ỨNG DỤNG TÍNH TỐN HỆ TRỤC TÀU HÀNG CỤ THỂ

3.2.1. Đặc điểm tàu VLCC CRUDE OIL TANKER 300000 DWT

- Kiểu tàu : chở dầu

- Chế tạo : năm 1993, tại Hàn Quốc

- Máy chính : MAN B&W 7S80MC, 7 xylanh - Cơng suất máy : 31920 BHP

- Tốc độ quay : 77.0 rpm

- Chiều dài tàu : 327.50 m - Chiều cao tàu : 60.5 m - Chiều dài trục chân vịt : 10.00 m

- Chiều rộng : 57.2 m

- Chiều cao : 30.424 m - Chiều dài lớn nhất : 330.00 m - Mớn nước thiết kế : 20 m - Khối lượng chân vịt : 56000 KG

3.2.2. Mơ hình hĩa hệ trục và các dữ liệu hệ trục

Ta mơ hình hĩa hệ trục như hình sau, một dầm đặt trên các gối đỡ như hình 3.4.

Hình 3.4. Sơ đồ tính tốn hệ trục tàu

Kết quả tính dầm tương đương của trục khuỷu:

- Theo catalogue, động cơ Diesel MAN B&W 7S80MC cĩ các kích thước: + Hệ số poisson của vật liệu trục khuỷu : ν = 0.3 + Khoảng cách giữa tâm cổ chính và cổ biên : r = 970 mm

+ Đường kính cổ chính : dj = 600 mm

+ Chiều dài một đoạn trục khuỷu : L = 1500 mm + Khoảng cách giữa tâm hai má khuỷu : l = 800 mm

+ Bề dày má khuỷu : t = 600 mm

+ Bề rộng má khuỷu : B = 980 mm

Hình 3.5. Các kích thước của một đoạn trục khuỷu

- Ta áp dụng các cơng thức từ 2.1 đến 2.8 ta được: + 4 64 j d I =π = 6358500000 (mm4) + 4 32 j jp d I π = = 12717000000 (mm4) + 3 w 12 Bt I = = 17640000000 (mm3)

+ 3 wp I =βBt = 46537308625 (mm3) + 4 3 1 4 3 0.1 1 1 0.1 j j d Bt q r d d Bt = −    +         = 0.547184774 + 4 3 2 4 3 0.45 1 1 0.45 j j d Bt q r d d Bt = −    +         = 0.351340206 + 3 2 0.0004057 B 0.00828 0.0605809 B 0.1449623 t t β =    − +   +     = 0.219847452 + 2 1 w 2 w 1 3 2 1 0.65 j j l I q r L A I L d L   +     =   +     = 0.222591248 + 2 2 w 2 w 1 3(1 ) 1 0.65 j j l v I q r L B I L d L   +   +   =   +     = 0.371599636 + 2 P 3 2 3(1 ) 1 1 0.65 j jp j v I r B I L d L + =   +     = 0.000492419 Và ta cĩ: 1 4 w w 1 1 1 2 1 1 eq j p d d A B B    =  +  + + +      = 536,0012 (mm)

Vậy đường kính của dầm tương đương trục khuỷu: deq = 536 mm.

Sau khi mơ hình hĩa kết cấu hệ trục ta cĩ các thơng số hệ trục được trình bày trong bảng 3.1.

Bảng 3.1: Thơng số các kích thước của hệ trục Đoạn trục Đường kính ngồi (mm) Đường kính trong (mm)

Chiều dài các đoạn trục (mm)

1 675,0 - 5,6000E+02

2 874,6 - 1,4000E+03

3 896,0 - 1,4235E+03

5 940,0 - 7,7850E+03 6 942,0 - 9,5730E+03 7 903,5 - 1,0003E+04 8 865,0 - 1,0203E+04 9 1180,0 - 1,0483E+04 10 725,0 - 1,4850E+04 11 730,0 - 1,5740E+04 12 725,0 - 2,1155E+04 13 1270,0 80 2,1294E+04 14 980,0 - 2,1515E+04 15 980,0 - 2,3375E+04 16 536,0 - 2,7875E+04

3.2.3. Giao diện chương trình

Hình 3.6. Giao diện của chương trình

Các dữ liệu nhập vào chương trình:

- Số phần tử : 23

- Số nút của mỗi bậc phần tử : 2 - Số bậc mỗi phần tử : 2

- Nhập tọa độ các điểm nút (mm) :

[0 560 980 1400 1423.5 2287 2830 4630 7785 8465 9573 10003 10203 10483 14850 15295 15740 21155 21294 22375 23375 24875 26375 27875]

- Nhập đường kính trong của trục (mm):

[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 80 0 0 0 0 0] - Nhập đường kính ngồi của trục (mm):

[675 874.6 874.6 896 918.4 940 940 940 942 942 903.5 865 1108 725 730 730 725 1270 980 980 536 536 536]

- Vị trí các gối nút cĩ gối : [7 8 10 16 20 21 22 24 24] - Giá trị chuyển vị tại các gối (mm): [0 0 0 0 0 0 0 0 0 0] - Vị trí nút chịu lực tập trung : 3

- Trọng lượng chân vịt (kG) : 56000 (chế độ đầy tải) - Mơ đun đàn hồi vật liệu trục (Pa): 200000000

3.2.4. Kết quả tính tốn

a) Biểu đồ độ võng, lực cắt và mơ men được biểu diễn trên hình 3.7:

c) Áp lực gối đỡ:

e) Ma trận hệ số ảnh hưởng:

3.3. KIỂM CHỨNG KẾT QUẢ TÍNH BẰNG PHẦN MỀM RDM 3.3.1. Giới thiệu phần mềm tính tốn kết cấu RDM

Hiện nay, phần mềm phân tích kết cấu dầm dùng phương pháp phần tử hữu hạn rất nhiềụ Tuy nhiên, ở đây ta dùng phần mềm RDM (Résistance des Matériaux) là phần mềm đơn giản, dễ sử dụng và cho kết quả cĩ độ chính xác caọ

Các bước tính tốn bằng mơ đun Flexion của RDM [6]: Bước 1: Lập bài tính mới, chọn đơn vị

Bước 2: Định số nút Bước 3: Định vật liệu Bước 4: Định tiết diện Bước 5: Định liên kết Bước 6: Định tải Bước 7: Tính tốn

3.3.2. Kết quả tính tốn

b) Biểu đồ độ võng, lực cắt và mơ men được biểu diễn trên hình 3.9:

c) Chuyển vị (mm), gĩc xoay (rad)

3.4. KIỂM CHỨNG KẾT QUẢ TÍNH VỚI NK3.4.1. Biểu đồ nội lực 3.4.1. Biểu đồ nội lực

Hình 3.10. Biểu đồ nội lực của hệ trục theoNK

3.4.2. Tải trọng gối đỡ

3.4.3. Ma trận hệ số ảnh hưởng

Bảng 3.3: Bảng ma trận hệ số ảnh hưởng

3.5. SO SÁNH VÀ THẢO LUẬN

Qua tính tốn bằng các chương trình khác nhau, ta cĩ các bảng sau:

Bảng 3.4: So sánh kết quả tính phản lực tại các ổ đỡ khi dịch chỉnh ổ đỡ 1 (mm)

Bảng 3.5: So sánh kết quả tính mơ men uốn, lực cắt và độ võng lớn nhất

Đại lượng Chương trình RDM NK

Mơ men uốn lớn nhất (N.m) 1,072643e+6 1,073002e+6 1,033459e+6 Lực cắt lớn nhất (N) 6,95992e+5 6,96393e+5 7,24091e+5

Qua so sánh với kết quả tính theo RDM và NK ta thấy:

- Phản lực gối đỡ lớn nhất theo chương trình cĩ lệch so với RDM là 0,083%, và NK là 0,088%. Phản lực gối đỡ nhỏ nhất theo trình cĩ lệch so với RDM là 0,22%, và NK là 0,72%. Ta thấy sự sai lệch kết quả của chương trình tính với RDM là rất nhỏ, cịn với NKK thì sự sai lệch lớn hơn. Tuy nhiên với sự sai lệch kết quả giữa các chương trình khi tính phản lực gối đỡ vẫn cĩ thể áp dụng được.

- Kết quả tính mơ men uốn lớn nhất theo chương trình cĩ sai lệch 0,03% so với RDM, với NK là 0,37%. Khi tính lực cắt lớn nhất theo chương trình cĩ sai lệch 0,05%, với NK là 0,89%. và độ võng lớn nhất theo chương trình cĩ sai lệch 0,07%, với NK là 0,20%. Rõ ràng chương trình tính cĩ kết quả sai lệch rất nhỏ so với kết quả từ RDM nhưng với NK kết quả cĩ sai lệch lớn. Điều này cĩ thể lý giải như sau: Kết quả tính của NK sử dụng đơn vị khác với đơn vị của chương trình khi qui đổi sẽ cĩ sai số. Khi mơ hình hĩa trục khuỷu thành dầm tương đương mặc dù cĩ sử dụng cùng cơng thức tính nhưng vẫn cĩ sự sai lệch về kết quả. Ngồi ra, về phần giải thuật lập trình khi tính tốn cĩ sự tương đương nên cũng khơng tránh khỏi sai số. Mặc dù cĩ sự sai số nhưng sét về tính chất quan trọng của các kết quả tính nhằm phục vụ cho việc thiết kế định tâm thì chủ yếu quan tâm đến áp lực gối đỡ lớn nhất và mơ men uốn lớn nhất. Khi đĩ, sai lệch giữa các kết quả trên từ hai chương trình khơng lớn cĩ thể áp dụng được. Kết luận kết quả tính của chương trình là tin cậy

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN

4.1. KẾT LUẬN

Định tâm hệ trục tàu trọng tải lớn là một cơng đoạn quan trọng và phức tạp trong quá trình lắp đặt hệ trục tàụ Nĩ địi hỏi nhiều tính tốn phức tạp và kinh nghiệm của người thợ và điều kiện mơi trường lắp đặt. Qua thời gian nghiên cứu lựa chọn, xây dựng mơ hình tính và chương trình tính phục vụ thiết kế định tâm hệ trục tàu hàng trọng tải lớn, xin đưa ra một số kết luận:

1. Đã xây dựng được mơ hình hĩa hệ trục tàu hàng trọng tải lớn cĩ ưu tiên trong lập trình.

2. Đã xây dựng được giải thuật tính chuyển vị, nội lực, ma trận hệ số ảnh hưởng và phản lực gối đỡ khi cĩ chuyển vị cưỡng bức.

3. Đã xây dựng được chương trình cho phép tính được và xuất ra được kết quả chuyển vị, nội lực của hệ trục, biểu đồ nội lực, ma trận hệ số ảnh hưởng và phản lực gối đỡ khi cĩ chuyển vị cưỡng bức. Chương trình thực hiện đồng thời nhiều bài tốn theo phương phương pháp phần tử hữu hạn mà khơng thực hiện đơn lẽ từng bài như các chương trình phân tích kết cấu thơng thường. Trong các kết quả tính của chương trình cĩ bảng ma trận hệ số ảnh hưởng, nĩ là căn cứ để người thiết kế cũng như người thợ sử dụng vào việc định tâm và lắp đặt hệ trục tàu trọng tải lớn.

4.2. ĐỀ XUẤT Ý KIẾN.

1. Khi lựa chọn mơ hình hệ trục tàu khơng tránh khỏi những sai số đặc biệt là mơ hình dầm tương đương của trục khuỷu nên cần nghiên cứu xác định mơ hình phù hợp hơn.

2. Trong quá trình xây dựng chương trình tính chỉ là một cơng đoạn trong quá trình lắp đặt hệ trục, chương trình chỉ mới được thực hiện lần đầu khơng tránh những sai sĩt. Do đĩ cần phải phát triển chương trình thồn thiện, nhằm phục vụ quá trình định tâm hệ trục như yêu cầu của Đăng kiểm.

3. Nghiên cứu tối ưu hĩa vị trí gối đỡ trung gian, mơ hình các gối đàn hồi (thay vì cứng như trong đề tài), trong các điều kiện gần thực tế hơn.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Chu Quốc Thắng, (1997), Phương pháp phần tử hữu hạn, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nộị

2. Đặng Xuân Phương, (2003), Nghiên cứu phương pháp tính tốn, kiểm tra dao động xoắn hệ động lực tàu đánh cá cỡ nhỏ, Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Tàu thủy, Trường Đại học Nha Trang, Nha Trang.

3. Nguyễn Đăng Cường (1998), Thiết kế và lắp ráp thiết bị tàu thủy, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nộị

4. Nguyễn Ngọc Quỳnh, Hồ Thuần, (1978), Ứng dụng ma trận trong kỹ thuật, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nộị

5. Nguyễn Quốc Bảo, Trần Nhất Dũng, (2002), Phương pháp phần tử hửu hạn lý thuyết và lập trình tập 1, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nộị

6. Quách Hồi Nam, (2010), Hướng dẫn sử dụng phần mềm phần tử hữu hạn RDM,

Trường Đại học Nha Trang, Nha Trang.

7. Quách Hồi Nam (2010), Phương pháp phần tử hữu hạn, Trường Đại học Nha Trang, Nha Trang.

8. Trần Ích Thịnh, Ngơ Như Khoa (2007), Phương pháp phần tử hữu hạn, Đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nộị

9. ẠJ.M. Ferreira, (2009), Matlab Codes for Finite Element Analysis, Springer science+Bussiness Media B.V, Universidade do Porto, Portugal.

10. American Bureau of Shipping, (2006), Guidane Notes on Propulsion Shafting Alignment, American Bureau of Shipping Incorporated by Act of Legislature of the State of New York

11. ClassNK, (2006), Guidelines on Shafting Alignment, Machinery Department,

Nippon Kaiji Kyokal, Japan.

12. Kwon and Bang, (1997), The Finite Element Method using MATLAB, CRC Mechanical Engineering series, University Minnesota, The United States of Americạ

14. P-Eaustrell, O-Dahlblom, J-Lindemann, A-Olsson, K-Golsson, (1999), Calfem-A Finite Element Toolbox Version 3.4, Printed by JABE Offset, Lund, Sweden, Structural Mechanics, LTH, Sweden.

15. Peter Ị Kattan (2008), MATLAB Guide to Finite Elements, Springer-Verlag, Berlin.

1

PHỤ LỤC

CHƯƠNG TRÌNH TÍNH PHỤC VỤ THIẾT KẾ ĐỊNH TÂM HỆ TRỤC TÀU HÀNG TRỌNG TẢI LỚN SỬ DỤNG PHẦN MỀM MATLAB

1. Chương trình chính:

function varargout = Chuongtrinhtinh(varargin) % Begin initialization code - DO NOT EDIT gui_Singleton = 1;

gui_State = struct('gui_Namé, mfilename, ... 'gui_Singleton', gui_Singleton, ...

'gui_OpeningFcn', @Chuongtrinhtinh_OpeningFcn, ... 'gui_OutputFcn', @Chuongtrinhtinh_OutputFcn, ... 'gui_LayoutFcn', [] , ...

'gui_Callback', []); if nargin && ischar(varargin{1})

gui_Statẹgui_Callback = str2func(varargin{1}); end

if nargout

[varargout{1:nargout}] = gui_mainfcn(gui_State, varargin{:}); else

gui_mainfcn(gui_State, varargin{:}); end

function Chuongtrinhtinh_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin) % Choose default command line output for Chuongtrinhtinh

handles.output = hObject; % Update handles structure guidatăhObject, handles); varargout{1} = handles.output;

% Choose default command line output for untitled handles.output = hObject;

% Update handles structure guidatăhObject, handles);

% --- function O_Callback(hObject, eventdata, handles)

filename, pathname] = uigetfile('*.fig', 'Choose the GUI settings file to load'); %construct the path name of the file to be loaded

loadDataName = fullfile(pathname,filename);

%this is the gui that will be closed once we load the new settings theCurrentGUI = gcf;

%load the settings, which creates a new gui hgload(loadDataName);

% --- function S_Callback(hObject, eventdata, handles)

[filename,pathname] = uiputfile('default','Save your GUI settings');

if pathname == 0 %if the user pressed cancelled, then we exit this callback return

end

%construct the path name of the save location saveDataName = fullfile(pathname,filename); %saves the gui data

2

hgsave(saveDataName);

% --- function E_Callback(hObject, eventdata, handles)

close

function nt_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'))

set(hObject,'BackgroundColor','whité); end

function dn_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'))

set(hObject,'BackgroundColor','whité); end

function dt_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'))

set(hObject,'BackgroundColor','whité); end

function xx_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'))

set(hObject,'BackgroundColor','whité); end

function cvg_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'))

set(hObject,'BackgroundColor','whité); end

function ee_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'))

set(hObject,'BackgroundColor','whité); end

function kl_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'))

set(hObject,'BackgroundColor','whité); end

function bnpt_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'))

set(hObject,'BackgroundColor','whité); end

function vtg_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'))

set(hObject,'BackgroundColor','whité); end

function pt_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'))

3

set(hObject,'BackgroundColor','whité); end

function npt_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'))

set(hObject,'BackgroundColor','whité); end

function TH_Callback(hObject, eventdata, handles)

selection = questdlg(['Close ' get(handles.figure1,'Namé) '?'],... ['Close ' get(handles.figure1,'Namé) '...'],... 'Yes','Nĩ,'Yes'); if strcmp(selection,'Nĩ) return; end delete(handles.figure1)

% --- Executes on button press in lkq.

function lkq_Callback(hObject, eventdata, handles) function th_Callback(hObject, eventdata, handles) set(handles.xx,'String','0'); set(handles.dt,'String','0'); set(handles.dn,'String','0'); set(handles.vtg,'String','0'); set(handles.cvg,'String','0'); set(handles.pt,'String','0'); set(handles.bnpt,'String','0'); set(handles.kl,'String','0'); set(handles.nt,'String','0'); set(handles.npt,'String','0'); set(handles.ee,'String','0');

% --- Executes on button press in XXNN.

function XXNN_Callback(hObject, eventdata, handles) x=str2num(get(handles.xx,'String')); Dttr=str2num(get(handles.dt,'String')); Dntr=str2num(get(handles.dn,'String')); Qt=str2num(get(handles.kl,'String')); ntai=str2num(get(handles.nt,'String')); nel=str2num(get(handles.pt,'String')); nnel=str2num(get(handles.npt,'String')); ndof=str2num(get(handles.bnpt,'String')); bcdof=str2num(get(handles.vtg,'String')); E=str2num(get(handles.ee,'String'));

msgbox('Ban da nhap xong thong so he truc','thong baĩ,'help') function tdv_Callback(hObject, eventdata, handles)

% hObject handle to tdv (see GCBO)

% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA)