suc ben than tau thủy

§…: SỨC BẾN DỌC THÂN TÀUĐặt vấn đề: Để ý thấy rằng chiều dài của con tàu lớn hơn chiều rộng nhiều lần và phần thể tích gập nước cũng không điều, nên một hiện tượng tự nhiên sẽ xảy ra là

§…: SỨC BẾN DỌC THÂN TÀU

Đặt vấn đề: Để ý thấy rằng chiều dài của con tàu lớn hơn chiều rộng nhiều lần và phần thể

tích gập nước cũng không điều, nên một hiện tượng tự nhiên sẽ xảy ra là con tàu sẽ bị uốn và bị cắt do tác động của sóng và sự phân bổ tải trọng theo chiều dọc tàu- Vậy nên thân tàu phải đủ bền

để chống lại hiện tượng trên Có hai loại nội lực chính đặc trưng cho hiện tượng trên, đó là:

Mômen uốn/ Bending Moment và Lực cắt dọc / Shearing Force Vấn đề đặt ra cho các Sĩ quan

Hàng hải là phải tính được các giá trị trên cho một điều kiện tải thực tế, từ đó đánh giá được xem sức bền thân tàu có được thỏa mãn hay không?

I- KHÁI NIỆM VỀ NỘI LỰC

Trước khi tác dụng lực, giữa các phần tử của vật thể luôn có các lực tương tác giữ cho vật thể

có hình dáng nhất định Dưới tác dụng của ngoại lực, các phân tử của vật thể có thể dịch lại gần nhau hoặc tách xa nhau Khi đó, lực tương tác giữa các phân tử của vật thể phải thay đổi để chống lại các dịch chuyển nay Sư thay đổi của lực tương tác giữa các phân tử trong vật thể được gọi là

nội lực Để xác định được các giá trị nội lực của tàu ở các điểm điển hình ( Frame, bulkhead…),

thì người ta sử dụng phương pháp mặt cắt và thay thế phản lực liên kết

Xét một vật thể cân bằng và 1 điểm C trong vật thể (H.2.4) Tưởng tượng một mặt phẳng Π cắt qua C và chia vật thể thành hai phần A va B; hai phần này sẽ tác động lẫn nhau bằng hệ lực phân

bổ trên diện tích mặt tiếp xúc theo định luật lực và phản lực Nếu tách riêng phần A thì hệ lực tắc động từ phần B vào nó phải cân bằng với ngoại lưc ban đầu (H.2.4)

Xét một phân tố diện tích F bao quanh điểm khảo sát C trên mặt cắt Π có phương pháp tuyến v Gọi p là vector của nội lực tác dụng trên F Vậy định nghĩa ứng suất toàn phần tại điểm khảo sát là:

Ứng suất toàn phần P có thể chia làm hai thành phần: Ứng suất pháp ( v ); Ứng suất tiếp ( v ) Ứng suất là một đại lượng cơ học, đặc trưng cho mức độ chịu đựng của vật liệu tại một điểm Ứng

Ổn định tàu & Vận chuyển hàng hóa bằng tàu biển Page: 2/9

Ổn định tàu & Vận chuyển hàng hóa bằng tàu biển Page: 4/9

II ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CHO SỨC BỀN THÂN TÀU

II.1 Mối quan hệ giữa ngoại lực và Đại lượng đặc trưng ( Lực cắt và Mô men uốn)

Như đã nói ở trên, do phân bổ tải trọng không điều dọc theo thân tàu và do lực đẩy accimet tác động vào dọc thân tàu cũng không điều theo chiều dọc nên ở các vị trí cục bộ sẽ xuất hiện lực cắt / Shearing force như hình vẽ dưới đây:

Giả sử tàu dưới đây có 05 hầm hàng, và các hầm hàng này được ngăn cách bởi các vách ngăn hầm

Tập hợp các mũi tên phía trên theo từng hầm thể hiện giá trị phân bổ tải trọng cục bộ cho từng khu vực (hầm hàng) Tập hợp các mũi tên phía dưới thể hiện giá trị lực đẩy accimets với các khu vực tương ứng Các mũi tên lớn thể hiện hiệu số giữa “Trọng lực và lực đẩy accimets” cho từng khu vực của thân tàu

Giả sử cắt con tàu ra theo các mặt cắt là các vách ngăn, thì từng hầm hàng (khẩu đoạn) sẽ tìm tới tư thế cân bằng mới ( Trọng lực = Lực đẩy accimets)

Việc tách rời ra chỉ là giả thiết, nên ở các mặt tiếp giáp ( mặt cắt) sẽ xuất hiện lực nhằm chống lại sự dịch chuyển của từng khẩu đoạn

Vậy khi có sự chênh lệch của tải giữa các vị trí cục bộ của thân tàu thì đồng nghĩa với việc các mặt cắt xuất hiện các lực cắt / Shearing force Và tại mặt cắt đó tồn lại một lực ( sức bền) cửa thân tàu

để chống lại lực cắt trên, gọi là lực cắt cho phép Các vector màu đen (Q1 Q4) biểu thị lực cắt dọc

hay còn gọi là Shearing force.

II.2 Mối quan hệ giữa tải, lực cắt và Mô men uốn

Ở phần khái niệm về nội lực chúng ta đã hiểu khái niệm và kết quả của tác động của các thành phần nội lực lên vật thể xét Ở đây chúng ta sẽ tập trung giải thích sự liên hệ giữa lực cắt / Shearing force và Mô men uốn / Bending moment

a Giả sử xét con tàu hình hộp chữ nhật có 03 khoang hàng như hình vẽ sau: Với hình 1,2,3 là các

khoang ở mũi và lái được điền đầy hàng, còn khoang giữa thì không có hàng Con tàu này sẽ nổi trên mặt biển ở 03 tư thế chính của bề mặt biển ở vùng nước yên , Khoang giữa nằm trên đỉnh sóng, khoang giữa nằm ở bụng sóng

b Giả sử xét con tàu hình hộp chữ nhật có 03 khoang hàng như hình vẽ sau: Với hình 4,5,6 là các

khoang ở mũi và lái không điền đầy hàng, còn khoang giữa thì điền đầy hàng Con tàu này sẽ nổi

Ổn định tàu & Vận chuyển hàng hóa bằng tàu biển Page: 6/9

II.3 Giới thiệu phương pháp Murray’s

Phương pháp Murray’s được sử dụng để tìm tổng mô men uốn dọc đối với giữa tàu khi thân tàu nằm trên sóng dựa trên việc tính tổng mô men uốn ở hai điều kiện

(a) Mômen uốn ở vùng nước tĩnh

(b) Mômen uốn ở nơi có sóng

Mô men uốn của tàu ở vùng nước tĩnh là mô men uốn đối với giữa tàu khi tàu được nổi trong vùng nước yên tĩnh

II.3 1 Mô men uốn khi tàu chịu ảnh hưởng của sóng

Khi sử dụng phương pháp Murray’s thì mô men uốn trên sóng đối với giữa tàu được tạo ra bởi sóng trong trường hợp sóng tác động lên tàu ở đây gọi là “sóng chuẩn-standard wave” “ Sóng chuẩn” là sóng có chiều dài bằng chiều dài của tàu và độ cao sóng bằng 0.607 SQRT(L)

Vậy mô men uốn có tác động của sóng được tính bằng công thức sau:

WBM = b * B*L2.5* 10-3(T-M)

\ B: Chiều rộng tàu - Beam tàu; \ b: là hằng số phụ thuộc vào hệ số béo tàu (Cb), và nó được tra ở bảng dưới đây.

II.3 2 Mô men uốn khi tàu ở vùng nước yên tĩnh (SWBM)

Gọi

Wf: là mô men của trọng lượng ở phía trước giữa tàu sinh ra

Bf : là mô men của lực đẩy accimets của phần thể tích gập nước phía trước giữa tàu sinh ra.

Wa : là mô men của trọng lượng ở phía sau giữa tàu sinh ra

Ba : là mô men của lực đẩy accimets của phần thể tích gập nước phía sau giữa tàu sinh ra.

W : là lượng dãn nước của Tàu

Thì Mômen uốn ở vùng nước tĩnh được tính như sau:

SWBM = Wf-Bf =Wa-Ba

Công thức trên có thể chính xác bằng việc giải quyết ở các phần nhỏ, nhưng phương pháp Muray’s có thể được sử dụng để cho kết quả gần đúng nhưng đáp ứng được yêu cầu thực tế.

Cánh tính gần đúng được tiến hành như sau:

Mô men trọng lượng trung bình: (Mw) = (Wf+Wa)/2

Mô men lực nổi trung bình: (Mb) = (W* Mean LCB)/2

Với Mean LCB = L*C

Trong khi đó C được tra từ bảng dưới đây:

Khi đó công thức tính Mô men uốn ở vùng nước tĩnh đối với giữa tàu là:

SWBM = Mw – Mb

 SWBM Wf WaW LC

2 2

=> Nếu Mw > Mb thì tàu sẽ “vồng / Hogs” ; Nếu Mw < Mb thì tàu sẽ “võng giữa / Sags”

Ổn định tàu & Vận chuyển hàng hóa bằng tàu biển Page: 8/9

(a) Khi đỉnh sóng ở giữa tàu?

(b) Khi bụng sóng ở giữa tàu?

Trích từ bảng tra dữ liệu của tàu:

Gải bài tập:

1 Sơ đồ giải:

2 Tính mô men uốn ở vùng nước yên tĩnh ( SWBM )

a Tổng mô men trung bình của tải trọng đối với midship:

) ( 229225 2

458450

Wa Wf

b Tổng mô men trung bình của lực nổi đối với midship:

25 211875 ( )

2

16950

W

 SWBM = Mw – Mb = 229225-211857=17330 (T-M) => Tàu hogging.

3 Tính mô men uốn khi tàu trên sóng ( WBM )

Áp dụng công thức: WBM bBL2 , 5103

* WBM hogging  9 , 795  30  200  10  166228 (T M)

* WBM sagging11,02302002 , 510 3 187017(T M)

4 Tổng mô men uốn ( TBM )

 TBM hogging = WBM hogging + SWBM hogging = 166 228 + 17 350 = 183 578 (T-M)

 TBM sagging = WBM sagging - SWBM hogging = 187 017 - 17 350 = 169 667 (T-M) Kết luận

(a) Tổng mô men uốn dọc đối cho trường hợp đỉnh sóng chuẩn nằm ở giữa tàu là: 183 578 tấn mét (b) Tổng mô men uốn dọc đối cho trường hợp bụng sóng chuẩn nằm ở giữa tàu là: 169 667tấn mét.

II.4 Phương pháp tính sức bến thân tàu đối với con tàu thực tế.