BÀI tập lớn sức bền THÂN tàu HÀNG KHÔ

Đây là bài tập lớn mẫu tính toán sức bên thân tàu thủy ở từng trạng thái cụ thể. Bài này được tính cho tàu hàng khô 2000T, đồng thời từ bài này có thể dựa theo quy trình tính toán để tính sức bền cho các tàu tương tự.

Môn Lý thuyết tàu là môn cơ sở ngành đầu tiên nó cho chúng em hiểu về đường hình,

đặc điểm, đặc tính, tính chất của con tàu, và môn Kết cấu thân tàu nó hướng chúng em đi đến

kết cấu, liên kết của từng chi tiết cụ thể của tàu Còn môn Sức bền thân tàu nó góp phần giải

quyết những vấn đề về tính an tòan của một con tàu đủ an toàn tránh được những trường hợp nguy hiểm như khi có sóng, tàu lằm trên đỉnh sóng hay tàu lằm trên đáy sóng nó gây ra ứng

suất cụ bộ rất nguy hiểm Vì vậy môn Sức bền thân tàu sẽ giải quyết một phần nào của vấn đề

an toàn nó cho chúng ta biết về cách bố trí hàng hóa như vậy thì mức độ nguy hiểm như thế

nào Môn Sức bền thân tàu sẽ góp phần cho chúng em hiểu rõ hơn về đóng một con tàu an toàn

Em xin chân thành cảm ơn./

Sinh viên thực hiện

Trang 2

A Thông số tàu mẫu:

Tàu hàng khô 2000T:

 Khối lượng máy móc : 40T (Sườn 1- Sườn 4)

 Trọng lượng thủy thủ : 2T (Sườn 2 – Sườn 5)

 Trọng lượng nước dằn : 200T (Sườn 4 – Sườn 19)

8.10

4 5

Trang 3

Phần I: Cân Bằng Tàu Trên Nước Tĩnh

Tàu có lm=76(m) được chia thành 20 khoảng sườn

-Trước tiên để vẽ được đường phân bố trọng lượng vỏ tàu ta phải xác định các thông số sau:

650 907 0 20

88 13 20

650 427 0 20

35 38 20

650 18 1 20

1 1

0

Pv m P

Pv m Po

Pv m P

Trong đó: Pv trọng lượng vỏ tàu

1

0 , ,m m

Ta chọn m=1.18 (theo đề nghị các nhà đóng tàu Nga)

Xác định m0, m1 theo các biểu thức sau:

m0 = 0.667 + 0.365ξk = 0.667+0.365 x (-0.658) = 0.427

m1 = 0.667 - 0.365ξk = 0.667-0.365 x (-0.658)= 0.907 trong đó: ξ - là tỉ số giữa hoành độ trọng tâm vỏ tàu xv và khoảng sườn lý thuyết

5.2

48 29 35 38 6

0783 4 6

88 13 35 38 6

1 1

0

P P

Po P





- Vẽ đường phân bố trọng lượng vỏ tàu theo phương pháp gần đúng Theo phương pháp này đường phân bố trọng lượng vỏ tàu được lập dưới dạng đường bậc thang với giá trị lớn nhất của đường bậc thang tương ứng với vị trí tập trung trọng lường

vỏ tàu lớn Đồng thời trọng lượng của tàu ở phạm vi giữa tàu có trọng lượng không đổi và phân bố đều trên từng khoảng sườn, với chiều dài của đoạn phân bố đều phụ thuộc vào hệ số đầy và hệ số lăng trụ tàu

650.06

Bảng phân bố tải trọng vỏ tàu theo khoảng sườn

- Từ số liệu trên ta dùng Ms Excel để lược đồ phân bố khối lượng vỏ tàu theo phương pháp gần đúng( hình thang)

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

số lăng trụ tàu

Đường phân bố trọng lượng vỏ tàu được phân bố theo tàu có dạng béo đầy đoạn thẳng phân bố đều hơn

Trang 5

Biểu đồ phân bố trọng lượng vỏ tàu theo khoảng sườn

-Vẽ biểu đồ phân bố lượng tải trọng trên tàu:

Trường hợp tải trọng đề bài đã cho: 25% hàng hóa; 50% dự trữ; 25% dằn

i i i

953.1291

5853.39045.4



 Biểu đồ phân bố trọng lượng máy móc theo khoảng sườn

Trọng lượng máy móc là 40 Tấn phân bố từ S1-S4, nên ta có biểu đồ sau:

Trang 7

 Biểu đồ phân bố trọng lượng hàng hóa theo khoảng sườn

Tàu có khối lường hàng hóa là 25%*2000T = 500T, phân bố từ S4-S17

 Biểu đồ phân bố trọng lượng dằn theo khoảng sườn

Tàu có tải trọng dằn là 25%*200T = 50T, phân bố từ sườn S4-S19, nên ta phân bố như sau:

Trang 8

 Biểu đồ phân bố trọng lượng thủy thủ theo khoảng sườn

Tàu có tải trọng thủy thủ là 2T, phân bố từ S2-S5, nên ta phân bố như sau:

 Biểu đồ phân bố trọng lượng dự trữ theo khoảng sườn

Tàu có tải trọng dự trữ là 50%*100T = 50T, phân bố từ sườn (S1-S4) và

(S17-S20), nên ta phân bố như sau:

Trang 9

Từ đó ta vẽ được biểu đồ phân bố tổng tải trọng phân bố lên các khoảng sườn cho toàn tàu:

Trang 10

II Xác định đường phân bố lực nổi theo chiều dài tàu khi tàu nằm cân bằng trên nước tĩnh.

1.Cân bằng dọc tàu trên nước tĩnh

Để tàu nổi cân bằng trên nước cần thỏa mãn điều kiện về lực và mômen tác dụng lên tàu như sau:

Từ kết quả P=1291.953 tấn, sử dụng đồ thị đường cong thủy tĩnh của tàu ta xác định

các thông số cơ bản sau: (sau khi đo trên tàu mẫu ta nhân với các hệ số kb, kh tương ứng ra số liệu tàu thiết kế)

Phần trên ta đã tính được tổng tải trọng tác dụng lên tàu là P = 1291.953 tấn

Theo tỷ lệ của D: 1mm = 1 tấn nên trong bản vẽ ta lấy D ra 1 đoạn bằng 1291.953 mm

Trang 11

Từ đó ta tính được các thông số sau:

 Mớn nước trung bình:

m mm

Hm Ttb Ttbtk 2778.64 2.77

4.5

6

*78.2500

*23.332

Ltk

*001.0

Ltk

4.5

667

Btk Lm

Ltk

4.5

68.10

1267

76

1761.47( m3)

 Bán kính nghiêng dọc R:

m Hm

Htk Lm

Ltk Rm

4 5 6 67

76

* 1 0

* 52 1051

* 1 0

*

2 2

R (m)

Zc(m)

xG(m)

xf(m)

Xc(m)

Ttb(m)

D ( tấn) Giá trị 710.40 1761.47 122.90 1.185 -1.14 -0.186 0.376 2.77 1291.95

 Từ bảng trên ta xác định được giá trị Tm và Tđ của tàu đang thiết kế:

x x x

L T T

m R

x x x

L T T

c g f tb

d

c g f tb

m

239.390

.122

376.014.1186.02

7677.22

296.290

.122

376.014.1)186.0(2

7677.22

Thay giá trị Tm và Tđ vào đồ thị Bonjen (Tm, Tđ đã 2) để xác định diện tích các mặt cắt ngang

i

 trên mặt nước tĩnh Sau khi đo ta nhân ωi với tỉ lệ xích là ra các ωi tàu thiết kế như sau:

Trang 13

*8.3(3)

Điều kiện cân bằng lần 1:

Điều kiên cân bằng:

(Không Thỏa) (Không Thỏa)



) 1 0 05 0 (

% 5 1 76

) 0016 0 ( 14 1

).

5 0 1 0 (

% 5 25 95

1291

982 1620 95 1291

1 1

D

D D

c G

T T

m S

T T

D D đ d

D D m m

79.280

.710

*025.1

982.1620863

.1291239

.3

84.180

.710

*025.1

982.1620863

.1291296

.2

1 1

1 2

1 2

*8.3(3)



) 1 0 05 0

%(

06 0 76

) 09 1 ( 14 1

).

5 0 1 0 (

% 9 2 863

1291

91 1329 863

1291

2 2

D

D D

c G

T T

m S

T T

D D đ d

D D m m

738 2 80 710

* 025 1

91 1329 863

1291 79

2

788 1 80 710

* 025 1

91 1329 863 1291 84

1

2 2

3

2 2

3





*8.3(3)

% 07 0 76

) 116 1 ( 14 1

).

5 0 1 0 (

% 12 0 863

1291

401 1293 863 1291

3 3

D

D D

c G

Trang 20

Biểu đồ phân bố lực nổi

Trang 21

Biểu đồ phân bố trọng lượng

Biểu đồ phân bố tải trọng

Trang 22

Trang 23

Biểu đồ Moment uốn

PHẦN II CÂN BẰNG TÀU TRÊN SÓNG

Trang 24

A CÂN BẰNG TÀU TRÊN ĐỈNH SÓNG

 Chọn mô hình song Trochoid , là quỹ tích một điểm A nằm trên đường tròn bán kính R lăn không trượt theo một đường thẳng Do đó để vẽ được một profin sóng có chiều dài λ = 69.00 và chiều cao h thì chọn bán kính đường tròn lăn là

 = 4.3m + r=h/2=2.15 (m)

z

-1 -0.932 -0.742 0.47 -0.158 Sườn lý thuyết 5:15 4:16 3:17 2:18 1:19 0:20

Trên đỉnh sóng r

z

0.154 -0.158 -0.47 -0.742 -0.932 -1 Trên đáy sóng r

z

0.154 0.441 0.667 0.845 0.963 1

Thay giá trị r = 2.15 vào bảng trên ta được giá trị của z trong bảng sau đây

Sườn lý thuyết 10 9:11 8:12 7:13 6:14 5:15 4:16 3:17 2:18 1:19 0:20 Trên đỉnh

sóng 2.15 2.07 1.82 1.45 0.95 0.33 -0.34 -1.01 -1.6 -2 -2.15 Dưới đáy sóng -2.15 -2.00 -1.60 -1.01 -0.34 0.33 0.95 1.434 1.8 2.07 2.15

Trang 25

Đây là prophin tàu theo lý thuyết tuy nhiên trong thực tế mạn tàu không vuông góc với mặt nước nên phải có 1 đoạn hiệu chỉnh e

Với

Như vậy ta phải hạ đường prophin xuống 1 đoạn 0.22m

Sau khi có prophin sóng đã hiệu chỉnh ta tiến hành đo giá trị diện tích mặt đường nước, và ta tính được giá trị trong bảng sau:

Hệ số cánh tay đòn (3)

ω t *k (2)*(3) (4)

Diện tích trên sóng thiết kế (5)

Hiệu hai diện tích

ω s- ωt(5)-(2) (6)

(ω s- ωt)*k

(6)*(3) (7))

Σ = Σ’-e 332.3 -101.91 106.942 15.264 -1572.01

Bảng cân bằng tàu trên sóng

Từ bảng trên ta thay các giá trị đó vào hệ phương trình sau đây:

2 /

()

(

L

L

L dx x

Trang 28

Từ số liệu bảng trên ta vẽ được biểu đồ sau đây

Trang 29

Trang 30

B CÂN BẰNG TÀU DƯỚI ĐÁY SÓNG

Từ số liệu phần A ta vẽ được prophin sóng tàu nằm trên đáy sóng

ω t *k (2)*(3) (4)

Diện tích trên sóng thiết kế (5)

Hiệu hai diện tích

ω s- ωt(5)-(2) (6)

(ω s- ωt)*k

(6)*(3) (7))

chỉnh ε

Σ = Σ’-e 332.72 -101.49 -46.267 -76.844 4050.55

2 /

()

(

L

L

L dx x

Trang 34

Từ bảng tính ta vẽ được biểu đồ sau đây:

Trang 35

Trang 37

Với giả thiết mặt cắt ngang tàu đói xứng qua trục OZ ta có:

Trong đó: Z0 khoảng cách giữa trục so sánh và trục 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

FiZ20 moment quán tính chuyển dời từ trục so sánh của kết cấu đang xét đến trục trung hòa

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

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

1 Dầm dọc mạn T(100x10/250x8)(số lượng 2 chi tiết)

Sau khi nhân với tỉ lệ tàu thiết kế(kb = 1.11, kh=1.11)

Ta có kích thước dầm dọc tàu đang thiết kế là : T(111x11.1/277.5x8.88)

Diện tích: 3696.3 mm2 (x2)

đáy ngoài (750x12), tàu thiết kế(832.5x13.32)

Diện tích: 11088.9 mm2

Moment quán tính riêng phần của diện tích:163951.604 mm4

7 Tôn đáy ngoài (3750x10), tàu thiết kế(4162.5x11.1)

Diện tích: 46203.75 mm2

Moment quán tính riêng phần của diện tích:474.397 mm4

(8.88x3507.6;11.1x2486.4)

Diện tích: 31147.5+27599 =58746.5 mm2

Moment quán tính riêng phần của diện tích:204676+283373 = 488049 mm4

9 Tôn mạn (10x4650), tàu thiết kế (11.1x5161.5)

Trang 39

Diện tích: 57292.65 mm2

Moment quán tính riêng phần của diện tích:127194850100 mm4

10 Vây giảm lắc (220x12/50x8), tàu thiết kế

(244.2x13.32/55.5x8.88)

Diện tích: 3745.6 mm2

Moment quán tính riêng phần của diện tích:16290918 mm4

11 Tôn đáy trong (5400x10), tàu thiết kế (5994x11.1)

Diện tích:683131.7 mm2

Moment quán tính riêng phần của diện tích: mm4

12 Tôn hông (1257x10), tàu thiết kế (1395.27x11.1)

Diện tích: 15487.5 mm2

Moment quán tính riêng phần của diện tích: 7986152.32mm4

Như vậy sau khi tính toán được thông số diện tích và momenr quán tính riêng của các chi tiết trên ta tiến hành tính moment quán tính chính I từ trục so sánh tới trục trung hòa theo 2 bước sau:

Trang 40

Từ đó ta tính được ứng suất dọc trong kết cấu trong kết cấu (Mpa)(trên đáy sóng và trên đỉnh sóng) dựa theo công thức

Trong đó Mmax là moment uốn lớn nhất trên đỉnh sóng và đáy sóng

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

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

Từ bảng trên đó ta rut ra được

Z0=B/A=-1889.43/2981.56=-0.63 (m)

56.2981

)43.1889(51.182272

)(

2

2 2

2

A

B C Z

A C

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:

62 3

34

cm m Z

Trong đó: Zb = 3.62 (m) là khoảng cách từ trục trung hòa đến điểm xa nhất của mặt boong (m)

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

W

M Z

I M

i







Trang 41

Wd 14432.34( )

36.2

34

mcm Z

Ứng suất tiếp trong các kết cấu được tính theo công thức:

Trong đó: N – Lực cắt tác dụng trong mặt cắt ngang thân tàu đang xét

I – Moment quán tính của mặt cắt ngang thân tàu đối với trục trung hòa của mặt cắt

t - tổng chiều dầy các kết cấu dọc của thân tàu tại vị trí xác định ứng suất tiếp

- moment tĩnh diện tích mặt cắt ngang đối với trục trung hòa

Trang 42

Sau khi ta tính được giá trị trong bảng ta tiến hành kiểm tra bền:

Với   34060.34( )

56.2981

)43.1889(51.182272

)(

2

2 2

2

A

B C Z

A C

Trong 2 bảng vừa tính được ta thấy

ζmax = 184.13 (Mpa)

 ax = 3.97 (Mpa)