Lựa chọn thuật toán thiết kế kết cấu tàu vỏ thép theo Quy phạm Việt Nam

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CÁC THUẬT TOÁN

Ngoài ra, ta cũng cần quan tâm tới thời gian thực hiện của thuật toán, thời gian thực hiện của một thuật toán trên một đầu vào cụ thể chính là số lượng các phép toán nguyên tố hoặc các bước được thi hành. - Đặt bài toán và xây dựng mô hình toán của bài toán thực tế: Giai đoạn này bao gồm việc biểu diễn bài toán thực tế bằng các biểu thức toán học, xác định các ràng buộc, các điều kiện ban đầu, giới hạn của nghiệm. - Chọn phương pháp số thích hợp: Để giải các mô hình toán xây dựng ở bước trên cần chọn một trong các phương pháp số theo tiêu chuẩn sau đây: Độ chính xác cao, tốc độ tính nhanh, quá trình tính đơn giản ….

ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU THÂN TÀU

• Đặc điểm, vai trò của các bộ phận kết cấu trong đảm bảo độ bền thân tàu - Các kết cấu thân tàu được lựa chọn và bố trí trên cơ sở đảm bảo độ bền thân tàu
• Các hệ thống kết cấu thân tàu 1. Đặc điểm kết cấu khung dàn
• Nguyên tắc lựa chọn hệ thống kết cấu
• Phân tích các hệ thống kết cấu 1. Hệ thống kết cấu ngang

- Hệ thống ngang thuận lợi hơn vì trong hệ thống dọc, số lượng kết cấu dọc lớn nên số lượng kết cấu gia cường, nối các kết cấu dọc không liên tục nhiều, số lỗ khoét trên kết cấu ngang để các kết cấu dọc đi qua lớn nên khối lượng lắp ráp và hàn lớn, nhất là đối với tàu lắp ráp theo phương pháp phân đoạn thì phức tạp và khó khăn. Hệ thống ngang thường chỉ áp dụng trên tàu nhỏ và vừa để tận dụng ưu điểm của nó vì mômen uốn chung đối với tàu này không quá lớn nên ứng suất nén trong các tấm boong hoặc tấm đáy không lớn, do đó ổn định tấm (phụ thuộc giá trị ứng suất) và cách bố trí tấm thường không gây ra sự lo lắng quá mức. - Cho phép làm giảm đến 15% vật liệu vỏ trong khi vẫn đảm bảo độ bền dọc tàu vì các kết cấu chính của hệ thống dọc đều tham gia chống uốn dọc nên mặc dù việc áp dụng hệ thống dọc sẽ tốn lượng vật tư đáng kể để làm kết cấu gia cường nhưng cuối cùng thì lượng vật tư đưa vào thân tàu có chiều dài đủ lớn vẫn ít hơn.

YÊU CẦU CỦA QUY PHAM VIỆT NAM VỚI VIỆC THIẾT KẾ KẾT CẤU TÀU VỎ THÉP

• Vật liệu thép dùng trong đóng tàu 1. Khái quát về thép
• Kích thước, quy cách bố trí kết cấu 1. Kích thước cơ cấu

- Ở đoạn 0,4 L giữa tàu, dải tôn đơn của mép mạn kề với boong tính toán, dải tôn mép của boong tính toán, dải tôn hông, dải tôn boong kề với vách dọc và các cơ cấu làm bằng thép cấp KE, KE32 và KE36 phải có chiều rộng không nhỏ hơn trị số tính theo công thức sau đây, lớn nhất là bằng 1800 (mm). - Đối với tàu được thiết kế để hoạt động lâu dài ở vùng có nhiệt độ thấp hoặc tàu thiết kế để chở hàng đông lạnh, khi xét thấy cần thiết Đăng kiểm có thể yêu cầu sử dụng mác thép có độ bền cao. - Nếu chiều dài cạnh liên kết dài hơn của mã lớn hơn 800 (mm) thì cạnh tự do của mã phải được gia cường bằng mép bẻ hoặc bằng hình thức khác trừ khi mã đó là mã chống vặn hoặc cơ cấu tương tự.

DỮ LIỆU ĐẦU VÀO

• Các công thức tính kích thước và quy cách bố trí kết cấu tàu vỏ thép theo Quy phạm Việt nam 2003 – TCVN 6259

Đối với mỗi loại tàu, theo yêu cầu về việc bố trí chung toàn tàu dẫn đến yêu cầu về lựa chọn hệ thống kết cấu và quy cách bố trí các kết cấu cơ bản của tàu. - Ra ngoài đoạn giữa tàu, môđun chống uốn của tiết diện dầm dọc mạn có thể được giảm dần về phía mũi và đuôi tàu, ở mũi và đuôi tàu có thể còn bằng 0,85 trị số tính theo trên. - Kích thước của sườn khỏe phải không nhỏ hơn các trị số tính theo các công thức sau đây: Chiều cao tiết diện h = 0,1L (m) hoặc h = 2,5 chiều cao của lỗ khoét để dầm dọc xuyên qua, lấy trị số nào lớn hơn.

- Sườn khỏe phải được gắn những mã chống vặn đặt cách nhau khoảng 3m và những nẹp gia cường đặt theo mỗi dầm dọc mạn, trừ phần giữa nhịp của sườn khỏe nẹp gia cường có thể được đặt theo mỗi dầm dọc mạn thứ hai. Tuy nhiên, nếu có các nẹp nằm đặt theo chiều cao tiết diện sống thì do là khoảng cách từ nẹp nằm đến tôn bao đáy hoặc tôn đáy trên hoặc là khoảng cách giữa các nẹp nằm (m). + Ở mỗi mặt sườn trong buồng máy chính, tuy nhiên, nếu đáy đôi được kết cấu theo hệ thống dọc thì ở ngoài vùng bệ máy đà ngang đặc có thể được đặt cách nhau 2 khoảng sườn.

Tuy nhiên, nếu có các nẹp nằm đặt theo chiều cao tiết diện sống thì do là khoảng cách từ nẹp nằm đến tôn bao đáy hoặc tôn đáy trên hoặc là khoảng cách giữa các nẹp nằm (m). + Chiều dày dải tôn mép mạn kề boong tính toán đoạn giữa tàu không nhỏ hơn 0,75 lần chiều dày mép boong tính toán và trong mọi trường hợp không nhỏ hơn chiều dày tôn mạn kề nó. - Tỷ số kích thước: Tỷ số chiều dài trên chiều cao tiết diện của xà ngang boong nên bằng hoặc nhỏ hơn 30 nếu là ở boong tính toán và nên bằng hoặc nhỏ hơn 40 nếu là ở boong chịu lực (boong ở dưới boong tính toán được coi là một cơ cấu chịu lực trong độ bền dọc của thân tàu) và ở boong thượng tầng.

Ở boong tính toán trong đoạn giữa tàu, tỷ số mảnh của xà dọc boong phải không lớn hơn 60, tuy nhiên những yêu cầu này có thể được thay đổi thích hợp nếu xà dọc boong có đủ độ bền để chống mất ổn định. + Độ bền chung tàu: Phải xác định được ứng suất và biến dạng xuất hiện trong các kêt cấu thân tàu dưới tác dụng của ngoại lực đặt theo phương thẳng đứng và không tính đến ngoại lực tác dụng ngang như lực đẩy chân vịt, lực cản môi trường…dưới tác dụng của ngoại lực sẽ gây uốn và xoắn thân tàu. + Độ bền cục bộ: Kết cấu thân tàu là một tổ hợp gồm nhiều kết cấu ngoài tham gia bảo đảm sức bền dọc toàn bộ thân tàu đồng thời còn chịu tác dụng của các tải trọng riêng như áp lực nước, trọng lượng hàng hóa…nên nó còn các kết cấu còn chịu biến dạng cục bộ.

PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN THUẬT TOÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU TÀU VỎ THÉP THEO YÊU CẦU CỦA QUY PHẠM VIỆT NAM

- Xà ngang boong: Khoảng cách các xà ngang boong tính theo công thức tính khoảng sườn và trong mọi trường hợp phải nhỏ hơn giá trị cho phép theo quy định, tỷ số chiều dài nhịp tính toán trên chiều cao nhịp luôn nhỏ hơn giá tri quy định. - Các kết cấu ngang: Gồm những chi tiết kết cấu bố trí ngang tàu như xà ngang boong, sườn ngang, sườn khỏe, đà ngang đáy thường, đà ngang đáy khỏe…nhằm mục đích đảm bảo độ bền ngang tàu. Thuật toán tính toán kích thước các chi tiết kết cấu được trình bày như sơ đồ khối 1(Hình 3.11): Theo sơ đồ thì từ những thông tin đầu vào, các nhóm kết cấu được tính song song, các kết cấu sau được tính dựa vào các kết cấu có trước đồng thời bổ sung thêm các công thức và điều kiện còn thiếu, trong quá trình tính giữa các nhóm kết cấu sẽ bổ sung cho nhau những thông tin đã có.

- Xà ngang boong: Khoảng cách xà ngang boong được tính theo công thức tính khoảng sườn ngang, riêng khu vực mũi và đuôi thì khoảng cách được lấy giá trị nhỏ khi so sánh kết quả tính theo công thức và giá trị kiểm tra nhập vào. Nhóm các kết cấu có dạng tấm mỏng bao gồm: Tôn boong, tôn mạn, tôn đáy trên, tôn đáy dưới, tấm tôn K, vách, được tính theo trình tự là: Tôn boong Tôn mạn Tôn đáy trên Tôn đáy dưới Chiều rộng tấm tôn K Vách. Chiều dày của tôn boong, tôn mạn, tôn đáy trên, tôn đáy dưới và vách được chọn thường lớn hơn giá trị tính theo công thức và bằng chiều dày của tấm tôn tiêu chuẩn gần nhất, các kích thước được chọn trước khi thực hiện bước tính tiếp.

Thuật toán tính toán kích thước các chi tiết kết cấu được trình bày như sơ đồ khối 2 (Hình 3.12): Theo sơ đồ thì các nhóm kết cấu được tính theo thứ tự từ trên xuống dưới theo phương thẳng đứng. - Xà ngang boong với khoảng cách được tính theo công thức Quy phạm, riêng khu vực mũi và đuôi ta chọn giá trị nhỏ hơn khi so sánh kết quả tính với điều kiện quy định tùy thuộc chiều dài tàu. - Mạn tàu với dữ liệu đầu vào là công thức tính các kết cấu như tôn mạn, sườn mạn, dầm dọc mạn, điều kiện kiểm tra bền theo Quy phạm và khoảng sườn, khoảng cách dầm dọc được lấy từ phần tính của boong, kích thước tiêu chuẩn của tôn.

- Các chi tiết kết cấu được tính theo trình tự khung dàn theo phương chịu lực thẳng đứng từ trên xuống, do vậy thuận lợi trong việc kiểm tra theo điều kiện bền chung cũng như độ bền cục bộ. Thuật toán tính toán kích thước các chi tiết kết cấu được trình bày như sơ đồ khối 3 (Hình 3.13): Theo sơ đồ thì toàn bộ kết cấu thân tàu được tính song song theo 2 nhóm chức năng chính: Phần tôn bao bên ngoài và kết cấu gia cường bên trong, các kết cấu được tính theo sơ đồ trình bày. Để quá trình tính thực hiện theo sơ đồ thì mỗi bước tính song phải tiến hành kiểm tra theo điều kiện đầu vào, nếu không thỏa mãn bước tính đó sẽ được lập lại từ bước trên, thỏa mãn thì ta chọn được kích thước kết cấu và thực hiện bước tính các kết cấu tiếp theo.