Tài liệu Tính toán, thiết kế kết cấu tàu trần công nghị

THƯ VIỆN TRẦN CÔNG NGHỊ ĐẠI HỌC NHA TRANG M 623.812 Tr 121 Ngh ٠ 383X0+R»X4 & ٠ l ^ i '■.4'■ ’'" 1?/?■ Ẹ5RBĨSỊ٥^^.5ã..، 4000 Ị|e .^ - > :-'.١ ٨ ٠ № .í ١ K ^ ^ ٠.-n. .■'ll' í'.!.f‫؟‬j.■ · ·' ■ .■.‫؛‬:.ĩsl íSSs. K‫;؛‬í7íí^،íT :5 ềỂỂẵ ٠ ١ í^’í 1 ■ft| 1.‫·؛‬. v, · ..‫••؛‬٦،= ..^ 'V■ ٥ ‫؛؛‬/ ■ ‫^؛‬.١ ■ V .'■ ■ ■ *■ ‫■؛‬ '■ ■ ■ '. „...,^■ BP iĩệậ . , .. Í‫؟‬í‫؛‬i 'ĩ-:^.ế ... Vrỉj!;y ^ ự ÌLi'٥.í^l · .'■ ٧. *:·.;.'·?·‫؛‬ * H * .'. 5?.‫؛؛‬ i i ٠S3Í'S' - V'‫ ؟‬4^ THU VIEN DAI HOC NHA TRANG ;■Stíil^ịẩ ấ'^ỉ4 ế.^ỵ ■ . ‫؛‬Ị - ;V n 3000013317 'i■^. ầ\í r,í?r:.· SI ' NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TI PKÙềUỹ' 6^ỊK đẬ. đ>ế*t ٥،؛‬ìú,;;>: ١ _ _ T ٠H Ư V ĩ Ệ ỉ ĩ ,\i/ V'7 í NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH . 2005 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 5 Chương 1 sửc BÊN CHUNG 7 1.1 Uốn tàu trên nước 1.2 Tinh mômen uỏn, lực cắt thân tàu trên nước tinh 9 11 1.3 Cân bằng tinh tàu trên nước 16 1.4 Tinh lực cắt và mOmen uốn 18 1.5 Uốn tàu trên sOng 20 1.6 Ví dụ tinh mOmen uốn và lực cắt 27 1.7 Chương trình máy tinh xác dinh lực cắt và mômen uốn tàu trên nước 35 1.8 Công thức kinh nghiệm xác định mOmen uốn và lực cắt 37 1.9 ư ng suất do uốn chung của tàu 38 1.10 ư ng suất cắt 40 1.11 Ổn định tấm thuộc vO tàu 45 1.12 Diều kiện dưa các kê't cấu vào tham gia kê't cấu mặt cắt ngang tàu 48 1.13 Hiệu chỉnh dặc tinh vật liệu cho dầm tương dương 50 1.14 Hệ số giản ước diện tích tham gia uốn chung 52 1.15 Ví dụ về kiểm tra độ bền chung khi tàu bị uốn trên nước 64 1.16 ưng suất tại vỏ tàu và các kết cấu dọc trong trường hợp bị uốn. ư n g suất tổng cộng 74 C h ằ g 2 TÍNH s ữ c BỀN CỤC Bộ THÂN TÀU 78 2.1 Mô hình truyền tải trọng từ môi trương dến kết cấu thân tàu 78 2.2 Tải trọng cục bộ tác dụng lên thân tàu 79 2.3 Mệt và‫ ؛‬mô hình kết cấu thân tàu 83 2.4 Khung dần dáy 96 2.5 Khung dần mạn 110 2.6 Mô hình kết cấu b٠٠ng 134 2.7 Cột chống 143 2.8 Cấc vdch 146 Chương ‫ و‬TÍNH CHỌN KẾT CẤU ĐỊNH HÌNH 3.1 Mặ,t cắt thanh chịu lực dọc trục 154 154 3.2 Xắc định diện tích, mômen chống uốn của mặt cắt kết cấu 155 3.3 Diện tích bề'm ặt chịu cắt 158 3.4 Thiết kế thành dứng kết cấu chữ I, T 159 3.5 Xắc định tấm mặt kết cấu T 164 3.6 Dặc tinh mặt cắt ngang nẹp chịu uốn 169 C h ằ g 4 KẾT CẤU THÂN TÀU 172 4.1 Cấc phương phấp thiết kế kết cấu thân tàu 172 4.2 Diều kiện bền và ổn định tấm dáy 183 4.3 Diều kiện bền bonng 185 4.4 Diều kiện ổn định các nẹp thuộc khung dần 187 C h m g 5 TÍNH KẾT CẤU THEO ^ u CẨU QUY PHẠM 195 5.1 Quy trinh thiết kế theo quy phạm dóng tầu vỏ thép 198 5.2 Tầi liệu kỹ thuật cần thỉết cho kết cấu tàu 198 5.3 Quy trinh thiết kế theo quy phạm dOng tàu vỏ thép 199 TÀILIỆUTHAMKHẢO 227 LỜINÓÍĐẲU TÍNH TOAN, THIẾT Ш Ể T CẨU TẦU đ ệ biên soạn theo đè cương môn liọc “Tliièt kế kết cốư tỉiư tliủỵ”, Ююа Ks tliuật G io tliOng T ٣ương Bại ١ IỌC Báck klvoa - Bại liọc Quốc giaT P HCM. ٠ Cuốn sácli được biên soạn clio sin ١i ulè.i chuỵên ng0n!i dOng. sứa tàu> dồng tliời sách cUng có tlvể làm tai llÇu tham khảo cho các ‫ا‬١ ‫اا‬.‫ ة‬c1‫ا‬u‫ﻻ‬èn môn của iXnli ١ )ực na‫ ﻻ‬dang 1‫ﻵ‬١ ‫ اا‬uĩệc tại cdc xí nghiệp đóng, sửa tàu, công trinh nổi và quản lý tàu thủy. Nội. dung bao gồm những υαη dề cần cho uĩệc tinh kích t1١ .ưởc kết cáu tOu: - Tinh ứng suất, biến dạng trong tr á n g hợp tàu ٥ ‫ '؛‬uốn chung trCn nước. Phdn biẹt hai trạng t.iál lam uĩệc cUa tau trCn blCn: tau пйт trCn nước tXnh υά trương hợp tau ndm trèn sOng. - Càc mô lilnh tlnli sức bèn cục bộ các chi tiết, cụm chi tiết cáu tliànli thân tau. - Tlnli toán độ bèn υά ổn dỊnli cốc kết cốu dọc υά ngang Cio tơu. - Tinh kết cấu dọc của tàu: tinh chiều dày tôn vó, niôđun cliống uốn mặt cắt ngang tliâ١ ١ta، ، .. - Tinh toán kết cdu tàu tlieo quỵ phạm dOng tau. Trong phần ١ ‫ ﻻةا‬ngư.ơi uict cố gổ.ng gi.ớl thiệu để ngươi dọc lam quen υάί có.c١ ١ đặt vẩn đề của những người soạn quy phạm vể độ bền, ổn định các kết cấu cụ thể, nguồn ‫ج‬ 0'‫ء‬các công thức kinh nghiệm hoặc nửa kinh nqliiệm, nửa giai tich cùng các yêu cầu cụ thế' khi tinh toán, cliọn klch thước theo hương dỗ.n trong qu‫ﻻ‬pliạm. ‫ ﻻؤﻵ‬la lần tai bản t‫اا‬ứ nhát, tác gia rdt mong tiếp tục nliận được ‫د‬ ‫ؤ‬kiến đóng góp của các đồng nghiệp và độc giả. Rất cám ơn. Mọi ‫ ﻷ‬kien dOng gOp xln gửi υΙ dịa chl: Bộ môn Tau thủỵ Klíoa Kỵ thuật G io tỉrông - Trương Bại ìvọc Báclr klioa - Bạl học Quốc gia TP HCM, 268 1 ‫ ﻷ‬Tỉiương Kiệt, Q 10, TP HCM. BiÇn tJioqi.: (08) 8645643 . Tác giá TS Tran Công NgH% Chưcíng 1 SỨC BẾN CHUNG Những công việc Cần thực hiện trong giai đoạn kiểm tra sức bền chung thân tàu bao gồm: - Xác định mômen uốn và lực cắt tàu nối trên nước - Xác định ứng suất do uốn chung ٠Xác định tổng ứng suất tại những vị trí nhạy cảm ٠ ố n định các kết cấu thân tàu trong trường hợp bị uốn chung và bị cắt. Những bước chính trong tính toán sức bền chung Để chuẩn bị cho tính mômen uốn và lực cắt tàu trên nước cần xác lập đường phân bố trọng lượng toàn tàu và chuẩn bị đầy đủ dữ liệu liên quan cấu hình thân tàu. Phân bố tải trọng cho các bước tính dược hiểu là phân bố của tổng đại sô các lực tác động dồng thời lên vỏ tàu vào thời điểm tính toán, ký hiệu: qr(x) = p{x) - b(x) với; p(x) - phân bô trọng lượng tác động theo chiều hút trái đất, mang dấu (+) b{x) - lực nối tàu, mang dâu (-) Đường tích phân dọc tàu ciìa q(x) sẽ là lực cắt, tích phân hàm lực cắt sẽ là mômen uốn. Trong tính toán chúng ta phân biệt hai trường hợp liên quan tới môi trường. Chúng ta sẽ xem xét lực cắt và mômen uốn tàu khi tàu nằm cân bằng trên nước tĩnh, kết quả tính sẽ được: lực cắt AT،.,،., Msu■ là hàm của tọa độ X, dọc tàu. Trong khai thác tàu có thể phải nằm trên sóng, trên đinh sóng hoặc đáy sóug. Trong trường hợp này, proíĩl sóng trên mạn tàu sẽ có hình của sóng biền, phụ thuộc chiều cao sóng, chiều dài sóng và phụ thuộc cả vị trí tương đối giữa tàu và sóng. Trường hợp sau chúng ta phải xác định lực cắt trên sóng N/,■ và mômen uốn tàu trên sóng M.،.. Tùy thuộc vị trí tương đối giữa sóng và tàu chúng ta có thế gặp trường hợp đỉnh sóng 8 C hương 1 nằm d khu vực giữa tầu, dưới tác dộng của sOng này tầu bị dội lên (từ chuyên môn bằng tiếng Anh gọi dây là hogging). Trường hợp thứ hai khi dặt sdng tĩnh lên tầu, dổy sdng nằm giữa tàu, thân tầu bị gập xuống (sagging). Tinh lực cắt và mOmen uốn tàu trên sbng cổ thể tiến hầnh theo hai cách khác nhau. Cdch dầu cần coi thẳn tằu như dầm liên tục nằm trên sbng, trọng lượng tàu tác dộng theo hướng từ trên xuống theo chiều hUt trái dất, lực nổi tinh theo thể tích phần chim thực tế của dầm ấy dang nằm dưới sdng với profil nhất dinh. Cấc phép tinh tiến hầnh như dã thực hiện cho phần tàu trên nưởc tĩnh. Kết quả tinh sẽ ỉà lực cắt Nw và mOmen Mu■ “toàn phần”. Cdch thứ hai dược dUng kha phố' biến trong cấc phOng tinh toốn, chỉ tiến hành xác định lực cắt vồ mOmen uốn “bổ sung” cho tàu nằm trên sOng ANw, AMu; sau dó cộng với lực cắt, mOmen uốn tàu trên nưóc tĩnh dể dược lực cắt, mOmen uốn tằu trên sOng: Lực cắt tầu trên sOng: Nu■ : Nsw + ẩ w MOmen uốn tàu trên sóng: Mw = Msw + NMu, DU thực hiện theo cách nào người tinh toón cUng phải làm dU cấc công tác chuẩn bị sau cho mỗỉ trạng thai khai thác cUa tàu. Xác lập đ á n g phân bố trọng lượng tàu Trên tầu dân sự các nhOm trọng lượng dược quy ước phân thành cấc nhOm, tùy thuộc vai trò cUa nó trong tàu: - Thân tầu ٠ - Mấy chinh vả phụ tUng mấy chinh - Thiết bị, mấy móc, hệ thống tàu - Thuyền viên, lương thực, thực phẩm, nưởc sinh hoạt - Dầu, mô vầ cấc vật tư phục vụ vận hằnh tầu - Hầng hóa - Dự trữ Mỗi nhdm kể trên dược chia thành nhiều nhdm nhỏ khi tinh trọng lượng tàu. Ví dụ từ nhOm thân tàu chUng ta cố thế' phân biệt cấc nhdm phụ sau: Sức b ển chung 9 - Vỏ thép - Gỗ và vật liệu phụ khác - Sơn, xi măng ٠ Nội thất... Thực hiện tinh toán các đặc trưng tính nổi của tàu, đường Bonjean Công việc này thực hiện theo hướng dẫn tại phần lý thuyết tàu. Các đường tính nổi cùng đường Bonjean giúp xác định thế tích phần chìm tàu, tâm nổi tàu ứng với trạng thái khai thác và các đại lượng cần thiết trong giai đoạn cân bằng tàu trên nước tĩnh. Chọn lựa sóng tính toán cùng các đặc trưng của sóng Sóng tính toán sẽ được đặt tĩnh lên tàu trong các thủ tục tính toán. Trong giai đoạn chuẩn bị cần thiết xác định chiều cao sóng, chiều dài sóng và profil sóng phăng. 1.1 UỐN TÀU TRÊN NƯỚC Từ khi vừa hạ thủy thân tàu nổi trên nước luôn chịu tác động của hai lực tác động ngược chiều nhau là trọng lực và lực nối. Nêu coi thân tàu như dầm liên tục, làm từ vật liệu đàn hồi, còn đặc tính hình học khác nhau tại các mặt cắt, dầm phải gánh chịu sức nặng của tự trọng, hàng hóa, người trên tàu. Trọng lực tác động theo chiều hút của trường trái đất, luôn muốn kéo tàu xuống sâu hơn trong nước. Trong khi đó lực nối tác động theo hướng ngược lại, muốn đẩy tàu lên cao hơn về phía mặt thoáng. Lực nối tỷ lệ thuận với thể tích phần chìm thân tàu, độ lớn của nó phân bố dọc tàu tùy thuộc vào diện tích mặt cắt ngang thân tàu tại các vị trí dang xét. Nếu ký hiệu phân bố trọng lượng dọc tàu là p(x), còn phân bố lực nổi là 6(jc), phân bố tổng tải trọng tác động lên mặt cắt bất kỳ thân tàu sẽ là: qix) = pix) - b{x) (1.1) Với các tàu thông dụng, biểu dồ phân bố p(x), b(x) có dạng như H.1.1 dưới đây, phân bố nằm trên trục ngang biểu diễn trọng lượng thần tàu và tấ t cả trọng vật trên tàu, đường nằm dưới trục ngang biểu diễn phân bế lực nổi. 10 C hương 1 Hình 1.1 Phăn bổ trọng lượng (trôn) và lực nổi (dưới) Từ điều kiện nổi của tàu thủy, để tàu nổi cân bằng trên nước phải thỏa mãn các điều kiện cân bằng lực và mômen tác động lên tàu. Điều kiện cân bằng lực: L L L ( 1. 2 ) = Jp(ac)dac - ịb{x)dx = 0 ô ô o L Hình 1,2 Điều kiện cân bằng mômen; L L L |jc.‫( ؟‬jc)cỉx = ịx.p(x)dx - ịx.b{.x)dx = 0 0 . 0 (1.2a) Với tàu nổi cân bằng, lực cắt và mômen uốn tàu trên nước được xác định theo cách thông dụng của cơ học. Lực cắt tính từ công thức sức bền vật liệu thân tàu: X N(x) = ịq(x)dx Ô (1.3) 11 Sức b ề n c h u n g Mómen uốn thân tàu trên nước tính theo công thức: M(x) = ịN(x)dx = j í Jọ(jc)o‫؛‬ac dx - Ị Ịq(x)dxdx 0 o\o ) (1.4) õữ Với tàu thông dụng biểu đồ mômen uốn, lực cÁl có dạng: Hình 1.3 Biểu đồ mômen uốn M và lực cắt tàu N 1.2 TÍNH MÔMEN UỐN, Lực CẮT thân tàu t r ê n nước tĩnh Trên nước tĩnh tàu nổi chiếm vị trí cân bằng, tại đó thóa mãn điều kiện cân bằng tĩnh (1.2) và (1.2a), tức là lực nói tãc động lên thân tàu có giá trị tuyệt đối bằng tổng trọng lượng tàu tại thời điếm tính, tâm nổi phần chìm của thân tàu và trọng tâm tàu cùng n.‫؛؟‬m trên đường thẳng vuông góc với mặt thoáng. 1.2.Ỉ Phân bô tải trọng thân tàu và hàng hóa Các thành phần tham gia vào p(x) gồm có: - Trọng lượng thân tàu và máy móc, thiết bị của tàu, như vỏ tàu, trang bị trên boong, các hệ thống tàu, máy chính, máy phụ, đường trục chân vịt, chân vịt, máy chuyên ngành... ٠ Hàng hóa chở trên tàu - Nhiên liệu, nước và các loại dự trữ khác của tàu ٠ Đoàn thủy thủ, hành khách ٠ Lương thực, thực phẩm, nước sinh hoạt cho người sốrg làm việc trên tàu. 12 C hương 1 Mỗi nhOm trọng lượng cố quy luật phân bố dọc tàu khác nhau, trọng lượng và trọng tâm cấc nhdm khOng giống nhau. B‫؛‬ế'u dồ mỗi thành phần củapU) có thể biểu diễn dưới dạng hàm: P i = fi(x); với: ‫ ﺀ‬từ 0 dến L, tr.n g dó: L - chiều dầi tầu. T r.ng tinh toán nếu sử dụng cắc phương pháp gần dUng các dường cong kế' trên dược chuyển thành các dường gãy khUc, trong dó diện tích mỗi đoạn hình chữ nhật dưới dường gãy khUc có diện tích bằng diện tích .cung cong của dường cong nguyên thUy trong đoạn vừa xét. Chuyển dường congp(x) sang dường gây khUc bằng một trong hai cách. Chuyển hình thang hay hình gần giống hình thang, trong mỗi phần đoạn sang hình chữ nhật chiều rộng của hình chữ nhật bằng chiều dải phân đoạn và diện tích dưới dường cong bằng diện tích hình chữ nhật tương dương, vơi tàu thUy thông dụng, có thê tiến hành chia tàu làm 20 khoảng sườn ly thuyết và cách chia này vừa dU dể dảm bảo độ chinh xốc cần thiết khi tinh trọng lượng, trọng tâm và cả mômen. Cách làm nầy thịnh hành tại Nga, dược trinh bày chi tiết tại [3], [41, [61, [71, [101. Cách làm thứ hai là phân mỗi nhdm trọng lượng trong mỗ‫؛‬ phân đoạn thành nhiều thành phần song song. Cách làm này phù hợp cho việc phân cấc lực tập trung thảnh nhiều lực song song tác dộng trên phân đoạn. Trọng lực p tại hình bên dược phân làm hai lực tương dương ?1 và ‫ م‬2‫ت‬ p : Em(] + ‫ ة‬٠١٠ ? : [ ( ] - Ế ) ۶ '‫ة ' ا ( ة ء‬ )‫ء ء ؛‬ 2 ٠‫ل‬ ‫ا س‬ trong đố: ٥ - khodng cấch từ điểm dặt lực dến dường biên phân đoạn ‫ ﻋﻪ‬- chiều dầi phân đoạn thân tầu. Phân tích lực p thầnh Pi và ?2 tiến hành theo thứ tự ghi trên hình 1.4. Dể lập phân hố p(x) cần thiết sử dụng cấc tằi liệu nguồn như bản vẽ chung, kết cấu vỏ tàu, khai triển tôn vỏ, kết cấu bwng, dáy thu... 13 Sức bền chung I i i m i i Hình 1.4 Phân bổ trọng lượng Trọng lượng phần đuôi tàu, mũi tàu nằm ngoài trụ lái và trụ mũi cần phân bổ vào trong phạm vi chiều dài L tính toán của thân tàu. Phân chia trọng lực F năm ngoài trụ thành hai thành phần như sau: F = F i - F2 trên nguyên tắc đảm bảo cân bằng mômen uốn: K ^ (ịF 2 -ịF 0 M . Lực thành phần tính theo công thức: F2 = F ( i + -‫ ؟‬r) 2 AL lllltin I I I - l i II Hình 1.5 14 C hương ‫ل‬ Trường hợp khOng đòi độ chinh xác quá cao, có thế sử dụng Ciich phân chia chiều dài tâu làm thành 20 đoạn bằng nhau, gọi là 20 khoảng sưởn lý thuyết. Số thứ tự sườn lý thuyết khdi dầu bằng 0 tại trụ lái, kết thUc 20 tạỉ trụ mU‫؛‬. Dữ liệu có thế' t:ịp hợp tt-،jng bảng mẫu dưới dây: B a n g 1.1 Tén gọi Trọng lượng Phồn bốtól.rọng. (t) #0 - 1 #1-2 # 1 8 -1 9 # 1 9 .2 0 22 23 Vỏ tàu Máy móc. thiết bị Nhién liệu Cộng Hệ số tay đòn Hệ SỐ mổmen b ‫ ل‬4 ‫ ئ‬5 ‫ئ‬ ‫ ة‬2‫ذ‬ -19 -17 + 17 + 19 .1 9 1 . ٠‫ ا‬7 ‫ ل‬5 + 17V ‫ئ‬ 2 + ‫ ا‬9١ -٠ 23 Trọng tâm tàu tính theo công thức: - Ềả. 1914 - I 7I 5 + ... + I 7I 22 + 19^;-23 2 £4 + + ... + £ 22 ‫“؟‬23 Phân bố trọng lượng có ảnh hưởng quyết định đến giá trị của lực cắt và mômen uốn tàu. Phân bố trọng lượng có dạng “diều hòa”, hiểu theo nghĩa phân bố tương đối đều dọc tàu, đường cong biểu diễn lực cắt sẽ có dạng hình chữ s “điều hòa”, mômen dạng hình đồi đỉnh tà, hay có thể coi đường mômen gần với hàm parabol bậc hai chúng ta gặp trong môn toán. Trường hợp phâr، bố trọng lượng không “điều hòa”, ví dụ đường gãy khúc tập trung vào một số điểm không đều nhau, đường tích phân của nó sẽ có dạng không thông thường. Một trong những ví dụ bạn đọc có thề tham khảo cách chất hàng bắt buộc của tàu kiểu OBO dưới đây và hậu quả của nó. Cách đầu, người ta chất hàng trong các khoang cách quãng, đường phân bố trọng lượng có dạng các xung đều, lực cắt Sức bền chung 15 dạng đường “zích zắc” song biên độ không lớn và kết quả đườn‫؛‬. biểu diễn mômen khá “điều hòa” tuy không phải đường parabol bậc hai. Cách làm này gần như là điều bắt buộc cho các tàu chở quặng và hàng vô cùng nặng. Cũng tàu trên đây, cũng lượng hàng như vừa nêu, nếu người ta chất dồn vào ba khoang liền nhau, dù là ba khoang khu vực giữa tàu như trên hình, đường biểu diễn lực cắt có những đỉnh với giá trị rất lớn, đường biểu diễn mômen uốn tuy có dạng parabol song giá trị lớn nhất của nó tại khu vực giữa tàu đạt giá trị vượt quá khả năng chịu đựng của tàu. Đây là điều cấm kỵ cho tàu dạng này. m \y /A w /m ٥ m m m \ r n Hình 1.6 Ảnh hưởng phân bố trọng lượng đến lực cắt và mômen uốn 1.2.2 Phân b ố ỉực nổi Lực nổi tính theo định luật Archimedes, bằng thể tích phần chìm của thân tàu nhân với trọng lượng riêng của nước. Trong mỗi phân đoạn chiều dài tàu AL, thể tích phần chìm tính gần đúng, bằng tích của chiều dài AL với diện tích m ặt cắt ngang sườn chính giữa phân đoạn A*. Với những tàu cụ thể, diện tích mặt cắt này đọc từ biểu đồ Bonjean, độ lớn tùy thuộc chiều chìm tàu do mớn nước mũi và mứn nước lái quy định. Khi xác định được diện tích sườn tàu tại vỊ trí cần tính, giả sử diện tích đó đọc từ biểu đồ Bonjean là a(x) = Ak, công thức tính b(x) tại vị trí đang chọn sẽ là: b(x) = a(x).AL.yỉAL trong đó: y - trọng lượng riêng của nước. Công thức trên có thể viết lại dưới dạng: b(x) = a(x)Ỵ (1.5) Chưctng 1 16 1.3 CĂN ỪẰNG TĨNH TÀU TRÊN Nước Tải trọng áp đặt lên thán tàu ở trạng thái tĩnh là tổng đại số của hai nhóm lực pịx) và 6(;،), được biểu thị băng công thức q(x) = p(x) - ỏ(x). Khi giá trị tuyệt dối của p(x) lớn hơn giá trị tuyệt đối của ỏ(x), q(x) mang giá trị dương, tác động cùng chiều với lực hút trái đất. Ngược lại, khi ợ(x) mang giá trị (-) sẽ tác động heo hướng ngược với chiều lực hút. Phân bố g(x) có dạng thường gặp như trên H.1.2 dưới đây. Điều kiện cân bằng tĩnh đòi hỏi lực nổi của tàu B = ỵV; với: V - thế tích phần chìm của tàu, có giá trị tuyệt đối bằng trọng lượng tàu w tại thời điểm, tính, đồng thời mômen ngẫu lực của chúng phải bằng 0. Điều kiện trên được thể hiện dưới dạng, tích phân từ 0 đến L của hàm g(x) phải băng 0 đồng thời tích phân của tích x.g{x) cũng bằng không trong phạm vi trên. Công thức (1.2) và (1.2a) trở thành điều kiện cần cho việc tính sức bền chung của tàu trên nước. Trường hợp không thỏa mãn điều kiện (1.2), tàu không nằm tại vỊ trí Ổn định. Nếu w > B tàu có xu hướng chìm xuống, ngược lại khi w < B theo định luật Archimedes lực nồi lớn hơn sẽ đây tHu L L lên. Nếu ịx.pix)dx 5، ịx.ỉẨx)dx, nghĩa là tâm nổi không cùng nằm õ õ trên đường đi qua trọng tâm tàu, vuông góc với mặt thoáng, mômen ngẫu lực khác 0 còn làm tàu bị nghiêng hoặc chúi. Tàu chỉ nằm vỊ trí cân bằng khi tay đòn mômen ngẫu lực bằng không. Thỏa mãn hai yêu cầu trên đây khi tính toán, tiến hành theo hai bước. Lần đầu tiên từ cân bằng lực sẽ tìm được lượng chiếm nưđc của tàu. Với lượng chiếm nước xác định luôn tìm được chiều chìm trung binh của tàu trên nước tĩnh. Bước thứ hai, căn cứ vào mớn nước trung bình đã có dỏ cán bằng dọc tàu, thay đồi mớn nưóc mũi và lái nhằm điều chỉnh tâm nổi nằm cùng đường thẳng vuông góc với mặt thoáng, đi qua trọng tâm tàu. Sức b ể n c h u n g 17 H ình 1.7 Cân bằng tàu trên nước C á c b ư ớ c tín h cá n b à n g d ọ c tà u a- Xác định mớn nước trung bình của tàu căn cứ vào thể tích phần chìm toàn tàu, rf„i = f{V). Từ công thức ٥ = yV xác định trọng lượng tàu w = D. Trọng lượng này phải bằng lực nổi B của tàu tại mớn nước đang xét. b- Xác định độ nghiêng ban dầu và mđn nước lái, mũi theo công thức: Mớn nước lái; da.o = d„, + (I - Xn -x> BM l TRƯỚN6DẠI HỌCNHni، .,..m . (1.6) T H Ư VIỆH Mớn nưđc mũi: dffi —dm + ' ĩ ^ . x f X r .- X BM l (1.7) trong đó: d,n ٠ mớn nước trung bình của tàu, đo tại giữa tàu mớn nước lái; df,0 ٠niớn nước mũi Xf - tâm đường nước, tính từ mặt giữa tàu, + nằm về trước Xo ٠trọng tâm tàu, tính từ mặt giữa tàu X b - tầm nổi phần chìm của tàu, tính từ mặt giữa tàu ٥٠ 0 ٠ BM l ٠bán kính nghiêng dọc của tàu Qua điểm cắt của dao và df,0 tại hai trụ, vẽ đường thẳng đánh dấu đường nước thực tế tại thời điểm tính. Tiến hành tính thế tích phần chìm V*, nằm dưới đường nước thực tế vừa vẽ, tiếp đó xác định dm*, X b* theo cách thông dụng. Khi có V* và X b* tiến hành xác định lại mớn nước mũi và lái cho lần tiếp theo: 18 C hương 1 Mớn nước lái: rf„ 1 = f/،,0 + (Ỳ/„ Mớn nước mũi: df x = dfx) + ỉ)df trong đó; dộ tàng bd tính như sau: A.V ٠ V2 ồdf = V - V * A ١١, ÍL n BM ( 1 .8 ) l ^ \Xg - X b * (1.9 ١ + \- + X V2 BM l Phép tính trên dược lặp lại cho đến khi thỏa mãn điều kiện quy ước sau: v - y *٠ < (0,1-0,5)% ( 1 . 10 ) X g - X b *^ < (0,05^0,1)% ( I . m Sau khi cân bằng tàu mới đến giai đoạn tính lực nổi tại các mặt cắt bất kỳ b(x). 1.4 TÍNH Lực CẮT VÀ MÔMEN UỐN Lực cắt tính theo công thức (1.3) còn mômen uốn tính theo công thức (1.4). Đại lượng q(x) = p(x) - b(x) tính theo hướng dẫn tại phần trên. Tích phân (1.3) tính theo phương pháp số dưới dạng: ( 1 . 12 ) Ii(x) - Ịfi(x)dx o trong dó: /i(jc) = q{x) Tích phân hai lớp (1.4) được xử lý theo hai bước, bước đầu xác định: f^x) = ịfẠx)dx o (1.13) bưđc hai tiến hành tính: I^x) = J / ٠2( x)c/x = J ịfiix )d x dx s J [/ ٤(j‫])؛‬f/jir o o\o J ô (1.14) Sức bền chung 19 Trên thực tê tại đây chỉ thực hiện phép tích phân một lớp cho hàm dưới tích phân giới hạn trên thay đổi theo X . Chương trình thực hiện tích phân bằng phương pháp số, viết băng ngôn ngữ c đã được người viết giáo trình này thử nghiệm như sau: void integrationV(int N ٠double *X, double ‘t, double *Ans) { register i, ii, n2; double d1, d2, d3, a t , a2, a3; n2 = N /2; Ans(0]=0.0; for (i = 1: i <= n2; i++) { ii = 2*1.1; d1=X[ii]٠X[ii٠1]; Ans[iil=Ans[ii-1]+d1/2.0 ٠(f(ii]+f[ii-1]): if(ti!= N -1 ) { d2=X[ii+1]٠X[ii-1]: d3= d2/d1; a2= d3/6.0*sqr(d2)/(X[ii+11-X[ii]): a3= d2/2.0-a2/d3; Ans[ii+1 l=Ans[ii-1 l+(d2-a2-a3). f(ii-1]+a2*ftii]+a3*f[ii+1]; } } } Tính lực cắt và mômen uốn tàu theo cách làm kinh điển, tiến hành dưới dạng bảng mẫu. Các bảng dưới đây trình bày mô hình tính toán cho trường hợp tàu được chia làm 20 khoảng sườn lý thuyết [6], [7]. [10]. Tiêu chuẩn chấp nhận sai số khi tính lực cắt N(x) và mômen uốn M(x) cho tàu trên nước tĩnh, theo kinh nghiệm là: N ẩ L) MẨL) < 0.025 và <0,05 N 5.max M 5, max trong đó: Ng(L), MgiL) - giá trị lực cắt và mômen uốn trên nước tình, tính tại vị trí sườn cuối cùng. A^smax. Mg max ٠ giá trị tuyệt đối, cực đại của lực cắt và m ôm enu^. 20 Chươầi^ 1 Khi đã thỏa măn diều Μ kiện trên, cố thể thực hiện phdp hiệu chình cho lực cắt và mômen ٠uốn như sau: bN$ii) = -4-N si20) δΛ/،(ί) = - ^ Μ ٠(20) 1.5 UỐN TÀU TREN SÓNG Khdc vdi trường hợp tầu nàm trên nưức tĩnh vdi m ặt nước bằng, cUng chiếm một độ cao dọc mạn tàu, khi tảu nằm trên sdng, m ặt nưdc quanh tầu khOng cồn cUng trên một mặt phẳng mà là m ặt cong hình sdng. Trường hợp chung, cân bằng tàu trên sdng ỉà việc khd hơn cân bằng tầu trên nước tĩnh và dôi nhiều công sức. Dể trdnh cắc phức tạp cho mô hình tinh todn, cố thể sử dụng cdc giá thiết sau nhằm dơn giản bức tranh tương tác giữa sdng vdi thần tầu. Thần tằu dầi L dược dặt tĩnh trên sdng, cố nghĩa là tàu chạy cUng hướng sdng hai chiều, vận tốc tầu phdi bằng vận tốc sóng. Trong trưởng hợp nầy vận tốc tương dối giữa vỏ tàu và sOng bằng khOng cồn lực cản của nưởc và lực qudn tinh dược bỏ qua khi tinh. Phân biệt hai trưởng hợp tiêu biểu, tầu dược dặt trên đỉnh sống và tầu nàm ở dốy sdng. Từ thực tế cho thấy khi tàu dặt nằm trên sOng, sdng có chiều dài λ bằng chiều dầi L của tàu gây ra mômen uốn và lực cát Idn hơn so vdi sOng cố chiều dầi khdc. Do vậy trong tinh todn chUng ta sẽ thực hiện cho sdng cố chiều dài bằng chiều dài tàu [6], [7]. Vdi những tằu hết sức dầi, trong khi không thể áp dặt sdng dồi không cố trong thực tế lên tầu, chUng ta sẽ chọn sống có độ dài có thể gặp dể tinh. Mô hình nầy dược coi trọng trong gido trình xuất bẳn tại Liên Xô trước dây. 21 Sức bền chung Sóng tính toán Mô hình sóng dùng trong tính độ bền chung là sóng hai chiều, profil sóng đối xứng. Profil sóng thích hợp là sóng hình sin hoặc sóng trochoid. Sóng trochoid được biểu diễn bằng công thức: = — (p + r.sinọ 2t٢ y = -r.cos (p (1.15) JC (1.16) trong đó: (p - góc quay của chuyển động vòng phần tử nước y · độ dâng mặt sóng; X · tọa độ theo trục Ox Giá trị r bằng 1/2 chiều cao sóng. Giữa chiều cao sóng và chiều dài sóng có tỉ lệ nhất định. Tuy nhiên tỉ lệ này không phải là hằng số do vậy khi tính cần chọn để sóng tính toán phù hợp thực tế của địa phương. Tài liệu tham khảo về tỉ lệ chiều cao sóng như sau: ٠Với sóng X > 120m: /í = ٠Với sóng 60m - Xem thêm -