Đây là bài tập lớn mẫu tính toán sức bên thân tàu thủy ở từng trạng thái cụ thể. Bài này được tính cho tàu hàng khô 2000T, đồng thời từ bài này có thể dựa theo quy trình tính toán để tính sức bền cho các tàu tương tự.
BÀI TẬP LỚN SỨC BỀN THÂN TÀU Lời Mở Đầu Đóng tàu vận tải biển ngành cơng nghiệp quan trọng giới nói chung nước ta nói riêng Hàng năm có nhiều tai nạn biển xảy gây thiệt hại lớn người tài sản , tai nạn chủ yếu thiên tai mà tàu gặp phải biển thiên tai khó tránh khỏi thiệt hại thiên tai hồn tồn giảm nhẹ được, ví dụ cách bố trí hàng hóa, thuyền viên… tàu cách hợp lý giúp cho tàu tránh trạng thái nguy hiểm ứng suất, lực cắt, mômen uốn… Môn Lý thuyết tàu mơn sở ngành cho chúng em hiểu đường hình, đặc điểm, đặc tính, tính chất tàu, môn Kết cấu thân tàu hướng chúng em đến kết cấu, liên kết chi tiết cụ thể tàu Cịn mơn Sức bền thân tàu góp phần giải vấn đề tính an tịan tàu đủ an toàn tránh trường hợp nguy hiểm có sóng, tàu lằm đỉnh sóng hay tàu lằm đáy sóng gây ứng suất cụ nguy hiểm Vì mơn Sức bền thân tàu giải phần vấn đề an tồn cho biết cách bố trí hàng hóa mức độ nguy hiểm Môn Sức bền thân tàu góp phần cho chúng em hiểu rõ đóng tàu an toàn tiết kiệm Em xin cảm ơn thầy Đỗ Quang Thắng tận tình giảng dạy hướng dẫn để em hoàn thành tập lớn Mặc dù có nhiều cố gắng trình độ thời gian có hạn nên sai sót điều khó tránh khỏi, nên em mong thông cảm chỉnh sửa cho em Em xin chân thành cảm ơn./ Sinh viên thực Trang BÀI TẬP LỚN SỨC BỀN THÂN TÀU A Thông số tàu mẫu: Tàu hàng khô 2000T: Chiều dài lớn : Lmax = 70 m Chiều dài thiết kế : Ltk = 67 m Chiều cao : H = 5.4 m Chiều rộng tàu : B = 10.8 m Trọng lượng vỏ : Pv = 650T Hoành độ trọng tâm vỏ xv = -2.5 m Trường hợp tính tốn số 4: 25% hàng hóa, 50% dự trữ, 25% dằn B Kích thước tàu thiết kế: Tàu hàng khô 2000T (Ltk= 76m, B = 12m, H = 6m) C Phân bố tải trọng: Khối lượng máy móc Hàng hóa Trọng lượng thủy thủ Trọng lượng nước dằn Dự trữ : 40T : 2000T : 2T : 200T : 100T (Sườn 1- Sườn 4) (Sườn – Sườn 17) (Sườn – Sườn 5) (Sườn – Sườn 19) (S1-S4 S17- S20) D Các hệ số so với tàu mẫu: kl L 76 1.08 Lm 70 kb B 12 1.11 Bm 10.8 kH H 1.11 H m 5.4 Trang BÀI TẬP LỚN SỨC BỀN THÂN TÀU Phần I: Cân Bằng Tàu Trên Nước Tĩnh I Phân bố tải trọng sườn Tàu có lm=76(m) chia thành 20 khoảng sườn -Trước tiên để vẽ đường phân bố trọng lượng vỏ tàu ta phải xác định thông số sau: Pv 650 P m 20 1.18 20 38.35 Pv 650 0.427 13.88 Po m0 20 20 Pv 650 P1 m1 20 0.907 20 29.48 Trong đó: Ta chọn Pv trọng lượng vỏ tàu m, m0 , m1 hệ số chọn theo thực ngiệm m=1.18 (theo đề nghị nhà đóng tàu Nga) Xác định m0, m1 theo biểu thức sau: m0 = 0.667 + 0.365ξk = 0.667+0.365 x (-0.658) = 0.427 m1 = 0.667 - 0.365ξk = 0.667-0.365 x (-0.658)= 0.907 đó: ξ - tỉ số hoành độ trọng tâm vỏ tàu x v khoảng sườn lý thuyết L k L 76 3.8m 20 20 xv 2.5 0.658 L 3.8 Các chiều cao bậc thang , tàu xác định theo công thức: P Po 38.35 13.88 4.0783 P P1 38.35 29.48 1.4783 6 - Vẽ đường phân bố trọng lượng vỏ tàu theo phương pháp gần Theo phương pháp đường phân bố trọng lượng vỏ tàu lập dạng đường bậc thang với giá trị lớn đường bậc thang tương ứng với vị trí tập trung trọng lường vỏ tàu lớn Đồng thời trọng lượng tàu phạm vi tàu có trọng lượng không đổi phân bố khoảng sườn, với chiều dài đoạn phân bố phụ thuộc vào hệ số đầy hệ số lăng trụ tàu Trang BÀI TẬP LỚN SỨC BỀN THÂN TÀU - Bảng phân bố khối lượng vỏ tàu theo khoảng sườn dựa theo số liệu sau P = 38.35 tấn; P1 = 29.48 tấn; P0 = 13.88 tấn; δ0 = 4.07; δ1 = 1.47; ξk = -0.658 Khoảng sườn S0-1 S1–2 S2–3 S3–4 S4–5 S5–6 S6–7 S7–8 S8–9 S – 10 S 10 – 11 S 11 – 12 S 12 – 13 S 12 – 14 S 14 – 15 S 15 – 16 S 16 – 17 S 17 – 18 S 18 – 19 S 19 – 20 Tổng tải trọng(tấn) Tải trọng vỏ tàu(tấn) 29,48 30,95 32,42 33,89 35,36 36,83 38,35 38,35 38,35 38,35 38,35 38,35 38,35 38,35 34,23 30,16 26,09 22,02 17,95 13,88 650.06 Bảng phân bố tải trọng vỏ tàu theo khoảng sườn - Từ số liệu ta dùng Ms Excel để lược đồ phân bố khối lượng vỏ tàu theo phương pháp gần đúng( hình thang) Trọng lượng vỏ tàu đoạn tàu có giá trị không đổ phân bố khoảng sườn, với chiều dài đoạn phân bố phụ thuộc vào số đầy thể tích hệ số lăng trụ tàu Đường phân bố trọng lượng vỏ tàu phân bố theo tàu có dạng béo đầy đoạn thẳng phân bố Trang BÀI TẬP LỚN SỨC BỀN THÂN TÀU Biểu đồ phân bố trọng lượng vỏ tàu theo khoảng sườn -Vẽ biểu đồ phân bố lượng tải trọng tàu: Trường hợp tải trọng đề cho: 25% hàng hóa; 50% dự trữ; 25% dằn Trang BÀI TẬP LỚN SỨC BỀN THÂN TÀU Từ bảng ta tính tọa độ trọng tâm tàu: n xg p x i i 1 P i 4.45 390.5853 1.14m 1291.953 Biểu đồ phân bố trọng lượng máy móc theo khoảng sườn Trọng lượng máy móc 40 Tấn phân bố từ S1-S4, nên ta có biểu đồ sau: Trang BÀI TẬP LỚN SỨC BỀN THÂN TÀU Biểu đồ phân bố trọng lượng hàng hóa theo khoảng sườn Tàu có khối lường hàng hóa 25%*2000T = 500T, phân bố từ S4-S17 Biểu đồ phân bố trọng lượng dằn theo khoảng sườn Tàu có tải trọng dằn 25%*200T = 50T, phân bố từ sườn S4-S19, nên ta phân bố sau: Trang BÀI TẬP LỚN SỨC BỀN THÂN TÀU Biểu đồ phân bố trọng lượng thủy thủ theo khoảng sườn Tàu có tải trọng thủy thủ 2T, phân bố từ S2-S5, nên ta phân bố sau: Biểu đồ phân bố trọng lượng dự trữ theo khoảng sườn Tàu có tải trọng dự trữ 50%*100T = 50T, phân bố từ sườn (S1-S4) (S17-S20), nên ta phân bố sau: Trang BÀI TẬP LỚN SỨC BỀN THÂN TÀU Từ ta vẽ biểu đồ phân bố tổng tải trọng phân bố lên khoảng sườn cho toàn tàu: Trang BÀI TẬP LỚN SỨC BỀN THÂN TÀU II Xác định đường phân bố lực theo chiều dài tàu tàu nằm cân nước tĩnh 1.Cân dọc tàu nước tĩnh Để tàu cân nước cần thỏa mãn điều kiện lực mômen tác dụng lên tàu sau: P D x g xc Từ kết P=1291.953 tấn, sử dụng đồ thị đường cong thủy tĩnh tàu ta xác định thông số sau: (sau đo tàu mẫu ta nhân với hệ số kb, kh tương ứng số liệu tàu thiết kế) Các tỉ lệ xích đồ thị thủy tĩnh: S: mm = 1m2; V: 1mm = 1m3; D: 1mm = tấn; Α,β,δ: 100 mm = 1; xf : 1mm = 0.001m xc: 1mm = 0.001m Zc: 1mm = 0.001m R : mm = 0.1 m Phần ta tính tổng tải trọng tác dụng lên tàu P = 1291.953 Theo tỷ lệ D: 1mm = nên vẽ ta lấy D đoạn 1291.953 mm Trang 10 BÀI TẬP LỚN SỨC BỀN THÂN TÀU Trang 29 BÀI TẬP LỚN SỨC BỀN THÂN TÀU B CÂN BẰNG TÀU DƯỚI ĐÁY SÓNG Từ số liệu phần A ta vẽ prophin sóng tàu nằm đáy sóng Trang 30 BÀI TẬP LỚN SỨC BỀN THÂN TÀU Đây prophin tàu theo lý thuyết nhiên thực tế mạn tàu khơng vng góc với mặt nước nên phải có đoạn hiệu chỉnh e Với Như ta phải nâng đường prophin lên đoạn 0.64m Trang 31 BÀI TẬP LỚN SỨC BỀN THÂN TÀU Sau hiệu chỉnh e xong ta tính bảng cân tàu đáy sóng: ωt*k (2)*(3) (4) Diện tích sóng thiết kế (5) Hiệu hai diện tích ωs-ωt (5)-(2) (6) -10 0 0 3.47 -9 -31.23 15.237 11.767 -105.903 953.127 8.22 -8 -65.76 21.669 13.449 -107.592 860.736 13.47 -7 -94.29 25.775 12.305 -86.135 602.945 19.33 -6 -115.98 25.588 6.258 -37.548 225.288 23.7 -5 -118.5 23.669 -0.031 0.155 -0.775 25.02 -4 -100.08 18.389 -6.631 26.524 -106.096 24.57 -3 -73.71 12.592 -11.978 35.934 -107.802 23.98 -2 -47.96 8.106 -15.874 31.748 -63.496 23.49 -1 -23.49 4.903 -18.587 18.587 -18.587 10 22.99 0 4.003 -18.987 0 11 22.5 22.5 4.236 -18.264 -18.264 -18.264 12 22.01 44.02 6.207 -15.803 -31.606 -63.212 13 21.51 64.53 9.524 -11.986 -35.958 -107.874 14 21.14 84.56 14.215 -6.925 -27.7 -110.8 15 19.8 99 19.596 -0.204 -1.02 -5.1 16 16.34 98.04 22.571 6.231 37.386 224.316 17 11.06 77.42 21.304 10.244 71.708 501.956 18 6.52 52.16 17.301 10.781 86.248 689.984 19 2.96 26.64 10.288 7.328 65.952 593.568 20 10 0 0 Tổng Σ’ 332.08 -102.13 285.173 -46.907 -77.484 4049.91 332.72 -101.49 -46.267 -76.844 4050.55 Số thứ tự sườn lý thuyết (1) Diện tích mặt cắt ngang nước tĩnh (2) Hệ số cánh tay đòn (3) 0 (ωs-ωt)*k (6)*(3) (7)) (ωs-ωt)*k2 (8) Hiệu chỉnh ε Σ = Σ’-e Trang 32 BÀI TẬP LỚN SỨC BỀN THÂN TÀU Từ bảng ta thay giá trị vào hệ phương trình sau đây: Trong đó: L/2 V= w( x)dx L( w0 +w1 + w2 +…+ wn - L / wo wn ) = 1083.657 (m3) Xc = 0.376(m) Giải hệ phương trình ta kết sau: Sau hiệu chỉnh prophin sóng theo đáy sóng ta prophin sóng tàu cân Vẽ prophin xong ta đo diện tích mặt đường nước tình bảng tính sau: Trang 33 BÀI TẬP LỚN SỨC BỀN THÂN TÀU Từ bảng tính ta vẽ biểu đồ sau đây: Trang 34 BÀI TẬP LỚN SỨC BỀN THÂN TÀU Trang 35 BÀI TẬP LỚN SỨC BỀN THÂN TÀU PHẦN III KIỂM TRA ĐỘ BỀN CHUNG THÂN TÀU A XÁC ĐỊNH ỨNG SUẤT PHÁP Dựa vào mặt cắt ngang ta tính ứng suất pháp Bước 1: Chọn trục so sánh Bước 2: Tính yếu tố mặt cắt ngang dầm tương đương theo công thức sau: Trang 36 BÀI TẬP LỚN SỨC BỀN THÂN TÀU Với giả thiết mặt cắt ngang tàu đói xứng qua trục OZ ta có: Trong đó: Z0 khoảng cách trục so sánh trục trung hòa Zi khoảng cách từ trọng tâm kết cấu I đến trục so sánh Fi diện tích mặt cắt ngang chi tiết thứ I có mặt cắt ngang dầm tương đương I0i moment quán tính riêng diện tích mặt cắt ngang kết cấu xét FiZ20 moment quán tính chuyển dời từ trục so sánh kết cấu xét đến trục trung hịa Vị trí so sánh khơng ảnh hưởng đến kết tính nên thuận lợi ta chọn trục so sánh nằm mặt cắt ngang tính tốn tốt gần trục trung hòa dự kến Từ thiết diện mặt cắt ngang tàu mẫu ta phải suy chi tiết mặt cắt ngang tàu thiết kế Dầm dọc mạn T(100x10/250x8)(số lượng chi tiết) Sau nhân với tỉ lệ tàu thiết kế(kb = 1.11, kh=1.11) Ta có kích thước dầm dọc tàu thiết kế : T(111x11.1/277.5x8.88) Diện tích: 3696.3 mm2 (x2) Trang 37 BÀI TẬP LỚN SỨC BỀN THÂN TÀU Moment quán tính riêng phần diện tích:1281250 mm4 (x2) Dầm dọc boong T(100x10/400x8) kích thước tàu thiết kế: T(111x11.1/444x8.88) Diện tích: 5174.82 mm2 Moment quán tính riêng phần diện tích:64783654 mm4 Dầm dọc boong : (L400x100x10), kích thước tàu thiết kế L(444x111x11.1) Diện tích: 6161 mm2 Moment quán tính riêng phần diện tích:80976406 mm4 Sống : tàu mẫu (750x12), tàu thiết kế (832.5x13.32) Diện tích: 11088.9 mm2 Moment quán tính riêng phần diện tích:640435954 mm4 Hai sống phụ: (750x10), tàu thiết kế (832.5x11.1) Diện tích: 9240.75 mm2 Moment quán tính riêng phần diện tích:533696628 mm4 Tơn đáy đáy ngồi (750x12), tàu thiết kế(832.5x13.32) Diện tích: 11088.9 mm2 Moment quán tính riêng phần diện tích:163951.604 mm4 Tơn đáy ngồi (3750x10), tàu thiết kế(4162.5x11.1) Diện tích: 46203.75 mm2 Moment quán tính riêng phần diện tích:474.397 mm4 Tơn boong (8x3160;10x2240), tàu thiết kế (8.88x3507.6;11.1x2486.4) Diện tích: 31147.5+27599 =58746.5 mm2 Moment quán tính riêng phần diện tích:204676+283373 = 488049 mm4 Tôn mạn (10x4650), tàu thiết kế (11.1x5161.5) Trang 38 BÀI TẬP LỚN SỨC BỀN THÂN TÀU Diện tích: 57292.65 mm2 Moment quán tính riêng phần diện tích:127194850100 mm4 10 Vây giảm lắc (220x12/50x8), tàu thiết kế (244.2x13.32/55.5x8.88) Diện tích: 3745.6 mm2 Moment quán tính riêng phần diện tích:16290918 mm4 11 Tơn đáy (5400x10), tàu thiết kế (5994x11.1) Diện tích:683131.7 mm2 Moment quán tính riêng phần diện tích: mm4 12 Tơn hơng (1257x10), tàu thiết kế (1395.27x11.1) Diện tích: 15487.5 mm Moment quán tính riêng phần diện tích: 7986152.32mm4 Như sau tính tốn thơng số diện tích momenr qn tính riêng chi tiết ta tiến hành tính moment quán tính I từ trục so sánh tới trục trung hòa theo bước sau: Bước 1: Tính khoảng cách từ trục trung hịa đến trục so sánh Từ điều kiện moment tĩnh mặt cắt ngang kết cấu thân tàu so với trục trung hòa ta có: Bước 2: Moment qn tính mặt cắt ngang dầm với trục trung hòa Từ ta thay số liệu vào cơng thức sau: Trang 39 BÀI TẬP LỚN SỨC BỀN THÂN TÀU Từ ta tính ứng suất dọc kết cấu kết cấu (Mpa)(trên đáy sóng đỉnh sóng) dựa theo cơng thức Trong Mmax moment uốn lớn đỉnh sóng đáy sóng I: (cm2.m2) quán tính mặt cắt ngang xét đến đường trung hòa Zi (m) : khoảng cách từ đường trung hịa đến kết cấu Từ bảng ta rut Z0=B/A=-1889.43/2981.56=-0.63 (m) I C A.Z 02 2(C B2 (1889.43) 34060.34(m cm ) ) 218227.51 A 2981.56 Kiểm tra bền tiết diện nguy hiểm: Trong đó: W M M I W Zi I mođun chống uốn mặt cắt ngang Giá trị W nhỏ Zi lớn nhất, Zi nghĩa xa trục trung hịa Tại vị trí ứng suất đạt giá trị lớn Từ ta suy hai vị trí W đạt giá trị nhỏ boong đáy - Mođun chống uốn mặt cắt ngang so với điểm xa mặt boong là: Wb I 34060.34 9408.93(m.cm ) Zb 3.62 Trong đó: Zb = 3.62 (m) khoảng cách từ trục trung hòa đến điểm xa mặt boong (m) - Mođun chống uốn mặt cắt ngang so với điểm xa đáy: Trang 40 BÀI TẬP LỚN SỨC BỀN THÂN TÀU Wd I 34060.34 14432.34(mcm ) Zd 2.36 Trong đó: Zd =2.36m) khoảng cách từ trục trung hòa đến điểm xa đáy (m) Kiểm tra bền: gh 0,8 ch 0,8 2400(kG / cm ) 192(MPa) Đỉnh sóng: Đáy sóng: Qua kết tính ta thấy ứng suất mặt cắt ngang nguy hiểm đủ bền so với ứng suất cho phép B XÁC ĐỊNH ỨNG SUẤT TIẾP Ứng suất tiếp kết cấu tính theo cơng thức: Trong đó: N – Lực cắt tác dụng mặt cắt ngang thân tàu xét I – Moment quán tính mặt cắt ngang thân tàu trục trung hòa mặt cắt t - tổng chiều dầy kết cấu dọc thân tàu vị trí xác định ứng suất tiếp - moment tĩnh diện tích mặt cắt ngang trục trung hịa Trang 41 BÀI TẬP LỚN SỨC BỀN THÂN TÀU Sau ta tính giá trị bảng ta tiến hành kiểm tra bền: Với I 2C A.Z B2 (1889.43) 34060.34(m cm ) 2(C ) 218227.51 A 2981.56 Kiểm tra theo giá trị ứng suất pháp ứng suất tiếp: Trong bảng vừa tính ta thấy ζmax = 184.13 (Mpa) ax = 3.97 (Mpa) Trang 42 BÀI TẬP LỚN SỨC BỀN THÂN TÀU Như vậy, ứng suất lớn thân tàu nhở giá trị ứng suất cho phép vật liệu kết cấu đảm bảo bền Kiểm tra theo điều kiện ứng suất pháp tổng: = =184.26 (Mpa) Ứng suất sinh thỏa điều kiện ứng suất cho phép Vậy kết cấu thân tàu đảm bảo diều kiện bền theo điều kiện ứng tổng Trang 43 ... prophin sóng tàu cân Trang 27 BÀI TẬP LỚN SỨC BỀN THÂN TÀU Từ số liệu bảng ta vẽ biểu đồ sau Trang 28 BÀI TẬP LỚN SỨC BỀN THÂN TÀU Trang 29 BÀI TẬP LỚN SỨC BỀN THÂN TÀU B CÂN BẰNG TÀU DƯỚI ĐÁY... 19 BÀI TẬP LỚN SỨC BỀN THÂN TÀU Biểu đồ phân bố lực Trang 20 BÀI TẬP LỚN SỨC BỀN THÂN TÀU Biểu đồ phân bố trọng lượng Biểu đồ phân bố tải trọng Trang 21 BÀI TẬP LỚN SỨC BỀN THÂN TÀU Trang 22 BÀI... LỚN SỨC BỀN THÂN TÀU Trang 22 BÀI TẬP LỚN SỨC BỀN THÂN TÀU Biểu đồ Moment uốn PHẦN II CÂN BẰNG TÀU TRÊN SÓNG Trang 23 BÀI TẬP LỚN SỨC BỀN THÂN TÀU A CÂN BẰNG TÀU TRÊN ĐỈNH SĨNG Chọn mơ hình