MAESTRO là phần mềm thiết kế chuyên dụng, dùng để phân tích và đánh giá độ bền kết cấu tàu thủy ở trạng thái giới hạn bằng phương pháp phần tử hữu hạn. So với việc sử dụng các phần mềm phân tích kết cấu khác để tính toán độ bền tàu, việc sử dụng MAESTRO có những tính năng nổi trội trong phân tích độ bền tàu, cụ thể như sau:
- Các phần tử MAESTRO được tối ưu hóa và sử dụng trong kết cấu tàu thủy, do đó việc tạo và sửa đổi mô hình lưới thô thực hiện rất nhanh và dễ dàng, đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy cao.
- Mô hình hóa kết cấu nhanh chóng, chính xác.
- Đặt tải dựa vào mô hình, trong đó lực tương tác lên trên thân tàu dựa trên khoang hàng, yếu tố thủy tĩnh, trong môi trường thủy động (có khả năng đặt sóng theo mô hình sóng Trochoidal hoặc Sinuasoidal).
- Cho phép tính toán tối ưu hóa kết cấu - Phân tích cục bộ với lưới mịn.
- Tính toán bền, rung động, ăn mòn tàu thủy.
- Có khả năng tự cân bằng, đánh giá độ bền, mức độ ổn định và tính nổi của kết cấu.
- Cho phép tự động tính toán đường nước thiết kế.
- Kiểm soát trọng lượng bản thân của các kết cấu, trọng lượng và phân bố tải, trục trung hòa, tâm nổi, trọng tâm, áp lực nước biển…
- Đánh giá, điều khiển kết cấu, hợp nhất và tiêu chuẩn cấu trúc tạo ra mô hình lưới thô và lưới mịn.
- Giảm thiểu thời gian tính toán và xuất kết quả.
- Có khả năng truy vấn nhanh các kết quả tính ứng suất, biến dạng…
- Xuất ra các đồ thị biểu diễn phân bố lực nổi, lực uốn, momen uốn (theo các phương x, y, z) dọc theo chiều dài tàu.
- Khả năng chia lưới mịn cho việc phân tích độ bền cục bộ của các kết cấu mà không phụ thuộc vào điều kiện biên của kết cấu cục bộ muốn phân tích (điều kiện biên cục bộ được MAESTRO tự động đặt ra, dựa trên điều kiện biên của mô hình tổng thể).
Quá trình phân tích độ bền kết cấu tàu thủy trong MAESTRO thực hiện theo trình tự sau:
1) Xây dựng mô hình tính
+ Thiết lập hệ đơn vị và vật liệu.
+ Khai báo các đặc trưng hình học cơ bản của chi tiết.
+ Xây dựng mô hình theo trình tự từ phần tử đến thân tàu Elements Module Substructre (A collection of Modules) Ship (hình 2.6).
Hình 2.6. Cấu trúc xây dựng mô hình tính trong MAESTRO
2) Xác định điều kiện biên.
3) Phân bố tải trọng hàng hóa lên tàu.
4) Xây dựng mô hình sóng tính toán, cân bằng tàu. 5) Giải và xuất kết quả.
Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Như đã được trình bày trong các phần trên, việc đánh giá khả năng sử dụng kiểu kết cấu vật liệu inox - foam - inox (IFI) trong đóng tàu được thực hiện dựa trên cơ sở so sánh các chỉ số về mặt cơ tính và tính kinh tế của vật liệu kết cấu IFI so với những loại vật liệu truyền thống khác đã được sử dụng trong ngành đóng tàu, ở trường hợp này là hợp kim nhôm vì sự tương đồng của hai kết cấu vật liệu này. Trên cơ sở đó đề xuất giải quyết vấn đề đặt ra theo các nội dung chính như sau:
1. Lựa chọn một mẫu tàu du lịch cỡ nhỏ điển hình làm bằng vật liệu nhôm đã được đăng kiểm cấp phép hoạt động để làm cơ sở tính toán và so sánh. 2. Từ các thông số kết cấu tàu này, tiến hành chế tạo mẫu thử (theo TCVN)
để thử nghiệm cơ tính vật liệu nhôm và vật liệu kết cấu IFI để xác định các thông số vật liệu kết cấu IFI có sức bền tương đương với vật liệu nhôm. Bài toán tính kết cấu này là bài toán áp dụng cho vật liệu composite 3 lớp, từng lớp đẳng hướng vì kết cấu IFI cũng là một dạng composite.
3. Sau thực nghiệm và tính toán đầy đủ các thông số của vật liệu kết cấu IFI sẽ sử dụng phần mềm mô phỏng để kiểm chứng sức bền toàn bộ thân tàu khi sử dụng dạng kết cấu vật liệu này.
4. Trên cơ sở sức bền tương đương, tiến hành so sánh khối lượng vật liệu của vật liệu nhôm và vật liệu kết cấu IFI (tính trên một mét vuông vật liệu) để tính giá thành của từng loại vật liệu.
Hình 3.1 giới thiệu kết cấu vật liệu IFI do chúng tôi chế tạo thử nghiệm.