Đại Học GTVT TP Hồ Chí Minh / Khoa Hàng Hải Not official §…: SỨC BẾN DỌC THÂN TÀU Đặt vấn đề: Để ý thấy chiều dài tàu lớn chiều rộng nhiều lần phần thể tích gập nước không điều, nên tượng tự nhiên xảy tàu bị uốn bị cắt tác động sóng phân bổ tải trọng theo chiều dọc tàu- Vậy nên thân tàu phải đủ bền để chống lại tượng Có hai loại nội lực đặc trưng cho tượng trên, là: Mômen uốn/ Bending Moment Lực cắt dọc / Shearing Force Vấn đề đặt cho Sĩ quan Hàng hải phải tính giá trị cho điều kiện tải thực tế, từ đánh giá xem sức bền thân tàu có thỏa mãn hay không? I- KHÁI NIỆM VỀ NỘI LỰC Trước tác dụng lực, phần tử vật thể có lực tương tác giữ cho vật thể có hình dáng định Dưới tác dụng ngoại lực, phân tử vật thể dịch lại gần tách xa Khi đó, lực tương tác phân tử vật thể phải thay đổi để chống lại dịch chuyển Sư thay đổi lực tương tác phân tử vật thể gọi nội lực Để xác định giá trị nội lực tàu điểm điển hình ( Frame, bulkhead…), người ta sử dụng phương pháp mặt cắt thay phản lực liên kết Xét vật thể cân điểm C vật thể (H.2.4) Tưởng tượng mặt phẳng Π cắt qua C chia vật thể thành hai phần A va B; hai phần tác động lẫn hệ lực phân bổ diện tích mặt tiếp xúc theo định luật lực phản lực Nếu tách riêng phần A hệ lực tắc động từ phần B vào phải cân với ngoại lưc ban đầu (H.2.4) Xét phân tố diện tích F bao quanh điểm khảo sát C mặt cắt Π có phương pháp tuyến v Gọi p vector nội lực tác dụng F Vậy định nghĩa ứng suất toàn phần điểm khảo sát là: Ứng suất toàn phần P chia làm hai thành phần: Ứng suất pháp ( v ); Ứng suất tiếp ( v ) Ứng suất đại lượng học, đặc trưng cho mức độ chịu đựng vật liệu điểm Ứng suất vượt giới hạn vật liệu bị phá hoại Ổn định tàu & Vận chuyển hàng hóa tàu biển Page: 1/9 Đại Học GTVT TP Hồ Chí Minh / Khoa Hàng Hải Not official Nội lực ứng suất: +) Shear Force/ Lực cắt dọc (V) = Tổng ứng suất tiếp +) Bending Moment / Mô men uốn (M) = Tổng moment gây ứng với trục xét Bài Tập làm rõ khái niệm: Ổn định tàu & Vận chuyển hàng hóa tàu biển Page: 2/9 Đại Học GTVT TP Hồ Chí Minh / Khoa Hàng Hải Ổn định tàu & Vận chuyển hàng hóa tàu biển Not official Page: 3/9 Đại Học GTVT TP Hồ Chí Minh / Khoa Hàng Hải Not official II ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CHO SỨC BỀN THÂN TÀU II.1 Mối quan hệ ngoại lực Đại lượng đặc trưng ( Lực cắt Mô men uốn) Như nói trên, phân bổ tải trọng không điều dọc theo thân tàu lực đẩy accimet tác động vào dọc thân tàu không điều theo chiều dọc nên vị trí cục xuất lực cắt / Shearing force hình vẽ đây: Giả sử tàu có 05 hầm hàng, hầm hàng ngăn cách vách ngăn hầm Tập hợp mũi tên phía theo hầm thể giá trị phân bổ tải trọng cục cho khu vực (hầm hàng) Tập hợp mũi tên phía thể giá trị lực đẩy accimets với khu vực tương ứng Các mũi tên lớn thể hiệu số “Trọng lực lực đẩy accimets” cho khu vực thân tàu Giả sử cắt tàu theo mặt cắt vách ngăn, hầm hàng (khẩu đoạn) tìm tới tư cân ( Trọng lực = Lực đẩy accimets) Ổn định tàu & Vận chuyển hàng hóa tàu biển Page: 4/9 Đại Học GTVT TP Hồ Chí Minh / Khoa Hàng Hải Not official Việc tách rời giả thiết, nên mặt tiếp giáp ( mặt cắt) xuất lực nhằm chống lại dịch chuyển đoạn Vậy có chênh lệch tải vị trí cục thân tàu đồng nghĩa với việc mặt cắt xuất lực cắt / Shearing force Và mặt cắt tồn lại lực ( sức bền) cửa thân tàu để chống lại lực cắt trên, gọi lực cắt cho phép Các vector màu đen (Q1 Q4) biểu thị lực cắt dọc hay gọi Shearing force II.2 Mối quan hệ tải, lực cắt Mô men uốn Ở phần khái niệm nội lực hiểu khái niệm kết tác động thành phần nội lực lên vật thể xét Ở tập trung giải thích liên hệ lực cắt / Shearing force Mô men uốn / Bending moment a Giả sử xét tàu hình hộp chữ nhật có 03 khoang hàng hình vẽ sau: Với hình 1,2,3 khoang mũi lái điền đầy hàng, khoang hàng Con tàu mặt biển 03 tư bề mặt biển vùng nước yên , Khoang nằm đỉnh sóng, khoang nằm bụng sóng b Giả sử xét tàu hình hộp chữ nhật có 03 khoang hàng hình vẽ sau: Với hình 4,5,6 khoang mũi lái không điền đầy hàng, khoang điền đầy hàng Con tàu Ổn định tàu & Vận chuyển hàng hóa tàu biển Page: 5/9 Đại Học GTVT TP Hồ Chí Minh / Khoa Hàng Hải Not official mặt biển 03 tư bề mặt biển vùng nước yên , Khoang nằm đỉnh sóng, khoang nằm bụng sóng II.3 Giới thiệu phương pháp Murray’s Phương pháp Murray’s sử dụng để tìm tổng mô men uốn dọc tàu thân tàu nằm sóng dựa việc tính tổng mô men uốn hai điều kiện (a) Mômen uốn vùng nước tĩnh (b) Mômen uốn nơi có sóng Mô men uốn tàu vùng nước tĩnh mô men uốn tàu tàu vùng nước yên tĩnh II.3 Mô men uốn tàu chịu ảnh hưởng sóng Khi sử dụng phương pháp Murray’s mô men uốn sóng tàu tạo sóng trường hợp sóng tác động lên tàu gọi “sóng chuẩn-standard wave” “ Sóng chuẩn” sóng có chiều dài chiều dài tàu độ cao sóng 0.607 SQRT(L) Vậy mô men uốn có tác động sóng tính công thức sau: WBM = b * B*L2.5 * 10-3 (T-M) \ B: Chiều rộng tàu - Beam tàu; \ b: số phụ thuộc vào hệ số béo tàu (Cb), tra bảng Ổn định tàu & Vận chuyển hàng hóa tàu biển Page: 6/9 Đại Học GTVT TP Hồ Chí Minh / Khoa Hàng Hải Not official II.3 Mô men uốn tàu vùng nước yên tĩnh (SWBM) Gọi Wf: mô men trọng lượng phía trước tàu sinh Bf : mô men lực đẩy accimets phần thể tích gập nước phía trước tàu sinh Wa : mô men trọng lượng phía sau tàu sinh Ba : mô men lực đẩy accimets phần thể tích gập nước phía sau tàu sinh W : lượng dãn nước Tàu Thì Mômen uốn vùng nước tĩnh tính sau: SWBM = Wf-Bf =Wa-Ba Công thức xác việc giải phần nhỏ, phương pháp Muray’s sử dụng kết gần đáp ứng yêu cầu thực tế Cánh tính gần tiến hành sau: Mô men trọng lượng trung bình: (Mw) = (Wf+Wa)/2 Mô men lực trung bình: (Mb) = (W* Mean LCB)/2 Với Mean LCB = L*C Trong C tra từ bảng đây: Khi công thức tính Mô men uốn vùng nước tĩnh tàu là: SWBM = Mw – Mb Wf Wa W SWBM L C 2 => Nếu Mw > Mb tàu “vồng / Hogs” ; Nếu Mw < Mb tàu “võng / Sags” Ổn định tàu & Vận chuyển hàng hóa tàu biển Page: 7/9 Đại Học GTVT TP Hồ Chí Minh / Khoa Hàng Hải Not official II.3 Bài tập minh họa cách tính Mô men uốn tổng quát Một tàu có Lbp = 200 mét, chiều ngang Beam = 30 mét, hệ số béo thể tích Cb= 0.750 Trọng lượng thân vỏ tàu 5000 M/T xG =25,5 mét Giá trị trung bình LCB phía mũi lái thân tàu 25 mét kể từ tàu Giả sử tra bảng giá trị “b” sau: Hogging “b” =9,795; Sagging “b” = 11,02 Hãy sử dụng phương pháp Murray’s để tính toán mô men uốn dọc tàu sóng tiêu chuẩn 02 trường hợp sau: (a) Khi đỉnh sóng tàu? (b) Khi bụng sóng tàu? Trích từ bảng tra liệu tàu: Gải tập: Sơ đồ giải: Tính mô men uốn vùng nước yên tĩnh ( SWBM ) a Tổng mô men trung bình tải trọng midship: Wf Wa 458450 229225(T M ) 2 b Tổng mô men trung bình lực midship: Mw W 16950 LCB 25 211875(T M ) 2 SWBM = Mw – Mb = 229225-211857=17330 (T-M) => Tàu hogging Mb Tính mô men uốn tàu sóng ( WBM ) Áp dụng công thức: WBM b B L2,5 10 3 Ổn định tàu & Vận chuyển hàng hóa tàu biển Page: 8/9 Đại Học GTVT TP Hồ Chí Minh / Khoa Hàng Hải Not official * WBM hogging 9,795 30 200 2,5 10 3 166228 (T M ) * WBM sagging 11,02 30 200 2,5 10 3 187017 (T M ) Tổng mô men uốn ( TBM ) TBM hogging = WBM hogging + SWBM hogging = 166 228 + 17 350 = 183 578 (T-M) TBM sagging = WBM sagging - SWBM hogging = 187 017 - 17 350 = 169 667 (T-M) Kết luận (a) Tổng mô men uốn dọc đối cho trường hợp đỉnh sóng chuẩn nằm tàu là: 183 578 mét (b) Tổng mô men uốn dọc đối cho trường hợp bụng sóng chuẩn nằm tàu là: 169 667tấn mét II.4 Phương pháp tính sức bến thân tàu tàu thực tế Ổn định tàu & Vận chuyển hàng hóa tàu biển Page: 9/9 ... Ch Minh / Khoa Hàng Hải Not official Việc t ch rời giả thiết, nên mặt tiếp giáp ( mặt cắt) xuất lực nhằm ch ng lại d ch chuyển đoạn Vậy có ch nh l ch tải vị trí cục thân tàu đồng nghĩa với việc... uốn tàu ch u ảnh hưởng sóng Khi sử dụng phương pháp Murray’s mô men uốn sóng tàu tạo sóng trường hợp sóng tác động lên tàu gọi “sóng chuẩn-standard wave” “ Sóng chuẩn” sóng có chiều dài chiều dài... định tàu & Vận chuyển hàng hóa tàu biển Page: 2/9 Đại Học GTVT TP Hồ Ch Minh / Khoa Hàng Hải Ổn định tàu & Vận chuyển hàng hóa tàu biển Not official Page: 3/9 Đại Học GTVT TP Hồ Ch Minh / Khoa