STT 1 2 3 4 5 6 7
Trường hợp 3: Tàu hoạt động với 100% dự trữ và không hành khách.
Bảng 4.8: Tàu hoạt động với 100% dự trữ và không hành khách.STT STT 1 2 3 4 5 6
Trường hợp 4: Tàu hoạt động với 10% dự trữ và không hành khách.
Bảng 4.9: Tàu hoạt động với 10% dự trữ và không hành khách.STT STT 1 2 3 4 5 6
4.3.5.2.Tính ổn định ban đầu.
Ta tính ổn định ban đầu của tàu theo bảng sau: Bảng 4.10: Tính tốn ổn định ban đầu.
STT Đại Lượng
1 Lượng chiếm nước.
2 Thể tích chiếm nước.
3 Chiều chìm trung bình.
4 Hồnh độ trọng tâm.
5 Hồnh độ tâm nổi.
6 Hiệu hai hoành độ.
7 Độ cao trọng tâm.
8 Bán kính ổn định dọc.
9 Cao độ tâm nổi.
10 Chiều cao ổn đinh tâm dọc.
11 Chiều dài tàu.
12 Nghiêng dọc.
13 Hoành độ mặt đường nước.
14 Nghiêng dọc mũi.
16 Chiều chìm mũi.
17 Chiều chìm lái.
18 Bán kính ổn định ngang.
19 Chiều cao ổn đinh ban đầu.
Nhận xét : h0 ≥ 0.35 m trong cả 4 trường hợp chứng tỏ ổn định ban đầu của tàu
đảm bảo.
Kết luận : Tàu thỏa mãn ổn định ban đầu.
Từ bốn trường hợp tải trọng trên và bảng tính ổn định ban đầu ta nhận thấy trường hợp 1 tàu hoạt động với 100% dự trữ và 100% hành khách là trường hợp nguy nhiểm nhất. Do đó chọn trường hợp 1 là chế độ thiết kế cho tàu. Khi đó ta xác định được các thông số cơ bản của tàu thiết kế như sau:
- Chiều dài lớn nhất:
- Chiều dài thiết kế:
- Chiều rộng lớn nhất:
- Chiều rộng thiết kế:
- Chiều cao mạn:
- Mớn nước :
- Lượng chiếm nước:
- Hệ số diện tích mặt đường nước:
- Hệ số diện tích mặt cắt ngang:
- Hệ số đầy thể tích chiếm nước:
- Số khách : Lmax= 15.80 m. Ltk = 15.8 m. Bmax= 5.40 m. Btk = 4.494 m. H = 3.00 m. T = 1.314 m. D = 39.435 T. α = 0.542. = 0.736. = 0.412. n = 10. 50
4.3.5.3.Xác định đồ thị ổn định động và ổn định tĩnh.
Cánh tay địn ổn định tĩnh được tính theo cơng thức gần đúng của tác giả Vlaxov trong tài liệu [1].
l0 = yc 90 .f1 (θ ) + (Zc 90 − Z c 0 ).f 2 (θ ) + r0 .f 3 (θ ) − ( Z g − Z c0 ).Sin(θ) .
Trong đó:
Zc0 là cao độ tâm nổi của tàu tại góc nghiêng θ = 0 thức Ơle:
Z =
c0
r0 là bán kính ổn định của tàu tại góc nghiêng θ = 0 thức Ơle:
r0 =
12δ
Yc90 và Zc90 là tọa độ tâm nổi của tàu tại góc nghiêng θ = 90 theo cơng thức:
Yc90 =
Zc90
r90 là bán kính ổn định của tàu tại góc nghiêng θ = 0 và được tính theo cơng thức:
Zg là cao độ trọng tâm tàu.Các giá trị của Zg được lấy trong bảng tính ổn định ban đầu.
Bảng 4.11: Bảng tính cánh tay địn ổn định. STT Đại Lượng 1 Hệ số béo. 2 Hê số diện tích MĐN. 3 Chiều chìm trung bình. 4 Chiều rộng. 5 Độ cao trọng tâm.
6 Hoành độ tâm nổi.
7 Cao độ tâm nổi.
8 Yc90 9 Zc90 10 r0 11 Zc0 12 r90 13 Zc90 – Zc0 14 Zg – Zc0
Giá trị của các hàm fi(θ ) được lấy theo bảng trong tài liệu [1]: Bảng 4.12: Giá trị của hàm fi(θ ).
Tay địn ổn định động được tính theo cơng thức:
lđ = yc sin θ − ( Z c − Z c0 )Cosθ + α ( Cosθ −1).
0
= ∆θ (l
Biên độ chịng chành được tính theo cơng thức trong tài liệu tham khảo [8].
r = X1 × X 2 ×Y =0.8x0.82x31 = 20.336
Trong đó: X1, X2 là hệ số được xác định theo bảng 10/2.3 và bảng 10/2.4 trong tài liệu tham khảo [8].
K , Y là hệ số được xác định theo bảng 10/2.5 và bảng 10/2.1 trong tài liệu tham khảo [8].
Kết quả được thể hiện như sau:
Trường hợp 1: Tàu hoạt động với 100% dự trữ và 100% hành khách.
Bảng 4.13: Tàu hoạt động với 100% dự trữ và 100% hành khách.
Độ 0
Lst
0.00 Lđ
0.00
Trường hợp 2: Tàu hoạt động với 10% dự trữ và 100% hành khách.
Bảng 4.14: Tàu hoạt động với 10% dự trữ và 100% hành khách.Độ Độ 0 Lst 0.00 Lđ 0.00
Trường hợp 3: Tàu hoạt động với 100% dự trữ và không hành khách.
Bảng 4.15: Tàu hoạt động với 100% dự trữ và không hành khách.Độ Độ 0 Lst 0.00 Lđ 0.00
Trường hợp 4: Tàu hoạt động với 10% dự trữ và không hành khách.
Bảng 4.16: Tàu hoạt động với 10% dự trữ và không hành khách.Độ Độ
0.00 Lđ 0.00 Với Lst là cánh tay đòn ổn định tĩnh. Lđ là cánh tay đòn ổn định động. 54
Dựa vào các bảng tính tốn trên ta tiến hành vẽ đồ thị ổn định cho các trường hợp tải trọng như sau:
Trường hợp 1: Tàu hoạt động với 100% dự trữ và 100% hành khách.
Ør=20.336°
200
Trường hợp 2: Tàu hoạt động với 10% dự trữ và 100% hành khách.
Trường hợp 3: Tàu hoạt động với 100% dự trữ và không hành khách.
Ør=20.336°
Trường hợp 4: Tàu hoạt động với 10% dự trữ và không hành khách.
Ør=20.336°
4.3.5.4.Kiểm tra ổn định theo các yêu cầu bổ sung. 4.3.5.4.1.Các trường hợp tải.
Dựa trên các trường hợp tải đã tính tốn ở trước, ở đây chỉ kiểm tra theo yêu cầu bổ xung hai trường hợp tải nguy hiểm nhất khi khách tập trung một bên mạn đó là trường hợp tàu hoạt động với 100% dự trữ, 100% hành khách và 10% dự trữ, 100% hành khách. Nếu hai trường hợp này tàu đảm bảo ổn định thì các trường hợp cịn lại tàu củng sẻ đảm bảo ổn định.
Trường hợp 5: Tàu hoạt động với 100% dự trữ và 100% hành khách.
Bảng 4.17: Tàu hoạt động với 100% dự trữ và 100% hành khách.STT STT 1 2 3 4 5 6 7
Trường hợp 6: Tàu hoạt động với 10% dự trữ và 100% hành khách.
Bảng 4.18: Tàu hoạt động với 10% dự trữ và 100% hành khách.STT STT 1 2 3 4 5 6 7
4.3.5.4.2.Xác định đồ thị ổn định.
Dựa vào các giá trị của các trường hợp tải ta tiến hành tính tốn ổn định. Kết quả tính tốn được thể hiện qua bảng xác định đồ thị ổn định sau:
Trường hợp5: Tàu hoạt động với 100% dự trữ và 100% hành khách.
Bảng 4.19: Tàu hoạt động với 100% dự trữ và 100% hành khách.
Độ 0
Lst
0.00 Lđ
0.00
Trường hợp 6: Tàu hoạt động với 10% dự trữ và 100% hành khách.
Bảng 4.20: Tàu hoạt động với 10% dự trữ và 100% hành khách.Độ Độ 0 Lst 0.00 Lđ 0.00
Dựa vào bảng xác định đồ thị ổn định trên ta tiến hành vẽ đồ thị:
Ør=20.336°
Ør=20.336°
4.3.5.4.2.Trường hợp khách tập trung 1 bên mạn.
Điều kiện mômen: Mchpk ≥ Mk. Trong đó:
Mk = Pk.yk là mơmen nghiêng tĩnh do khách tập trung 1 bên mạn gây ra. (3.37) Pk là trọng lương hành khách trên tàu.
Yk là khoảng cách từ tâm khu vực tập trung khách đến mặt cắt dọc giữa tàu. Mchpk = D.lk. là mơmen cho phép giới hạn theo góc nghiêng tĩnh do hành khách tập trung 1 bên mạn gây ra. (4.28) D là lượng chiếm nước của tàu.
lk được xác định trên đồ thị tĩnh theo góc nghiêng do khách tập trung 1 bên mạn.
Điều kiện góc nghiêng tĩnh: θ chpt ≥ .θ k. Trong đó:
θ chpt là góc nghiêng tĩnh cho phép giới hạn θ chpt ≤ 12 do tàu có chiều dài nhỏ hơn 30m.
θ k =
M k
là góc nghiêng tĩnh do khách tập trung 1 bên mạn gây ra.
M1
M1 =
D.h0
57.3°
Bảng 4.21: Bảng tính đồ thị ổn định khi khách tập trung 1 bên mạn.
STT Đại Lượng
1 Lượng chiếm nước.
2 Thể tích chiếm nước.
3 Chiều chìm trung bình.
4 Độ cao trọng tâm.
5 Bán kính ổn định ngang.
6 Cao độ tâm nổi.
7 Chiều cao ổn định ban đầu.
8 Trọng lượng khách trên tàu.
Khoảng cách trọng tâm nhóm
9 hành khách đến mặt cắt dọc
giữa tàu.
10 Mômen nghiêng tĩnh do khách
tập trung một bên mạn.
11 Mơmen nghiêng ngang tàu 1°
12 Góc nghiêng tĩnh do khách tập
trung 1bên mạn gây ra.
Tay địn xác định mơmen cho
13 phép khách tập trung 1 bên mạn. 14 Mômen cho phép khách tập trung 1 bên mạn. 15 K=Mchpk/Mk. Nhận xét: Mchpk ≥ Mk trong cả 2 trường hợp. k ≤ 12 trong cả 2 trường hợp.
Kết luận ổn định:
Qua kết quả tính tốn lấy kết quả nhở nhất so sánh với các yêu cầu ổn định trong tiêu chuẩn thống kê IMO và Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển 6259 -
10:2003.
- Chiều cao tâm ổn định ban đầu h0min= 1.623(m) > 0.15(m).
- Tay đòn lớn nhất của đồ thị ổn định tĩnh lmax=1.5 (m) > 0.25(m).
- Góc nghiêng ứng với cánh tay đòn ổn định tĩnh lớn nhất θ max = 50 >30 .
- Góc lặn θ v > 60 .
Suy ra : Tàu thỏa mãn các yêu cầu ổn định theo quy phạm. -
CHƯƠNG 5: TÍNH CHỌN KẾT CẤU TÀU. 5.1.Tính kết cấu.
Tính tốn các chi tiết kết cấu thân tàu là phần việc rất quan trọng trong quá trình thiết kế tàu. Các kết cấu được tính tốn sao cho vừa đảm bảo bền theo qui phạm, vừa dễ thi cơng chế tạo lại có tính thẩm mỹ cao.
Vị trí và kích thước của các chi tiết kết cấu quyết định đến toạ độ trọng tâm của tồn tàu, nó có ảnh hưởng trực tiệp đến tính ổn định của con tàu. Vì vậy các chi tiết kết cấu phải được tính tốn và kiểm tra theo các yêu cầu của qui phạm.
Hình dáng các chi tiết kết cấu có ảnh hưởng lớn đến q trình thi cơng chế tạo cũng như giá thành của con tàu.
Thuyền buồm thiết kế bao gồm các chi tiết phần vỏ được làm bằng vật liệu composite và các chi tiết phần nội thất được làm bằng vật liệu gỗ. Điều này tạo cho con thuyền một dáng vẻ sang trọng có tính thẩm mỹ cao.
5.1.1.Giới thiệu chung.5.1.1.1 Loại tàu: 5.1.1.1 Loại tàu:
Thuyền buồm du lịch chở 10 khách làm bằng vật liệu composite.
5.1.1.2 Vùng hoạt động:
Tàu hoạt động ở vùng hạn chế III.
5.1.1.3 Qui phạm:
Kết cấu của tàu thiết kế sẽ được tính chọn theo: Qui phạm kiểm tra và chế tạo các tàu làm bằng chất dẻo cốt sợi thuỷ tinh TCVN 6282: 2003.
5.1.1.4 Các thơng số cơ bản dùng để tính tốn:
- Chiều dài lớn nhất: - Chiều dài thiết kế: - Chiều rộng lớn nhất: - Chiều rộng thiết kế:
- Chiều cao mạn:
- Mớn nước :
- Lượng chiếm nước:
- Hệ số diện tích mặt đường nước: - Hệ số diện tích mặt cắt ngang: - Hệ số đầy thể tích chiếm nước:
- Số khách :
5.1.2. Kết cấu cơ bản:
5.1.2.1 Qui phạm:
Tàu được tính chọn kết cấu theo Quy phạm kiểm tra và chế tạo các tàu làm
bằng chất dẻo cốt sợi thủy tinh, TCVN 6282 : 2003.
5.1.2.2 Vật liệu:
Vỏ tàu được chế tạo từ vật liệu gổ bọc FRP trong đó:
- Vật liệu cốt là sợi thủy tinh dạng Matting và Roving sắp xếp xen kẽ nhau.
- Vật liệu nền là nhựa Polyester không no, loại được Đăng kiểm Lloyd cho phép sử dụng.
Bảng 5.1:Kiểm tra thực tế độ bền composite.
5.1.2.3 .Tính tốn kết cấu:
Thân tàu kết cấu theo hệ thống kết cấu ngang. Khoảng cách sườn thực là S = 500 (mm). Sườn bằng gỗ bọc FRP.
a. Lớp vỏ:( Chương 7 - tài liệu [7] ). Lớp vỏ bao đoạn giữa tàu Lớp mạn:
δ ≥15S d + 0.026L
Trong đó:
S = 0.5 m là khoảng cách sườn.
d = 1.314 m là chiều chìm trung bình. L = 15.8 là chiều dài thiết kế.
Thay số ta có: ≥ 15x0.5 1.314 + 0.026x15.8 ≥ 11.83 (mm). Chọn: δ = 12 (mm) Lớp đáy: δ ≥15.8S Thay số ta có: ≥ 15.8x0.5 1.314 + 0.026x15.8 δ≥ 12.46 (mm). Chọn: δ = 14 (mm) Lớp vỏ bao ở đoạn mút
Vỏ tàu có kết cấu 1 lớp nên ra ngoài đoạn giữa tàu chiều dày giảm dần còn bằng 0.85 chiều dày lớp vỏ bao ở đoạn giữa tàu:
Lớp mạn: δ = 0.85 x 11.83 = 10.05 (mm) Chọn δ = 12 (mm) Lớp đáy: δ = 0.85 x 12.46 = 10.59 (mm) Chọn δ = 12 (mm) 66
Đoạn gia cường mũi tàu dài 0.3L tính từ mũi tàu:
≥CS L
Trong đó:
C được tra theo tài liệu [7]. Do α = 1nên C = 5.36. Thay số ta có: ≥ 5.36x0.5 15.8 δ≥ 10.65 (mm). Chọn: δ = 12 (mm) Lớp vỏ giữa đáy
Chiều rộng lớp vỏ giữa đáy: b = 0.2B
Trong đó: B = 5.4 (m) là chiều rộng tàu. Thay số ta có:
b = 0.2 x 5.4 = 1.08 (m). Chọn: b = 1.0 (m).
Chiều dày lớp vỏ giữa đáy:
= (9 + 0.4L) Thay số ta có: =(9+ 0.4x15.8) (5.5) (5.6) (5.7)
=15.32 (mm) Chọn: δ = 16 (mm)
b.Boong ( Chương 8-tài liệu [7] )
Chiều dày tấm boong giữa tàu khơng nhỏ hơn trị số tính theo cơng thức:
δ ≥ 18.2S h Trong đó: h = 0.051L+0.46 = 1.26 (t/m2) Thay số ta có: ≥18.20.5 1.26 δ≥ 10.21 (mm). Chọn: δ = 12 (mm)
Chiều dày tấm boong ngồi đoạn giữa tàu khơng nhỏ hơn trị số tính theo cơng
thức: δ ≥13S h Trong đó: h = 0.027L+0.46 = 0.88 (t/m2) Thay số ta có: ≥13x0.5 0.88 δ≥ 6.09 (mm). Chọn: δ = 8 (mm) 68
c.Sườn ( Chương 9 - tài liệu [7] )
Sườn có kết cấu lõi là gỗ rất khơ, khơng có mắt như quy phạm quy định. Khoảng cách sườn được chọn là S = 500(mm) bằng với khoảng sườn tiêu chuẩn ghi trong quy phạm.
Modul chống uốn của các sườn phía sau 0.15L tính từ mũi:
Wu≥ 32Shl2 (5.10)
Trong đó:
S = 0.5 (m) là khoảng cách sườn.
l = 2.9 (m) là khoảng cách thẳng đứng từ mặt trên lớp đáy trên hoặc là từ mặt đà ngang cuả đáy đơn ở mạn đến mặt trên của xà ngang boong tại mạn (m) .
h = 1.5 (m) là khoảng cách thẳng đứng từ mặt trên của đà ngang đáy đến điểm d+ 0,026L. Nếu khoảng cách đó nhỏ hơn 0,5D thì h được lấy bằng 0.5D(m)
Thay số ta có:
Wu ≥ 201.84 (cm3).
Để đảm bảo mơđun chống uốn như trên, chọn sườn có kích thước: Gỗ 90 x 140 bọc FRP dày δ5 có Wu = 205.31 (cm3).
5 14 0 90 Hình 5.1 : Kích thước sườn. 69
Kiểm tra kết cấu theo quy phạm: Để kiểm tra modul chống uốn của tiết diện sườn, sử dụng phương pháp tính sức bền vật liệu. Để đơn giản cho việc tính tốn chia tiết diện sườn ra làm ba phần. Khi đó momen qn tính của tiết diện sườn sẽ là:
Jx = J1 + J2 + J3. Jx = 8 x 0.5 3 12 Wu = 2xJ x 8
Vậy sườn đã chọn thỏa mãn yêu cầu của quy phạm.
Modul chống uốn của sườn ngang ở phía trước của 0.15L tính từ mũi: Wu≥ 37.5Shl2
Trong đó:
S = 0.5 (m) là khoảng cách sườn.
l = 2.9 (m) là khoảng cách thẳng đứng từ mặt trên lớp đáy trên hoặc là từ mặt đà ngang cuả đáy đơn ở mạn đến mặt trên của xà ngang boong tại mạn (m) .
h = 1.5 (m) là khoảng cách thẳng đứng từ mặt trên của đà ngang đáy đến điểm d+ 0,026L. Nếu khoảng cách đó nhỏ hơn 0,5D thì h được lấy bằng 0.5D(m)
Thay số ta có:
Wu≥236.53 (cm3).
Để đảm bảo mơđun chống uốn như trên, chọn sườn có kích thước: Gỗ 90 x 150 bọc FRP dày δ5 có Wu = 241.21 (cm3)
90
5
15 0
90
Hình 5.2: Kích thước sườn.
Tương tự ta củng kiểm tra kết cấu theo quy phạm như cách trên: Jx = J1 + J2 + J3. Jx = 8 x 0.5 3 12 Wu = 2xJ x 8
Sống chính:
Sống chính đi suốt từ vách mũi đến vách đuôi.
Chiều dày của tấm thành sống chính khơng được nhỏ hơn trị số tính theo cơng thức sau đây:
δ = 0.4L + 4.7 (mm).
Thay số ta được:
= 11.02(mm). Nhận : δ = 12(mm).
Chiều rộng và chiều dày tấm mép của sống chính phải khơng nhỏ hơn trị số tính theo cơng thức sau đây:
Chiều rộng: b = 4L + 30 = 93.2(mm). Nhận: b = 100 (mm). Chiều dày: δ = 0.4L + 4.7 (mm). Thay số ta được: = 11.02(mm). Nhận : δ = 12(mm). 1 2 50 100 Hình 5.3: Kích thước sóng chính. Sống phụ:
Chiều dày sống phụ ở đoạn giữa tàu khơng được nhỏ hơn trị số tính theo công thức sau:
t = 0.3L + 3.5 (mm). Thay số ta được:
t = 8.24 (mm). Chọn :t = 10 (mm).