Đặc biệt, nếu tàu bị lắc trên sóng với tần số gần với tần số tự nhiên của chất lỏng bên trong khoang chứa, chất lỏng sẽ chuyển động dữ dội và va đập mạnh lên thành và đỉnh khoang có thể
Trang 1m KHOA HOC & DŨNG NGHỆ
Trần Công Nghị, Quách Hoài Nam
Khoa Cơ khí —
| MO DAU
Trong quá trình hoạt động trên biển, tàu thuyền luôn chòng
chành dưới tác động của sóng gió Nếu các khoang chứa hàng
lỏng và các két (chứa nhiên liệu, nước ngọt ) trên tàu ở trạng thái
vơi, chất lỏng sẽ luôn vận động và tạo sóng bên trong Nói cách
khác, khi khoang chứa chuyển động theo tàu, nó cung cấp năng
lượng cho chất lỏng chuyển động Hiện tượng này trong tiếng Anh
được gọi là sÍoshing Đặc biệt, nếu tàu bị lắc trên sóng với tần số
gần với tần số tự nhiên của chất lỏng bên trong khoang chứa, chất
lỏng sẽ chuyển động dữ dội và va đập mạnh lên thành và đỉnh
khoang có thể gây phá hủy cục bộ kết cấu khoang chứa [1,3] Vần
đề càng đáng quan tâm hơn khi sự thay đổi về kết cấu và kích cỡ
của các kiểu tàu chở hàng lỏng trong những năm gần đây có xu
hướng càng làm cho hiện tượng này trở nên đáng lo ngại Việc tính
độ bền kết cấu tàu dưới ảnh hưởng của sloshing do đó cân được
thực hiện từ giai đoạn thiết kế
Ở đây có hai vấn đề cần được giải quyết Thứ nhất là xác định
một cách chính xác tải do sloshing tác động lên kết cấu tau trong
điều kiện vận hành thực tế Thứ hai là xây dựng mô hình kết cấu
phù hợp trong việc đánh giá độ bền kết cấu tàu
Việc xác định tải do sloshing lên kết cấu khoang chứa thực ra
đã được nhiều tác giả quan tâm Các phương pháp nghiên cứu
thường được sử dựng là: phương pháp giải tích, phương pháp thực
nghiệm trên mô hình và gần đây là các phương pháp số Phương
pháp giải tích có nhiều hạn chế vì chỉ cho kết quả chấp nhận trong
trường hợp khoang chứa có dạng hình học đơn giản và chịu kích
thích với biên độ nhỏ Phương pháp thực nghiệm trên mô hình có
thé cho chúng ta những kết quả tin cậy nhưng thường tốn kém và
gặp khó khăn trong việc lựa chọn tiêu chuẩn đồng dạng khi cần
chuyển các kết quả thực nghiệm từ mô hình sang khoang chứa
thực Chính vì vậy, xu hướng nghiên cứu ngày nay là sử dụng
phương pháp số kết hợp với thực nghiệm trên mô hình Theo
hướng này, chúng tôi đã nghiên cứu sử dụng phương pháp phần
tử hữu hạn kết hợp với phương pháp dò mặt thoáng CLEAR-VOF
để mô phỏng sloshing trong khoang chứa đồng thời kiểm chứng
bằng các kết quả thực nghiệm đã được công bố trên thế giới Độ
chính xác và tin cậy của phương pháp nhờ đó được khẳng định Tất
cả các nội dung trên đã được trình bày trong bai báo [4]
Bài báo này sẽ chủ yếu đề cập đến vấn đề thứ hai: xây dựng
mô hình kết cấu trong tính độ bền Tải do ‘sloshing được xác định
theo phương pháp trên sẽ được tĩnh hóa để đưa bải toán trở thành
phân tích tính kết cấu Trên Các co Sở này, ảnh hưởng của slosh-
ing dén ứng suất trong kết cấu khoang chứa được xác định
tế chi CO KHi
Dai hoc Nha Trang
II PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1 Mô hình kết cấu khoang chứa
Việc mô hình hóa kết cấu thật cho ta mô hình toán của kết cấu hay nói ngắn gọn hơn là mô hình kết cấu Nội dung của mô hình
hóa là đưa ra các giả thiết đơn giản hóa nhưng hợp lý Ngoài ra,
phạm vì của mô hình và điều kiện biên cần được lựa chọn một cách có cơ sở Các vấn để trên sẽ được lần lượt xem xét sau đây
1.1 Các giả thiết
- Trên phương diện vật liệu, ta coi vật liệu là đồng nhất, đẳng hướng và đàn hồi tuyến tính
- Trên phương diện hình học, ta bỏ qua sự hiện diện của các
lỗ khoét, đỉnh tán, bulông Các mặt cong nếu có được xấp xỉ bằng các mặt phẳng
- Tôn vỏ và các kết cấu dang tam khac được coi là mỏng để có thể sử dụng lý thuyết tấm cổ điển của Kirchhoff Ngoai ra, bién
dạng của chúng là đủ nhỏ để ứng xử uốn của tấm không ảnh hưởng đến ứng ) XỬ màng và ngược lại
- Các kết cấu khác như thanh gia cường, nẹp gia cường được
coi như các thanh
1.2 Phạm vi của mô hình
Do chúng ta chỉ quan tâm đến ứng suất của kết cấu bên trong
khoang chứa nên phạm vi của mô hình ngoài kết cấu khoang chứa
cần xem xét, cần kể thêm một phần kết cấu liên kết bao quanh nó
để điều kiện biên lên hai đầu mô hình không ảnh hưởng đáng kể đến ứng suất Theo đó, theo phương dọc thân tàu, mô hình bao gồm khoang chứa cần xem xét và một phần các khoang lân cận
được lấy đến khung khỏe gần nhất (hình 1) Do chưa có một nguyên tắc rõ ràng, số lượng khoảng sườn lấy thêm cần được xem
xét trong các tính toán kết cấu cụ thể Còn theo phương ngang thân tàu, trong trường hợp khoang chứa chỉ nằm về một bên của tau, ta đưa toàn bộ kết cấu ngang của thân tàu vào trong mô hình Trong trường hợp, thân tàu đối xứng qua mặt cắt dọc giữa tàu, ta chỉ cần lấy một nửa kết cấu và đặt điều kiện biên trên mặt phẳng đối xứng
Hình 1: Phạm vi của mô hình khoang chứa theo phương dọc thân
tau
Trang 21.3 Điều kiện biên của mô hình
ứng suất trong mô hình phụ thuộc vào biến dạng hay chuyển vị
tương đối hơn là chuyển Vị tuyệt đối của mô hình Để dam bao cho
chuyén vi tuong đối của mô hình gần với thực tế, ta cần gán điều
kiện biên là các liên kết đặt tại hai đầu mô hình Các liên kết này
thay thế cho các kết cấu hai đầu mô hình trong tương tác với mô
hình Tuy nhiên sự xuất hiện của chúng sẽ làm thay đổi phân bố
cục bộ của ứng suất tại vùng gần | liên kết, Nếu kiểu liên kết và vị
trí đặt liên kết không hợp lý, có thể dẫn đến sự tập trung ứng suất
bất thường quanh vùng liên kết làm cho kết quả tính trở nên không
thực tế Chính vì vậy các liên kết phải có tích chất và được bố trí
sao cho không những đảm bảo chuyển vị tương | đối của mô hình
mà còn không gây tập trung ứng suất tại vùng gần liên kết
I
|
|
|
*
Hình 2: Các liên kết lò xo hai đầu mô hình khoang chứa
Trong các kiểu liên kết, liên kết lò xo là lý tưởng hơn cả vì nó
có thể diễn tả tính đàn hồi của kết cấu Vấn đề chính gặp phải khi
su dung cac lién kết kiểu này là việc phải xác định chính xác vị trí
và độ cứng tương ứng của chúng Muốn vậy ta cần có sự phân tích
Về sự tương tác giữa Các kết cấu lân cận với mô hình đang xét Kết
cấu có tương tác chủ ¡ yếu với khoang chứa là các kết cấu dọc thân
tàu nằm ở hai đầu của mô hình Nếu ta thay thế các kết cấu này
bằng các lò xo, các lò xo sẽ có một đầu được gắn với mô hình (tại
đầu của các kết cấu dọc) và đầu còn lại được gần cứng Chúng có
thể có phương nằm ngang (ngang thân tàu và dọc thân tàu) hay
thang đứng Hình 2 thế hiện các liên kết lò xo nằm trên mặt phẳng
ngang thân tàu tại một đầu của mô hình Trên hình này thể hiện số
phần tử lỏ xo tối thiếu cần án lên mô hình Tuy nhiên, để tránh
hiện tượng tập trung ứng suất gần các liên kết, việc tăng số liên kết
lò xo lên là cần thiết Chúng tôi đề xuất đặt liên kết lò xo tại mọi
điểm nút trên kết cấu dọc tại đầu mô hình
KHOA HOC & CONG NGHE m
Các lò xo có phương dọc theo thân tàu, thay thế cho các kết cấu dọc trên phương diện độ cứng kêo/nén nên có độ cứng tỉ lệ với
diện tích mặt cắt ngang thân tàu và môđụn đàn hồi của vật liệu:
_ EA,
y nghia của các đại lượng trong công thức (2) tương tự như (1) Ill KET QUA VA THẢO LUẬN
Nhằm thử nghiệm mô hình được xây dựng như trên cũng như
độ tin 1 cậy của toàn bộ quá trình tính toán, chúng tôi lựa chọn một kết cấu tàu dầu cụ thể để tính toán và phân tích
Hình 4: Bố trí các khoang chứa trên tàu chứa dầu K.No.1076
1 Giới thiệu tàu chứa dau K.No.1076
Tàu chứa dầu K.No.1076 của Vietsovpetro được thiết kế bởi tập đoàn Hitachi Zosen và được phân cấp bởi Đăng kiểm Hoa Kỳ (ABS) năm 1999 Bố trí các khoang chứa trên tàu và các kích
thước chính của chúng được trình bày trên hỉnh 4
Các thông số chính của tàu như sau:
Chiều dài: L = 262,40 m Chiều dài đường nước: Ly = 254,528 m
Chiều cao: H = 23,90 m Mon nước thiết kế: d = 16,84 m
Hệ số đầy thể tích: C, = 0,8768 Vật liệu của các kết cấu trên tàu được cho trong bảng 1 Ngoài
ra, môđun đàn hồi E = 200 GPa, hệ số Poisson › = 0,3 và khối
lượng riêng p = 7850 kg/m’ cho tat cả các loại vật liệu
Bảng 1: Vật liệu kết cấu tàu chứa dâu K.No.1076
(a) cho lò xo thẳng đứng
Hình 3: Vùng diện tích trượt trong tỉnh toán độ cứng lò xo liên kết
Độ cứng của lò xo tương đương nằm trên mặt phẳng ngang
thân tàu chủ yếu phụ thuộc vào diện tích trượt của kết cấu và được
xác định như sau:
EA,
nang
trong đó:
n = số phần tử lò xo liên kết với kết cấu dọc đang xét
A, = diện tích trượt của kết cấu dọc (hình 3)
E = mô đun đàn hồi của vật liệu kết cấu dọc
+ = hệ số Poisson của vật liệu
L = chiều dài của mô hình
Cấp thép Giới hạn chảy, Giới hạn bển,
2 M6 hinh phan tich sloshing Các giả định:
- Chỉ xét bài toán hai chiều mà cụ thể là chỉ xét khoang trong
chuyển động lắc dọc của tàu (Các kích thước chính của khoang là 1= 31,5 mvaH = 21,32 m)
- Khoang chứa có dạng hình chữ nhật, thành khoang tuyệt đổi cứng và thành trong của khoang không nhám (không ma sát) cũng
như không có kết cấu bên trong
- Khoang chứa chuyển động điều hòa quanh một trục cố định (đi qua tâm ổn định của tàu và nằm trên mặt phẳng ngang giữa
khoang (hinh 5)) theo quy luật như sau:
na chi CO KHi
Trang 3mg «HOA HOC & CONG NGHE
với 9 là biên độ lắc, to là tấn số kích thích và † là thời gian
- Trong tất cả các tính toán, ta chỉ xét trường hợp chat lỏng
trong khoang bị kích thích cộng hưởng tức là tần số kích thích trùng
với tần số tự nhiên thấp nhất của chất lỏng trong khoang được xác
định như sau:
g Fan
(4) voi: g: gia tốc trọng trường
h : chiều sâu chất lỏng trong khoang
1: chiêu dài khoang
- Chất lỏng được lấy là dầu (SAE 30W) ở 20°C có khối lượng
riêng _p = 876 kg/mŠ và độ nhớt ¿ = 0,02956 (N.s/m?) [5]
some quay = +
' ' '
i ' ' '
(le a6
+—— —
Hinh 5: M6 hinh phan tich sloshing trong khoang chứa số 5 tau
K.No 1076
Ta biét rang, sloshing phụ thuộc mạnh vào mức chất lỏng, biên
độ kích thích và vị trí trục quay Trong nghiên cứu này, các thông
số trên được lấy như sau:
Mức chất lỏng: h = 25%H, 50%H và 75%H (tương ứng với 5,33
m; 10,66 m và 15,99 m)
Biên độ kích thích: 0= 2°, 4°, 6° và 8° (lương ứng với 0,035
rad; 0,07 rad; 0,105 rad và 0,21 rad)
Độ cao trục quay (tức khoảng cách từ đây khoang đến trục
quay): d = 0,51, 0,75! và Ï (tương ứng với 15,75 m, 23,625 m và 31,5
m)
Toàn bộ tính toán được thực hiện bằng chương trình ANSYS -
Flotran (phiên bản 9.0) Thời gian mô phỏng tối thiểu trong mọi bải
tính là 100 s
3 Phân tích mô hình kết cấu theo phương pháp phần tử hữu
hạn
Khoang số 5 (hinh 4) nằm gần giữa thân tàu sẽ được lấy để
thử nghiệm mô hình khoang chứa Mô hình khoang chứa bao gồm
bản thân khoang số 5 và một phần các khoang lân cận về hai đầu
với chiều dài băng một SỐ khoảng SƯỜn
Mô hinh phần tử hữu hạn sử dụng kết hợp hai loại phần tử là phần
tử thanh và phần tử vỏ (hinh 6) Phần tử vỏ chủ yếu có dạng tứ
giác, phần tử dạng tam giác chỉ được sử dụng tại những nơi không
thể sử dụng được phan tử tứ giác như tại các mã Ngoài ra chúng
được đặt tại đúng vị trí thiết kế của kết cấu Phần tử thanh là kiểu
phần tử lai và được dời về mặt trung hòa của phần tử vỏ liên kết
với nó
Hình 6: Mô hình tính kết cấu khoang chứa số 5 tàu K.No 1076
Mật độ của phần tử được xây dựng dựa trên các nguyên tac sau: Tất cả các thanh gia cường, nẹp dọc được mô ta bằng phần
tử thanh tại vị trí thiết kế của chúng Lưới phần tử vỏ được hình thành theo hệ thanh gia cường khi có thể Cụ thể hơn, lưới phần tử
vỗ thỏa mãn các yêu cầu sau: Theo phương ngang, một phân tử
vỏ giữa hai nep doc ké nhau; Theo phương dọc, 5 phần tử vỏ giữa một khoảng sườn và giữa vách ngang và khung khỏe kề nó; một phần tử giữa các thanh gia cường dọc Theo phương dọc, chiều dai phần tử không lớn hơn hai lần khoảng sườn; một phần tử giữa các
thanh gia cường thẳng đứng trên vách ngang; một phần tử giữa các thanh gia cường trên khung ngang khỏe và sống nằm (hori-
zonal siringer); tối thiểu ba phần tử theo chiều sâu của đà ngang đáy, xà ngang khỏe, sườn khỏe và sống nằm trên vách ngang; tỉ
lệ giữa các cạnh của phần tử không vượt quá 3
Với vật liệu kết cấu tàu, để đánh giá độ bền của nó, người ta
thưởng sử dụng ứng suất tương đương von Mises (còn được gọi là
ứng suất tưng đương theo thuyết bền thế năng biến đổi hinh dạng lớn nhất) được xác định như sau:
or} (03-05) +(0,-0,) |”
(5)
trong đó G„ ø„ G, là các Ứng suất chính tại điểm đang xét với quy
ước , có giá trị đại số lớn nhất và œ, có giá trị đại số nhỏ nhất Các giá trị ứng suất trên tấm được tính theo phương pháp trung bình nút [2], có để ý đến sự khác biệt về chiều day của các lấm cấu thành nên kết cấu vách
Toàn bộ tính toán được thực hiện bằng chương trình SAP2000
(phiên ban 7.4)
Cựu = 5 k
2
4, Kết quả phân tích và thảo luận
Để xem xét phạm vi của mô hinh (theo chiều dọc tàu) ảnh hưởng như thế nào đến phân bố ứng suất trên thành trong của khoang chứa, các phương án lấy thêm phần kết cấu hai đầu khoang chứa lần lượt là 2, 3 và 4 khoảng sườn Cũng phải nói thêm rằng 2 khoảng sườn là chiều dài tối thiểu vì nếu chỉ lấy một khoảng sườn, ta sẽ không kể hết các kết cấu sống nằm ở hai đầu của khoang chứa Kết quả tính ứng suất tương đương von Mises lớn nhất (theo phương pháp trung bình nút) trong kết cấu vách ngang khi khoang chứa 50% chất lồng chịu lắc dọc với biên độ 0, = 8° và
độ cao trục quay d = 31,5 m được trinh bày trong bảng 2 Từ kết quả tính có thể thấy rằng ứng suất tương đương lớn nhất giảm dần khi số khoảng sườn lấy thêm tăng lên tuy nhiên sự thay đổi là rất không đáng kể Cô thể khẳng định, với kết cấu khoang chứa cụ thể này, việc lấy thêm chỉ hai khoảng sườn vẫn cho kết quả tính ứng
suất trên thành trong của khoang với độ chính xác đảm bảo.
Trang 4Bảng 2: Kết quả tính ứng suất von Mises lớn nhất trong
kết cấu vách ngang khi h = 50%H, d = 31,5 m và 0= 8°
Số khoảng sườn hai đầu vMimax(MPa)
được kể đến trong_mô hình
Ngoài ra, qua các kết quả tính toán có thể thấy rằng ứng suất
von Mises lớn nhất không xuất hiện gần hay tại liên kết (hình 7)
Điều này chứng tỏ việc dải đều các liên kết lò xo về tất cả các nút
ở hai đầu mô hình là hợp lý
Hình 7: Phân bố ứng suất von Mises trong khoang chứa số 5
Kết quả tính ứng suất von Mises lớn nhất trên kết cấu tấm của
vách ngang được thể hiện trong các bảng 3, 4 và 5 và được biểu
diễn trên các đồ thị từ hình 8 đến hình 13
Khi mức chất lỏng là 25%H, mặc dù áp suất va đập có giá trị
khá lớn (so với trường hợp 50%H) nhưng do nó phân bố trên một
diện tích khá hẹp và vị trí va đập gần với sống nằm dưới cùng nên
ứng suất cực đại trong kết cấu trong trường hợp này không lớn
(bang 3) Tuy nhiên, khi biên độ kích thích đủ lớn hoặc trục quay đủ
cao, ứng suất có thể đạt giá trị khá lớn Chẳng hạn như khi 0 =8
và d = 39,375 m, ứng suất tương đương lớn nhất đạt đến 321 MPa,
tức lớn hơn giới hạn chảy (G, = 315 MPa, bảng 1) nhưng vẫn nhỏ
hơn giới hạn bền của vật liệu (G, = 440 MPa, bảng 1) Quan sát
chuyển động của chất lỏng trong trường hợp này, ta thấy sự xuất
hiện của nước nhảy Chứng tỏ sự tổn tại của hiện tượng này dang
lo ngại đối với độ bền kết cấu tàu
Ngược lại, khi mức chất lỏng là 50%H, do sự tăng lên từ từ của
áp suất khi tăng biên độ kích thích và độ cao trục quay, ứng suất lên
kết cấu cũng tăng lên một cách từ từ (bảng 4) Kết quả là quy luật
thay đổi ứng suất cũng tương tự như thay đổi áp suất lên thành
khoang (hình 10 và 11) ứng suất trong trường hợp nguy hiểm nhất,
khí 0,= 8° và d = 39,375 m, lớn hơn khi khoang chỉ chịu áp lực thủy
tĩnh là 25% nhưng vẫn nằm trong giới hạn đàn hồi của vật liệu
Ngoài ra, ứng suất von Mises lớn nhất xuất hiện tại vị trí gần đáy
khoang, nơi có ít thanh gia cường hơn các vị trí khác
Khi mức chất lỏng là 75%H và trong các trưởng hợp mà chất
lỏng không va đập lên đỉnh khoang, áp suất lên thành khoang chi
là áp suất va đập bình thường nèn ứng suất do nô gây ra không
thực sự lớn (các giá trị in thường trong bảng 5) Ngược lại, nếu va
đập xảy ra, mặc dù áp suất va đập lên đỉnh khoang có giá trị không
bằng trường hợp h =25%H (frong cùng điều kiện kích thích và trong
phạm vi đang xét) nhưng ứng suất do sloshing gây ra thường rất
KHOA HOC & CÔNG NGHỆ a
cao ngay cả khi biên độ kích thích và độ cao trục quay cỏn nhỏ
(phần in đập trong bảng 4 hay sự tăng đột biến trên các biểu đồ 12
và 13) Cụ thể, ứng suất lớn nhất lên tới 403 MPa (khi d = 39,375
m và 6= 8°) Mặc dù giá trị trên vẫn chưa vượt qua giới hạn bền của vật liệu, ứng suất thực tế trong kết cấu có thể có giá trị lớn hơn nếu các tải từ môi trường gây nên ứng suất cùng chiều với ứng suất này
Qua các kết quả tính toán trên, dễ dàng nhận thấy: khi biên độ lắc và độ cao trục quay còn nhỏ, ảnh hưởng của sloshing đến độ bền kết cấu bất chấp các mức chất lỏng khác nhau thật sự không đáng
lo ngại Ngược lại, sự va đập dữ dội của chất lỏng lên thành và đỉnh khoang chứa xuất hiện khi hai thông số trên lớn hơn mới thực sự là vấn dé can quan tâm đến độ bền kết cấu tàu Ngoài ra, có thể thấy
vị trí trục quay (cũng chính là tâm ổn định của tàu khi coi biên độ lắc còn nhỏ) có ảnh hưởng lớn hơn ảnh hưởng của biên độ kích thích đến mức độ chuyển động của chất lỏng (biểu hiện cụ thể là áp suất lên thành và đỉnh khoang) do đó đến độ bến của kết cấu
Bằng 3: ứng su&t von Mises lớn nhất trên lấm vách ngang khi h = 25%H
(don vj: MPa)
6 54 39 70 149
Bang 4: ứng suất von Mises lớn nhất trôn tấm vách ngang khi h = 50%H
(don vi: MPa)
4 73 92 106 119
Bảng 5; ứng suất von Mises lớn nhất trên tấm vách ngang khi h = 75%H
(don vj: MPa)
8, (dg) Hình 8: Thay đổi ửng suất von Mises lớn nhất theo biên độ kích thích
(lắc dọc, h = 25%H)
ae chi CO KHi
Trang 5a KHOA KOC & CONG NGHE
er
bì
|
288 —————>—————+——kt— ro [m2
a
dim) Hình 9: Thay đổi ứng suất lớn nhất von Mises theo độ cao trục quay [lắc
đọc, h = 25%H)
Sm gg — weep
120 + — ——k+—— } TT:
a an *- d= 23,626 m
80 _—A i —e- d= 345m
oan a ee +
50 d= 39,375 mj
40: —
20 4 4
i
oF
9 2 4 6 § 10
9, (đá)
Hình 10: Thay đổi ứng suất von Mises lớn nhất theo biên độ kích thích
(lắc dọc, h = 50%H)
om q60
Pay cạo
120
100
80
60
40
20
e245)
—&—4 độ
46
8a
a(m)
Hình 11: Thay đổi ứng suất von Mises lớn nhất theo độ cao trục quay
(lắc dọc, h = 50%H}
SN 450
(Mia 400
350
300 |
250
200
180
100
50
—œ—d= 15.T6m
—=—-d= 23.825 m d=31.5m
L d= 36,375 m
9 2 4 6 8 10
8, 148)
Hình 12: Thay đổi ứng suất von Mises lớn nhất theo biên độ kích thích
(lắc dọc, h = 75%H)
48 | ey chi CO KHÍ
FM 450 yore (Pay 400
350
300
250
200
150 ‡
100
50
=e l——2 độ
ja 4 a6!
646
8 độ
dịm
Hình 13: Thay đổi ứng suất von Mises lớn nhất theo độ cao trục quay
(lắc dọc, h = 75%H)
IV KET LUẬN
Khi mức chất lỏng trung bình, áp suất lên thành khoang trong các điều kiện kích thích bình thường chỉ là áp suất thủy động thông thường Giá trị của nó lớn hơn áp suất thủy tĩnh không đáng kể Quy luật phân bố của nó lên thành khoang cũng gần như áp suất thủy tĩnh Chính vì vậy, ảnh hưởng của sloshing lên độ bền kết cấu không khác biệt nhiều lắm so với tải thủy tĩnh, trừ trường hợp xảy
ra va đập của chất lỏng lên đỉnh khoang
Khi mức chất lỏng thấp hoặc cao, áp suất của sloshing lên thành và đỉnh khoang là áp suất va đập Nếu tăng biên độ kích thích hoặc nâng cao trục quay (trong kha năng xảy ra trên thực tế),
độ lớn của áp suất va đập cực đại sẽ tăng làm cho ứng suất von
Mises lớn nhất trong kết cấu cũng tăng lên một cách nhanh chóng
và có thể lớn hơn giới hạn chảy của vật liệu
Trong trường hợp mức chất lỏng thấp, vai trò của sống nằm
phía dưới rõ ràng là rất quan trọng Nó, một mặt, đóng vai trỏ cản
trở chuyển động của chất lỏng trong khoang do đó làm giảm áp
suất va đập lên thành khoang, mặt khác, tham gia một cách tích
cực trong việc đảm bảo độ bền của kết cấu vách vì sloshing thường gây áp suất va đập lớn trong khu vực sống nằm này Các tính toán ghi nhận trường hợp mức chất lỏng cao có ảnh hưởng đến độ bền kết cấu nhiều nhất Điều này có thể giải thích như sau: áp suất va đập trong trường hợp này là rất lớn và kết cấu tại khu vực này (kết cấu boong và vách) thường có độ bền kém
hơn các khu vực phía dưới (tấm có chiều dày nhỏ hơn) m
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 Bass R.L., Bowles E.B., Cox P.A (1980), “Liquid dynamic loads in LNG cargo tanks”, SNAME Transactions, 88, pp 103-126
2 Cook R.D., Malkus D.S., Plesha M.E., Witt R.J (2002),
Concepts and Applications of Finite Element Analysis, ath Edition, John Wiley & Sons, Inc
3 Hamlin N.A., Lou, Y.K., Maclean W.M., Seibold F.,
Chandras L.M (1986), “Liquid sloshing in stack ship tanks —
Theory, observations, and experiments”, SNAME Transactions,
94, pp 159-195
4 Quách Hoài Nam (2006), “Mô hình hóa sloshing theo phương pháp phần tử hữu hạn”, Tạp chí Khoa học - Công nghệ
Thủy sản, Trường Dai hoc Thuy sản, Số 2/2006, tr 3-8
5, White F.M (2003), Fluid Mechanics, McGraw Hill