài liệu phục vụ giảng dạy cho mơn học Vận chuyển hàng hóa, ổn định tàu,… cho đội ngũ sĩ quan thuyền viên, đồng thời đề tài tài liệu phục vụ công tác giảng dạy tham khảo cho sinh viên chuyên ngành Hàng hải trường hàng hải 10 - Cargo: N0.1 8941 N0.2 10628 N0.3 10571 N0.4 10578 N0.5 10634 N0.6 10622 N0.7 10615 - Ballast F.P.T A.P.T N0.1 W.B.T N0.2.A.U N0.2 W.B.T N0.3.F.U N0.3 W.B.T N0.3.A.U N0.4 W.B.T N0.4.F.U N0.1.U.W.B.T N0.2.F.U N0.4.A.U 0 N0.4 Cargo - Fresh waster F.W.T (P) 163 F.W.T (S) 163 - Dầu DO F0 N0.1 F0 1118 N0.2 F0 254 AFT F0 (P) AFT F0 (S) DO (P) 296 248 90 DO (P) 92 Tính tốn lượng giãn nước tàu D =85838 MT Kết tính tốn thu đồ thị giá trị mô men uốn dọc điểm thân tàu hình 3.23 Hình 3.23 Đồ thị giá trị mô men uốn điểm dọc thân tàu ứng với trường hợp, tàu chạy đầy tải 100%, điều chỉnh để hiệu số mớn nước Trim =0,5m 67 Trường hợp tàu chạy đầy tải 100%, điều chỉnh để hiệu số mớn nước Trim =1,0m Tính tốn phân bổ thành phần khối lượng tàu trường hợp sau: - Các két nước chứa 100%, két ballast 0%, két dầu F0 dầu D0 chứa 96% - Cargo: N0.1 8576 N0.2 10628 N0.3 10571 N0.4 10578 N0.5 10634 N0.6 10622 N0.7 10980 - Ballast F.P.T A.P.T N0.1 W.B.T N0.2.A.U N0.2 W.B.T N0.3.F.U N0.3 W.B.T N0.3.A.U N0.4 W.B.T N0.4.F.U N0.1.U.W.B.T N0.2.F.U N0.4.A.U 0 N0.4 Cargo - Fresh waster F.W.T (P) 163 F.W.T (S) 163 - Dầu DO F0 N0.1 F0 1118 N0.2 F0 254 AFT F0 (P) AFT F0 (S) DO (P) 296 248 90 DO (P) 92 Tính toán lượng giãn nước tàu D =85838 MT Kết tính tốn thu đồ thị giá trị mô men uốn dọc điểm thân tàu hình 3.24 68 Hình 3.24 Đồ thị giá trị mơ men uốn điểm dọc thân tàu ứng với trường hợp, tàu chạy đầy tải 100%, điều chỉnh để hiệu số mớn nước Trim =1,0m Trường hợp tàu chạy đầy tải 100%, điều chỉnh để hiệu số mớn nước Trim =1,5m Tính tốn phân bổ thành phần khối lượng tàu trường hợp sau: - Các két nước chứa 100%, két ballast 0%, két dầu F0 dầu D0 chứa 96% - Cargo: N0.1 8226 N0.2 10628 N0.3 10571 N0.4 10578 N0.5 10634 N0.6 10622 N0.7 11330 - Ballast F.P.T A.P.T N0.1 W.B.T N0.2.A.U N0.2 W.B.T N0.3.F.U N0.3 W.B.T N0.3.A.U N0.4 W.B.T N0.4.F.U N0.1.U.W.B.T N0.2.F.U N0.4.A.U 0 N0.4 Cargo - Fresh waster F.W.T (P) 163 F.W.T (S) 163 - Dầu DO F0 69 N0.1 F0 1118 N0.2 F0 254 AFT F0 (P) AFT F0 (S) DO (P) 296 248 90 DO (P) 92 Tính tốn có lượng giãn nước tàu D =85838 MT Kết tính tốn thu đồ thị giá trị mơ men uốn dọc điểm thân tàu hình 3.25 Hình 3.25 Đồ thị giá trị mô men uốn điểm dọc thân tàu ứng với trường hợp, tàu chạy đầy tải 100%, điều chỉnh để hiệu số mớn nước Trim =1,5m e) Trường hợp tàu chạy có xếp hàng 75% tải trọng Trường hợp tàu chạy xếp hàng 75% tải trọng, phân bổ hàng theo phương pháp phân thể tích hầm hàng, với thời gian chạy biển 10 ngày, đảm bảo hiệu số mớn nước Trim =0,28 m Tính tốn phân bổ thành phần khối lượng tàu trường hợp sau: - Cargo: N0.1 7734 N0.2 7971 N0.3 7928 N0.4 7933 N0.5 7975 N0.6 7967 N0.7 6933 - Ballast F.P.T A.P.T N0.1 W.B.T N0.2.A.U N0.2 W.B.T N0.3.F.U N0.3 W.B.T N0.3.A.U 70 N0.4 W.B.T N0.4.F.U N0.1.U.W.B.T N0.2.F.U N0.4.A.U 0 N0.4 Cargo - Fresh waster F.W.T (P) 134 F.W.T (S) 134 - Dầu DO F0 N0.1 F0 815 N0.2 F0 254 AFT F0 (P) AFT F0 (S) DO (P) 296 248 77 DO (P) 79 Tính tốn lượng giãn nước tàu D =67199 MT Kết tính tốn thu đồ thị giá trị mô men uốn dọc điểm thân tàu hình 3.26 Hình 3.26 Đồ thị giá trị mô men uốn điểm dọc thân tàu ứng với trường hợp, tàu chở hàng 75% đầy tải, với thời gian chạy biển 10 ngày phân bố thành phần khối lượng đảm bảo hiệu số mớn nước Trim =0,28 m Trường hợp tàu chở hàng 75% đầy tải, phân bổ hàng theo phương pháp phân thể tích, với thời gian chạy biển 30 ngày, đảm bảo hiệu số mớn nước Trim =0m Tính tốn phân bổ thành phần khối lượng tàu trường hợp sau: - Cargo: N0.1 7734 N0.2 7971 N0.3 7928 N0.4 7933 71 N0.5 7975 N0.6 7967 N0.7 6933 - Ballast F.P.T A.P.T N0.1 W.B.T N0.2.A.U N0.2 W.B.T N0.3.F.U N0.3 W.B.T N0.3.A.U N0.4 W.B.T N0.4.F.U N0.1.U.W.B.T N0.2.F.U N0.4.A.U 0 N0.4 Cargo - Fresh waster F.W.T (P) 73 F.W.T (S) 73 - Dầu DO F0 N0.1 F0 116 N0.2 F0 254 AFT F0 (P) AFT F0 (S) DO (P) 296 248 44 DO (P) 46 Tính tốn lượng giãn nước tàu D =66421 MT Kết tính tốn thu đồ thị giá trị mô men uốn dọc điểm thân tàu hình 3.27 Hình 3.27 Đồ thị giá trị mô men uốn điểm dọc thân tàu ứng với trường hợp, tàu chở hàng 75% đầy tải, với thời gian chạy biển 30 ngày, phân bố thành phần khối lượng, đảm bảo hiệu số mớn nước Trim =0m Trường hợp tàu chở hàng 75% đầy tải, phân bổ hàng theo phương pháp phân thể tích, đảm bảo hiệu số mớn nước Trim =1,0m Tính tốn phân bổ thành phần khối lượng tàu trường hợp sau: 72 - Cargo: N0.1 7440 N0.2 7971 N0.3 7928 N0.4 7933 N0.5 7975 N0.6 7967 N0.7 7227 - Ballast F.P.T A.P.T N0.1 W.B.T N0.2.A.U N0.2 W.B.T N0.3.F.U N0.3 W.B.T N0.3.A.U N0.4 W.B.T N0.4.F.U N0.1.U.W.B.T N0.2.F.U N0.4.A.U 0 N0.4 Cargo - Fresh waster F.W.T (P) 163 F.W.T (S) 163 - Dầu DO F0 N0.1 F0 1118 N0.2 F0 254 AFT F0 (P) AFT F0 (S) DO (P) 296 248 90 DO (P) 92 Tính tốn lượng giãn nước tàu D =67690 MT Kết tính tốn thu đồ thị giá trị mô men uốn dọc điểm thân tàu hình 3.28 Hình 3.28 Đồ thị giá trị mơ men uốn điểm dọc thân tàu ứng với trường hợp, tàu chở hàng 75% đầy tải, phân bố thành phần khối lượng đảm bảo hiệu số mớn nước Trim =1,0 m Trường hợp tàu chở hàng 75% đầy tải, phân bổ hàng theo phương pháp phân thể tích, đảm bảo hiệu số mớn nước Trim =1,5m 73 Tính tốn phân bổ thành phần khối lượng tàu trường hợp sau: - Cargo: N0.1 7109 N0.2 7971 N0.3 7928 N0.4 7933 N0.5 7975 N0.6 7967 N0.7 7558 - Ballast F.P.T A.P.T N0.1 W.B.T N0.2.A.U N0.2 W.B.T N0.3.F.U N0.3 W.B.T N0.3.A.U N0.4 W.B.T N0.4.F.U N0.1.U.W.B.T N0.2.F.U N0.4.A.U 0 N0.4 Cargo - Fresh waster F.W.T (P) 163 F.W.T (S) 163 - Dầu DO F0 N0.1 F0 1118 N0.2 F0 254 AFT F0 (P) AFT F0 (S) DO (P) 296 248 90 DO (P) 92 Tính tốn lượng giãn nước tàu D =67690 MT Kết tính tốn thu đồ thị giá trị mô men uốn dọc điểm thân tàu hình 3.29 Hình 3.29 Đồ thị giá trị mô men uốn điểm dọc thân tàu ứng với trường hợp, tàu chở hàng 75% đầy tải, phân bố thành phần khối lượng đảm bảo hiệu số mớn nước Trim =1,5 m 74 3.3 Đánh giá so sánh kết phân tích lý thuyết thực nghiệm Thực nghiệm với tính tốn xác cụ thể, cách thiết lập điều kiện tải trọng khác nhau, với yêu cầu khác tùy thuộc vào chuyến thực tế, khẳng định trùng hợp kết với phân tích theo lý thuyết thiết kế: - Một số điểm chiều dài thân tàu có độ lớn lực cắt 0, bao gồm hai điểm đầu cuối chiều dài tính tốn tàu, điểm thứ giao điểm đường vng góc lái với keel tàu, điểm thứ hai điểm đường vng góc mũi với keel tàu điểm cịn lại (có thể lớn điểm) nằm vị trí khác thân tàu (được tính theo chiều dài tính tốn tàu) - Vì hai điểm đầu (điểm gốc – điểm đường vng góc lái) điểm cuối (điểm đường vng góc mũi) hiển nhiên có độ lớn mô men uốn 0, mô men uốn đạt cực trị điểm khác thân tàu có giá trị lực cắt - So sánh tất điểm thân tàu có giá trị mơ men uốn đạt cực trị (đồng nghĩa với điểm có giá lực cắt 0), điểm có giá trị tuyệt đối mơ men uốn lớn nhất, điểm có sức bền yếu thân tàu Đây điểm dễ xảy tượng nứt, gãy thân tàu Với phân bố tải trọng trước chuyến hải trình nào, lực tác động lên mét chiều dài thân tàu khu vực tàu lớn khu vực khác Lực cân với trọng lực, muốn khơng xảy tượng ứng suất uốn vượt giới hạn cho phép (sẽ gây gãy tàu), cần phải bố trí khối lượng khu vực tàu lớn khu vực khác Chính thiết kế hầm hàng khu vực tàu thường tích lớn nhất, để phân hàng xuống tàu, khu vực có tổng thành phần khối lượng lớn Điều giải thích thực tế rõ ràng là, tàu xếp hàng đầy tải, tàu ln có tượng bị võng (saggging) Mặt khác, qua thực nghiệm làm sáng tỏ điều, tàu vận tải thương mại có tải trọng lớn, tàu chở hàng rời, tàu chạy ballast, sĩ quan hàng hải chỉ dụng két ballast túy 75 tàu để chứa nước dằn, mà không sử dụng hầm hàng khu vực tàu két ballast để dằn tàu, gây tượng ứng suất uốn khu vực tàu vượt giới hạn cho phép, làm cho tàu bị gãy làm đơi vị trí tàu Chính nhiều tàu, nhà thiết kế thường bố trí hầm tích lớn vị trí tàu hầm thường sử dụng để bơm nước dằn tàu trường hợp tàu chạy ballast không hàng 76 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Để có hiểu biết sâu xác nguyên nhân dẫn đến nứt, gãy thân đòi hỏi phải có nghiên cứu khoa học chuyên sâu Việc tính tốn lực cắt mơ men uốn điểm dọc thân tàu điều kiện xem xét đến yếu tố phân bố thành phần khối lượng, đồng thời phải đảm bảo yêu cầu mớn nước, hiệu số mớn nước,… công việc quan trọng không đơn giản Việc tính tốn sức bền dọc thân tàu có xét đến tất điều kiện tác động sóng, gió tạo nên bề mặt đàn hồi biển, tượng mỏi vật liệu, mà thân vỏ tàu, hay ứng suất biến đổi theo thời gian phức tạp, đòi hỏi phải có nhiều thời gian cơng sức Thành cơng đề tài góp phần làm phong phú hướng nghiên cứu sức bền vật liệu sức bền thân tàu Việt nam Bằng cách sử dụng phương pháp phân tích dựa lý thuyết dầm Euler–Bernoulli, ứng dụng cho thiết kế thân vỏ tàu xây dựng chương trình tính tốn, kiểm nghiệm kết thực tế, đề tài “Nghiên cứu xác định khu vực yếu thân tàu khai thác vận hành tàu” tập trung giải vấn đề sau: Đề tài thành công việc đưa câu trả lời, có tàu bị gãy? Tại có nhiều cấu trúc thân tàu bị gãy sau bị mắc cạn? Vị trí thân tàu dễ xảy tượng nứt, gãy nhất? Thân tàu bị nứt, gãy, ứng suất uốn, hay mô men uốn vị trí nứt, gãy thân tàu vượt q cường độ uốn tối đa cho phép vật liệu làm thân tàu Khi tàu bị mắc cạn, dẫn tới kết phân phối tải trọng dọc theo thân tàu thay đổi nhiều so với trước tàu mắc cạn, mà sĩ quan hàng hải tính tốn, dẫn tới tàu bị ưỡn (hogging) bị võng (sagging) Điều làm cho mô men uốn điểm dọc thân tàu thay đổi lớn, điểm thân tàu có giá trị mô men uốn vượt giá trị mô men uốn tối đa cho phép của vật liệu chế tạo thân tàu, làm cho tàu bị gãy 77 Số điểm thân tàu có giá trị lực cắt lớn điểm Như ngoại trừ hai điểm đầu cuối chiều dài tính toán tàu, điểm thứ giao điểm đường vng góc lái với keel tàu, điểm thứ hai điểm đường vng góc mũi với keel tàu, điểm cịn lại (số điểm cịn lại lớn điểm) nằm vị trí khác thân tàu (được tính theo chiều dài tính toán tàu) Ngoại trừ hai điểm đầu (điểm gốc – điểm đường vng góc lái) điểm cuối (điểm đường vng góc mũi), điểm thân tàu có giá trị lực cắt 0, có mơ men uốn đạt cực trị Vị trí thân tàu dễ xảy tượng nứt, gãy nhất? Đó vị trí mà lực cắt có giá trị đồng thời mơ men uốn có giá trị tuyệt đối lớn (so sánh điểm có mơ men uốn đạt cực trị, điểm giá trị tuyêt đối mô men uốn lớn nhất, điểm yếu nhất) Nghiên cứu, phân tích khoa học dựa lý thuyết thiết kế thân vỏ tàu theo lý thuyết dầm Euler–Bernoulli, xác định vị trí dễ xảy nứt, gãy thân tàu khu vực tàu (khu vực, vị trí chiều dài tính tốn tàu) Vì khu vực tàu ứng suất uốn đạt cực đại, tình trạng tải tàu, vị trí xác, cách đường vng góc lái, xác định theo công thức (3.8) Kết thực nghiệm cho kết luận, điều kiện tải trọng yêu cầu mớn nước, hiệu số mớn nước, vị trí yếu thân tàu, khu vực tàu Vị trí xác, cách đường vng góc lái, xác định theo cơng thức (3.8) Như kết việc phân tích theo lý thuyết thiết kế thân vỏ tàu thực nghiệm tàu cụ thể, cho kết quả, là, vị trí tàu khu vực yếu thân tàu, dễ xảy nứt hay gãy tất trường hợp phân bố tải trọng tàu Vị trí xác, cách đường vng góc lái, xác định theo cơng thức (3.8) Kết thực nghiệm lý giải cách khoa học, lý tàu chở hàng rời thương mại có trọng tải lớn (tàu có Dwt lớn) thường sử dụng 78 hầm vị trí tàu chứa nước dằn trường hợp tàu chạy ballast Đó trường hợp tàu chạy ballast khơng có hàng, sử dụng két ballast túy tàu chứa nước dằn, mà không bơm nước dằn vào hầm giữa, dẫn đến giá trị mô men uốn điểm khu vực tàu vượt giá trị mô men uốn thiết kế cho phép, dẫn đến dễ xảy gãy tàu lập tức, kết minh họa hình 3.7, 3.8, 3.10 3.11 Cơng trình nghiên cứu nhóm tác giả khoa Hàng hải, trường Đại học Hàng hải Việt Nam thiết lập danh sách đầy đủ nguyên nhân dẫn đến tàu (vỏ thân tàu) bị gãy, mà dừng lại việc phân tích nguyên nhân gẫy tàu liên quan đến phân bố thành phần khối lượng tàu Qua bổ sung vào danh mục tài liệu chuyên ngành cho sĩ quan hàng hải có thêm tài liệu khoa học tham khảo q trình lập sơ đồ xếp/dỡ hàng hóa, lập trình tự (quy trình) xếp/dỡ hàng đảm bảo sức bền cho thân tàu, góp phần khơng nhỏ việc đảm bảo an toàn cho chuyến hành trình KIẾN NGHỊ Để nâng cao chất lượng đội ngũ sỹ quan, thuyền viên trình độ chuyên mơn kỹ thái độ mang tính chun nghiệp cao xin đề nghị ý kiến sau: - Khoa Hàng hải, trường Đại học Hang hải Việt Nam cần đẩy mạnh công tác nghiên cứu khoa học chun ngành, kết hợp cơng trình nghiên cứu khoa học với thực tiễn sản xuất, ứng dụng kết nghiên cứu khoa học vào thực tiễn cách hiệu - Hiện nay, hầu hết tàu vận tải thương mại trang bị phần mềm ứng dụng cơng nghệ thơng tin, có phần mềm xếp/dỡ hàng hóa, tính tốn sức bền thân tàu Tuy nhiên sĩ quan hàng hóa, kể thuyền trưởng Việt Nam biết đơn nhập số liệu, mà phần lớn chưa nắm vững, hiểu biết cặn kẽ tường tận Để làm chủ tàu, làm chủ ln tự tin, kiểm sốt dự đốn tình xảy ra, sĩ quan hàng hải cần phải 79 trang bị đầy đủ kiến thức cần thiết Để làm điều đó, khoa Hàng hải Trung tâm huấn luyên thuyền viên cần tổ chức lớp hay khoa học bồi dưỡng, cập nhật cho đội ngũ sĩ quan thuyền viên kiến thức chuyên ngành chuyên sâu, thành tựu, kết cơng trình khoa học mang lại - Đáp ứng nhu cầu đòi hỏi sinh viên ngành Hàng hải, sĩ quan hàng hải, đặc biệt công tác đào tạo huấn luyện thuyền viên Việt Nam, nhóm tác giả dày cơng nghiên cứu, thiết kế chương trình tin học, để tính tốn kiểm nghiệm với điều kiện, trạng thái tải trọng thực tế nhiều tàu khác nhau, hoàn thiện cho sản phẩm đề tài “Nghiên cứu xác định khu vực yếu thân tàu khai thác vận hành tàu” Đây thực cơng trình nghiên cứu khoa học nghiêm túc, có chất lượng Nhóm tác giả đề nghị cấp có thẩm quyền, nên xem xét, đưa sản phẩn dùng làm tài liệu tham khảo giảng dạy cho sinh viên khoa Hàng hải, thuyền viên tham gia học tập Trung tâm huấn luyện thuyền viên cấp độ sĩ quan hàng hải mức trách nhiệm quản lý Ngồi sản phẩm đề tài cịn làm tài liệu tham khảo cho tất đội ngũ sĩ quan, thuyền viên Việt Nam, đồng thời tài liệu tham khảo nghiên cứu khoa học dành cho nghiên cứu lĩnh vực liên quan Đề tài nghiên cứu xây dựng tốn xác định vị trí yếu thân tàu điều kiện khác việc phân bố thành phần khối lượng tàu, đồng thời thỏa mãn điều kiện thực tế khác nhau, phụ thuộc vào yêu cầu chuyên hải trình mớn nước hiệu số mớn nước Đây sở để mở rộng phát triển nghiên cứu xây dựng toán xét thêm tác động yếu tố ngoại cảnh sóng, gió như tượng mỏi thân vỏ tàu, hay ứng suất biến đổi theo thời gian 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO Vũ Thanh Thủy (12/2010), Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Nghiên cứu nội lực chuyển vị hệ chịu uốn xét tới ảnh hưởng biến dạng trượt Đại học Kiến trúc Hà Nội Nguyễn Viết Thành, Đào Quang Dân, giáo trình Ổn định tàu, NXB Đại học Hàng hải, 2013 www.marineinsight.com/ 81