Nghiên cứu, ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn vào kiểm tra độ bền của dàn boong chính tàu chở container (tt)

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác Tôi xin cam đoan thông tin trích dẫn luận văn đƣợc rõ nguồn gốc Hải Phòng, ngày … tháng … năm 2015 Tác giả KS Hoàng Trung Sơn i LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ đƣợc hoàn thành năm 2015 Trƣờng Đại học Hàng hải Việt Nam Trong trình thực luận văn, nhận đƣợc giúp đỡ nhiệt tình từ gia đình, bạn bè, thầy cô giáo Viện đào tạo Sau Đại học, đồng nghiệp Khoa Đóng tàu Trƣờng Đại học Hàng hải Việt Nam Trong đó, không kể đến vai trò quan trọng PGS.TS Phạm Tiến Tỉnh, ngƣời tận tình giúp đỡ tiến hành nghiên cứu hoàn thành luận văn Do thời gian nghiên cứu làm Luận văn không dài, kiến thức nhƣ nguồn thông tin hạn chế, Luận văn không tránh khỏi thiếu sót định Vì vậy, mong nhận đƣợc góp ý, nhận xét thầy cô giáo, đồng nghiệp bạn học viên để Luận văn đƣợc hoàn thiện Xin trân trọng cảm ơn Hải Phòng, ngày … tháng … năm 2015 Tác giả KS Hoàng Trung Sơn ii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC KÝ HIỆU vi DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC BẢNG, SƠ ĐỒ viii DANH MỤC HÌNH ix MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu đề tài 3.1 Đối tƣợng nghiên cứu đề tài 3.2 Phạm vi nghiên cứu đề tài Nội dung nghiên cứu đề tài Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 5.1 Ý nghĩa khoa học đề tài 5.2 Ý nghĩa thực tiễn đề tài CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ KIỂM TRA ĐỘ BỀN KẾT CẤU THÂN TÀU BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 1.1 Tổng quan phƣơng pháp phần tử hữu hạn 1.1.1 Lịch sử phát triển phƣơng pháp phần tử hữu hạn 1.1.2 Ƣu điểm phƣơng pháp phần tử hữu hạn 1.2 Cơ sở lý thuyết phƣơng pháp phần tử hữu hạn phân tích kết cấu 1.2.1 Xấp xỉ phần tử hữu hạn 1.2.2 Nút hình học phần tử hữu hạn iii 1.2.3 Quy tắc chia miền thành phần tử 1.2.4 Các dạng phần tử hữu hạn 1.2.5 Phần tử quy chiếu, phần tử thực 1.2.6 Một số dạng phần tử quy chiếu 1.2.7 Lực, chuyển vị, biến dạng ứng suất 10 1.2.8 Nguyên lý cực tiểu hóa toàn phần 11 1.2.9 Mô hình toán dàn phẳng 12 1.2.10 Phân tích phần tử hữu hạn mô hình hóa môđun vỏ tàu 13 1.2.11 Sơ đồ tính toán phƣơng pháp phần tử hữu hạn 22 1.3 Tình hình nghiên cứu tính toán kiểm tra độ bền thân tàu phƣơng pháp phần tử hữu hạn 24 1.3.1 Tình hình nghiên cứu giới 24 1.3.2 Tình hình nghiên cứu nƣớc 25 1.4 Phân tích, lựa chọn phần mềm 26 CHƢƠNG 2: MÔ HÌNH TÍNH TOÁN KIỂM TRA ĐỘ BỀN DÀN BOONG CHÍNH TÀU THỦY 30 2.1 Mô hình tính toán toán phân tích kết cấu thân tàu 30 2.1.1 Mô hình tổng thể 30 2.1.2 Phân tích độ bền chung 30 2.1.3 Phân tích độ bền cục 31 2.2 Mô hình tải trọng tác dụng lên dàn boong 32 2.3 Mô hình liên kết dàn boong 35 2.4 Tiêu chuẩn đánh giá kiểm tra bền cục 36 2.5 Tính toán kiểm tra kết cấu dàn boong theo phƣơng pháp phần tử hữu hạn 36 2.5.1 Mô hình hóa 36 2.5.2 Thiết lập ma trận độ cứng phần tử - Ma trận độ cứng chung 38 2.5.3 Xác định tải trọng, điều kiện biên toán 40 iv 2.5.4 Thiết lập giải hệ phƣơng trình phần tử hữu hạn 41 CHƢƠNG 3: KIỂM TRA ĐỘ BỀN DÀN BOONG CHÍNH TÀU CHỞ CONTAINER 700 TEU BẰNG PHẦN MỀM ANSYS 43 3.1 Mô hình tính toán kiểm tra bền dàn boong cho tàu chở container 700 TEU 43 3.1.1 Thông số chủ yếu tàu chở container 700 TEU 43 3.1.2 Sơ đồ kết cấu dàn boong khoang hàng 43 3.1.3 Vật liệu dàn boong khoang hàng 46 3.1.4 Mô hình tải trọng 47 3.1.5 Mô hình liên kết 50 3.2 Kiểm tra độ bền dàn boong tàu chở container 700 TEU phần mềm ANSYS 50 3.2.1 Các bƣớc để thực tính toán phân tích kết cấu phần mềm ANSYS 50 3.2.2 Lựa chọn thiết lập thông số hình học 50 3.2.3 Xây dựng mô hình hình học 52 3.2.4 Thiết lập mô hình phần tử hữu hạn 55 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62 Kết luận 62 Kiến nghị 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 v DANH MỤC KÝ HIỆU Ký hiệu E G  ch  p v Đơn vị Giải thích [kN/m] Mô đun đàn hồi pháp tuyến [kN/m2] Mô đun đàn hồi trƣợt [kN/m2] Ứng suất giới hạn chảy vật liệu Hệ số poisson vật liệu [N/m ] Áp suất tĩnh [m/s] Vận tốc tàu vi DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Giải thích PTHH Phần tử hữu hạn vii DANH MỤC BẢNG, SƠ ĐỒ Bảng Tên bảng Trang Bảng 2.1 Trị số a b 35 Bảng 2.2 Trị số tối thiểu h 35 viii DANH MỤC HÌNH Hình Tên hình Trang Hình 1.1 Các dạng biên chung phần tử Hình 1.2 Phần tử quy chiếu phần tử thực tam Hình 1.3 Các phần tử điển hình môđun thân vỏ 17 Hình 1.4 Mô hình vỏ tàu biển 18 Hình 1.5 Vị trí đoạn phần tử (strakes) 19 Hình 1.6 Phân đoạn phần tử đáy đôi 20 Hình 1.7 Các môđun đoạn phần tử 21 Hình 1.8 Siêu phần tử vách ngang điển hình 21 Hình 1.9 Sơ đồ khối chƣơng trình phần tử hữu hạn 23 Hình 1.10 Giao diện phần mềm ANSYS 28 Hình 1.11 Trình tự giải toán ANSYS 29 Hình 2.1 Mô hình uốn thân tàu nƣớc tĩnh 32 Hình 2.2 Đo khoảng cách y 34 Hình 2.3 Phần tử dầm ghép 39 Hình 2.4 Sử dụng phần tử dầm ghép 39 Hình 2.5 Lực phân bố 42 Hình 2.6 Lực phân bố bậc 43 Hình 3.1 Kết cấu dàn boong khoang hàng số 39 Hình 3.2 Mặt cắt ngang sƣờn thƣờng khoang hàng 40 ix Hình 3.3 Mặt cắt ngang sƣờn khỏe khoang hàng 41 Hình 3.4 Sơ đồ xếp hàng tàu 700 TEU 43 Hình 3.5 Modun phân tích kết cấu Static Structural 46 Hình 3.6 Lựa chọn đặc trƣng vật liệu 47 Hình 3.7 Thiết lập thông số cho phần mô hình học 47 Hình 3.8 Màn hình làm việc phần mô hình học 48 Hình 3.9 Kết cấu phân đoạn hoàn thiện 49 Hình 3.10 Lựa chọn hệ đơn vị phân tích kết cấu 50 Hình 3.11 Gán vật liệu cho đối tƣợng kết cấu 51 Hình 3.12 Định nghĩa liên kết 51 Hình 3.13 Lƣới phần tử phân đoạn 52 Hình 3.14 Mô hình liên kết phân đoạn 54 Hình 3.15 Phân bố ứng suất 55 Hình 3.16 Kết phân tích 56 x ... phƣơng trình phần tử hữu hạn 41 CHƢƠNG 3: KIỂM TRA ĐỘ BỀN DÀN BOONG CHÍNH TÀU CHỞ CONTAINER 700 TEU BẰNG PHẦN MỀM ANSYS 43 3.1 Mô hình tính toán kiểm tra bền dàn boong cho tàu chở container. .. TỔNG QUAN VỀ KIỂM TRA ĐỘ BỀN KẾT CẤU THÂN TÀU BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 1.1 Tổng quan phƣơng pháp phần tử hữu hạn 1.1.1 Lịch sử phát triển phƣơng pháp phần tử hữu hạn 1.1.2... điểm phƣơng pháp phần tử hữu hạn 1.2 Cơ sở lý thuyết phƣơng pháp phần tử hữu hạn phân tích kết cấu 1.2.1 Xấp xỉ phần tử hữu hạn 1.2.2 Nút hình học phần tử hữu hạn