bài giảng sức bền thân tàu

Để đảm bảo tàu hoạt động an toàn, tin cậy điều kiện khai thác thực tế, đòi hỏi kết cấu thân tàu phải đáp ứng yêu cầu cụ thể Kết cấu phải đủ bền để không bò nứt, vỡ hay phá sau :hủy Kết cấu phải đủ cứng để đảm bảo không bò biến dạng mức cho phép Kết cấu phải ổn đònh để giữ hình dạng ban đầu Tăng kích thước kết cấu sử dụng vật liệu tốt dễ đáp ứng yêu cầu làm tăng giá thành ảnh hưởng xấu đến tính tàu tăng Để lượng giải vấn đề cần tính độ bền nhằm xác khối đònh ứng suất biến dạng, sở để đánh giá mức độ an toàn kết cấu thân tàu thực tế  Do toán độ bền có vai trò quan trọng thiết kế chế tạo tàu, nhằm giải hai toán  Bài toán: thuận : đánh giá độ bền kết cấu tàu cụ thể nhằm đảm bảo kết cấu đủ bền để tàu hoạt động toàn tin cậy tác dụng ngoại lực  Bài an toán ngược : xác đònh hình dạng kích thước kết cấu thân tàu cách hợp lý sở đảm bảo đủ độ bền kết cấu thân tàu với chi phí vật liệu thấp  Do kết cấu thân tàu gồm nhiều loại hình kết cấu chòu tác dụng ngoại lực phức tạp nên phân tích độ bền thân Tùy theo đặc điểm mô hình tính, chia toán phân tích độ bền thân tàu thành hai nhóm sau 1.1.Phân tích độ bền kết cấu thân tàu theo mô hình tổng thể Theo mô hình này, toàn thân tàu xem hệ kết cấu không gian đặt đàn hồi, gồm nhiều loại hình kết cấu thanh, dầm, tấm, vỏ v v… liên kết với Điều kiện biên xây dựng sở xem tàu vật đàn hồi nằm cân tác dụng Môthể hình thể xác tình trạng làm việc trọng lượng tải trọng tàu phản lực thực tế kết cấu thân tàu làm tăng số lượng lực đẩy ẩn phương trình tắc lên nhiều y z O x 1.1.2.Phân tích độ bền kết cấu thân tàu theo mô hình ước đònh  Theo mô hình này, toàn thân tàu mô dạng thành mỏng đặt đàn hồi chòu tác dụng lực tương ứng lực tác dụng lên thân Khi đó, toán phân tích độ bền thân tàu chia tàu thành hai toán 1.Phân tích độ bền chung  Xem toàn thân tàu tương đương đặt đàn hồi để xác đònh ứng suất biến dạng xuất mặt cắt ngang kết cấu thân tàu, tác dụng ngoại lực thẳng đứng, Kếttrọng tính lực cho giá trò ứng suất tàu bò uốn chung σ1 gồm lực 2.Phân tích độ bền cục Là toán xác đònh ứng suất biến dạng xuất kết cấu thân tàu ảnh hưởng ngoại lực tác dụng riêng lên kết cấu xét Giải toán độ bền cục dẫn đến giải toán học kết cấu thân tàu cụ thể kết cho giá trò ứng cục suất σitại (i =một 2, 3, ) Giásuất trò ứng điểm kết cấu thân tàu xác đònh sở tổng hợp kết toán tính độ bền chung toán tính độ bền cục : k ∑ σi i =2 Mô hình tổng thể cho kết sát thực tế bảo toàn tính chất vật lý học kết cấu mức độ cao đòi hỏi nhiều điều kiện công Môtính hìnhtoán ước đònh đơn giản xác mô hình sức tính đơn giản dễ giải không phản ánh hết đặc điểm kết cấu thực tế, phức tạp khó giải xác hạn chế độ tin cậy kết tính Trong điều kiện nước ta nên thực theo mô hình tính ước đònh sở chia trình tính độ bền thân tàu thành toán độ bền chung độ bền cục trình tính theo mô hình không nhiều mô tổng thể Nhờ sựhình phát triển phương pháp tính, phương pháp phần tử hữu hạn cho phép tính độ bền kết cấu thân tàu theo mô hình tổng thể mô hình phức tạp  Phương pháp phần tử hữu hạn xây dựng sở chia nhỏ kết cấu thân tàu thành số hữu hạn phần tử đơn giản dầm, tấm, vỏ v v phần tử lại liên kết với phần tử khác qua số nút để tính ứng suất biến dạng kết So với mô hình ước đònh, mô hình tính tổng thể theo phương cấu pháp phần tử hữu hạn thể xác đặc điểm làm việc thực tế kết cấu nên kết tin cậy Có thể tóm tắt trình tính độ bền thân tàu theo mô hình ước đònh mô hình tổng thể sơ đồ hình 1.1 THÔNG TIN VỀ TÀU KẾT CẤU TÀU Phân tích độ bền thân tàu theo mô hình tổng thể σ1 σi Phân tích độ bền chung KCTT chòu uốn, nén xoắn Phân tích độ bền cục KCTT đáy, boong, mạn, sườn ngang, vỏ σ = σ1 + Đánh giá độ bền kết cấu thân tàu Phân tích độ bền chung toán xác đònh ứng suất biến dạng xuất kết cấu thân tàu tác dụng ngoại lực thẳng đứng không tính đến ngoại lực tác dụng ngang lực đẩy chân vòt, lực cản môi trường v…v… ứng suất  Do ngoại lực tác thẳng đứng phânlớn, bố uốn lực ngang gâydụng kết cấu không không dọc chiều dài tàu nên kết cấu thân tàu có thểđều bỏ qua bò uốn, xoắn chí bò uốn xoắn đồng thời trình uốn dọc tàu có ảnh hưởng lớn đến độ bền kết cấu nên toán độ bền chung thường dẫn đến việc xác đònh Khi đó, thân tàu dạng vỏxoắn mỏng với uốn, kết ứng suấtkết uốncấu chung, toán cấu gia cường thành mỏng xoắn đồng thờibên khảo sát xem độc lập trình uốn với mặt cắt ngang có đặc điểm hình học khác nhau, chòu tác dụng lực thẳng đứng, tương ứng ngoại lực tác dụng lên tàu áp lực nước, trọng lượng tàu, trọng lượng hàng hóa trang thiết  Đối với uốntoán dọc uốn thânchung tàu, thân cần phân bò tàu … trình tàu có biệt hai trường : uốn tương đương thể đưa hợp toán 2.1.1.Tàu nằm cân nước tónh Khi tàu nước tónh, giống tương đương đặt nằm gối đỡ, ngoại lực tác dụng lên tàu thay đổi theo chiều dài nên kết tàu bò uốn dọc Ví dụ trình uốn chung thân tàu tương đương mô tả 1700 hình vẽ 1400 1800 1200 200 1000 1100 100 taán 1500 300 taán 2000 100 taán 200 taán 1700 900 100 taán 200 taán 300 taán 200 taán 200 Hình 3.1 : Mô hình uốn thân tàu nước tónh Kết giải toán phân tích độ bền thân tàu hay tương đương cho phép xác đònh quy luật phân bố mômen uốn Mt lực cắt Nt tàu nước tónh  Giá trò ứng suất cho phép nói xem tiêu chuẩn để đánh giá độ bền thân tàu vấn đề quan trọng đặt cách tính giá trò ứng suất cho phép phận kết cấu, tính tỷ số giá trò ứng suất giới hạn nguy hiểm σgh hệ số an toàn n  Giá trò ứng suất giới hạn σgh xác đònh cho loại vật liệu chế tạo kết cấu khác giá trò giới hạn chảy (Yield), giới hạn mỏi (Fatigue) giá trò ứng suất giới hạn (ứng suất Ơle) trường hợp đánh giá tính ổn  Riêng đa số loại tàu, tàu vận tải gồm đònh (Buckling) tàu chở hàng khô tàu dầu tiêu chuẩn độ bền thân tàu thường xem xét dạng giá trò ứng suất cho phép [σ], tỷ số giá trò ứng suất xuất kết cấu xét giới hạn chảy vật liệu σY  Yêu cầu độ bền kết cấu thân tàu thể dạng điều kiện giá trò môđun chống uốn W mặt cắt ngang thân tàu sau : 5.2.CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA ĐỘ BỀN KẾT CẤU THÂN TÀU  Theo quy đònh Quy phạm nước, sau xác đònh tiêu chuẩn bền thích hợp cần kiểm tra đánh giá độ bền kết cấu thân tàu trường hợp cụ thể sau  Kiểm tra theo giá trò ứng suất pháp ứng suất tiếp uốn chung thân tàu gây  Kiểm tra theo giá trò ứng suất pháp tổng hợp Kiểm tra theo giá trò mômen giới hạn 5.2.1.Kiểm tra độ bền theo giá trò ứng suất cho phép 1.Kiểm tra độ bền chung 2.Kiểm tra độ bền cục Kiểm tra độ bền cục theo ứng suất cho phép thực cách so sánh giá trò ứng suất cục xuất kết cấu với giá trò ứng suất cho phép, tính theo ứng suất chảy vật liệu Trong tất trường hợp, cần kiểm tra độ bền chung kết cấu thân tàu ba mặt cắt ngang dự đoán xuất giá trò ứng suất lớn mặt cắt tàu, vách ngăn cuối kiến trúc thượng tầng vò trí thay đổi khung xương 5.2.2.Kiểm tra độ bền theo giá trò mômen giới hạn  Kiểm tra độ bền kết cấu tàu theo giá trò mômen giới hạn M gh thực cách so sánh giá trò mômen uốn lớn tác dụng lên kết cấu thân tàu với giá trò mômen uốn giới hạn, mômen uốn mà tác dụng lên tàu gây mép này, tương giá đương vỏ đáy boong  Với đònh nghóa trò(lớp mômen uốn giới hạn xác đònh MCN xét): ứng suất giới hạn chảy vật liệu theo công thức  Nếu có Mgh tính hệ số n = Mgh/Mmax hệ số an toàn hay hệ số dự trữ bền nên thực chất việc kiểm tra theo mômen uốn giới hạn dẫn đến việc tính hệ số an toàn n đảm bảo giá trò không nhỏ giá trò giới hạn cho, nhằm đảm bảo kết cấu thân tàu có lượng dự trữ tự  Giákhi tròbò giới hạn hệ số an toàn n quy đònh Quy phạm nhiên uốn chung cho loại tàu cụ thể  Do giá trò Mmax tính toán độ bền chung nên để xác đònh n cần phải tính Mgh , tức cần tính Wgh tương đương chòu tácnày dụngcó mômen mômen giới hạn số dầm  Điều nghóa uốn cần tính lại thông tương đương MCN xét, tác dụng M gh giá trò ứng suất uốn kết cấu có MCN tương đương khác Quá tính bền dẫn đến mấtđược ổn đònh kết cấutựcũng  trìnhchung, tính tươngsự đương thựccủa tương khác cầnbền tính lại toán nên tính độ chung sở xuất phát giá trò mômen uốn tác dụng toán chung mà giá trò ứng suất xuất vò trí xa trục trung hòa  Từgiới giá hạn trò ứng suất chảy vậtnày, liệu.cùng nhận xét biểu đồ phân bố ứng suất pháp theo chiều đứng MCN gần tuyến tính tính giá trò ứng suất xuất kết cấu (hình 5.3) nằm boong đáy tàu theo công thức thể mối quan hệ tuyến tính sau : Quá trình tính thường thực dạng bảng theo trình tự sau : hệ số tham gia kết cấu 1.Tính Tính giá trò ứng suất σi kết cấu thứ i xét theo công thức giá trò ứng suất nén kết cấu lớn giá trò ứng suất Ơle tính hệ số tham gia ϕ sau :  Sử dụng kết tính để tính giá trò môđun chống uốn Wgh bảng 5.9, ghi tất kết cấu chòu nén hiệu chỉnh với hệ số tham gia ϕ < lấy từ bảng 5.8 Từ kết bảng, tiến hành tính yếu tố dầm tương đương sau : 5.2.3.Kiểm tra độ bền kết cấu thân tàu theo giá trò ứng suất pháp tổng hợp 1.Điều kiện kiểm tra 2.Phân loại kết cấu Tùy số lượng thành phần ứng suất pháp xuất phân kết cấu tàu thành nhóm 4.Vấn đề tổng hợp ứng suất Như trình bày, độ bền kết cấu thân tàu thường đánh giá theo ứng suất tổng hợp Trong trường hợp tổng quát, giá trò ứng suất tổng hợp nói gồm bốn thành phần - Ứng suất σ1 uốn chung toàn kết cấu thân tàu - Ứng suất σ2 uốn cục kết cấu khung giàn tàu - Ứùng suất σ3 uốn cục nẹp Do cứng sau tinh giá trò thành phần ứng suất uốn dọckhi tàu chung uốn cục nói thực cộng thành - Ứng suấtở σ4 trên, uốn cụchiện phần ứng suất để đánh giá độ bền kết cấu khoang, thường giả thiết ứng suất uốn chung dài khoang không - chiều Cộng ứng suất cho kết đổi cấu loại hai Trong phạm vi khoang, tiến hành cộng ứng suất cho kết cấu loại hai hai vò trí MCN : - Tại điểm khoang - Cộng ứng suất cho kết cấu loại bốn : vò trí cộng ứng suất kết cấu loại bốn tương tự ... cấu thân tàu cách hợp lý sở đảm bảo đủ độ bền kết cấu thân tàu với chi phí vật liệu thấp  Do kết cấu thân tàu gồm nhiều loại hình kết cấu chòu tác dụng ngoại lực phức tạp nên phân tích độ bền thân. .. trình tính độ bền thân tàu theo mô hình ước đònh mô hình tổng thể sơ đồ hình 1.1 THÔNG TIN VỀ TÀU KẾT CẤU TÀU Phân tích độ bền thân tàu theo mô hình tổng thể σ1 σi Phân tích độ bền chung KCTT... độ bền kết cấu thân tàu theo mô hình ước đònh  Theo mô hình này, toàn thân tàu mô dạng thành mỏng đặt đàn hồi chòu tác dụng lực tương ứng lực tác dụng lên thân Khi đó, toán phân tích độ bền thân