Nghiên cứu và ứng dụng các phần mềm tính toán, mô phỏng trong kết cấu thân tàu đề suất kết cấu tối ưu

Lê Anh Dũng Nghiên cứu và ứng dụng các phần mềm tính toán, mô phỏng trong kết cấu thân tàu.. Đề tài luận văn tốt nghiệp : 1.1.Tên đề tài tiếng việt: Nghiên cứu và ứng dụng các phần m

Lê Anh Dũng

Nghiên cứu và ứng dụng các phần mềm tính toán,

mô phỏng trong kết cấu thân tàu Đề suất kết cấu

tối ưu

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS Lê Quang

HÀ NỘI – 2010

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình khác

Tôi xin cam đoan các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc

Tác giả

Lê Anh Dũng

Cũng nhân dịp này, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy cô giáo trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập tại trường

Cuối cùng tôi xin cảm ơn sự động viên, khích lệ của các thành viên trong gia đình

Hà Nội ngày 30 tháng 09 năm 2010 Học viên

Lê Anh Dũng

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Họ và tên : Lê Anh Dũng

Lớp : Cao học.Máy tự động thuỷ khí

Khóa : 2008 - 2010

Trường : Đại Học Bách Khoa Hà Nội

I Đề tài luận văn tốt nghiệp :

1.1.Tên đề tài tiếng việt:

Nghiên cứu và ứng dụng các phần mềm tính toán, mô phỏng trong kết cấu thân

tàu Đề suất kết cấu tối ưu

1.2.Tên đề tài tiếng anh :

A study and software application for calculation and simulation of the hull

structure Some suggestions for hull structure optimization

II Nội dung thuyết minh :

Bản thuyết minh chi tiết

IV Ngày giao nhiệm vụ tốt nghiệp : 03/03/2010

Ngày hoàn thành nhiệm vụ : 30 /10/2010

LỜI NÓI ĐẦU

Ngành công nghiệp Tàu thủy được coi là ngành công nghiệp mũi nhọn, “quả đấm thép” của nền kinh tế Việt Nam Tuy trong thời gian vừa qua có gặp nhiều khó khăn do khủng hoảng kinh tế, song với định hướng phát triển và tầm nhìn chiến lược mà Đảng và Nhà nước dành cho, chúng ta đang dần tìm lại hướng đi đúng đắn, đưa ngành công nghiệp đóng tàu vươn lên một tầm cao mới

Trên lộ trình đó thiết kế kỹ thuật được coi là một bước đi quan trọng, nhằm giảm chi phí sản xuất, tiết kiệm nguyên vật liệu, đảm bảo tối đa an toàn cho người

và hàng hóa trên tàu Thiết kế kỹ thuật tối ưu sẽ cho ra đời những con tàu tối ưu Tuy nhiên việc đưa ra những thiết kế kỹ thuật tối ưu là một việc làm khó do tầu thuỷ và các công trình nổi có kết cấu rất phức tạp, do điều kiện khai thác khác biệt nhiều so với các công trình trên bộ Các phương pháp phân tích kết cấu cổ điển áp dụng tính độ bền kết cấu tầu thuỷ còn nhiều hạn chế và một trong những hạn chế lớn nhất là mâu thuẫn giữa mô hình tính toán và phương pháp tính toán: mô hình đơn giản, dễ giải thí chưa khái quát hết các đặc điểm làm việc của hệ thực Ngược lại, mô hình phức tạp thì khó giải được chính xác và độ tin cậy hạn chế

Việc đưa các phần mềm tính toán vào trong thiết kế kỹ thuật giải quyết được hạn chế đó Tuy nhiên trong giới hạn luận văn tốt nghiệp cao học của tôi, do thời gian và tài liệu còn nhiều hạn chế nên tôi chỉ đưa ra một cái nhìn tổng quát nhất về việc ứng dụng , khai thác phần mềm trong tính toán mô phỏng kết cấu thân tàu,qua

đó đưa ra giải pháp tối ưu cho người thiết kế

Do trình độ và kinh nghiệm còn nhiều hạn chế, luận văn của tôi có thể có những điểm chưa hợp lý Tôi rất mong sự đóng góp ý kiến của của các thầy cô, bạn

bè đồng nghiệp

Ks.Lê Anh Dũng

KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

a Chiều dài của một hoặc một phần tấm panel (mm)

b Chiều rộng của phần tử tấm panel (mm)

α Tỷ số hình dạng của phần tử tấm panel

n Số phần tử tấm panel theo chiều rộng trong một phần hoặc cả

t Chiều dày tấm, mm

σn Ứng suất thực lấy từ độ bền uốn chung thân tàu(N/mm2)

τSF Ứng suất cắt gây ra bởi lực cắt, (N/mm2)

σ x Ứng suất màng theo phương x, (N/mm2)

σ yx Ứng suất màng theo phương y, (N/mm2)

τ Ứng suất cắt trên mặt phẳng x-y, (N/mm2)

MỤC LỤC

Trang phụ bìa ……….1

Lời cam đoan ……… 2

Lời cảm ơn …… 3

Luận văn tốt nghiệp ………4

Lời nói đầu ……… 5

Danh mục kí hiệu 6

Chương I Giới thiệu chung ……… 9

1.1 Giới thiệu chung ……….10

1.2 Tính bức thiết của đề tài ……….12

1.3 Mục đích nghiên cứu 12

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ……….12

1.5 Phương pháp nghiên cứu ……… 13

1.6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ……… 13

Chương II Tính kết cấu theo yêu cầu Quy phạm ……… 14

2.1 Cơ sở khoa học của tính toán kết cấu 15

2.2 Sơ bộ về ụ nổi 17000 DWT ………22

2.3 Tính chọn sơ bộ kết cấu theo yêu cầu Quy phạm ……….….… 25

2.4 Tính mô đun chống uốn đoạn tiết diện ngang giữa ụ ……… ….32

Chương III Nghiên cứu, khai thác phần mềm Msc.Patran\Nastran …………36

3.1 Tổng quan về phần mềm ……….… 37

3.2 Lập mô hình tính toán ……… 47

3.3 Chia lưới phần tử ……….53

3.4 Đặc tính của phần tử mô hình ……….54

3.5 Điều kiện biên ……… 59

3.6 Đặt tải ………61

3.7 Chạy kết quả tính toán của phần mềm ………64

Chương IV So sánh kết quả, kết luận đề tài và đề xuất 70

4.1 So sánh kết quả, nhận xét ……….71

4.2 Kết luận đề tài………72 4.3 Đề xuất ……… 73

TÀI LIỆU THAM KHẢO

CHƯƠNG I

GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG

Hướng ra biển lớn đó là nhiệm vụ, là quyết tâm, là tầm nhìn của ngành công nghiệp Tàu thủy Việt Nam Chúng ta ngày càng phải có những con tàu to lớn hơn nữa,hiện đại hơn nữa, đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế biển, tương xứng với tiềm năng vốn có

Hãy cùng nhìn lại đôi nét về biển Việt Nam, về ngành công nghiệp cho ra những sản phẩm làm chủ biển khơi, làm chủ những con song lớn

Việt Nam có diện tích hơn 330,000 km² bao gồm khoảng 327.480 km² đất liền

và hơn 4.200 km² biển nội thuỷ, với hơn 4.000 hòn đảo, bãi đá ngầm lớn nhỏ, gần

và xa bờ, có vùng nội thuỷ, lãnh hải, vùng đặc quyền kinh tế và thềm lục địa xác định gần gấp ba lần diện tích đất liền khoảng trên 1 triệu km² 28 trong số 64 tỉnh/thành phố nước ta nằm ven biển, diện tích các huyện ven biển chiếm 17% tổng diện tích cả nước và là nơi sinh sống của hơn 1/5 dân số cả nước

Việt Nam là quốc gia có 3 mặt giáp biển, đặc biệt trong đó Biển Đông đóng vai trò sống còn Đây là một trong 6 biển lớn nhất của thế giới, nối hai đại dương là Thái Bình Dương và Ấn Độ Dương, có 9 quốc gia bao bọc: Việt Nam, Trung Quốc, Philippines, Indonesia, Brunei, Malaysia, Singapore, Thái Lan và Campuchia Đây cũng là con đường chiến lược của giao thương quốc tế, có 5/10 tuyến đường hàng hải lớn nhất của hành tinh đi qua Hàng năm, vận chuyển qua biển Đông là khoảng 70% lượng dầu mỏ nhập khẩu từ Trung Đông và Đông Nam Á, khoảng 45% hàng xuất của Nhật, và 60% hàng xuất nhập khẩu của Trung Quốc Theo những nghiên cứu do Sở môi trường và các nguồn lợi tự nhiên Philippine, vùng biển này chiếm một phần ba toàn bộ đa dạng sinh học biển thế giới, vì vậy nó là vùng rất quan trọng đối với hệ sinh thái

Biển Việt Nam có hơn 2000 loài cá, trong đó có gần 130 loài cá giá trị kinh tế cao và hàng trăm loài được đưa vào sách đỏ VN và thế giới, 1600 loài giáp xác,

2500 loài thân mềm, cho khai thác 45000-50000 tấn rong biển …

Trong Chiến lược biển Việt Nam đến năm 2020, phải phấn đấu để nước ta trở

thành một quốc gia mạnh về biển, giàu lên từ biển, bảo vệ vững chắc chủ quyền,

quyền chủ quyền quốc gia trên biển, góp phần giữ vững ổn định và phát triển đất nước; kết hợp chặt chẽ giữa phát triển kinh tế – xã hội với đảm bảo quốc phòng, an ninh và bảo vệ môi trường; có chính sách hấp dẫn nhằm thu hút mọi nguồn lực cho phát triển kinh tế biển; xây dựng các trung tâm kinh tế lớn vùng duyên hải gắn với các hoạt động kinh tế biển làm động lực quan trọng đối với sự phát triển của cả nước Phấn đấu đến năm 2020, kinh tế biển đóng góp khoảng 53 – 55% GDP, 55 – 60% kim ngạch xuất khẩu của cả nước, giải quyết tốt các vấn đề xã hội, cải thiện một bước đáng kể đời sống của nhân dân vùng biển và ven biển

Theo số liệu thống kê, mỗi năm hiện có trên 240 triệu tấn hàng hoá xuất nhập qua hệ thống cảng biển của Việt Nam mang lại nguồn thu lớn cho ngành vận tải biển Cũng theo dự báo của Bộ GTVT, tổng lượng hàng qua cảng Việt Nam đến năm 2015 vào khoảng 500 triệu tấn; năm 2020 khoảng 1tỷ tấn; năm 2030 khoảng 2

tỷ tấn Không những thế, nhìn rộng ra, khu vực miền Bắc, có một nguồn hàng rất lớn là vùng Tây Nam Trung Quốc, một thị trường có 320 triệu dân Hàng hóa từ vùng này, nếu đi qua cảng Hải Phòng sẽ rút ngắn phân nửa quãng đường vận chuyển, tiết kiệm 50% chi phí so với đi qua Quảng Đông (Trung Quốc) Ở miền Trung, đường xuyên Á sẽ là con đường ngắn nhất để hàng hóa từ Lào, vùng đông bắc Thái Lan và một phần của Myanmar đến cảng cửa ngõ quốc tế của Việt Nam, từ

đó đi các thị trường trên thế giới Đây là luồng hàng của thị trường khoảng 60 triệu dân Miền Nam cũng có đường xuyên Á từ TP.HCM qua Campuchia, Thái Lan, Malaysia với thị trường khoảng 100 triệu dân Như vậy có thể thấy, nguồn hàng cho ngành vận tải biển của Việt Nam là rất lớn

Đó là thuận lợi, đồng thời cũng là thách thức đối với ngành đóng tàu Việt Nam Vậy trong những năm qua chúng ta đã phát triển như thế nào? Từ chỗ chỉ đóng được những con tàu cỡ nhỏ, chúng ta đã có bước phát triển vượt bậc cho ra đời những sản phẩm cỡ lớn Đó là tàu chở hàng 22.500 DWT; 53.000 DWT; tàu chở dầu 115.000 DWT; kho chứa dầu 150.000 DWT; tàu chở 4.900 xe ô tô phục vụ vận tải trong nước và xuất khẩu Những con tàu lớn, những công trình nổi đồ sộ lần lượt ra đời, ghi nhận sự cố gắng vượt bậc của ngành đóng tàu Việt Nam

Cho dù có muôn trùng khó khăn, cho dù có muôn trùng sóng lớn chúng ta cũng vươn lên, khẳng định đẳng cấp, khẳng định thương hiệu với bạn bè quốc tế.Chúng

ta hoàn toàn tin tưởng ở tương lai ngành đóng tàu sẽ phát triển tương xứng với tiềm năng đất nước

1.2 TÍNH BỨC THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Thực tế hiện nay cho thấy, công tác thiết kế dễ dàng đạt tới trên 10% tổng chi phí

đóng một con tàu hiện đại Điều quan trọng hơn nữa là nó có tác động to lớn làm giảm nhiều chi phí khác như vật tư, thầu phụ, sản xuất, cũng như đến thời gian giao tàu Tầm quan trọng của công tác thiết kế đã được các nhà máy đóng tàu lớn của EU công nhận và đầu tư đáng kể để tăng cường, cải tiến và tích hợp các hoạt động thiết kế của nhà máy Việc ứng dụng các bộ phần mềm hoàn chỉnh vào công tác thiết kế là một trong những công cụ hỗ trợ rất tích cực đáp ứng phần lớn yêu cầu của thiết kế cơ bản Yêu cầu đặt ra với người thiết kế là phải biết sử dụng và khai thác được hết các tính năng của phần mềm, qua đó giải quyết các bài toán về độ bền kết cấu tàu thủy, đưa ra sự lựa chọn tối ưu

Với mong muốn đóng góp một phần trí tuệ của mình vào việc nghiên cứu, khai thác và chuyển giao công nghệ để đưa ra được những con tàu có chất lượng đảm bảo yêu cầu về độ bền cũng như tính kinh tế, góp phần thúc đẩy sự phát triển của

ngành CNTT, tác giả đã mạnh dạn lựa chọn đề tài “ Nghiên cứu và ứng dụng các

phần mềm tính toán, mô phỏng trong kết cấu thân tàu Đề suất kết cấu tối ưu ”

1.3 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

Nghiên cứu, khai thác và ứng dụng các tính năng của phần mềm để mô phỏng

mô hình và kiểm tra các kết quả tính kết cấu Từ đó đưa ra các giải pháp tối ưu trong tính toán, thiết kế thân tàu

1.4 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là phần mềm MSC.Patran\Nastran và hệ thống tiêu chuẩn trong quy phạm chung của cục Đăng kiểm Việt Nam 2005

Phạm vi nghiên cứu của đề tài là ứng dụng phần mềm tính toán cho Ụ nổi

17000 DWT.so sánh với phương pháp cổ điển, qua đó tìm ra sự tối ưu trong kết cấu thân tàu

1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

Xây dựng mô hình hình học, gán các đặc tính phần tử, chia lưới và đặt tải ụ nổi

17000 DWT bằng công cụ trong phần mềm Patran Phân tích kết quả trong phần mềm Nastran.So sánh với kết quả của phương pháp cổ điển để đưa ra sự lụa chọn tối ưu

1.6 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

Ứng dụng công nghệ thông tin và công nghệ tự đông hoá để mô phỏng kiểm nghiệm và đánh giá bài toán kết cấu thân tàu

Kết quả nghiên cứu của đề tài là một trong nhiều yếu tố có thể sử dụng để đánh giá độ bền cũng như tính kinh tế của một con tàu trong quá trình khai thác và giúp cho các nhà thiết có cái nhìn tổng quan về xu thế chọn lựa một cách hài hoà độ bền

về kết cấu của một con tàu cũng như tính kinh tế của nó trong quá trình thiết kế

CHƯƠNG II

TÍNH KẾT CẤU THEO YÊU CẦU QUY PHẠM

2.1 CƠ SỞ KHOA HỌC TÍNH TOÁN KẾT CẤU

Khi tầu vừa hạ thủy, thân tầu nổi trên nước luôn chịu tác động của hai lực tác

động ngược chiều nhau là trọng lực và lực nổi Nếu coi thân tầu như dầm liên tục, làm từ vật liệu đàn hồi, có đặc tính hình học khác nhau tại các mặt cắt, dầm phải gánh chịu sức nặng của tự trọng, hàng hóa, người trên tầu Trọng lực tác động theo chiều hút của trường trái đất, luôn muốn kéo tầu xuống sâu hơn trong nước Trong

đó lực nổi tác động theo hướng ngược lại, muốn đẩy tầu lên cao hơn về phía mặt thoáng Lực nổi tỷ lệ thuận với phần thể tích phần chìm trong nước của thân tầu, độ lớn của nó phân bố dọc tầu tùy thuộc vào diện tích mặt cắt ngang thân tầu tại vị trí đang xét

Nếu ký hiệu phân bố trọng lượng dọc tầu là p(x), còn phân bố lực nổi là b(x), phân bố tổng tải trọng tác động lên mặt cắt bất kỳ là:

q(x) = p(x) – b(x) (2.1)

Với các tầu thông dụng, biểu đồ phân bố p(x), b(x) có dạng như hình 2.1 dưới đây, phân bố nằm trên trục ngang biểu diễn trọng lượng thân tầu và trọng lượng các vật trên tầu, đường nằm dưới trục ngang biểu diễn phân bố lực nổi

Hình 2.1

Từ điều kiện nổi của tầu thủy, để tầu nổi cân bằng trên nước phải thỏa mãn các điều kiện cân bằng lực và momen tác động lên tầu

Điều kiện cân bằng lực: ∫L q x dx

0

) ( = ∫L p x dx

0

) ( - ∫L b x dx

0

) ( = 0 (2.2)

Điều kiện cân bằng momen: ∫L x q x dx

0

) ( = ∫L x p x dx

0

) ( - ∫L x b x dx

0

) ( = 0 (2.3)

Với tầu nổi cân bằng, lực cắt và momen uốn tầu trên nước được xác định theo cách thông dụng của cơ học

Lực cắt thân tầu: N(x) = ∫x q x dx

0

) (

Momen uốn thân tầu trên nước tính theo công thức:

M(x) = ∫x N x dx

0

) ( = ∫x

0

{ ∫x N x dx

0

) ( }dx = ∫x

0 ∫x N x dxdx

0

) ( (2.4)

Khác với trường hợp tàu nằm trên nước tĩnh với mặt nước bằng, cùng chiếm một

độ cao dọc mạn tàu, khi tàu nằm trên sóng, mặt nước quanh tàu không còn cùng trên một mặt phẳng mà là mặt cong hình sóng Trường hợp chung, cân bằng tàu trên sóng là việc khó hơn cân bằng tàu trên nước tĩnh và đòi hỏi nhiều công sức Để tránh các phức tạp cho mô hình tính toán, có thể sử dụng các giả thiết sau nhằm đơn giản bức tranh tương tác giữa sóng và thân tàu

Thân tàu dài L được đặt tĩnh trên sóng, có nghĩa là tàu chạy cùng hướng sóng hai chiều, vận tốc tàu phải bằng vận tốc sóng Trong trường hợp này, vận tốc tương đối giữa vỏ tàu và sóng bằng không còn lực cản của nước và lực quán tính được bỏ qua khi tính Phân biệt hai trường hợp tiêu biểu, tàu được đặt trên đỉnh sóng và tàu nằm

ở đáy sóng Từ thực tế cho thấy, khi tàu đặt nằm trên sóng, sóng có chiều dài λ bằng chiều dài L của tàu gây ra momen uốn và lực cắt lớn hơn so với sóng có chiều dài khác Do vậy, trong tính toán chúng ta sẽ thực hiện cho sóng có chiều dài bằng chiều dài tàu Với những tàu hết sức dài, trong khi không thể áp đặt sóng dài không

có trong thực tế lên tàu, chúng ta sẽ chọn sóng có độ dài có thể gặp để tính

Mô hình sóng dùng trong tính độ bền chung là sóng hai chiều, profil sóng đối xứng Profil sóng thích hợp là sóng hình sin hoặc sóng trochoid Sóng trochoid được biểu diễn bằng công thức:

Giá trị r bằng 0.5 lần chiều cao sóng Giữa chiều cao sóng và chiều dài sóng có

tỷ lệ nhất định Tuy nhiên tỷ lệ này không phải là hằng số, do vậy khi tính cần chọn

để sóng tính toán phù hợp với thực tế của địa phương Tài liệu tham khảo về tỷ lệ chiều cao sóng như sau:

Phần chìm trong nước của tầu trong trạng thái này là phần nằm dưới profil sóng Phân bố thể tích phần chìm dọc chiều dài tầu khác với phân bố cho tầu ở nước tĩnh Nếu ký hiệu bs(x) là phân bố lực nổi cho tầu trên nước tĩnh, khi mặt sóng thay đổi quanh thân tầu, phân bố trên sóng sẽ là:

Công thức tính lực cắt và momen uốn tầu trên sóng có dạng:

cả các trường hợp

Tập hợp các giá trị đó được quy về một hình thang mà giá trị moment tại mọi vị trí đều lớn hơn giá trị thực tế tại các trạng thái

Giá trị moment lớn nhất này bao gồm moment trên nước tĩnh và moment do sóng (hình 2.3)

Hình 2.3 Giá trị moment tính toán

Bằng các phần mềm chúng ta cũng tập hợp được tất cả các giá tri lực cắt tại các

vi trị như trên hình 2.8

Hình 2.4

Để giảm thiểu các sai lệch trong quá trình tính toán do việc mô hình hoá tầu thực, với mô hình bao gồm mô hình 3 khoang hàng thì sau khi tính toán, chỉ có kết quả của khoảng hàng giữa được công nhận cồn hai khoang hàng còn lại kết quả không được công nhận do việc quy hai đầu tự do của mô hình về gối gây ra

Giá trị ứng suất tại mỗi phần tử được xác định theo công thức:

(2.13) 2 2 2

3 xy

y y x x

σx, σ y : Ứng suất nén tại mỗi phần tử (N/mm2)

τ xy : Ứng suất cắt tại mỗi phần tử ( N/mm2 )

Giá trị ứng suất được tính toán theo công thức trên sẽ được so sánh với giá trị ứng suất tiêu chuẩn theo quy phạm

Ngoài ra, để đảm bảo kết cấu tấm ổn định, tránh biến dạng trong nội tại phần tử Ứng suất cắt và ứng suất nén phải thỏa mãn các tiêu chuẩn sau:

Khung khỏe thuộc kết cấu ngang của tầu gồm đà ngang đáy khỏe, sườn khỏe, cơ cấu boong khỏe cùng các mã nối, chúng được mô hình hóa thành khung khỏe của tầu

Lấy ví dụ mô hình hóa tính toán cho dầm dọc đáy tầu hàng rời Với kết cấu ngang đủ cứng, khi chịu áp lực nước tác động từ dưới đáy lên, chuyển vị của đà ngang có dạng những nhịp cầu đều nhau, chuyển vị ngang của các gối gần như nhau, trong trường hợp này có thể sử dụng mô hình ngàm hai đầu cho mỗi nhịp của

0 1

3 3

2

2 2

y x e

eH y y e

S B

R

S R

S

τ

κ

τ σ

σ κ

σ κ

σ

0.1

dầm Tác động lực của các sải dầm lân cận dối với sải dầm đang xét không lớn, do

ta coi chuyển vị các gối là như nhau Sai số khi tính theo mô hình dầm một nhịp và dầm nhiều nhịp nằm trong phạm vi chấp nhận được (hình 2.5)

Hình 2.5

Hiện nay với việc ứng dụng các phần mềm mới vào tính toán, mức độ tính toán ngày càng sát với thực tế, khối lượng tính toán ngày càng lớn Tải trọng tại các nút được phần mềm tự động tính toán và tổng hợp từ các thông

Duới đây xin giới thiệu cách tính một loại tàu đặc biệt,đó là ụ nổi 17 000DWT

2.2 SƠ BỘ VỀ Ụ NỔI 17000 DWT

2.2.1 Loại và công dụng

Ụ nổi vỏ thép, kết cấu hàn, gồm 4 ponton (phao) đáy lắp ghép với 02 phao thành liên tục , dùng để phục vụ cho việc lên DOCK kiểm tra, sửa chữa các tàu Ụ nổi có sức nâng 17.000 DWT (sức nâng lớn nhất có thể là 19.000 DWT)

Ụ có thể đánh chìm và đánh nổi theo phương thẳng đứng để đưa tầu ra vào kiểm tra, sửa chữa

2.2.3 Kích thước chủ yếu

- Chiều dài lớn nhất thân ụ Lmax = 206.40 m

- Chiều dài phao thành: Lpt = 195.20 m

- Chiều dài boong triền (phao): L = 190.40 m

- Chiều dài boong triền + sàn phụ: Ltr = 206.40 m

- Chiều rộng thành ngoài ụ: B = 47.00 m

- Chiều rộng lòng ụ: BL = 38.00 m

- Chiều cao đến boong đỉnh: H = 17.00 m

- Chiều cao đến boong công tác: HCT = 13.90 m

- Chiều cao đến boong an toàn : HAT = 10.90 m

- Số lượng ponton (phao đáy): nf = 04 chiếc

- Chiều rộng ponton (ngang ụ): Bf = 47,00 m

- Chiều cao ponton (ở tâm ụ/mép trong) hf = 5.0/4.9 m

- Độ nâng đáy mép ụ: c = 0,40 m

- Mớn nước đánh chìm tối đa Tmax = 13,4 m

- Số nhân viên bố trí trên ụ: K = 28 người

- Số công nhân có thể nghỉ trên ụ: Kc ≅ 80 người

Dọc mép hành lang phía trong của cả hai mạn bố trí các đường ống dẫn khí nén, nước ngọt tới tầu và lan can bảo vệ, tất cả các tum, cửa lên xuống và các buồng ở cả hai mạn đều bố trí sát lan can phía thành ngoài mạn, bên trong lan can bố trí các cột bít, con lăn và các đường dẫn ôxy, axetylen ra tầu

Tại hai phía đầu mũi và lái bố trí cầu thang rộng đi xuống boong triền, phía đầu mũi trên boong nóc phải bố trí trạm nhận điện bờ

Trên boong nóc cả hai phao mạn bố trí cần cẩu di động chạy dọc boong nóc phục

vụ cẩu các trang thiết bị sửa chữa tầu

2.2.4.2 Bố trí trên boong công tác

Trên boong CT mạn phải bố trí: Buồng máy và các buồng chứa trang thiết bị buồng máy, xưởng cơ khí, buồng bọt, buồng điều hòa tập trung Trên boong này còn bố trí phòng ăn, nghỉ cho công nhân sửa chữa ( ăn ca, nghỉ trưa, nghỉ ca ) Buồng điện bờ, buồng máy phát chính, máy phát dự phòng, bếp công nhân, buồng giặt, sấy phơi đồ cho công nhân, WC và các kho dụng cụ điện máy móc

Trên boong CT mạn trái bố trí: Các buồng ở sinh hoạt cũng như công tác cho các nhân viên, phòng họp, phòng khách, phòng Đăng kiểm, phòng chủ tàu, kho dụng

cụ, buồng giặt, sấy phơi, WC, buồng thay quần áo, buồng trực, buồng ụ trưởng, buồng điện trưởng, buồng máy trưởng, các khu vực van ống, khu vực bếp, kho thực phẩm, nhà ăn và câu lạc bộ cho nhân viên

2.2.4.3 Bố trí dưới boong công tác

Dưới boong CT phao mạn phải bố trí các khoang khí nén, các khoang khô, khoang chứa dầu DO dự trữ, két HFO, két nước ngọt, két nước thải

Dưới boong CT phao mạn trái bố trí các két dầu, các khoang khô, két nước ngọt, két nước thải

2.2.4.4 Bố trí trên boong triền:

Boong triền dùng để căn hệ tầu phục vụ sửa chữa trên đó bố trí các khối đế căn hệ tầu, các thiết bị buộc kéo phục vụ việc kéo ụ

2.2.4.5 Bố trí trong ponton:

Toàn bộ các ponton đáy được chia thành 24 khoang dằn, đối với các khoang dằn phía mạn ụ được kéo đên boong an toàn cách chuẩn 10900 mm và 8 khoang bơm

Trong các khoang bơm bố trí các trang thiết bị máy, bơm, điện phục vụ bơm nước đánh chìm và làm nổi ụ

2.3 TÍNH KẾT CẤU THEO YÊU CẦU QUY PHẠM

Toàn bộ kết cấu phao đáy, phao thành được thiết kế theo hệ thống dọc Các vách

dọc, ngang thiết kế theo hệ thống kết cấu ngang

Khoảng sườn ngang theo chiều dài ụ a = 0.8 m

Khoảng dầm dọc theo chiều ngang ụ a = 0.8 m

Tất cả các quy cách kết cấu trong các két dằn của ụ được thiết kế theo cột áp chênh lệch

+) Cột áp chênh lệch lớn nhất của các cơ cấu trong két dằn sẽ trong phạm vi trang thái chuyển tiếp, ụ chìm đến mặt đế kê và chịu toàn bộ trọng lượng của tàu được nâng

Mớn nước của trạng thái T = 6.8 m

Lượng chiếm nước của cả hệ ụ và tàu D = 45542.4 T

Khối lượng ụ không P = 11880 T

Khối lượng của tàu được nâng Q = 19000 T

Lượng dằn còn lại trong két N = D – P – Q = 14662.4 T

Chiều cao lượng dằn trong két hdằn =N / (1.025 L B ) = 1,64 m

Chiều cao cột áp chênh lệch lớn nhất: h = T - hdằn = 5.16 m

+) Cột áp chênh lệch của các cơ cấu trong két trống h = dmax = 13,4 m

2.3.1 Phao đáy

2.3.1.1 Tôn bao phao đáy

+) Tính theo yêu cầu sức bền ngang với ụ có sức nâng nhỏ hơn 40.000 T :

Tôn đáy vùng buồng bơm t = 14 mm

2.3.1.2 Các cơ cấu đáy trong các két dằn

2.3.1.3 Các cơ cấu trên boong triền

2.3.1.3.1 Dầm dọc, ngang boong triền

Mô đun chống uốn :

Chọn dầm ngang, dọc boong triền: HP 200x10 có Zact = 256 cm3 ≥ Z = 111 cm3

2.3.1.3.Sống ngang boong triền

Mô đun chống uốn :

Chọn sống dọc boong triền T200x12/600x10 có Zact = 2417 cm3 ≥ Z = 508 cm3

2.3.1.4 Các cơ cấu đáy trong khoang trống và trong khoang bơm

Chọn sống ngang đáy T200x16/600x14 có Zact = 3236 cm3 ≥ Z = 1238 cm3

2.3.1.5 Các cơ cấu vách kín nước giữa các két dằn

Trong đó : S: Khoảng cách các nẹp được đỡ bởi cột chống S = 2,4 m

b : Khoảng cách giữa các trung điểm của 2 nhịp kề nhau của nẹp, vv… được đỡ bởi cột chống, b = 4,8 m

h = 5,16 m

⇒ F = 131 cm2

Chọn cột chống H400x16/200x18 có Fact = 136 cm2 ≥ F = 131 cm2

2.3.1.6.2 Thanh giằng

Các khung giàn phải được bố trí thanh giằng

Diện tích của các thanh giằng không nhỏ hơn 50% diện tích cột chống

Chọn thanh giằng 2x L200x200x14 có diện tích tiết diện Fact = 112 cm2

2.3.2 Phao thành

2.3.2.1 Tôn bao phao thành

+) Tôn bao tính theo chênh lệch cột áp

t = 3,6 S h0,5 + 2,5 =

Trong đó : S: khoảng cách các nẹp, S = 0,8 m

h: Chiều cao chênh lệch cột áp lớn nhất, h = 5,16 m

Chọn chiều dày tôn bao toàn bộ phao thành t=14, và 18mm

2.3.2.2 Cơ cấu mạn trong và ngoài phao thành

2.4 TÍNH Mễ ĐUN CHỐNG UỐN TIẾT DIỆN NGANG ĐOẠN GIŨA TÀU

I0x M=YA I=Y2

A[cm4] [cm3] [cm4]

1 Boong đỉnh

Tôn boong đỉnh t30 1631.3 8004000 14727360000.0Chống va 500x12 12500.0 219000.0 399675000.0L500x12/150x14 150x14 3.4 75600.0 136080000.0Sống dọc boong 600x14 25200.0 912240.0 1651154400.0T600x14/200x16 200x16 6.8 341760.0 608332800.0Dầm dọc boong HP 220x10 1397.1 420280.9 767715816.0Viền ngoài 300x12 2700.0 131400.0 239805000.0L300x12/100x14 100x14 2.3 50400.0 90720000.0

2 Boong công tác

Tôn boong t14 137.2 2520000 3780000000.0Sống dọc boong 550x12 16637.5 194370.0 286209825.0T550x12/150x14 150x14 3.4 60690.0 87697050.0Dầm dọc boong HP 220x10 1397.1 513080.6 762783053.7

3 Boong an toàn

Tôn boong t14 137.2 2016000 2419200000.0Sống dọc boong 550x12 16637.5 154770.0 181467825.0T550x12/150x14 150x14 3.4 48090.0 55063050.0Dầm dọc boong HP 220x10 1397.1 409544.6 485995502.2

4 Sàn phụ No3

Tôn boong t14 105.2 1159200 1043280000.0Sống dọc boong 550x12 16637.5 115170.0 100485825.0T550x12/150x14 150x14 3.4 35490.0 29989050.0Dầm dọc boong HP 220x10 1397.1 306008.6 271329550.8STT Vị trí Quy cách

5 Sµn phô No2

T«n boong t14 105.2 772800.0 463680000.0Sèng däc boong 550x12 16637.5 75570.0 43263825.0T550x12/150x14 150x14 3.4 22890.0 12475050.0DÇm däc boong HP 220x10 1397.1 202472.6 118785199.3

6 Sµn phô No1

T«n boong t14 105.2 386400.0 115920000.0Sèng däc boong 550x12 16637.5 35970.0 9801825.0T550x12/150x14 150x14 3.4 10290.0 2521050.0DÇm däc boong HP 220x10 1397.1 98936.6 28362447.8

7 M¹n trong phao thµnh

T«n m¹n

Khæ t«n 1 t20 2542165 123008 15252992.0Khæ t«n 2 t16 370590855 4278739 4069080979.2Khæ t«n 3 t20 1072476 1299768 2270694696.0DÇm däc m¹n HP240x12 44.6 5461.2 403583.4DÇm däc m¹n HP240x12 44.6 11003.7 1638452.4DÇm däc m¹n HP240x12 44.6 16546.2 3704696.4

DÇm däc m¹n HP240x12 44.6 27631.2 10331309.4DÇm däc m¹n HP240x12 44.6 33173.7 14891678.4DÇm däc m¹n HP240x12 44.6 38716.2 20283422.4

DÇm däc m¹n HP240x12 44.6 49801.2 33561035.4DÇm däc m¹n HP240x12 44.6 55343.7 41446904.4DÇm däc m¹n HP240x12 44.6 60886.2 50164148.4

DÇm däc m¹n HP220x10 28.74 56096.6 54632517.7DÇm däc m¹n HP220x10 28.74 60416.6 63371013.7DÇm däc m¹n HP220x10 28.74 64736.6 72757509.7

DÇm däc m¹n HP220x10 28.74 73376.6 93474501.7DÇm däc m¹n HP220x10 28.74 77696.6 104804997.7DÇm däc m¹n HP220x10 28.74 82016.6 116783493.7

8 M¹n ngoµi phao thµnh

T«n m¹n

Khæ t«n 1 t20 2542165.3 123008.0 15252992.0Khæ t«n 2 t16 370590855 4278739 4069080979.2Khæ t«n 3 t20 1072476.0 1299768 2270694696.0DÇm däc m¹n HP240x12 44.6 5461.2 403583.4DÇm däc m¹n HP240x12 44.6 11003.7 1638452.4DÇm däc m¹n HP240x12 44.6 16546.2 3704696.4

DÇm däc m¹n HP240x12 44.6 27631.2 10331309.4DÇm däc m¹n HP240x12 44.6 33173.7 14891678.4DÇm däc m¹n HP240x12 44.6 38716.2 20283422.4

DÇm däc m¹n HP240x12 44.6 49801.2 33561035.4DÇm däc m¹n HP240x12 44.6 55343.7 41446904.4DÇm däc m¹n HP240x12 44.6 60886.2 50164148.4

DÇm däc m¹n HP220x10 28.74 56096.6 54632517.7DÇm däc m¹n HP220x10 28.74 60416.6 63371013.7DÇm däc m¹n HP220x10 28.74 64736.6 72757509.7

DÇm däc m¹n HP220x10 28.74 73376.6 93474501.7DÇm däc m¹n HP220x10 28.74 77696.6 104804997.7DÇm däc m¹n HP220x10 28.74 82016.6 116783493.7

32121261 42993709009

M [cm3] I [cm4]Tæng tiÕt diÖn

ChiÒu cao trôc trung hoµ e = 1076 [cm]

W§¸y = 17540400 [cm3]

WBoong = 17540400 [cm3]M«®un chèng uèn tiÕt diÖn ngang

W = INA/e = 9223089 cm 3

W Đ ¸y = 9223089 [cm3]

WBoong = 13342041 [cm3]

CHƯƠNG III

NGHIÊN CỨU, KHAI THÁC PHẦN MỀM MSC.PATRAN/NASTRAN

3.1 TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM

Có thể miêu tả quá trình làm việc với phần mềm qua sơ đồ sau:

Geometry: Dùng để xây dựng mô hình phần tử, nó bao gồm point ( điểm ); curve ( đường ); surface ( mặt ); solid ( khối )

FEM Model: Dùng để chia lưới các phần tử Trong quá trình chia lưới mô hình element chữ nhật được dùng chủ yếu, chúng ta có gắng hạn chế tối đa các element tam giác

Element Properties: Gán đặc tính cho các phần tử, ví dụ như các nẹp, sống, tấm

…

Material Properties: Khai báo đặc tính vật liệu, đó là mô đun đàn hồi của vật liệu, hệ số poisson

Loads and Boundary Conditions: Các điều kiện biên

Load Cases: Đặt tải, các lực tác dụng lên phần tử

Tất cả các công việc trên đều được thực hiện với MSC Patran

Analysis: Sử dụng MSC Nastran để phân tích mô hình

Results: Xuất ra kết quả dưới dạng hình ảnh, file excel…