Đề tài: SỨC BỀN THÂN TÀU. docx

Phần I : Cân Bằng Tàu Trên Nước TĩnhI : Phân bố trọng lượng vỏ tàu trên các sườn Tàu có Lm 67 = mm được chia thành 20 khoảng sườn - Trước hết để vẽ được đường phân bố trọng lượng của vỏ

Lời nói đầu

Trong công cuộc đổi mới đất nước hiện nay,chúng ta tự hào rằng: Việt Nam chung ta là một cường cuốc hàng đầu về đóng tàu trên thế giới Theo đó phát triển nghành đóng tàu cũng vì một mục đích đua nước ta đến năm 2020 trở thành một nước công nghệp phát triển ổn định để từ đó tự chủ về kinh tế Để thực hiện mục tiêu đó ta cần cố gắng học tập.

Đây là bài tập lớn môn SỨC BỀN THÂN TÀU Được sự hướng dẫn đầy nhiệt tình của thầy ĐỖ QUANG THẮNG và quá trình làm bài tập của bản

thân Tính toán tàu hàng 2000DWT Trong quá trình tính toán có đều gì sai xót mong thầy cho ý kiến để phần bài tập lớn của em hoàn thiên hơn.

Em xin chân thành cảm ơn !

Nha trang, ngày 21 tháng 05 năm 2011

Sinh viên

Phan Minh Thuật

A : Các Thông Số Của Tàu Mẫu

- Trọng tải của tàu : 2000T

- Chiều dài thiết kế : LTK = 70 (m)

- Chiều dài tàu : L = 67 (m)

B : Kích thước tàu thiết kế:

- Chiều dài : Lmax = 79 (m)

- Chiều rộng : Bmax = 12.8 (m)

- Chiều cao : Hmax = 6.2 (m)

Phân bố khối lượng hàng hóa theo chiều dài của tàu

Các số liệu đề bài : (75% dự trữ , 100% hàng hóa , 25% dằn)

- Khối lượng máy móc 40T phân bố từ S1→S4

- Hàng hóa 2000T phân bố từ sườn S4→S17

- Trọng lượng thủy thủ 2T (S2 →S5)

- Dữ trữ 100T (S1 →S4) và (S17→S20)

- Dằn : 200T (S4 →S19)

Phần I : Cân Bằng Tàu Trên Nước Tĩnh

I : Phân bố trọng lượng vỏ tàu trên các sườn

Tàu có Lm 67 = mm được chia thành 20 khoảng sườn

- Trước hết để vẽ được đường phân bố trọng lượng của vỏ tàu , ta đi xác định các thông số sau :

- Tiếp theo ta xác định các thông số m0,m1

(Phân bố khối lượng theo tàu béo đầy ) nên tình các hệ số trên theo các công thức sau

73.20

67

ξ

Thay ξk vào biều thức (1.2) ta được kết quả như sau

89,0)65,0(.365,0667

P

m

P

t T

P

m

P

t T

)(650.89,020

63,1420

)(65045,020

35,3820

)(650.18,120

- Xác định các chiều cao bậc thang δ0,δ1 , việc xác định được dựa

theo công thức sau :

63 , 14 35 , 38 6

57 , 1 6

28,92 35

, 38 6

0 0

- Bảng phân bố khối lượng vỏ tàu theo khoảng từng khoảng sườn được dựa theo các số liệu sau

- Từ các số liệu trên ta dùng excel để vẽ đồ lược đồ phân bố khối lượng vỏ tàu hay trọng lượng vỏ tàu theo phương pháp gần đúng (hình thang) Trên biểu đồ ứng với mỗi khoảng sườn thì tương ứng với từng khối lượng vỏ và được phân

bố đều trên sườn

Trọng lượng vỏ tàu ở đoạn giữa tàu có giá trị không đổi và phân bố đều trên từng khoảng sườn , với chiều dài đoạn phân bố đều phụ thuộc vào hệ số đầy và

hệ số lăng trụ tàu Trong đường phân bố trọng lượng vỏ tàu được phân bố theotàu có dạng béo đầy , đoạn thẳng phân bố đều dài hơn\

Như vậy với các số liệu trên ta vẽ biểu đồ phấn bố trọng lượng của tàu (đường

có dạng giống đường phân bố của tàu béo đầy

Đường phân bố trọng lượng vỏ tàu

- Vẽ đường phân bố trọng lượng hàng hóa trên tàu

Các số liệu đề bài : (75% dự trữ , 100% hàng hóa , 25% dằn)

- Khối lượng máy móc 40T phân bố từ S1→S4

- Hàng hóa 2000T phân bố từ sườn S4→S17

- Trọng lượng thủy thủ 2T (S2 →S5)

- Dữ trữ 100T (S1 →S4) và (S17→S20)

- Dằn : 200T (S4 →S19)

 Như vậy trọng lượng hàng hóa phân bố trên tàu là :

- Khối lượng máy móc 40T phân bố từ S1→S4

- Hàng hóa của tàu 100% 2000T (100% hàng hóa)

- Dữ trữ : 75% 100T = 75T phân bố từ sườn (S0→S4) và (S17→S20)

(75% dữ trữ)

- Dằn :25% 200T= 50t (S4 →S19) (25% dằn)

- Trọng lượng thủy thủ 2T (S2 →S5)

 Đương phân bố khối lượng máy móc : vì khối lượng máy móc 40T phân

bố từ S1→S4 nên ta có đường phân bố sau :

 Đường phân bố dự trữ : Vì tàu có khối lượng dữ trữ : 75% 100T = 75 T phân bố từ sườn ( S0 →S4 ) và ( S17→S20) nên ta phân như sau

 Đường phân bố trọng lượng dằn : theo đề bài có trọng lượng dằn :25% 200T=50T ( S4 →S19) (25% dằn) như vậy tao phân bố như sau

 Đường phân bố trọng lượng thủy thủ : theo đề bài trọng lượng thủy thủ bằng 2T phân bố ( S2 →S5) nên ta có biều đồ sau :

 Đường phân bố trọng lượng hàng hóa : theo đề bài trọng lượng hàng hóa bằng 100%.2000T =2000T phân bố ( S4 →S17) nên ta có biều đồ sau :

Tải trọng hàng hóa phân bố lên tàu là : (dùng phương pháp công họa đồ)

Cộng 4 đồ thị ở phía trên ta được khối lượng (dằn , dự trữ , thủy thủ , máy móc,hang hóa) ta được đồ thị sau :

Xác định tọa độ trọng tâm của tàu

BảngIII : Phân bố tải trọng từ khoảng sườn (0-1) đến (19-20)

483.1 443.8- 395.3- -1073 -877.6 -688.3 -491.7 -295 -98.33 98.33 295 491.7 688.3 863.5 1029 1185 279.3 267.6 219.8 -287.25

 Như phần trên ta thấy tổng trọng lượng của tàu là : 2817 tấn

1 Vì 2817 tấn mà tỷ lệ xích D : 1mm = 1 tấn nên chiều dài

từ trục tọa độ O1 đến đường D là 2817 mm

Như vậy ta tính được các thông số sau

 Mớn nước trung bình : T tb:

m mm

H

H T

m

tk

4,5

2,667,495767

,

=

 Tọa độ x ctại mớn mước xác định : (tỷ lệ xích Xc : 1 mm =0.001m)

Tọa độ x f tại mớn mước xác định : (Xf : 1mm = 0.001m)

 Diện tích mặt đường nước tại mớn nước xác định là ; ( S : 1mm =1m2 )

2

88,84267

73.8,10

9.12.67,647

B S

m

tk m

L x

, 0 8 ,

−

=

m L

L x

001 , 0 61 ,

=

5,410667

73.4,5

2,6.8,10

9,12.27,2748

H B

B V

m

tk m

tk m

=

 Bán kính nghiêng dọc R được xác định : ( có tỷ lệ xích R: 1 mm =0.1m)

L

L

dz S

ydx x

tk m tk

m

tk m tk

L

L H

H B B

B

B L L

3,7.4,5

2,6.8,10

9.12

8,10

9,1267

73

2,6.2412

Bảng IV : Các thông số tính nổi

 Tiến hành xác định T , m T d (tàu thiết kế)

m R

x x x

L T

T

m R

x x x

L T

T

c g f

tk tb

đ

c g f

tk tb

m

617

,473

388,072,3)77,1(2

737,52

3,517

,473

388,072,377,1(2

737,52

Đồ thị bonjean sau khi được đặt Tm,Td

 Như vây ta các xác định được các diện tích mặt cắt ngang cuả tàu

mẫu

Để có được diện tích mặt cắt ngang tàu thiết kế ta phải áp dụng công thứcsau

3714,1

m

tk m

tk mau

tk

H

H B

B

ωω

Như vậy ta thực hiện tính toán diện tích mặt cắt ngang tàu thiết kế

Ta được bảng sau (trước hết cần tính

Tm=5,3m

)4(

5,01,0(

%12817

1096,992817

% 38 , 0 73

) 9 , 1 ( 72 , 3 2

D D

64.772.025,1

1096,992817

m T

đ

m

427,2)0284,0(3286,2

165,1)0284,0(1506,1

3

3

=+

=

=+

=

Khi thay Tm và Td vào đồ thị bonjean ta được số liệu sau

Số thứ

tự sườn

hệ số cánh tay đòn (2)

Diện tích tàu thiết

99.1.65,3)3(

)4(

%25,02817

75,21122817

−

D

D D

(thỏa

mãn)

) 1 , 0 005 , 0 (

% 067 , 0 73

) 171 , 1 ( 72 , 3 3

L

x x

% (thỏa

mãn)

ω

Tổng tích phân (4)

Lực Nối Tác Dụng Lên Tàu

γ

*)5(

*2)(x L

b =∆

Trọng Lượng (Hàng hóa ,

vỏ tàu , dằn thủy thủ)

)

(x p

Tải trọng

)()()(x p x b x

`

Tổng tích phân (8)

Lực cắt

)9.(

Hiệu chỉnh lực cắt

)20(

Mômen uốn

)11.(

2

L

M i = ∆ Hiệu Chỉnh mô men

)20(

Đường biểu diễn lực cắt

Đường biểu diễn momem uốn

Phần II : Cân Bằng Trên Sóng và Dưới Sóng

ti? lê? chiê`u dai ta`u 1: 1

Trên đây là profile sóng được vẽ theo lý thuyết nhưng trên thực tế so với tàu thật thì mạn tàu thường không vuông góc với mặt nước nên phân bố thể tích dọc chiều dài tàu không đều , do đó profile sóng sẽ được dịch chuyển một đoạn

là e (tùy thuộc vào tàu nằm trên đỉnh sóng và đáy sóng mà ta dịch chình profilesóng lên hay xuống )

Đối với tàu nằm trên đỉnh sóng ta áp dụng công thức

m

r r

73

46,1.14,3)795,01(26,1.46,1

.)1

ω

(2).(3) (4)

Diện tích trên sóng tàu thiết kế

w

ω

(5)

Hiệu của 2 diện tích

Bảng cân bằng tàu trên sóng

Thay các giá trị vào hệ phương trình sau :

+

∆

=+

+

2 0

0

.20

)8()

7()

4(

20

)7()

6()

2(

L

x V e

L e

L

V e

L e

c

ψξ

ψξ

m

3

3 0

1007

,

0

10.059

,

2

ψξ

Sau khi hiệu chỉnh theo các số liệu trên ta được profile sóng như sau : Đây là profile sóng khi tàu đã được cân bằng

Bảng biểu đồ lực cắt và mô men bổ sung trên sóng

) ( 2

m

s

Diện tích mặt cắt ngang trên sóng

3ωw(m2)

Hiệu 2 diện tích (ω −w ωs)

=(3)-(2) 4

Tổng diện tích 5

Lực nổi bổ sung trên sóng

)5.(

.2)(x L γ

b = ∆

∆

6

Tổng tích phân

∑( 6 )7

Tổng tích phân

∑( 7 )8

Lực cắt bổ sung trên sóng

9 ( ) 2 .(7)

L x

∆

Hiệu chỉnh lực cắt bổ sungtrên sóng

)20(

20 N

i

10

Lực cắt tổng hợp bổ sungtrên sóng

)10()9( −

Mômen bổ sung trên sóng

)8.(

2)(x L

∆

12

Hiệu chỉnh mômen

bổ sung

)20(

20 M

i

13

Mô men bổ sung tổng hợp

)13()12( −

Biểu Đồ Lực Nổi Bổ Sung Trên Sóng

B : Cân Băng Tàu Dưới Đáy Tàu

Từ số liệu phần trên ta vẽ được profile đáy song

Trên đây là profile sóng được vẽ theo lý thuyết nhưng trên thực tế so với tàu thật thì mạn tàu thường không vuông góc với mặt nước nên phân bố thể tích dọc chiều dài tàu không đều , do đó profile sóng sẽ được dịch chuyển một đoạn là e (tùy thuộc vào tàu nằm trên đỉnh sóng và đáy sóng mà ta dịch chình profile sóng lên hay xuống )

Đối với tàu nằm đáy sóng ta áp dụng công thức

m

r r

73

46,1.14,3)795,01(64,0.46,1

.)1(26,

Bảng cân băng tàu dưới đáy sóng

) ( 2

k

.

ω

(2).(3) (4)

Diện tích đáy sóng tàu thiết kế

w )

(ω −ω

(7)

2 ) (ωw−ωs k

∆

=+

2 0

0

013,003

,0

10.61,3

.20

)8()

7()

4(

20

)7()

6()

2(

ψξ

ψξ

ψξ

m b

L

x V e

L e

L

V e

L e

c

Sau khi hiệu chỉnh theo các số liệu trên ta được profile sóng như sau : Đây là profile sóng khi tàu đã được cân bằng

s

ω

Diện tích mặt cắt ngang đáy sóng

) ( 2

m

w

ω

Hiệu 2 diện tích (ω −w ωs)

=(3)-(2)

Tổng diện tích

Lực nổi bổ sung đáy sóng

)5.(

.2)(x L γ

b = ∆

∆

Tổng tích phân

∑( 6 )

Tổng tích phân

∑( 7 )

Lực cắt bổ sung đáy sóng

)7.(

2)(x L

∆

Hiệu chỉnh lực cắt bổ sung đáy sóng

)20(

20 N

i

Lực cắt tổng hợp

bổ sung đáy sóng

)10()9( −

=

Mômen bổ sung đáy sóng

)8.(

2)(x L

∆

Hiệu chỉnh mômen bổ sung

)20(

20 M

i

Mô men bổ sung tổng hợp

)13()12( −

Biểu đồ lực nổi bổ sung đáy song

Phần III : Uốn Chung Tàu

i

F

Z F

Z

F Z

n i i i

i n

i i n

i

n i i i

i n

0

2 0 2

1

2

Trong đó: Z0: khoảng cách giữa trục so sánh và truc trung hòa

Zi: khoảng cách từ trọng tâm kết cấu i đến trục so sánh

Fi: Diện tích mặt cắt ngang của chi tiết thứ i có trong mặt cắt ngang dầm tương đương

I0i: moment quán tính riêng của diện tích mặt cắt ngang kết cấu đang xét

FiZ02: moment quán tính chuyển dời từ trục so sánh của kết cấu đang xét đến trục trung hòa

Vị trí trục so sánh không ảnh hưởng đến kết quả tính nên để thuận lợi ta chọn trục so sánh nằm giữa mặt cắt ngang tính toán tốt nhất là gần trục trung hòa dự

 Từ thiết diện mặt cắt ngang tàu mầu ta phải suy ra các chi tiết trên mặt cắt ngang tàu thiết kế

A Tính kích thước kết cấu dầm dọc mạn tàu thiết kế (số lượng dầm dọc

mạn bên phải là :

1 : Kích thước dầm dọc mạn T(100x10/250x8)

Như vậy kích thước tàu thiết kế :

157 1 8 , 10

5 , 12

148 1 4 , 5

2 , 6

B B H H

Kích thước dầm dọc tàu thiết kế T(114,8x11,48/289,25x9,25)

Diện tích : 3209 x2mm2

Monmen quán tính riêng phần của diện tích 975729.47x2 mm4

2 : Chi tiết dầm dọc boong 1 : (T100x10/400x8)

Như vậy tiết diện trên tàu mẫu (T114,8x11,4/462,8x9,3)

Diện tích : 4518.21 mm2

Monmen quán tính riêng phần của diện tích : 86405616.69 mm4

3 : Chi tiết dầm dọc boong 2 (L400x100x10)

Kích thước tiết diện tàu thiết kế (L414,8x103,7x10,37)

Diện tích : 5376.8 mm2

Monmen quán tính riêng phần của diện tích : 2135643.5 mm4

4:Chi tiết sống chính

Kích thước tàu mẫu (750x12)

Kích thước tàu thiết kế (777,75x12,44)

6: Tôn giữa đáy ngoài (750 x 12)

Kích thước tàu thiết kế :777,75x12,44

Diện tích : 9675.21mm2

Monmen quán tính riêng phần của diện tích : 124772.80 4

mm

7 : Tôn đáy ngoài 3750 x 10

Kích thước tàu thiết kế: 3888,75x10,37

Diện tích : 40326.34mm2

Monmen quán tính riêng phần của diện tích : 361380.78 4

mm

8: Tôn đáy trong : 5400 x 10

Kích thước tàu thiết kế:5599,8x10,37

Monmen quán tính riêng phần của diện tích : 0.001 cm2.m2

Quá trình tính toán moment quán tính chính I đối với trục trung hòa của mặt cắtngang dầm tương với kết cấu thân tàu thực hiện như sau:Quá trính tính toán ta tính được các số liệu sau :

Bước I : Tính khoảng cách từ trục trung hóa đền trục so sánh :

Trước hết để xách định được khoảng cách từ trục so sánh đến trục trung hòa ta cần phải các định các thông số sau

0

20 1

20

1 0

20 1

20 1 0

i i i

i i

i

F

Z F Z

F Z Z F

Bước II : Mônmen quán tính của mặt cắt ngang dầm tương đương đối với trục trung hòa

20 1

2 0 2 20

1 0

20 1

20 1

2 0 2

20

1 0

.2

Z F Z

F I

I : (cm2.m2 )quán tính của mắt cắt ngang đang xét đến đường trung hòa

zi: (m) khoảng cách từ đường trung hòa đến kết cấu

Chú ý : Mmaxđược tính theo đơn vị (tấn.m) = 10 4 N.m

2

4 4

i

cm

N10m.cm2.m2

=100.Mpa (1m2= 4 2

cm

STT Tên các chi tiết kết cấu Kích thước các kết cấu

(mm)

Diện tích mặt cắt ngang Fi

(cm2)

Khoảng cách các kết cấu đến trục so sánh Z i,(m)

Moment tĩnh

Fi .Z,

(m.cm2)(4).(5)

Moment quán tính chuyển dời

FiZ, 2 =(5).(6)(cm2.m2)

Moment quán tính riêng của kết cấu I0

(cm2.m2)

Tính gần đúng lần thứ nhấtKhoảng cách từ

kết cấu đến trục trung hòa

Zi=Z, –Z0 (m)

Ứng suất uốn dọc trong kết cấu (Mpa)

Trên đỉnh sóng Trên đáy sóng

i

=

=σ

Trong đó:

i Z

I

W = là mođun chống uốn của mặt cắt ngang Giá trị W nhỏ nhất khi

Zi lớn nhất, nghĩa là xa trục trung hòa nhất Tại những vị trí đó ứng suất đạt giá trị lớn nhất

Từ trên ta suy ra hai vị trí W đạt giá trị nhỏ nhất là boong và đáy

- Mođun chống uốn của mặt cắt ngang so với điểm xa nhất của mặt

boong là:

Wb min 7668 , 2 ( mcm )

3,44

26378,62 Z

- Khi kiểm tra bền ta kiểm tra cho vùng có moodun chống uốn nhỏ nhất

và Momen uôn lớn nhất tại phần đỉnh sóng và đáy sóng (tại những mặt cắt nguy hiểm)

- Giá trị mômen uốn lớn nhất tại đỉnh sóng và đáy sóng là :

7578,80 W

M

min b

đinh Max

M min d

đinh Max

σ

2 Tại đáy sóng : Ứng suất tại boong :

Mpa 2 , 111 2 , 7668

8529 W

M

min

b

đáy Max

M min d

đáy Max

S N

=τ

Trong đó:

N: lực cắt tác dụng trong mặt cắt ngang đang xét (tấn)

S: moment tĩnh tiết diện mặt cắt ngang của các kết cấu dọc nằm về một phía của điểm xác định ứng suất đối với trục trung hòa (m.cm2)

I: moment quán tính của mặt cắt ngang so với trục trung hòa (m2.cm2).t: tổng chiều dày của các kết cấu đang xét (cm)

Từ các công thức trên ta nhận xét muốn tính ứng suất pháp và tiếp thì phải tính được moment quán tính chính I của mặt cắt ngang Moment quán tính chính I chỉ phụ thuộc vào diện tích và khoảng cách tính từ trọng tâm của kết cấu đang xét đến trục trung hòa nên giá trị của moment quán tính I sẽ không thay đổi nếuchúng ta di chuyển các kết cấu về mặt cắt dọc giữa tàu, đồng thời giữ nguyên cao độ và diện tích mặt kết cấu Lúc này kết cấu thân tàu sẽ giống như dầm

ghép từ nhiều kết cấu khác nhau goi là dầm tương đương

STT Tên các chi tiết kết

cấu

Kích thước các kết cấu(mm)

Diện tích mặt cắt ngang Fi

(cm2)

Khoảng cách các kết cấu đến trục trung hòa Zo (m)

Moment tĩnh F.Z(m.cm2)(4).(5)

Tổng tích phânS=Σ(6)

Lực cắt N (T) trên đỉnh sóng

Lực cắt N (T) trên đáy sóng

Chiều dày(cm)

Ứng suất tiếp(τ) (MPa)Trên đỉnh sóng Trên đáy sóng

Kiểm tra bền

Đối với thép đóng tàu thường dùng có ứng suất giớ hạn là :

[σ]T = 0,8 [σ]ch = 0,8 240 = 192 (MPa)

) Mpa ( 72 240 3 , 0 ] [

3 , 0 ]

 Kiểm tra theo giá trị ứng suất pháp và ứng suất tiếp

Trong 2 bảng tính ta nhận được các giá trị ứng suất pháp lớn nhất và ứng suất tiếp lớn nhất

 Kiểm tra độ bền chung theo ứng suất pháp tổng:

Nhận thấy sau 2 lần tính ứng suất pháp và ứng suất tiếp ta có giá trị ứng suất pháp và tiếp lớn nhất như sau:

σmax = 111,33 (MPa)

τmax = 11,86 (MPa

Kiểm tra điều kiện ứng suất pháp tổng (kiểm nghiệm theo độ bền 4)

)MPa(2,11386

,11333,111