Phân tích và thiết kế kết cấu một mẫu tàu câu vỏ gỗ, chương 11 pptx

Trang 1
Chương 11:
Xác định đường cong phân bố lực
nổi theo chiều dài tàu
Về mặt lý thuyết, thành phần thẳng đứng của áp lực thủy tĩnh của
nước D tác dụng l
ên bề mặt vỏ tàu sẽ được xác định theo công thức
sau:

.
D V


Trong đó:

là khối lượng riêng của nước(T/m
3
)
V là th
ể tích chiếm nước của tàu(m
3
)
Để xác định được quy luật phân bố lực nổi dọc theo chiều dài tàu
c
ần phải xác định được đường nước thực tế, tức là xác định được vị
trí cân bằng dọc của tàu trên mặt nước. Từ kết quả của bảng phân bố
trọng lượng và các tải trọng đồng thời dụa vào đường cọng thủy tĩnh
của tàu ta xác định được mớn nước T
TB
, hoành độ trọng tâm X
g

,
hoành độ tâm nổi X
c
và các thông số cơ bản khác của mặt đường
nước thực tế của t
àu. Nếu X
g
và X
c
không nằm trên cùng đường
thẳng đứng của tàu thì sẽ bị nghiêng dọc và khi đó phải tìm được
đường nước thực tế của tàu để xác định chính xác sự phân bố lượng
chiếm nước dọc theon chiều dài tàu. Qua quá trình xác định đường
nước thực tế của tàu như thế gọi l
à quá trình cân bằng dọc tàu.
*Trường hợp tàu nổi trên nước tĩnh:
Trang 2
Từ kết quả tính trọng lượng tàu qua bảng trên, sử dụng đường cong
thủy tĩnh của tàu ta xác định được:
Hoành độ trọng tâm X
g
= -0.356m
Hoành độ tâm nổi X
c
= -0.25m
Bán kính tâm
ổn định dọc R =15.2m
Mớn nước trung bình T
TB
= 1.65 m

Hoành độ trọng tâm mặt đường nước X
f
= 0.12m
T
ừ các số liệu ở bảng trên ta xác định được mớn nước phía mũi T
m
và mớn nước T
L
theo công thức sau:

( )( )
2
( )( )
2
g c
m TB f
g c
L TB f
x x
L
T T x
R
x x
L
T T x
R

  

  

16.2 0.356 ( 0.25)
1.65 ( 0.12)( ) 1.59
2 15.2
16.2 0.356 ( 0.25)
1.65 ( 0.12)( ) 1.71
2 15.2
m
L
T m
T m
  
   
  
   
Sau khi có được giá trị mớn nước T
m
và T
L
ta đặt nó vào đồ thị
Bonjean và xác định được diện tích mặt cắt ngang như sau:
Trang 3
Trang 4
Bảng 3.5
STT sư
ờn lý
thuyết
Hệ số cánh
tay đ
òn

Di
ện tích
sườn(m
2
)
(II)(III)
I II III IV
0 -10 0.45 -4.5
1 -9 1.12 -10.08
2 -8 2.48 -19.84
3 -7 3.85 -26.95
4 -6 4.36 -26.16
5 -5 5.06 -25.3
6 -4 5.58 -22.32
7 -3 6.13 -18.39
8 -2 6.48 -12.96
9 -1 6.52 -6.52
10 0 6.6 0
11 1 6.02 6.02
12 2 5.52 11.04
Trang 5
13 3 5.14 15.42
14 4 4.68 18.72
15 5 4.26 21.3
16 6 3.85 23.1
17 7 3.26 22.82
18 8 2.39 19.12
19 9 1.1 9.9
20 10 0 0


0 85.05 -25.58
D
1
= 70.6 (T)
X
c
= -0.36
Ta có

(III) =85.05


(IV)= -25.58


D
1
=
* * ( )
L III

 
= 0.81*1.025*85.05 = 70.6(T)
X
c1
= -25.58/85.05*0.81 = -0.36
T
ừ bảng tính cân bằng dọc tàu với kết quả X
c1
và D

1
ta thấy:
X
g
– X
c
= -0.356-(-0.37) = 0.014< 0.001L
D
1
– D = 70.6– 70.51 = 0.09 < 0.005D
V
ậy việc cân bằng dọc tàu trên nước tĩnh đã thõa mãn điều kiện.
Xác đinh nội lực xuất hiện trong khoảng sườn:

Trang 6
Trang 7
TRỌNG LƯỢNG THEO TỪNG KHOẢNG
SƯỜN
LỰC NÂNG THEO TỪNG KHOẢNG SƯỜN LÝ THUYẾT
TẢI TRỌNG THEO KHOẢNG SƯỜN LÝ THUYẾT
1
2
3
4
5
6
4.95
1.99
4.13
4.15

4.137
2.166
1.986
1.507
5.76
1.85
1.95
2.39
5.0
4.95
4.45
4.1374.137 4.1374.137 4.137
(T)
0.93
2.06
3.19
3.62
4.20
4.63
5.09
5.38
5.41
5.0
4.58
4.27
3.88
3.54
3.19
2.70
1.98

0.91
5.48
1
2
3
4
5
6
-0.21
-1.25
-1.23
-0.799
-0.04
-0.64
-0.43
-3.42
-1.35
-0.85
-0.45
-0.13
-1
-2
-3
-4
Trang 8

L
ỰC CẮT THEO TỪNG KHOẢNG SƯỜN LÝ THUYẾT

4

3
2
1
1.941
3.797
3.191
2.173
1.983
2.273
1.982
1.533
-0.04
-1.99
-2.90
-3.44
-3.69
-3.65
1-3.32
-2.72
-1.77
-1.13
-0.84
0
5
4
3
2
1
Trang 9
MÔMEN TRÊN TỪNG KHOẢNG SƯỜN LÝ THUYẾT

Khi tàu nổi trên đỉnh sóng:
Khi tàu nổi trên đỉnh sóng do sự thay đổi của hình dạng bề
mặt sóng nên quy luật phân bố lực nổi dọc theo chiều dài tàu cũng
sẽ bị thay đổi liên tục và gây ra tải trọng phụ biến đổi tĩnh dẫn đến
xuất hiện lực cắt và mômen uốn trên sóng. Xét về độ bền dọc
nhận thấy hai vị trí nguy hiểm nhất của tàu nổi trên sóng là khi
m
ặt cắt ngang giữa tàu nằm trên đỉnh sóng hoặc đáy sóng. Nếu
tàu nằm trên đỉnh sóng lực nổi trên đoạn giữa tàu tăng lên và sau
đó giảm dần về hai đầu n
ên thân tàu bẻ cong lên hoặc ngược lại
0.12
0.917
2.926
6.548
11.75
17.93
24.50
30.88
36.51
40.72
42.11
40.01
35.91
31.1
26.32
21.68
15.85
8.44
2.31

40
50
30
20
10
Trang 10
khi tàu nằm trên đáy sóng thì lực nổi giữa tàu nhỏ và tăng dần về
hai bên nên thân tàu sẽ bị uốn cong lên.

a.Tàu n
ằm trên đỉnh sóng b.tàu nằm trên đáy
sóng
Các v
ị trí nguy hiểm nhất của tàu trên sóng
Để tính sức bền thân tàu ta xét trường hợp thân tàu có bước sóng

bằng chiều dài thiết kế
TK
L


=
TK
L
Xác định các thông số của sóng biển.
Trong thực tế sóng biển tự nhiên là hàm ngẫu nhiên 3 chiều,
tuy nhiên để đơn giản trong tính toán thường xem sóng biển l
à
hàm điều hòa hình sin hay cos và có dạng hàm 2 chiều.


Trong đó

: là bước sóng

s
h
: là chiều cao sóng
h
s
x
y
Trang 11
Để thuận tiện ta đặt trên sóng có dạng hình sin và có phương
trình:

2
os
2
h
y c x



 
Với

: tung độ profin sóng tại điểm có hoành độ x


: chiều dài sóng, lấy bằng chiều dài thiết kế tàu

=
TK
L
h: chiều cao sóng
Vì tàu có chiều dài L

120 (mômen)
Nên ta ch
ọn h =

/30 +2 (m)
V
ậy ta có

=
TK
L
= 16.2 (m)
h =

/30 +2 = 16.2/30 +2 =2.54 (m)
Thay các giá tr
ị

và h vào phương trình ta được phương trình
th
ực tế của sóng

1.27 os0.387
y c x

 
Từ phương trình trên ta vẽ được profin sóng

Cân bằng dọc tàu trên sóng:
Sau khi có được phương trình sóng, ta tiến hành xây dựng
hình dạng bề mặt profin sóng
Đặt profin sóng lên đồ thị Bonjean sao cho trục của sóng
trùng với đường nước thiết kế sau đó dựa trên cơ sở điều kiện nổi
trên mặt sóng tàu vẫn nằm ở vị trí cân bằng tĩnh nên phần diện
tích phía trên và phía dưới trục so sánh của đường cong phân bố
lực nổi và hoành độ trọng tâm tương ứng của chúng phải bằng
Trang 12
nhau. Để tiến hành cân bằng dọc tàu bằng cách điều chỉnh profin
sóng trên đò thị bonjean để đạt điều kiện trên.
Sau khi tìm
được vị trí thực cuat tàu trên sóng ta tìm được
diện tích mặt cắt ngang của tàu dựa trên giao điểm profin sóng
với đồ thị Bonjean.
Qua diện tích các mặt cắt ngang vừa tìm được của tàu ta tiến
hành tính mômen và lực cắt phụ của tàu theo bảng tính sau:
Trang 13
BIỂU ĐỒ LỰC CẮT PHỤ TRÊN ĐỈNH SÓNG
4
3
2
11

1
2
3
4
-0.433
-0.825
-1.305
-1.701
-1.854
-1.801
-1.572
-1.235
-0.676
0.139
0.971
1.583
1.985
2.241
2.287
2.065
1.681
1.192
0.485
Trang 14
BIỂU ĐỒ MÔMEN PHỤ TRÊN ĐỈNH SÓNG
150
100
50
-6.87
-14.2

-32.5
-52.2
-75.4
-93.3
-115
-122
-130
-139
-131
-124
-106
-86.2
-61.5
-42.3
-28.2
-19.6
-11.2
Trang 15
BIỂU ĐỒ LỰC CẮT PHỤ TRÊN ĐÁY SÓNG
4
3
2
1.587
Trang 16
BIỂU ĐỒ MÔMEN PHỤ TRÊN ĐÁY SÓNG
6.55
11.49
24.33
32.68
45.02

57.61
74.44
81.19
89.02
99.49
95.9
85.83
78.45
72.35
65.32
56.41
42.96
33.65
14.35
50
100
Trang 17
Bảng 3.9 BẢNG TÍNH MÔMEN UỐN VÀ LỰC CẮT TRÊN
ĐÁY SÓNG
LỰC CẮT MÔMEN UỐN
Đỉnh sóng Đáy sóng Đỉnh sóng Đáy sóng
STT
Sườn
lý
thuy
ết
Trên
nư
ớc
tĩnh

Lực
cắt
phụ
T
ổng
cộng
Lực
cắt
phụ
T
ổng
cộng
Trên
nư
ớc
tĩnh
Mômen
phụ
T
ổng
cộng
Mômen
phụ
T
ổng
cộng
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
1 1.941 -
0.433
1.508

0.234
2.175 2.306
-6.87 -
4.564
6.554
8.86
2 3.797 -
0.825
2.972
0.58
4.377 8.439
-14.2 -
5.761
11.491
19.93
3 3.191 -
1.305
1.886
1.025
4.216 15.85
-32.5 -
16.65
24.33
40.18
4 2.173 -
1.701
0.472
1.375
3.548 21.68
-52.2 -

30.52
32.68
54.36
5 1.983 -
1.854
0.129
1.532
3.515 26.32
-76.4 -
50.08
45.02
71.34
6 2.273 -
1.801
0.472
1.583
3.856 31.1
-93.3
-62.2
57.61
88.71
7 1.982 -
1.572
0.41
1.456
3.438 35.91
-115 -
79.09
74.44
110.3

8 1.533 -
1.235
0.298
0.997
2.53 40.01
-122 -
81.99
81.19
121.2
9 -0.04 -
0.676
-0.72
0.129
0.09 42.11
-130 -
87.89
89.02
131.1
10 -1.99
0.139 -1.85
-0.99
-2.98 40.72
-139 -
98.28
99.49
140.2
11 -2.9
0.971 -1.93
-1.88 -
4.782

36.51
-131 -
94.49
95.9
132.4
Trang 18
12 -3.44
1.583 -1.86
-2.27 -
5.713
30.88
-124 -
93.12
85.83
116.7
Trang 19
LỰC CẮT TỔNG CỘNG TRÊN ĐỈNH SÓNG

L
ỰC CẮT TỔNG CỘNG TRÊN ĐÁY SÓNG
4
3
2
1
11
2
3
4
4.375
2.174

4.213
3.544
3.52
3.86
3.441
2.532
0.09
-2.98
-4.783
-5.715
-6.145
-6.237
-5.839
-4.998
-3.609
-2.356
-1.493
1
2
3
4
0
1
2
3
4
1.508
2.972
1.886
0.472

0.129
0.472
0.41
0.298
-0.72
-1.85
-1.93
-1.86
-1.71
-1.41
-1.03
-0.66
-0.09
0.062
-0.36
Trang 20
MÔMEN TỔNG CỘNG TRÊN ĐỈNH SÓNG
MÔMEN TỔNG CỘNG TRÊN ĐÁY SÓNG
-11.1
-18.7
-25.3
-35.7
-49.7
-68.3
-81.5
-93.1
-94.5
-98.3
-87.9
-82

-79.1
-62.2
-50.1
-30.5
-16.6
-5.76
-4.56
150
100
50
150
100
50
8.86
19.93
40.18
54.36
71.34
88.71
110.3
121.2
131.1
140.2
132.4
116.7
102.9
90.28
77.07
62.69
45.89

34.57
14.23
Trang 21