Nghiên cứu, ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn vào kiểm tra độ bền của dàn boong chính tàu chở container (tt)

TỔNG QUAN VỀ KIỂM TRA ĐỘ BỀN KẾT CẤU THÂN TÀU BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN .... Ưu điểm của phương pháp phần tử hữu hạn .... Cơ sở lý thuyết của phương pháp phần tử hữu hạn trong phâ

i

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 chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

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

Hải Phòng, ngày … tháng … năm 2015

Tác giả

KS Hoàng Trung Sơn

ii

LỜI CẢM ƠN

Luận văn thạc sĩ được hoàn thành năm 2015 tại Trường Đại học Hàng hải Việt Nam Trong quá trình thực hiện luận văn, tôi đã nhận được sự giúp

đỡ nhiệt tình từ gia đình, bạn bè, các thầy cô giáo trong Viện đào tạo Sau Đại học, cùng các đồng nghiệp trong Khoa Đóng tàu Trường Đại học Hàng hải Việt Nam Trong đó, không thể không kể đến vai trò quan trọng của PGS.TS Phạm Tiến Tỉnh, người đã tận tình giúp đỡ tôi tiến hành nghiên cứu và hoàn thành bản luận văn này

Do thời gian nghiên cứu và làm Luận văn không dài, kiến thức cũng như nguồn thông tin còn hạn chế, do vậy Luận văn không tránh khỏi những thiếu sót nhất định Vì vậy, tôi rất mong nhận được sự góp ý, nhận xét của các thầy cô giáo, các đồng nghiệp và các bạn học viên để Luận văn được hoàn thiện hơn

Xin trân trọng cảm ơn

Hải Phòng, ngày … tháng … năm 2015

Tác giả

KS Hoàng Trung Sơn

iii

MỤC LỤC

Trang

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC KÝ HIỆU vi

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vii

DANH MỤC BẢNG, SƠ ĐỒ viii

DANH MỤC HÌNH ix

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 2

3.1 Đối tượng nghiên cứu của đề tài 2

3.2 Phạm vi nghiên cứu của đề tài 2

4 Nội dung nghiên cứu của đề tài 2

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3

5.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài 3

5.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KIỂM TRA ĐỘ BỀN KẾT CẤU THÂN TÀU BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 4

1.1 Tổng quan về phương pháp phần tử hữu hạn 4

1.1.1 Lịch sử phát triển phương pháp phần tử hữu hạn 4

1.1.2 Ưu điểm của phương pháp phần tử hữu hạn 5

1.2 Cơ sở lý thuyết của phương pháp phần tử hữu hạn trong phân tích kết cấu 5

1.2.1 Xấp xỉ bằng phần tử hữu hạn 5

1.2.2 Nút hình học các phần tử hữu hạn 6

iv

1.2.3 Quy tắc chia miền thành các phần tử 6

1.2.4 Các dạng phần tử hữu hạn 7

1.2.5 Phần tử quy chiếu, phần tử thực 7

1.2.6 Một số dạng phần tử quy chiếu 8

1.2.7 Lực, chuyển vị, biến dạng và ứng suất 10

1.2.8 Nguyên lý cực tiểu hóa thế năng toàn phần 11

1.2.9 Mô hình bài toán dàn phẳng 12

1.2.10 Phân tích phần tử hữu hạn và mô hình hóa môđun vỏ tàu 13

1.2.11 Sơ đồ tính toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn 22

1.3 Tình hình nghiên cứu tính toán kiểm tra độ bền thân tàu bằng phương pháp phần tử hữu hạn 24

1.3.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 24

1.3.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 25

1.4 Phân tích, lựa chọn phần mềm 26

CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH TÍNH TOÁN KIỂM TRA ĐỘ BỀN DÀN BOONG CHÍNH TÀU THỦY 30

2.1 Mô hình tính toán trong bài toán phân tích kết cấu thân tàu 30

2.1.1 Mô hình tổng thể 30

2.1.2 Phân tích độ bền chung 30

2.1.3 Phân tích độ bền cục bộ 31

2.2 Mô hình tải trọng tác dụng lên dàn boong 32

2.3 Mô hình liên kết của dàn boong 35

2.4 Tiêu chuẩn đánh giá kiểm tra bền cục bộ 36

2.5 Tính toán kiểm tra kết cấu dàn boong theo phương pháp phần tử hữu hạn 36

2.5.1 Mô hình hóa 36

2.5.2 Thiết lập ma trận độ cứng phần tử - Ma trận độ cứng chung 38

2.5.3 Xác định tải trọng, điều kiện biên của bài toán 40

v

2.5.4 Thiết lập và giải hệ phương trình phần tử hữu hạn 41

CHƯƠNG 3: KIỂM TRA ĐỘ BỀN DÀN BOONG CHÍNH TÀU CHỞ CONTAINER 700 TEU BẰNG PHẦN MỀM ANSYS 43

3.1 Mô hình tính toán kiểm tra bền dàn boong chính cho tàu chở container 700 TEU 43

3.1.1 Thông số chủ yếu của tàu chở container 700 TEU 43

3.1.2 Sơ đồ kết cấu dàn boong chính khoang hàng 43

3.1.3 Vật liệu của dàn boong chính khoang hàng 46

3.1.4 Mô hình tải trọng 47

3.1.5 Mô hình liên kết 50

3.2 Kiểm tra độ bền dàn boong chính tàu chở container 700 TEU bằng phần mềm ANSYS 50

3.2.1 Các bước cơ bản để thực hiện tính toán và phân tích kết cấu bằng phần mềm ANSYS 50

3.2.2 Lựa chọn và thiết lập các thông số hình học 50

3.2.3 Xây dựng mô hình hình học 52

3.2.4 Thiết lập mô hình phần tử hữu hạn 55

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62

1 Kết luận 62

2 Kiến nghị 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

vi

DANH MỤC KÝ HIỆU

Ký hiệu Đơn vị Giải thích

E [kN/m] Mô đun đàn hồi pháp tuyến

G [kN/m2] Mô đun đàn hồi trƣợt

ch

 [kN/m2] Ứng suất giới hạn chảy của vật liệu

p [N/m2] Áp suất tĩnh

vii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

viii

DANH MỤC BẢNG, SƠ ĐỒ

ix

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.2 Phần tử quy chiếu và các phần tử thực tam 8 Hình 1.3 Các phần tử điển hình trong 1 môđun thân vỏ 17

Hình 1.9 Sơ đồ khối của chương trình phần tử hữu hạn 23

x

Hình 3.5 Modun phân tích kết cấu Static Structural 46

Hình 3.7 Thiết lập thông số cho phần mô phỏng hình học 47 Hình 3.8 Màn hình làm việc của phần mô phỏng hình học 48

Hình 3.10 Lựa chọn hệ đơn vị trong phân tích kết cấu 50 Hình 3.11 Gán vật liệu cho từng đối tƣợng của kết cấu 51