Bài tập lớn môn sức bền thân tàu

Lời nói đầu Trong công cuộc đổi mới đất nước hiện nay,chúng ta tự hào rằng: Việt Nam chung ta là một cường cuốc hàng đầu về đóng tàu trên thế giới. Theo đó phát triển nghành đóng tàu cũng vì một mục đích đua nước ta đến năm 2020 trở thành một nước công nghệp phát triển ổn định để từ đó tự chủ về kinh tế . Để thực hiện mục tiêu đó ta cần cố gắng học tập. Đây là bài tập lớn môn SỨC BỀN THÂN TÀU. Được sự hướng dẫn đầy nhiệt tình của thầy ĐỖ QUANG THẮNG và quá trình làm bài tập của bản thân. Tính toán tàu hàng 2000DWT. Trong quá trình tính toán có đều gì sai xót mong thầy cho ý kiến để phần bài tập lớn của em hoàn thiên hơn. Em xin chân thành cảm ơn ! Nha trang, ngày 21 tháng 05 năm 2011 Sinh viên Phan Minh Thuật A : Các Thông Số Của Tàu Mẫu Trọng tải của tàu : 2000T Chiều dài thiết kế : LTK = 70 (m) Chiều dài tàu : L = 67 (m) Chiều rộng lớn nhất : Bmax = 10.80 (m) Chiều rộng tàu : B = 10.80 (m) Chiều cao mạn : D = 5.40 (m) Chiều chìm : d = 4.40 (m) -Trọng lượng vỏ : -Tọa độ trọng tâm của vỏ : -(75% dự trữ , 100 % hàng hóa , 25% dằn) B : Kích thước tàu thiết kế: - Chiều dài : Lmax = 79 (m) - Chiều rộng : Bmax = 12.8 (m) - Chiều cao : Hmax = 6.2 (m) Phân bố khối lượng hàng hóa theo chiều dài của tàu Các số liệu đề bài : (75% dự trữ , 100% hàng hóa , 25% dằn) Khối lượng máy móc 40T phân bố từ Hàng hóa 2000T phân bố từ sườn Trọng lượng thủy thủ 2T () Dữ trữ 100T () và () Dằn : 200T () Phần I : Cân Bằng Tàu Trên Nước Tĩnh I : Phân bố trọng lượng vỏ tàu trên các sườn Tàu có được chia thành 20 khoảng sườn - Trước hết để vẽ được đường phân bố trọng lượng của vỏ tàu , ta đi xác định các thông số sau : (1.1) - Theo đề nghị của các nhà đóng tàu Nga thì có thể lấy giá trị gần đúng giá trị hệ số m = 1,18 - Tiếp theo ta xác định các thông số (Phân bố khối lượng theo tàu béo đầy ) nên tình các hệ số trên theo các công thức sau Trong đó là tỷ số giữa hoành độ trọng tâm của vỏ và khoảng sườn lý thuyết Như vậy được xác định : Thay vào biều thức (1.2) ta được kết quả như sau như vậy ta xác định được các thông số sau : Vậy ta có P = 38,35 t , P0 = 14,63 t , P1 =28,92 t Xác định các chiều cao bậc thang , việc xác định được dựa theo công thức sau : - 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 là tương ứng với vị trí tập trung trọng lượng vỏ tàu lớn . Đồng thời trọng lượng của tàu ở phạm vị 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 - Bảng phân bố khối lượng vỏ tàu theo khoảng từng khoảng sườn được dựa theo các số liệu sau Với các số liệu : P = 38,35 t , P1 = 28.92 t , P0 = 14,63 t , ξk = -0,60 , δ1 = 1,57 , δ0 = 3,95 0-1 30.02 1-2 31.03 2-3 32.68 3-4 34.32 4-5 36.96 5-6 37.61 6-7 39.25 7-8 39.25 8-9 39.25 9-10 39.25 10-11 39.25 11-12 39.25 12-13 39.25 13-14 39.25 14-15 34.48 15-16 29.71 16-17 24.94 17-18 21.17 18-19 15.41 19-20 10.64 Bảng I : Số liệu phân bố khối lượng vỏ tàu theo từng khoảng sườn - Từ các số liệu trên ta dùng excel để vẽ đồ lược đồ phân bố khối lượng vỏ tàu hay trọng lượng vỏ tàu theo phương pháp gần đúng (hình thang) . Trên biểu đồ ứng với mỗi khoảng sườn thì tương ứng với từng khối lượng vỏ và được phân bố đều trên sườn . Trọng lượng vỏ tàu ở đoạn giữa tàu có giá trị không đổi và phân bố đều trên từng khoảng sườn , với chiều dài đoạn phân bố đều phụ thuộc vào hệ số đầy và hệ số lăng trụ tàu . Trong đường phân bố trọng lượng vỏ tàu được phân bố theo tàu có dạng béo đầy , đoạn thẳng phân bố đều dài hơn\ Như vậy với các số liệu trên ta vẽ biểu đồ phấn bố trọng lượng của tàu (đường có dạng giống đường phân bố của tàu béo đầy Đường phân bố trọng lượng vỏ tàu - Vẽ đường phân bố trọng lượng hàng hóa trên tàu Các số liệu đề bài : (75% dự trữ , 100% hàng hóa , 25% dằn) Khối lượng máy móc 40T phân bố từ Hàng hóa 2000T phân bố từ sườn Trọng lượng thủy thủ 2T () Dữ trữ 100T () và () Dằn : 200T () Như vậy trọng lượng hàng hóa phân bố trên tàu là : Khối lượng máy móc 40T phân bố từ Hàng hóa của tàu 100%. 2000T (100% hàng hóa) Dữ trữ : 75% .100T = 75T phân bố từ sườn () và () (75% dữ trữ) Dằn :25%. 200T= 50t () (25% dằn) Trọng lượng thủy thủ 2T () ¯ Đương phân bố khối lượng máy móc : vì khối lượng máy móc 40T phân bố từ nên ta có đường phân bố sau : ¯ Đường phân bố dự trữ : Vì tàu có khối lượng dữ trữ : 75% . 100T = 75 T phân bố từ sườn ( ) và () nên ta phân như sau ¯ Đường phân bố trọng lượng dằn : theo đề bài có trọng lượng dằn :25%. 200T=50T () (25% dằn) như vậy tao phân bố như sau ¯ Đường phân bố trọng lượng thủy thủ : theo đề bài trọng lượng thủy thủ bằng 2T phân bố () nên ta có biều đồ sau : ¯ Đường phân bố trọng lượng hàng hóa : theo đề bài trọng lượng hàng hóa bằng 100%.2000T =2000T phân bố () nên ta có biều đồ sau : Tải trọng hàng hóa phân bố lên tàu là : (dùng phương pháp công họa đồ) Cộng 4 đồ thị ở phía trên ta được khối lượng (dằn , dự trữ , thủy thủ , máy móc,hang hóa) ta được đồ thị sau : Xác định tọa độ trọng tâm của tàu BảngIII : Phân bố tải trọng từ khoảng sườn (0-1) đến (19-20) Các thành phần tải trọng Trọng lượng Phân bố khối lượng Tổng hàng ngang 0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19 19-20 Vỏ tàu 650 t 30,02 31,03 32,68 34,32 36,96 37,61 39,25 39,25 39,25 39,25 39,25 39,25 39,25 39,25 34,48 29,71 24,94 21,17 15,41 10,64 650,65 Mày móc 40 t 13.33 13.33 13.33 40 Thủy thủ 2 t 0.66 0.66 0.66 2 Dự trữ 75 t 12.5 12.5 12.5 12.5 12.5 12.5 75 Dằn 50 t 3.57 3.57 3.57 3.57 3.57 3.57 3.57 3.57 3.57 3.57 3.57 3.57 3.57 3.57 3.57 50 Hàng hóa 2000t 153.84 153.84 153.84 153.84 153.84 153.84 153.84 153.84 153.84 153.84 153.84 153.84 153.84 Tổng hàng dọc 30.02 56.84 59.17 60.81 195.03 195.02 196.66 196.66 196.66 196.66 196.66 196.66 196.66 196.66 191.89 187.12 182.35 37.24 31.48 23.14 2817 Hệ số cánh tay đòn x -9,5 -8,5 -7,5 -6,5 -5,5 -4,5 -3,5 -2,5 -1,5 -0,5 0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 7,5 8,5 9,5 Tổng -285.2 -483.1 -443.8 -395.3 -1073 -877.6 -688.3 -491.7 -295 -98.33 98.33 295 491.7 688.3 863.5 1029 1185 279.3 267.6 219.8 -287.25 Công thức tính trọng II ) : Xác định đường phân bố lực nổi theo chiều dài khi tàu nằm cân bằng trên nước tĩnh A : Cân bằng dọc tàu trên nước tĩnh Các tỷ lệ xích của đồ thị thủy tĩnh S : 1mm = 1m2 Xf : 1mm = 0.001m V : 1 mm = 1 m3 Xc : 1 mm =0.001m D : 1mm = 1 tấn Zc : 1 mm = 0.001m a ,b,d : 1000 mm = 1 R : 1 mm =0.1 m Như phần trên ta thấy tổng trọng lượng của tàu là : 2817 tấn Vì 2817 tấn mà tỷ lệ xích D : 1mm = 1 tấn nên chiều dài từ trục tọa độ O1 đến đường D là 2817 mm Như vậy ta tính được các thông số sau Mớn nước trung bình : : Tọa độ tại mớn mước xác định : (tỷ lệ xích Xc : 1 mm =0.001m) Tọa độ tại mớn mước xác định : (Xf : 1mm = 0.001m) Diện tích mặt đường nước tại mớn nước xác định là ; ( S : 1mm = 1m2 ) Thể tích lượng chiếm nước tại tàu mớn nước đang xét V (1 mm = 1 m3 ) Bán kính nghiêng dọc R được xác định : ( có tỷ lệ xích R: 1 mm =0.1 m) 3804,73.0,1.= Tọa độ được xác định : (tỷ lệ xích Zc : 1 mm = 0.001m) Vậy các thông số được tập hợp lại ta được các bảng sau : Zc Xc Xf S V D R 5,7 m 2,77m 0,388m -1,77 -3,72 m 842,88 4106,5 2817 tấn 473,17m Bảng IV : Các thông số tính nổi Tiến hành xác định (tàu thiết kế) Đồ thị bonjean sau khi được đặt Tm,Td Tm=5,3m Như vây ta các xác định được các diện tích mặt cắt ngang cuả tàu mẫu Để có được diện tích mặt cắt ngang tàu thiết kế ta phải áp dụng công thức sau Như vậy ta thực hiện tính toán diện tích mặt cắt ngang tàu thiết kế . Ta được bảng sau (trước hết cần tính Số thứ tự sườn Hệ sô cánh tay đòn (2) diện tích mặt cắt ngang(3) hệ số monen (2)x(3) 0 -10 0,00 0,00 1 -9 8,51 -31,58 2 -8 14,20 -65,60 3 -7 16,83 -92,63 4 -6 23,85 -112,95 5 -5 25,38 -114,92 6 -4 27,57 -96,28 7 -3 30,04 -70,32 8 -2 29,54 -45,28 9 -1 26,86 -21,96 10 0 26,78 0,00 11 1 25,40 20,60 12 2 23,52 39,83 13 3 19,23 57,70 14 4 17,98 74,31 15 5 16,60 86,01 16 6 12,96 83,13 17 7 8,09 63,26 18 8 5,03 40,75 19 9 2,19 19,18 20 10 0,00 0,00 Hiệu Chỉnh 0 Tổng (0 thỏa mãn) % (0 thỏa mãn) Tiến hành hiều chỉnh lần 2 Khi thay Tm và Td vào đồ thị bonjean ta được số liệu sau Số thứ tự sườn hệ số cánh tay đòn (2) Diện tích tàu thiết kế (3) (2)x(3) 0 -10 0,00 0,00 1 -9 7.72 -33,48 2 -8 14.31 -66,51 3 -7 19.39 -93,71 4 -6 25.01 -114,08 5 -5 33.29 -116,94 6 -4 34.27 -97,13 7 -3 34.66 -80,96 8 -2 33.84 -45,70 9 -1 32.27 -22,17 10 0 31.37 0,00 11 1 30.71 25,81 12 2 30.23 45,26 13 3 29.55 70,35 14 4 28.9 77,21 15 5 27.32 89,08 16 6 24.15 87,27 17 7 18.14 62,26 18 8 15.15 46,50 19 9 12.27 23,46 20 10 00 0,00 Hiệu Chỉnh 00 Tổng (thỏa mãn) % (thỏa mãn) khoảng sườn Số thứ tự sườn Diện tích mặt cắt ngang tàu thiết kê Tổng tích phân (4) Lực Nối Tác Dụng Lên Tàu Trọng Lượng (Hàng hóa , vỏ tàu , dằn thủy thủ) Tải trọng ` Tổng tích phân (8) Lực cắt ` Tổng tích phân (10) Hiệu chỉnh lực cắt Lực cắt tổng cộng (10)-(12) Mômen uốn Hiệu Chỉnh mô men Mômen uốn tổng cộng (1) (2) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) 0 0,00 0.00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0 0,00 0,00 0-1 1 7.72 7.72 14.4 30.02 15.62 15.62 28.5 28.5 101.9 86.28 186.36 339.3 152.94 1-2 2 14.31 22.03 41.2 56.84 15.64 46.88 85.6 142.6 203.7 156.82 -189.3 678.6 867.9 2-3 3 19.39 33.7 63 59.17 -3.83 58.69 107.1 335.3 305.6 246.91 -518.32 1017.8 1536.12 3-4 4 25.01 44.4 83 60.81 -22.19 32.67 59.6 502 407.5 374.83 -741.89 1357.1 2098.99 4-5 5 33.29 58.3 109 195.03 86.03 96.51 176.1 737.7 509.3 412.79 -1037.93 1696.4 2734.33 5-6 6 34.27 67.56 126.3 195.02 68.72 251.26 458.5 1372.3 611.2 359.94 -1183.62 2035.7 3219.32 6-7 7 34.66 68.93 128.9 196.66 67.76 387.74 707.6 2538.4 713.1 325.36 -1223.4 2374.9 3598.3 7-8 8 33.84 68.5 128.1 196.66 68.56 524.06 956.4 4202.4 814.9 290.84 -1153 2714.2 3867.2 8-9 9 32.27 66.11 123.6 196.66 73.06 665.68 1214.9 6373.7 916.8 251.12 -962.61 3053.5 4016.11 9-10 10 31.37 63.64 119 196.66 77.66 816.4 1489.9 9078.5 1018.7 202.3 -712.96 3392.8 4105.76 10-11 11 30.71 62.08 116.1 196.66 80.56 974.62 1778.7 12347.1 1120.5 145.88 -444.3 3732 4176.3 11-12 12 30.23 60.94 114 196.66 82.66 1137.84 2076.6 16202.4 1222.4 84.56 -186.1 4071.3 4257.4 12-13 13 29.55 59.78 111.8 196.66 84.86 1305.36 2382.3 20661.3 1324.3 18.94 150.1 4410.6 4260.5 13-14 14 28.9 58.45 109.3 196.66 87.36 1477.58 2696.6 25740.2 1426.1 -51.48 752.23 4749.9 3997.67 14-15 15 27.32 56.22 105.1 191.89 86.79 1651.73 3014.4 31451.2 1528 -123.73 1490.78 5089.1 3598.32 15-16 16 24.15 51.47 96.2 187.12 90.92 1829.44 3338.7 37804.3 1629.9 -199.54 2491.45 5428.4 2936.95 16-17 17 18.14 42.29 79.1 182.35 103.25 2023.61 3693.1 44836.1 1731.7 -291.91 3540.35 5767.7 2227.35 17-18 18 15.15 33.29 62.3 37.24 -25.06 2101.8 3835.8 52365 1833.6 -268.2 4604.57 6107 1502.43 18-19 19 12.27 27.42 51.3 31.48 -19.82 2056.92 3753.9 59954.7 1935.5 -121.42 5627.88 6446.2 818.32 19-20 20 00 12.27 22.9 23.14 0.24 2037.34 3718.1 67426.7 2037.3 -0.04 6785.5 6785.5 0 KK Đường biểu diễn lực cắt Đường biểu diễn momem uốn Phần II : Cân Bằng Trên Sóng và Dưới Sóng A : Cân Bằng Trên Sóng Chọn mô hình sóng Trochoid và có chiều dài sóng Như vậy Sườn lý thuyết 10 9:11 8:12 7:13 6:14 Trên đỉnh sóng 1 0,963 0,845 0,667 0,441 Trên đáy sóng -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 0,154 -0,158 -0,47 -0,72 -0,932 -1 Trên đáy sóng 0,154 0,441 0,667 0,854 0,963 1 Thay giá trị r = 1.46 vào bảng tính trên ta được số liệu sau (chú ý : z khi đưa vào dồ thị bonjean đã được nhân với tỷ lệ tàu thiết kế) Sườn lý thuyết 10 9:11 8:12 7:13 6:14 5:15 4:16 3:17 2:18 1:19 0:20 z trên đỉnh sóng 1,46 1.40 1.23 0.97 0.64 0.22 -0.23 -0.69 -1.05 -1.36 -1.46 z trên đáy sóng -1,46 -1.36 -1.08 -0.69 -0.23 0.22 0.64 0.97 1.25 1.41 1.46 Như vậy từ các cao độ trên ta tiến hành vẽ profile sóng theo chiều dài tầu mẫu đối với từng khoảng sườn Trên đây là profile sóng được vẽ theo lý thuyết nhưng trên thực tế so với tàu thật thì mạn tàu thường không vuông góc với mặt nước nên phân bố thể tích dọc chiều dài tàu không đều , do đó profile sóng sẽ được dịch chuyển một đoạn là e (tùy thuộc vào tàu nằm trên đỉnh sóng và đáy sóng mà ta dịch chình profile sóng lên hay xuống ) Đối với tàu nằm trên đỉnh sóng ta áp dụng công thức Như vậy ta lại phải hạ đường profile xuống một đoạn e để được profile sóng thực tế Số thứ tự sườn lý thuyết Diện tích mặt cắt ngang trên nước tĩnh (2) Hệ số cánh tay đòn (k) (3) (2).(3) (4) Diện tích trên sóng tàu thiết kế (5) Hiệu của 2 diện tích (6) (7) (8) 0 0 -10 0 0 0 0 0 1 10.8 -9 -108 6.66 -4.14 41.4 -414 2 16.34 -8 -147.06 11.64 -4.7 42.3 -380.7 3 21.25 -7 -170 18.29 -2.96 23.68 -189.44 4 25.89 -6 -181.23 25.69 -0.2 1.4 -9.8 5 29.21 -5 -175.26 31.54 2.33 -13.98 83.88 6 31.14 -4 -155.7 33.21 2.07 -10.35 51.75 7 30.26 -3 -121.04 33.25 2.99 -11.96 47.84 8 29.69 -2 -89.07 32.46 2.77 -8.31 24.93 9 29.51 -1 -59.02 32.46 2.95 -5.9 11.8 10 29.33 0 -29.33 32.46 3.13 -3.13 3.13 11 29.15 1 0 32.46 3.31 0 0 12 28.97 2 28.97 32.46 3.49 3.49 3.49 13 28.8 3 57.6 32.4 3.6 7.2 14.4 14 28.58 4 85.74 29.42 0.84 2.52 7.56 15 27.97 5 111.88 26.57 -1.4 -5.6 -22.4 16 25.09 6 125.45 21.83 -3.26 -16.3 -81.5 17 19.86 7 119.16 15.46 -4.4 -26.4 -158.4 18 13.86 8 97.02 9.47 -4.39 -30.73 -215.11 19 7.55 9 60.4 4.38 -3.17 -25.36 -202.88 20 0 10 0 0 0 0 0 Tổng 463.25 -549.49 462.11 -1.14 -36.03 -1425.45 Hiệu chỉnh 462.96 -549.77 461.82 -1.42 -36.31 -1425.74 -5130.36 Bảng cân bằng tàu trên sóng Thay các giá trị vào hệ phương trình sau : Ta được kế quả Sau khi hiệu chỉnh theo các số liệu trên ta được profile sóng như sau : Đây là profile sóng khi tàu đã được cân bằng STT sườn lý thuyết 1 Diện tích mặt cắt ngang trên nước tĩnh 2 Diện tích mặt cắt ngang trên sóng 3 Hiệu 2 diện tích () =(3)-(2) 4 Tổng diện tích 5 Lực nổi bổ sung trên sóng 6 Tổng tích phân 7 Tổng tích phân 8 Lực cắt bổ sung trên sóng 9 Hiệu chỉnh lực cắt bổ sungtrên sóng 10 Lực cắt tổng hợp bổ sungtrên sóng 11 Mômen bổ sung trên sóng 12 Hiệu chỉnh mômen bổ sung 13 Mô men bổ sung tổng hợp 14 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 10.8 6.66 -4.14 -4.14 -8.35 -8.35 -8.35 -15.24 -0.26 -14.98 -27.81 69.61 -97.42 2 16.34 11.64 -4.7 -8.84 -17.82 -34.52 -51.22 -63 -0.51 -62.49 -170.6 139.21 -309.81 3 21.25 18.29 -2.96 -7.66 -15.44 -67.78 -153.52 -123.7 -0.77 -122.93 -511.31 208.82 -720.13 4 25.89 25.69 -0.2 -3.16 -6.37 -89.59 -310.89 -163.5 -1.03 -162.47 -1035.45 278.42 -1313.87 5 29.21 31.54 2.33 2.13 4.29 -91.67 -492.15 -167.3 -1.28 -166.02 -1639.16 348.03 -1987.19 6 31.14 33.21 2.07 4.4 8.87 -78.51 -662.33 -143.28 -1.54 -141.74 -2205.97 417.63 -2623.6 7 30.26 33.25 2.99 5.06 10.2 -59.44 -800.28 -108.48 -1.8 -106.68 -2665.43 487.24 -3152.67 8 29.69 32.46 2.77 5.76 11.61 -37.63 -897.35 -68.67 -2.05 -66.62 -2988.73 556.84 -3545.57 9 29.51 32.46 2.95 5.72 12.53 -14.49 -949.47 -26.44 -2.31 -24.13 -3162.32 626.45 -3788.77 10 29.33 32.46 3.13 6.08 11.26 9.3 -954.66 16.97 -2.57 19.54 -3179.61 696.06 -3875.67 11 29.15 32.46 3.31 6.44 10.98 34.54 -910.82 63.04 -2.82 65.86 -3033.61 765.66 -3799.27 12 28.97 32.46 3.49 6.8 10.12 61.23 -815.05 111.74 -3.08 114.82 -2714.63 835.27 -3549.9 13 28.8 32.4 3.6 7.09 9.29 89.23 -664.59 162.84 -3.33 166.17 -2213.51 904.87 -3118.38 14 28.58 29.42 0.84 4.44 7.95 112.47 -462.89 205.26 -3.59 208.85 -1541.71 974.48 -2516.19 15 27.97 26.57 -1.4 -0.56 -1.13 120.29 -230.13 219.53 -3.85 223.38 -766.48 1044.08 -1810.56 16 25.09 21.83 -3.26 -4.66 -9.39 109.77 -0.07 200.33 -4.1 204.43 -0.24 1113.69 -1113.93 17 19.86 15.46 -4.4 -7.66 -15.44 84.94 194.64 155.02 -4.36 159.38 648.28 1183.29 -635.01 18 13.86 9.47 -4.39 -8.79 -17.72 51.78 331.36 94.5 -4.62 99.12 1103.63 1252.9 -349.27 19 7.55 4.38 -3.17 -7.56 -15.24 18.82 401.96 34.35 -4.87 39.22 1338.78 1322.5 -116.28 20 0 0 0 -3.17 -6.39 -2.81 417.97 -5.13 -5.13 0 1392.11 1392.11 0 Bảng biểu đồ lực cắt và mô men bổ sung trên sóng Biểu Đồ Lực Nổi Bổ Sung Trên Sóng B : Cân Băng Tàu Dưới Đáy Tàu Từ số liệu phần trên ta vẽ được profile đáy song Trên đây là profile sóng được vẽ theo lý thuyết nhưng trên thực tế so với tàu thật thì mạn tàu thường không vuông góc với mặt nước nên phân bố thể tích dọc chiều dài tàu không đều , do đó profile sóng sẽ được dịch chuyển một đoạn là e (tùy thuộc vào tàu nằm trên đỉnh sóng và đáy sóng mà ta dịch chình profile sóng lên hay xuống ) Đối với tàu nằm đáy sóng ta áp dụng công thức Như vậy ta lại phải nâng đường profile lên một đoạn e để được profile sóng thực tế Bảng cân băng tàu dưới đáy sóng Số thứ tự sườn lý thuyết (1) Diện tích mặt cắt ngang trên nước tĩnh (2) Hệ số cánh tay đòn (k) (3) (2).(3) (4) Diện tích đáy sóng tàu thiết kế (5) Hiệu của 2 diện tích (6) (7) (8) 0 0 -10 0 7.58 7.58 -75.8 758 1 10.8 -9 -97.2 14.53 3.73 -33.57 302.13 2 16.34 -8 -130.72 20.09 3.75 -30 240 3 21.25 -7 -148.75 23.59 2.34 -16.38 114.66 4 25.89 -6 -155.34 26.35 0.46 -2.76 16.56 5 29.21 -5 -146.05 27.08 -2.13 10.65 -53.25 6 31.14 -4 -124.56 25.54 -5.6 22.4 -89.6 7 30.26 -3 -90.78 23.52 -6.74 20.22 -60.66 8 29.69 -2 -59.38 21.5 -8.19 16.38 -32.76 9 29.51 -1 -29.51 20.38 -9.13 9.13 -9.13 10 29.33 0 0 20.29 -9.04 0 0 11 29.15 1 29.15 21.23 -7.92 -7.92 -7.92 12 28.97 2 57.94 22.99 -5.98 -11.96 -23.92 13 28.8 3 86.4 25.29 -3.51 -10.53 -31.59 14 28.58 4 114.32 27.65 -0.93 -3.72 -14.88 15 27.97 5 139.85 29.43 1.46 7.3 36.5 16 25.09 6 150.54 27.92 2.83 16.98 101.88 17 19.86 7 139.02 23.25 3.39 23.73 166.11 18 13.86 8 110.88 16.93 3.07 24.56 196.48 19 7.55 9 67.95 9.67 2.12 19.08 171.72 20 0 10 0 0 0 0 0 Tổng 463.25 -86.24 434.81 -28.44 -22.21 1780.33 Hiệu chỉnh 462.97 -86.52 434.53 -28.72 -22.49 1780.05 cnbnnb Sau khi hiệu chỉnh theo các số liệu trên ta được profile sóng như sau : Đây là profile sóng khi tàu đã được cân bằng STT sườn lý thuyết Diện tích mặt cắt ngang trên nước tĩnh Diện tích mặt cắt ngang đáy sóng Hiệu 2 diện tích () =(3)-(2) Tổng diện tích Lực nổi bổ sung đáy sóng Tổng tích phân Tổng tích phân Lực cắt bổ sung đáy sóng Hiệu chỉnh lực cắt bổ sung đáy sóng Lực cắt tổng hợp bổ sung đáy sóng Mômen bổ sung đáy sóng Hiệu chỉnh mômen bổ sung Mô men bổ sung tổng hợp (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) 0 0 7.58 7.58 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 10.8 14.53 3.73 11.31 23.75 23.75 23.75 43.34 -25.11 68.45 43.34 -495.903 539.24 2 16.34 20.09 3.75 7.48 15.71 63.21 110.71 115.36 -50.22 165.58 202.05 -991.805 1193.85 3 21.25 23.59 2.34 6.09 12.79 91.71 265.63 167.37 -75.33 242.7 484.77 -1487.71 1972.47 4 25.89 26.35 0.46 2.8 5.88 110.38 467.72 201.44 -100.44 301.88 853.59 -1983.61 2837.2 5 29.21 27.08 -2.13 -1.67 -3.51 112.75 690.85 205.77 -125.55 331.32 1260.8 -2479.51 3740.31 6 31.14 25.54 -5.6 -7.73 -16.23 93.01 896.61 169.74 -150.66 320.4 1636.31 -2975.42 4611.75 7 30.26 23.52 -6.74 -12.34 -25.91 50.87 1040.49 92.84 -175.77 268.61 1898.89 -3471.32 5370.20 8 29.69 21.5 -8.19 -14.93 -31.35 -6.39 1084.97 -11.66 -200.88 189.22 1980.07 -3967.22 5947.29 9 29.51 20.38 -9.13 -17.32 -36.37 -74.11 1004.47 -135.25 -225.99 90.74 1833.16 -4463.12 6296.28 10 29.33 20.29 -9.04 -18.17 -38.16 -148.64 781.72 -271.27 -251.1 -20.17 1426.64 -4959.03 6385.66 11 29.15 21.23 -7.92 -16.96 -35.62 -222.42 410.66 -405.92 -276.2 -129.72 749.45 -5454.93 6204.37 12 28.97 22.99 -5.98 -13.9 -29.19 -287.23 -98.99 -524.19 -301.31 -222.88 -180.66 -5950.83 5770.17 13 28.8 25.29 -3.51 -9.49 -19.93 -336.35 -722.57 -613.84 -326.42 -287.42 -1318.69 -6446.73 5128.04 14 28.58 27.65 -0.93 -4.44 -9.32 -365.6 -1424.52 -667.22 -351.53 -315.69 -2599.75 -6942.64 4342.88 15 27.97 29.43 1.46 0.53 1.11 -373.81 -2163.93 -682.2 -376.64 -305.56 -3949.17 -7438.54 3489.36 16 25.09 27.92 2.83 4.29 9.01 -363.69 -2901.43 -663.73 -401.75 -261.98 -5295.11 -7934.44 2639.33 17 19.86 23.25 3.39 6.22 13.06 -341.62 -3606.74 -623.46 -426.86 -196.6 -6582.3 -8430.34 1848.04 18 13.86 16.93 3.07 6.46 13.57 -314.99 -4263.35 -574.86 -451.97 -122.89 -7780.61 -8926.25 1145.635 19 7.55 9.67 2.12 5.19 10.9 -290.52 -4868.86 -530.2 -477.08 -53.12 -8885.67 -9422.15 536.47 20 0 0 0 2.12 4.45 -275.17 -5434.55 -502.19 -502.19 0 -9918.05 -9918.05 0 Bảng biểu đồ lực cắt và mô men bổ sung đáy sóng Biểu đồ lực nổi bổ sung đáy song Phần III : Uốn Chung Tàu A : Xác định ứng suất pháp xuất Bước I : Chọn trục so sánh Bước II :Tính các yếu tố của mặt cắt ngang dầm tương đương theo các công thức sau Với giả thiết mặt cắt ngang tàu đối xứng qua trục OZ ta có: Trong đó: Z0: khoảng cách giữa trục so sánh và truc 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. FiZ02: moment quán tính chuyển dời từ trục so sánh của kết cấu đang xét đến trục trung hòa. Vị trí trục so sánh không ảnh hưởng đến kết quả tính nên để thuận lợi ta chọn trục so sánh nằm giữa mặt cắt ngang tính toán tốt nhất là gần trục trung hòa dự Từ thiết diện mặt cắt ngang tàu mầu ta phải suy ra các chi tiết trên mặt cắt ngang tàu thiết kế A Tính kích thước kết cấu dầm dọc mạn tàu thiết kế (số lượng dầm dọc mạn bên phải là : 1 : Kích thước dầm dọc mạn T(100x10/250x8) Như vậy kích thước tàu thiết kế : Kích thước dầm dọc tàu thiết kế T(114,8x11,48/289,25x9,25) Diện tích : 3209 x2 Monmen quán tính riêng phần của diện tích 975729.47x2 2 : Chi tiết dầm dọc boong 1 : (T100x10/400x8) Như vậy tiết diện trên tàu mẫu (T114,8x11,4/462,8x9,3) Diện tích : 4518.21 Monmen quán tính riêng phần của diện tích : 86405616.69 3 : Chi tiết dầm dọc boong 2 (L400x100x10) Kích thước tiết diện tàu thiết kế (L414,8x103,7x10,37) Diện tích : 5376.8 Monmen quán tính riêng phần của diện tích : 2135643.5 4:Chi tiết sống chính Kích thước tàu mẫu (750x12) Kích thước tàu thiết kế (777,75x12,44) Diện tích: 9675.21 Monmen quán tính riêng phần của diện tích : 487707229.80 5: 2 Sống phụ : (10 x 750) Kích thước tàu thiết kế (10,37x777,75) Diện tích : 8065.27x2 Monmen quán tính riêng phần của diện tích : 406553374.04x2 6: Tôn giữa đáy ngoài (750 x 12) Kích thước tàu thiết kế :777,75x12,44 Diện tích : 9675.21 Monmen quán tính riêng phần của diện tích : 124772.80 7 : Tôn đáy ngoài 3750 x 10 Kích thước tàu thiết kế: 3888,75x10,37 Diện tích : 40326.34 Monmen quán tính riêng phần của diện tích : 361380.78 8: Tôn đáy trong : 5400 x 10 Kích thước tàu thiết kế:5599,8x10,37 Diện tích : 58069.93 Monmen quán tính riêng phần của diện tích : 520388.32 9: Tôn mạn 10 x 4650 Kích thước tàu thiết kế: 10,37x4822,05 Diện tích : 50004.66 Monmen quán tính riêng phần của diện tích : 96893052528.44 10: Tôn boong (8x3160,10x2240) Kích thước tàu thiết kế: (8,23x3276,92),(10,37x2322,88) Diện tích : (26969.05) + (24088.27)= 51057.32 Monmen quán tính riêng phần của diện tích : 371870.08 11: Tôn Hông (1257x10) Kích thước tàu thiết kế: 1303,51x10,37 Diện tích :13598 Monmen quán tính riêng phần của diện tích : 7345017,769 12: Vây giảm lắc : 220x12,50x8 Diện tích : 30,40 Monmen quán tính riêng phần của diện tích : 0.001 cm2.m2 Quá trình tính toán moment quán tính chính I đối với trục trung hòa của mặt cắt ngang dầm tương với kết cấu thân tàu thực hiện như sau:Quá trính tính toán ta tính được các số liệu sau : Bước I : Tính khoảng cách từ trục trung hóa đền trục so sánh : Trước hết để xách định được khoảng cách từ trục so sánh đến trục trung hòa ta cần phải các định các thông số sau - = (m.cm2) - = 2678,90 (cm2) Từ điều kiện moment tĩnh của mặt cắt ngang kết cấu thân tàu đối với trục trung hòa bằng 0 ta có. Bước II : Mônmen quán tính của mặt cắt ngang dầm tương đương đối với trục trung hòa - = 982,93 (cm2.m2) -= 13332,39 (cm2.m2) -= 1131,835 (cm2.m2) Thay các số liệu trên vào công thức sau = 2(982,93 + 13332,39 - 1131,835) = 26378,62 (cm2.m2) Như vậy ta tính được ứng suất uốn dọc trong kết cấu (Mpa) (trên đáy sóng và đỉnh sóng) dựa theo công thức (Mpa=) Trong đó : là mônmen uốn lớn nhất trên đỉnh sóng và đáy sóng I : (cm2.m2 )quán tính của mắt cắt ngang đang xét đến đường trung hòa z: (m) khoảng cách từ đường trung hòa đến kết cấu Chú ý : được tính theo đơn vị (tấn.m) = .m ==100.Mpa (1m=) STT Tên các chi tiết kết cấu Kích thước các kết cấu (mm) Diện tích mặt cắt ngang Fi (cm2) Khoảng cách các kết cấu đến trục so sánh (m) Moment tĩnh Fi .Zi (m.cm2) (4).(5) Moment quán tính chuyển dời FiZi2 =(5).(6) (cm2.m2) Moment quán tính riêng của kết cấu I0 (cm2.m2) Tính gần đúng lần thứ nhất Khoảng cách từ kết cấu đến trục trung hòa Zi=Zi–Z0 (m) Ứng suất uốn dọc trong kết cấu (Mpa) Trên đỉnh sóng Trên đáy sóng (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) 1 Sống chính 777,75 x 12,44 96,75 -2,411 -233,27 562,41 4,88 -1,76 56,99 -50,64 2 2 Sống phụ 10,37 x 777,75 161,31 -2,411 -388,91 937,66 8,13 -1,76 56,99 -50,64 3 Tôn giữa đáy 777,75 x 12,44 96,75 -2,794 -270,33 755,29 0,00 -2,15 69,38 -61,65 4 Tôn đáy ngoài 3888,75 x 10,37 403,26 -2,795 -1127,12 3150,30 0,00 -2,15 69,41 -61,68 5 Tôn đáy trong 5599,8 x 10,37 580,70 -2,02 -1173,01 2369,49 0,01 -1,37 44,35 -39,41 6 Tôn hông 1303,51 x 10,37 135,98 -2,41 -327,71 789,79 0,07 -1,76 56,96 -50,61 7 Tôn mạn 10,37 x 4822,05 500,05 0,389 194,52 75,67 968,93 1,04 -33,54 29,80 8 Dầm dọc mạn1 103,7 x 10,37/259,25 x ,23 32,09 -0,52 -16,69 8,68 0,01 0,13 -4,15 3,69 9 Dầm dọc mạn2 103,7 x 10,37/259,25 x 8,23 32,09 1,037 33,28 34,51 0,01 1,69 -54,49 48,42 10 dầm dọc boong 2 414,8 x 103,7 x 10,37 53,77 2,21 118,83 262,61 0,02 2,86 -92,42 82,12 11 dầm dọc boong 1 103,7 x 10,37/414,8 x 8,3 45,18 2,21 99,85 220,67 0,86 2,86 -92,42 82,12 12 Tôn boong (8,23 x 3276,92) (10,37 x 2322,88) 510,57 2,795 1427,05 3988,61 0,00 3,44 -111,33 98,93 13 Vây chống lắc 220 x 12-50 x 8 30,40 -2,411 -73,29 176,71 0.001 -1,76 56,99 -50,64 Tổng A=SFi= 2678,90 B=SFiZi -1736,80 C =SFiZi2 + SI0 = 14315,3 Kiểm tra bền tại những tiết diện nguy hiểm : Từ công thức : Trong đó:là mođun chống uốn của mặt cắt ngang. Giá trị W nhỏ nhất khi Zi lớn nhất, nghĩa là xa trục trung hòa nhất. Tại những vị trí đó ứng suất đạt giá trị lớn nhất. 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: Wb min Trong đó: Zb = 3,44 (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: Wd min Khi kiểm tra bền ta kiểm tra cho vùng có moodun chống uốn nhỏ nhất và Momen uôn lớn nhất tại phần đỉnh sóng và đáy sóng (tại những mặt cắt nguy hiểm) Đáy Sóng Đỉnh Sóng 7578,80 -8529,00 Giá trị mômen uốn lớn nhất tại đỉnh sóng và đáy sóng là : Như vậy 2 ứng suất lớn nhất tại sườn đang xét 1. Tại đỉnh sóng Ứng suất tại boong : Ứng suất tại đáy : Tại đáy sóng : Ứng suất tại boong : Ứng suất tại đáy : : đối với thép đóng tàu thường dùng loại thép như vậy : So sánh ứng suất giới hạn với các ứng suất tại các mặt cắt nguy hiểm ta nhận thấy kết cấu đủ bền B : Xác định ứng suất tiếp Ứng suất tiếp xuất hiện trong các kết cấu dọc khi uốn chung thân tàu được xác định theo công thức: Trong đó: N: lực cắt tác dụng trong mặt cắt ngang đang xét (tấn). S: moment tĩnh tiết diện mặt cắt ngang của các kết cấu dọc nằm về một phía của điểm xác định ứng suất đối với trục trung hòa (m.cm2). I: moment quán tính của mặt cắt ngang so với trục trung hòa (m2.cm2). t: tổng chiều dày của các kết cấu đang xét (cm). Từ các công thức trên ta nhận xét muốn tính ứng suất pháp và tiếp thì phải tính được moment quán tính chính I của mặt cắt ngang. Moment quán tính chính I chỉ phụ thuộc vào diện tích và khoảng cách tính từ trọng tâm của kết cấu đang xét đến trục trung hòa nên giá trị của moment quán tính I sẽ không thay đổi nếu chúng ta di chuyển các kết cấu về mặt cắt dọc giữa tàu, đồng thời giữ nguyên cao độ và diện tích mặt kết cấu. Lúc này kết cấu thân tàu sẽ giống như dầm ghép từ nhiều kết cấu khác nhau goi là dầm tương đương STT Tên các chi tiết kết cấu Kích thước các kết cấu (mm) Diện tích mặt cắt ngang Fi (cm2) Khoảng cách các kết cấu đến trục trung hòa Zo (m) Moment tĩnh F.Z (m.cm2) (4).(5) Tổng tích phân S=S(6) Lực cắt N (T) trên đỉnh sóng Lực cắt N (T) trên đáy sóng Chiều dày (cm) Ứng suất tiếp (t) (MPa) Trên đỉnh sóng Trên đáy sóng (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) 1 Sống chính 777,75 x 12,44 96,75 -1,76 -233,27 -233,27 -687,11 776,61 17 0,36 -0,40 2 2 Sống phụ 10,37 x 777,75 161,31 -1,76 -388,91 -855,45 -687,11 776,61 17 1,31 -1,48 3 Tôn giữa đáy 777,75 x 12,44 96,75 -2,15 -270,33 -1514,7 -687,11 776,61 17 2,32 -2,62 4 Tôn đáy ngoài 3888,75 x 10,37 403,26 -2,15 -1127,1 -2912,1 -687,11 776,61 17 4,46 -5,04 5 Tôn đáy trong 5599,8 x 10,37 580,7 -1,37 -1173 -5212,3 -687,11 776,61 17 7,99 -9,03 6 Tôn hông 1303,51 x 10,37 135,98 -1,76 -327,71 -6713 -687,11 776,61 17 10,29 -11,63 7 Tôn mạn 10,37 x 4822,05 500,05 1,04 194,52 -6846,2 -687,11 776,61 17 10,49 -11,86 8 Dầm dọc mạn1 103,7 x 10,37/259,25 x ,23 32,09 0,13 -16,69 -6668,4 -687,11 776,61 17 10,22 -11,55 9 Dầm dọc mạn2 103,7 x 10,37/259,25 x 8,23 32,09 1,69 33,28 -6651,8 -687,11 776,61 17 10,19 -11,52 10 dầm dọc boong 2 414,8 x 103,7 x 10,37 53,77 2,86 118,83 -6499,7 -687,11 776,61 17 9,96 -11,26 11 dầm dọc boong 1 103,7 x 10,37/414,8 x 8,3 45,18 2,86 99,85 -6281 -687,11 776,61 17 9,62 -10,88 12 Tôn boong (8,23 x 3276,92), (10,37 x 2322,88) 510,57 3,44 1427,05 -4754,1 -687,11 776,61 17 7,28 -8,23 13 Vây chống lắc 220 x 12-50 x 8 30,4 -1,76 -73,29 -3400,3 -687,11 776,61 17 5,21 -5,89 Kiểm tra bền Đối với thép đóng tàu thường dùng có ứng suất giớ hạn là : [s]T = 0,8 . [s]ch = 0,8 . 240 = 192 (MPa). Kiểm tra theo giá trị ứng suất pháp và ứng suất tiếp Trong 2 bảng tính ta nhận được các giá trị ứng suất pháp lớn nhất và ứng suất tiếp lớn nhất smax = 111,33 (MPa) tmax = 11,86 (Mpa Như vậy , ứng suất lớn nhất sinh ra trong thân tàu nhỏ hơn ứng suất cho phép của vật liệu do đó kết cấu tàu đảm bảo độ bền dọc theo điều kiện ứng suất pháp và ứng suất tiếp Kiểm tra độ bền chung theo ứng suất pháp tổng: Nhận thấy sau 2 lần tính ứng suất pháp và ứng suất tiếp ta có giá trị ứng suất pháp và tiếp lớn nhất như sau: smax = 111,33 (MPa) tmax = 11,86 (MPa Kiểm tra điều kiện ứng suất pháp tổng (kiểm nghiệm theo độ bền 4) Với [s]T = 0,8 . [s]ch = 0,8 . 240 = 192 (MPa). Ứng suất sinh ra thỏa điều kiện ứng suất pháp tổng. Vậy thân tàu đảm bảo độ bền chung theo điều kiện ứng suất pháp tổng