Phân tích và thiết kế kết cấu một mẫu tàu câu vỏ gỗ khu vực đà nẵng, chương 15 ppsx

66
chương 15:
Phân bố lực nổi tác dụng lên tàu
đang nằm trên sóng
b
s
(x) = b
t
(x) + b(x)
Với: b
s
(x): là lực nổi tàu trên sóng.
b
t
(x): là lực nổi tàu trên nước tĩnh.
b(x): là lực nổi bổ sung của tàu trên sóng, có giá trị dương
khi mặt sóng cao hơn mặt nước tĩnh và âm khi mặt sóng nằm dưới
mặt nước tĩnh và được xác định theo công thức: b(x) = b
s
(x) - b
t
(x)
=.(x); (x) là độ thay đổi diện tích mặt cắt ngang thân tàu khi
mức nước của sóng dâng lên hay hạ xuống so với mực nước tĩnh
ban đầu.
(x) = 
s
(x) - 
t
(x)


t
(x): diện tích mặt cắt ngang tàu trên nước tĩnh

s
(x): diện tích mặt cắt ngang tàu trên sóng
 Cân bằng dọc tàu trên sóng:
Sau khi xây dựng được profin sóng ta tiến hành cân bằng dọc
tàu trên sóng.
67
Đặt profin sóng vừa vẽ lên đồ thị BonGien 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 nhau để
tiến hành cân bằng dọc tàu bằng cách hiệu chỉnh profin sóng trên đồ
thị BonGien để đạt được điều kiện trên.
Hình 3.14. Tàu nằm trên đỉnh sóng
Sau khi tìm được vị trí thực của tàu trên sóng, từ đồ thi
BonGien xác định được diện tích các mặt cắt ngang trên các khoảng
sườn như sau:
 Trường hợp tàu nằm trên đỉnh sóng:

0
= 0 (m
2
)

1
= 0 (m
2

)

2
= 0 (m
2
)

7
= 6,96 (m
2
)

8
= 8,14 (m
2
)

9
= 8,92 (m
2
)

14
= 4,68 (m
2
)

15
= 2,92 (m
2

)

16
= 1,44 (m
2
)
68

3
= 0 (m
2
)

4
= 1,28 (m
2
)

5
= 3,6 (m
2
)

6
= 5,46 (m
2
)

10
= 9,12 (m

2
)

11
= 8,94 (m
2
)

12
= 7,72 (m
2
)

13
= 6,34 (m
2
)

17
= 0 (m
2
)

18
= 0 (m
2
)

19
= 0 (m

2
)

20
= 0 (m
2
)
Lượng chiếm nước khi tàu nằm trên đỉnh sóng :
D = .V (tấn)
Với:
/ 2
3
0
0
/ 2
67,9( )
2
L
n
n
i
i
L
V dx L m
 
 


  
 

    
 
 
 
 


 D = .V = 1,025 . 67,9 = 69,5 (tấn)
Xác định nội lực khi tàu nổi trên đỉnh sóng được trình bày ở
bảng tính moment, lực cắt phụ sau:
79
Bảng 3.9. Bảng tính moment uốn và lực cắt phụ trên đỉnh sóng.
STT
Sườn
lý
thuyết
Diện
tích
mặt
sườn
trên
đỉnh
sóng

s
(m
2
)
Diện
tích

mặt
sườn
trên
nước
tĩnh

t
(m
2
)
Hiệu 2
diện
tích

s
=
t
(2) -(3)
Tổng
t
ừng cặp

si
+
si+1
Lực nổi
trên sóng
b(x)
=(5)L/2
(tấn)

Tổng
tích
phân
(6)
(m
2
)
Tổng
tích
phân
(7)
Lực cắt
N(x)=
(7).L/2
(tấn)
Hiệu
chỉnh
lực cắt
N
(20)
i/20
(tấn)
Lực
cắt
trên
sóng
N(x)=
(9)-
(10)
(tấn)

Moment
trên
sóng
M(x)=
(8).L/2
(tấn.m)
Hiệu
chỉnh
moment
M
(20)
i/20
Moment
trên
sóng
M(x) =
(12)-
(13)
Kh
ảng
sườn
lý
thuyết
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15)
0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
1
0 0 0 0 0 0 0 0 0.06 0.06 0.00 3.16 3.2
0-1
2

0.34 0 -0.34 -0.34 -0.16 -0.16 -0.16 -0.07 0.11 0.18 -0.07 6.33 6.4
1-2
3
2.58 0 -2.58 -2.92 -1.35 -1.66 -1.97 -0.75 0.17 0.91 -0.89 9.49 10.4
2-3
4
4 1.28 -2.72 -5.3 -2.44 -5.45 -9.09 -2.45 0.22 2.67 -4.09 12.65 16.7
3-4
5
4.98 3.6 -1.38 -4.1 -1.89 -9.79 -24.33 -4.40 0.28 4.68 -10.95 15.82 26.8
4-5
6
5.34 5.46 0.12 -1.26 -0.58
-
12.26 -46.37 -5.52 0.33 5.85 -20.87 18.98 39.8
5-6
7
5.38 6.96 1.58 1.7 0.78
-
12.06 -70.69 -5.43 0.39 5.81 -31.81 22.14 54.0
6-7
8
5.46 8.14 2.68 4.26 1.96 -9.31 -92.06 -4.19 0.44 4.63 -41.43 25.30 66.7
7-8
9
5.46 8.92 3.46 6.14 2.83 -4.51
-
105.88 -2.03 0.50 2.52 -47.64 28.47 76.1
8-9
80

10
5.56 9.12 3.56 7.02 3.24 1.56
-
108.83 0.70 0.55 -0.15 -48.97 31.63 80.6
9-10
11
5.54 8.94 3.4 6.96 3.21 8.01 -99.26 3.60 0.61 -3.00 -44.67 34.79 79.5
10-11
12
5.18 7.72 2.54 5.94 2.74 13.96 -77.30 6.28 0.66 -5.62 -34.78 37.96 72.7
11-12
13
5.16 6.34 1.18 3.72 1.72 18.41 -44.93 8.29 0.72 -7.57 -20.22 41.12 61.3
12-13
14
4.94 4.68 -0.26 0.92 0.42 20.55 -5.96 9.25 0.77 -8.48 -2.68 44.28 47.0
13-14
15
4.58 2.92 -1.66 -1.92 -0.89 20.09 34.69 9.04 0.83 -8.22 15.61 47.45 31.8
14-15
16
4.06 1.44 -2.62 -4.28 -1.97 17.23 72.01 7.75 0.88 -6.87 32.40 50.61 18.2
15-16
17
3.1 0 -3.1 -5.72 -2.64 12.62 101.86 5.68 0.94 -4.74 45.84 53.77 7.9
16-17
18
1.86 0 -1.86 -4.96 -2.29 7.69 122.18 3.46 0.99 -2.47 54.98 56.93 2.0
17-18
19

0.9 0 -0.9 -2.76 -1.27 4.13 134.00 1.86 1.05 -0.81 60.30 60.10 -0.2
18-19
20
0 0 0 -0.9 -0.42 2.44 140.58 1.10 1.10 0.00 63.26 63.26 0.0
19-20
80
Biểu đồ lực nổi, lực cắt và moment uốn trên đỉnh sóng được thể
hiện như sau:
Biểu đồ phân bố lực nổi trên đỉnh sóng
0
-0.16
-1.35
-2.44
-1.89
-0.58
0.78
1.96
2.83
3.24
3.21
2.74
1.72
0.42
-0.89
-1.97
-2.64
-2.29
-1.27
-0.42
-3

-2
-1
0
1
2
3
4
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Biểu đồ lực cắt phụ trên đỉnh sóng
0.06
0.18
0.91
2.67
4.68
5.85
5.81
4.63
2.52
-0.15
-3.00
-5.62
-7.57
-8.48
-8.22
-6.87
-4.74
-2.47
-0.81
0.00
-10.00

-8.00
-6.00
-4.00
-2.00
0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Biểu đồ moment uốn phụ trên đỉnh sóng
81
3.2
6.4
10.4
16.7
26.8
39.8
54.0
66.7
76.1
80.6
79.5
72.7
61.3
47.0
31.8
18.2
7.9
2.0

-0.2
0.0
-10.0
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
90.0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Hình 3.15. Biểu đồ lực nổi, lực cắt và moment uốn tàu trên đỉnh
sóng
 Trường hợp tàu nằm trên đáy sóng:
Hình 3.16. Tàu nằm trên đáy sóng
Diện tích mặt cắt ngang trên đáy sóng được xác định trên đồ
thị BonGien có giá trị như sau:

0
= 1,75 (m
2
) 
7
= 3,13 
14
= 3,83
82

(m
2
) (m
2
)

1
= 3,65 (m
2
)

8
= 2,05
(m
2
)

15
= 4,93
(m
2
)

2
= 5,25 (m
2
)

9
= 1,39

(m
2
)

16
= 5,75
(m
2
)

3
= 6,45 (m
2
)

10
= 1,17
(m
2
)

17
= 5,71
(m
2
)

4
= 6,49 (m
2

)

11
= 1,39
(m
2
)

18
= 4,57
(m
2
)

5
= 5,95 (m
2
)

12
= 1,87
(m
2
)

19
= 2,67
(m
2
)


6
= 4,65 (m
2
)

13
= 2,75
(m
2
)

20
= 0
(m
2
)
Lượng chiếm nước khi tàu nằm trên đáy sóng :
D = .V (tấn)
Với:
/ 2
3
0
0
/ 2
67, 07( )
2
L
n
n

i
i
L
V dx L m
 
 


  
 
    
 
 
 
 


 D = .V = 1,025 . 67,07 = 68,75 (tấn)
Xác định nội lực khi tàu nổi trên đáy sóng được trình bày ở bảng
tính moment, lực cắt phụ sau:
82
Bảng 3.10. Bảng tính moment uốn và lực cắt phụ trên đáy sóng.
STT
Sườn
lý
thuyết
Diện
tích
mặt
sườn

trên
đáy
sóng

s
(m
2
)
Diện
tích
mặt
sườn
trên
nước
tĩnh

t
(m
2
)
Hi
ệu 2
diện
tích

s
=
t
(2) -(3)
(m

2
)
Tổng
t
ừng cặp

si
+
si+1
Lực nổi
trên sóng
b(x)
=(5)L/2
(tấn)
Tổng
tích
phân
(6)
(m
2
)
Tổng
tích
phân
(7)
Lực cắt
N(x)=
(7).L/2
(tấn)
Hiệu

chỉnh
lực cắt
N
(20)
i/20
(tấn)
Lực
cắt
trên
sóng
N(x)=
(9)-
(10)
(tấn)
Moment
trên
sóng
M(x)=
(8).L/2
(tấn.m)
Hiệu
chỉnh
moment
M
(20)
i/20
Moment
trên
sóng
M(x) =

(12)-
(13)
Kh
ảng
sườn
lý
thuyết
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15)
0
0 1.75 1.75 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
1
0 3.65 3.65 5.4 2.49 2.49 2.49 1.12 -0.01 -1.13 1.12 5.21 4.1
0-1
2
0.34 5.25 4.91 8.56 3.95 8.93 13.91 4.02 -0.03 -4.05 6.26 10.43 4.2
1-2
3
2.58 6.45 3.87 8.78 4.05 16.93 39.77 7.62 -0.04 -7.66 17.90 15.64 -2.3
2-3
4
4 6.49 2.49 6.36 2.93 23.91 80.61 10.76 -0.06
-
10.82
36.27 20.86 -15.4
3-4
5
4.98 5.95 0.97 3.46 1.60 28.44 132.96 12.80 -0.07
-
12.87
59.83 26.07 -33.8

4-5
6
5.34 4.65 -0.69 0.28 0.13 30.17 191.57 13.57 -0.08
-
13.66 86.20 31.29 -54.9
5-6
7
5.38 3.13 -2.25 -2.94 -1.36 28.94 250.67 13.02 -0.10
-
13.12 112.80 36.50 -76.3
6-7
8
5.46 2.05 -3.41 -5.66 -2.61 24.97 304.58 11.24 -0.11
-
11.35 137.06 41.72 -95.3
7-8
83
9
5.46 1.39 -4.07 -7.48 -3.45 18.91 348.47 8.51 -0.13 -8.64 156.81 46.93 -109.9
8-9
10
5.56 1.17 -4.39 -8.46 -3.90 11.56 378.94 5.20 -0.14 -5.34 170.52 52.15 -118.4
9-10
11
5.54 1.39 -4.15 -8.54 -3.94 3.72 394.21 1.67 -0.15 -1.83 177.40 57.36 -120.0
10-11
12
5.18 1.87 -3.31 -7.46 -3.44 -3.66 394.27 -1.65 -0.17 1.48 177.42 62.58 -114.8
11-12
13

5.16 2.75 -2.41 -5.72 -2.64 -9.74 380.86 -4.38 -0.18 4.20 171.39 67.79 -103.6
12-13
14
4.94 3.83 -1.11 -3.52 -1.62
-
14.00 357.12 -6.30 -0.20 6.11 160.70 73.01 -87.7
13-14
15
4.58 4.93 0.35 -0.76 -0.35
-
15.98
327.14 -7.19 -0.21 6.98 147.21 78.22 -69.0
14-15
16
4.06 5.75 1.69 2.04 0.94
-
15.39 295.77 -6.92 -0.22 6.70 133.10 83.44 -49.7
15-16
17
3.1 5.71 2.61 4.3 1.98
-
12.46 267.92 -5.61 -0.24 5.37 120.56 88.65 -31.9
16-17
18
1.86 4.57 2.71 5.32 2.45 -8.03 247.43 -3.61 -0.25 3.36 111.34 93.87 -17.5
17-18
19
0.9 2.67 1.77 4.48 2.07 -3.51 235.90 -1.58 -0.27 1.31 106.16 99.08 -7.1
18-19
20

0 0 0 1.77 0.82 -0.62 231.77 -0.28 -0.28 0.00 104.30 104.30 0.0
19-20
84
Biểu đồ lực nổi, lực cắt và moment uốn trên đáy sóng được thể
hiện như sau:
Biểu đồ phân bố lực nổi trên đáy sóng
2.49
3.95
4.05
2.93
1.60
0.13
-1.36
-2.61
-3.45
-3.90
-3.94
-3.44
-2.64
-1.62
-0.35
0.94
1.98
2.45
2.07
0.82
-5.00
-4.00
-3.00
-2.00

-1.00
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Biểu đồ lực cắt phụ trên đáy sóng
-1.13
-4.05
-7.66
-10.82
-12.87
-13.66
-13.12
-11.35
-8.64
-5.34
-1.83
1.48
4.20
6.11
6.98
6.70
5.37
3.36
1.31
0.00
-15.00

-10.00
-5.00
0.00
5.00
10.00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Biểu đồ moment uốn phụ trên đáy sóng
85
4.1
4.2
-2.3
-15.4
-33.8
-54.9
-76.3
-95.3
-109.9
-118.4
-120.0
-114.8
-103.6
-87.7
-69.0
-49.7
-31.9
-17.5
-7.1
0.0
-140.0
-120.0

-100.0
-80.0
-60.0
-40.0
-20.0
0.0
20.0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Hình 3.17. Biểu đồ lực nổi, lực cắt và moment uốn tàu trên đáy
sóng