Đây là phần mềm viết cho tàu MS Benguela Stream (tàu container): Tính toán ổn định nguyên vẹn Tính toán sức bền dọc thân tàu Sắp xếp, phân bổ container Tính toán mớn nước, lượng nước trong các két...
SỨC BỀN THÂN TAU 33 VÀ SỨC BỀN CỤC BỘ 33.1 Khái niệm sức dọc thân tàu 33.11 Lực cắt mômen uốn Sttc bén doc (Longitudinal strength) thân tàu khả để kháng kết cấu thân tàu biến dạng, hư hỏng thân tàu tác động phân bố không trọng lực lực tau theo chiéu doc Nếu điều kiện sức bền dọc không thoả mãn, tức khả chịu lực thân tàu vượt qua phạm vi cho phép sức đọc, cấu kiện chịu lực theo chiéu doc ( boong, ki tàu ) bị biến dạng, hư hỏng Phân tích tính tốn phân bố trọng lực lực dọc thân tàu điều kiện tiên để đánh giá, kiểm tra điều chỉnh sức dọc thân tàu Trên toàn thân tàu mặt nước tĩnh có hai lực tác dụng lên trọng lực thân tàu lực nổi, chúng ngược chiều nhau.Tuy nhiên, xem xét phần riêng biệt tàu trọng lực phân bố khơng theo chiều đài tàu, chỗ nặng cịn chỗ khác nhẹ hơn, chẳng hạn tàu đầu chở đầy hàng buồng máy két mũi nhẹ cịn phần hầm hàng lại nặng Như nhận thấy xét riêng phần theo chiều dài tàu trọng lực tàu vượt lực suốt chiêu dài trừ buồng máy két mũi Trong trường hợp ngược lại, két mũi chứa nước mà hầm hàng rỗng trọng lực mũi bng máy lớn lực Sự thay đổi giá trị tương đối trọng lực lực tồn chiểu dài tàu hình thành lực cắt mơ men uốn, từ tạo thành ứng suất cắt ứng suất uốn tác dụng lên kết cấu thân tàu, vượt giới hạn cho phép sé làm biến dạng hư hồng tàu Sự biến đổi lực ảnh hưởng sóng biển gây nên ảnh hưởng tương tự Để dễ hình dung lực cắt mơmen uốn phát sinh ta khảo sát tàu hình hộp có tải hai đầu rỗng Lực cắt, hình 33.01a Chia tàu hình hộp làm khối gin lién 0, 1, tai vách ngăn; xét khối riêng biệt, cho w ký hiệu trọng lực, b ký hiệu lực nổi, Khối có Wo >bo SO TAY HANG HAI 318 § ae = = b) (2) N (4) SS @ Hình 33.01 Xét tổng thể, wo + wị +wo = bọ +bị +bọ “Trong đó, ' wọ - Trọng lực khối khối w¡- Trọng lực khối bọ - Lực khối bị - Lực khối Giả sử ta tách tầu ba khối riêng biệt vách ngăn để tự “nhữ hình 33.01b, lúc lực riêng khối bạ, bị, bại (khơng cịn giống "cồn gắn liễn thành khối) Khối0 có Wo = boi Khối - wi= bu Khốt - Wo = bại thì, Như vậy, tau thành khối thống trạng thái bình thường, vách ngăn khối khối có lực tác dụng (bại - bạ), tạo kháng lực nhằm ngăn cẩn khơng để xảy tình (bại - bọ = Wạ - bạ), lực lực cắt (S) ‘ Nói cách khác, lực cắt hiệu số trọng lực lực phân đoạn trái phải vị trí Ln ln tổn kháng lực giá trị tuyệt đối ngược chiều bên trái bên phải phân đoạn chống lại lực cắt trì cân tổng thể tàu SO TAY HANG HAI 319 Mơmen uốn (hình 33.02) ae (Gita tau) dw 7777.177 ⁄3⁄h +4, ⁄ >| Hình 33.02 Bây xét tới vị trí tàu (Amidship).Tại vị trí đặc biệt khối lượng tàu phía lái tính từ tàu lực phía lái tính từ tàu tức là, Wạ =Dạ Tuy nhiên, khối lượng phân bố khơng ba phần tàu, nên trọng tâm phần phía lái tàu cách xa điểm tàu khoảng cach dy lớn khoảng cách dy tâm phần phía lái Vì vậy, wady > bad, Trong đó, Wa va b, - Trọng lực lực từ tàu phía lái dự dụ - Khoảng cách từ tàu đến trọng tâm tâm phần sau lái biển có nghĩa tổn mơmen tác dụng lên vị trí tàu có xụ hướng bẻ cong tàu, có nghĩa tổn mômen kháng giá trị ngược chiều tác dụng lên vị trí tàu, khơng cho tàu bị uốn cong, mơmen uốn M, ⁄ M = wady - bạd, Như vậy, mômen uốn +) CŨ hiệu mômen khối lượng mômen lực bên trái Nếu khối lượng tàu bai đầu lớn fo lực nổi, khối lượng tàu nhỏ lực nổi, :nhữ.hình 33,03a; ngược lại, tàu bị võng xuống, hai đầu, oần lên gọi uốn võng (sagging) nhu hình 33.03b Gọi chung _ ( ) `= tàu bị vồng lên hai đầu oằn xuống, tàu xuất biến dạng uốn vồng (hogging) - (+) (@®) TT () bên phải vị trí xét apt (Œ)} (-5 ©) AI CN (+) (+) (-) (-) a) Vong tn ` (=) Gì CS ) IW CN b) Vống„ (+) (đ ` â) fee A2) _N Gỡ, Hỡnh 33.03 SỐ TAY HÀNG HẢI 320 tượng tàu bị vồng võng oằn Khi hoạt động biển, tàu cịn chịu tác dụng sóng biển làm gia tăng biến dạng uốn, tầu bị vồng võng nghiêm trọng khiến cho thân tàu bị giảm tuổi thọ khơng muốn nói tới an tồn tàu bị de doạ nghiêm trọng đến mức tàu bị gay chìm Cần ý rằng, vách ngăn mà ta vừa xét đây, vectơ trọng lực vectơ lực tác dụng đường thẳng đứng; vectơ trọng lực lớn vectơ lực nổi, tổn đồng thời mômen uốn lực cất 33.1.2 Xác định lực cắt mômen uốn Muốn xác định lực cắt mơmen uốn phải tìm hai đại lượng sau điểm khác dọc chiều dài tàu, « Hiệu số trọng lực lực bên trái bên phải vị trí định « _ Hiệu số mômen trọng lực mômen lực bên phải định bên trái vị trí Xác định hai đại lượng trở thành vấn để cốt lõi phương pháp khác nhằm thiết lập giá trị lực cắt mômen uốn Để diễn giải cách rõ ràng hơn, ta gán kích thước cho tàu hình hộp để thiết lập đường cong lực cắt mômen uốn doc theo chiêu dài tàu Theo hình 33.04a có, Chiểu dài tồn khối 20m, chiểu dài hai khối đầu cuối 5m, khối 10m Lượng chiếm nước tàu không tải 20 (1 tấn/mét) Trên khối đầu cuối xếp 10 hàng, tức phân bố /m Lượng chiếm nước tàu 40 (2 tấn/mét) Đường cong trọng lực đường cong lực nổi, xem hình 33.04b Đường cong lực đường thẳng nằm ngang biểu thị lực đồng tấn/m Đường cong trọng lực biểu thị đường nằm ngang lượng chiếm nước không tải /m cộng với tấn⁄m phan đâu cuối (hai đầu có tải) Dễ nhận thấy, điện tích đường cong trọng lực diện tích đường cong lực “Đường cong tải lấy tổng đường cong trọng lực đường cong lực để thiết lập đường cong tải, hình 33.04c Vectơ tải = Vectơ lực - Vectơ trọng lực SO TAY HANG HAI 321 Đường cong vectơ tải có diện tích phân trục diện tích phân trục Đường cong lực cắt Có thể thiết lập đường cong lực cắt, hình 11.3d cách lấy tổng tải phía trái vị trí đó, vị trí tuỳ ý Chẳng hạn, vị trí vách ngăn cách phía lái 5m, có tải tác dụng bên trái vị trí tạo lực cắt tấn, lực cắt cực tiểu (có dấu âm) w Lực Trong tực L T ⁄ a) fi [ r Tải (tấn) INmmI ' Lê st #1 — Pitpiti "m3 an 1264m BM b) n Tũấm E80 tŠF 205m ai, BM Lực d cat (tãn)0 : , ) Mémen uốn tm 10 20 Hình 11.04 Cũng vậy, vị trí cách phía lái 13 mét có tác dụng theo hướng xuống tác dụng theo hướng lên tạo lực cắt tổng hợp lên ( 8-5 = 30 Lực cắt cực đại xảy vách ngăn tức vị trí cách phía lái 15 mét, lực cắt tổng hợp mang dấu (+), (lực tổng hợp cha xuống 10 lên) SO TAY HANG HAI 322 Như vậy, đường cong lực cắt ta có diện tích phần trục diện tích phần trục Đường cong lực cắt vẽ cách lấy tích phân đường cong tải Đúng đơn vi lực cắt phải đo Newton Tuy nhiên hầu hết hệ thống tinh toán lực cắt tàu dùng đơn vị tấn, tính tốn ứng suất cắt sau, lực phải chuyển đổi sang đơn vị tính tốn thích hợp Đường cong mơmen uốn Tinh tốn mơ men uốn xuất phát từ ngun tắc sau, Mô men uốn = Mômen trọng lực - Mômen lực = Mơmen tải Như tính mơmen tải tức tìm mơmen uốn Ví dụ, vị trí vách ngăn mét tính từ phía lái, Mômen tải = x2,5m = 12,5tấnm Giống vậy, vị trí 13 mét tính từ lái tàu, Mômen tải = x 10,5 m — x 4m = 20,5 trn Tuy nhiên cách tính trực tiếp mômen tải thực tế dài dịng phiển phức, dùng tốn học để chứng minh, xác định đường cong mơmen uốn cách lấy tích phân đường cong lực cắt hay lấy tích phân bậc hai đường cong tải Tích phân đường cong lực cắt diện tích phần nằm đưới đường cong Vậy, Mơmen uốn vị trí n = Diện tích nằm đường cong lực cắt tính đến n Đây cách thuận tiện thực tế để xác định mômen uốn Hãy ý đến mối liên hệ đường cong tải, lực cắt mơmen uốn, tóm tắt sau đây, 1) Khi đường cong tải cắt qua trục:0 thìlực cắt có giá trị cực đại cực tiểu 2) Khi tổng tải bên trái bên phải vị trí lực cắt không 3) Khi đường cong lực cắt cắt qua trục mơmen uốn có giá trị cực đại cực tiểu 4) Tại vị trí cực đại cực tiểu lực cắt tổn điểm uốn đường cong mômen uốn Đối với hầu hết điều kiện thực tế tàu biến đổi tải thường xảy vùng buồng máy vách ngăn hầm bàng Vì vậy, nói chung đường cong lực cắt SỐ TAY HÀNG HẢI 323 cắt trục hai vách ngăn, cực đại cực tiểu mômen uốn thường phát sinh vị trí vách ngăn Do đó, thực tiễn tính tốn lực cắt mơmen uốn người ta thường chọn vị trí vách ngăn vách ngăn Tại vị trí khơng thể đảm bảo tìm đủ hết giá trị cực đại cực tiểu đặc biệt mômen uốn cực đại chúng chúng xảy đâu Sau thí dụ cách tính tốn lực cắt mơmen uốn tàu hình hộp Ví dụ, Một tàu hình hộp có chiều dài Luy =72 m, rộng B=12m cân mũi lái với mớn nước d=im nước khối lượng riêng Ø Tàu có hầm hàng hầm đài 24 m Trên tàu xếp 432 hàng vào hầm giữa, xem hình 33.06 Hãy lập đường cong lực cắt mơmen uốn Tìm giá trị cực đại lực cắt mômen uốn sinh điểm mà chúng phát Giải, Lượng chiếm nước tàu rỗng = LB.d.ø =72x12x1x I = 864 ¿ 864 “Trọng lực tàu rỗng phân bố đơn vị chiều dài 432 = ® „ | Hàng hoá đơn vị chiều dài = ¬ Lượng chiếm nước chở = ( 864 + 432 ) = 1296 Ba a ¬ as: Lực đơn vị chiều đài = 1296 ¿ tấn/m = 12 tấn/mét tấn/m = 18 tấn/m „ tấn/m = „ 18tấn/m Để thấy rõ hình dáng đường cong mômen uốn, điểm khảo sát lấy cách 6m, nghĩa chiéu dài tàu chia làm 12 phân đoạn lập bảng 33.A Lưu ý tất tính tốn thực điểm khảo sát, cHÍ có giá trị lực cắt mơmen uốn tính vị trí khảo sát Lấy điểm khảo sát có khoảng cách việc tính tốn đễ đàng, bị nhầm lẫn Các cột a, b, c, bảng có giá trị sau, Cột a biểu thị khối lượng tàu không tải đơn vị chiều dài Cột b biểu thị trọng lượng hàng hoá đơn vị chiều dài Cột c = a+b SO TAY HANG HAI 324 Cột d = lực đơn vị chiều đài Cote =d-c a Vi Cấu trí | trúc tầu | b Hàng hod ce d Khối lượng (tdn/m) | (tan/m) | (tấn/m) Luc (tdn/m) | ` 33A e f Tai 12 (tdn/m) | asF (tấn) (tan) 36 12 18 36 12 12 18 ` 36 12 12 18 36 18 -12 -72 12 18 30 18 -12 -72 12 18 30 18 -12 -72 18 -12 -72 12 ‘0 12 18 36 1728 648 2376 216 2592 -216 2376 -648 -144 -108 12 12 18 12 12 18 36 12 12 18 36 12 756 -72 30 11 972 18 10 432 540 72 12 108 324 144 30 § 108 108 18 72 12 {tdn.m) 36 5BM (tấn.m) 18 12 k Lực Lực | Mômen | Mômen cắt | cdt SF udn uốn BM 12 i 36 1728 -756 - 972 -540 -72 432 -324 -36 108 -108 0 Trên đây, viết (đ-c) theo quy ước ban đầu, dĩ nhiên viết ngược lại Giả sử khoảng cách điểm khảo sát f thì, =ch Em =Ÿoi 82 = git fie Sn = 801+ feta h Jean = (Es+ + ấn) (xem hình 33.05) k = jor ko =k, +jr SO TAY HANG HAI 325 kạ= Kẹp † J@-Dn Dem kết tính tốn vẽ thành đổ thị hình 33.06, ta xác định điểm cực đại lực cắt mômen uốn Những nguyên tắc thiết lập để tính tốn cho tau hình hộp có thé 4p dung cho tau bình thường Đối với đường cong ti trọng xác định ban đầu cho tàu rỗng sau bổ sung thêm khối lượng hàng hố nhiên liệu v.v Hình 33:05 Vị trí 40¬ '6 Lựcnổi WT: Trọng + lực # a Se TP TT] ‘a Ỉ Tal ‘oe “to "W tE : DI b4 -ao-« td Mey cất J , 2000 MÔmen uốn soe Pi pas Ệ o lấn mét Hinh 33.06 Mớn nước xếp hàng thiết lập cách dùng phương pháp chuẩn thường dùng xác định điều kiện xếp hàng tàu Cịn lực xác định cách dùng đường cong Bonjean SỐ TAY HÀNG HẢI 326 Hình 33.07 đường cong lực cắt mơmen uốn tàu hàng rời điển hình" điều kiện chở đầy hàng Co L——— = Mê- tực mem cất SF uốn BM Hình 3307 34.2 Tính toán lực cắt mémen uốn tàu 33.2.1 Ảnh hưởng sóng biển Đến khảo sát lực cắt mômen uốn tàu điều kiện nước yên tĩnh, nhiên thực tế tàu phải hoạt động mơi trường sóng biển Để đảm bảo sức bến, tàu bình thường có hai đại lượng giới hạn lực cất mômen uốn, đại lượng giới hạn cao để ứng phó tàu giai đoạn xếp đỡ hàng hoá nước yên tĩnh, đại lượng giới hạn thấp ứng phó điểu kiện biển cần thiết để đảm bảo tàu không chịu tác động lực cắt mômen uốn mức tác động sóng biển, 33.2.2 Phương pháp tính mơmen uốn tàu - Phương pháp Murray Sóng tiêu chuẩn „ ` ——ee oe tA Ly 8) oes oeenee- Hình 33.08 Phương pháp Murray tính tổng mơmen uốn tàu gây nên sóng biển dựa vào SỐ TAY HÀNG HẢI 327 33E ° rd) Số TT 1_ | 3_ 4_ 5_ †6_ 10_| 11 12 13 | | | | | | (3) W/100 (t)| : (2) Tên hằm, két 0,16 Lub Oil Sump tank 0,08 | tank Cyl Oilstore 3,89 |HFOTŒ) 3,67 |HEFOT(@) 0,28 H.F.O Service tank 0,29 H.E.O Settling tank 0,77 i DOT?) 0,73 D.O.T(S) |: D.O.T’Service tank | ` 0/09 0,16 D.O.T Setting tank 1,40 |EWT© 112 |EW.TŒ@).” 105 |E.W.T(S) feet 14 | Boiler tank 16,31 -| 6,90 | 4.19 ] 403 11/77 | 9,52 19,68 8,71 14,03 14,01 |31,99 | 30,63 | 30,10 0,17 water 15 | No.1 L.O sett Tank 017 0,09 16 | No.2LLO sett Tank 17_| Lub Oil stor Tank 0,25 WD= | „ , Tổng cộng, _ | F TU Bing 33:D có lực B”' xà Nay, (5) Mémen (Lm) 2,610 0,552 16,299 14,790 3,296 2,761 8,224 6.358 1,263 2,242 44,786 34,306 31,605 16,92 2,876 | 22,93 | 25,15 | 23/74 3,898 2,264 5,935 MD= 14,37 : (4) LCG (m) 184,065 mômen lực nổi.MB” Fr46 B”= 20,836, MB”=143,198 tai Frame 46, Ss F= (B”-WD) x 100= (20,836-14,37) x 100 = 646,6 B.M= (MB”- MD) x 100 = (43,1198-184,065) X 100= -4086,7 1) Bằng cách tương tự,lẫn lược lập bang giống bing’ 33.E cho tải trọng mômen “tải trọng điểm kiểm tra lại tính S.F B.M cho điểm ta được, - Tại Er49: - SE= 521/6 ; B.M = 15288 “Tại Er54 S.F= 3866 ; BM = 8990,8 - Tại Pưố2 S.F= -199,8 ; B.M= 12990,4 - Tai Fr68: SF = -388,5; B.M =7644,4 Tai Fr74: -.S.F =-186;5; B.M = 2494,9 S.F= AT; B.M = 1530,5 ~ Tai Fr82 t ’ c): TY kết Lứnh toán vẽ đỗ thị lực cắt mômen uốn điều kiện xếp hàng.ở cảng xuất phát để chạy biển, xem hình 33.10 SỐ TAY HÀNG HẢI 336 ` F46 49 84: 52 68 74 | | o ° tực E Mémen uốn g i (1) 39H03 ĐNIWV3HS EP 40000 g 2000 82 QW) LNBHIOW 9NIGN38 AP Hinh 33.10 d) Kiểm tra cách đôi chiếu với lực cắt mômen uốn cho phép công gian tương ứng cho Bảng 33.B điểu kiện chạy biển nhận thấy với cách xếp hàng Bảng 33.C sức bễn đọc thân tàu hồn tồn thoả mãn để chạy biển 33.3 Các biện pháp đảm bảo sức bền dọc thân tàu 33.3.1 Những điều cần ý thiết kế xếp hàng hoá lên tàu Khi thiết kế, đóng tàu, u cầu nghiêm ngặt phải tính tốn, hiệu chỉnh để đảm bảo sức dọc thân tàu khai thác vận hành Nói chung sau tàu xuất xưởng yêu cầu sức bền dọc cho tàu chạy biển điễu kiện sóng gió đểu thoả mãn miễn trính xếp hàng hoá, hầm hàng, khoang két đêu đảm bảo phân bố hàng hoá theo tỷ lệ phần trăm dung tích hẳm hàng, đồng thời phải chữa khoảng + 10% để điều chỉnh, bổ sung Khi thiết kế kế hoạch xếp hàng hố, thơng thường chừa phần thể tích hai hầm hàng phía mũi phía lái để điều chỉnh hiệu mớn nước, thực việc điều chỉnh cố gắng đạt tới mục đích điểu chỉnh khối lượng hàng hố nhỏ Ngồi ra, thiết kế xếp hàng hố rmhà có hàng nhận trả cảng trung gian khơng nên để hàng xếp lên đỡ tập trung vào chỗ, làm khiến cho tàu biến đạng khơng có lợi cho sức bên dọc thân tàu Hàng hoá xếp dỡ cảng trung chuyển nên cố gắng phân bố hầm hàng : Khi hầm xếp khối xếp đỡ hàng không nên tập trung xếp dỡ xong cho hầm hàng vài hàng cịn khơng động tới hàng hố hầm khác Cách tốt cố gắng đỡ hàng cho khối lượng phân bố rấi him, không gây chênh lệch lượng hầm hàng suốt trình xếp đỡ SO TAY HANG HAI 337 ... cị ay SƠ TAY HÀNG HẢI 331 khơng đưa vào tư liệu sức bền tàu Nói chung, đưa vào tư liệu tàu mômen uốn cho phép cực đại Chỉ có tàu cỡ lớn người ta đưa vào tư liệu bảng tính lực cắt mômen uốn cho... tra sức bên doc va sức bên r ngang thân tàu Để kiển: tra sic bén dọc thân tàu nhà thiết kế thường tính tốn sẵn lực cắt mômen uốn cho pháp mặt cắt ngang tàu đưa chúng vào tư liệu tính tốn sức. .. Bảng 33.C sức bễn đọc thân tàu hồn toàn thoả mãn để chạy biển 33.3 Các biện pháp đảm bảo sức bền dọc thân tàu 33.3.1 Những điều cần ý thiết kế xếp hàng hoá lên tàu Khi thiết kế, đóng tàu, u cầu