Phân tích và thiết kế kết cấu một mẫu tàu câu vỏ gỗ khu vực đà nẵng, chương 18 ppsx

Chương 18:
KHÁI QUÁT BÀI TOÁN SỨC BỀN CỤC
BỘ CÁC KẾT CẤU THÂN TÀU
Kết cấu thân tàu là tổ hợp bao nhiều loại kết cấu khác nhau
như thanh, dầm, các kết cấu dạng tấm, vỏ như tôn đáy, tôn boong,
… hầu hết các kết cấu này đều tham gia vào việc đảm bảo độ bền
dọc chung thân tàu. Đồng thời, các kết cấu này còn chịu tác dụng
các tải trọng ngang như áp lực nước, trọng lượng các tải trọng và
các thi
ết bị …
Do đó ngoài biến dạng do uốn chung kết cấu thân t
àu còn
ch
ịu biến dạng riêng do cục bộ thân tàu gây ra. Vì vậy mục đích
của bài toán sức bền cục bộ là xác định giá trị ứng suất và biến
dạng riêng xuất hiện trong kết cấu thân tàu khi uốn cục bộ và đảm
bảo sao cho các ứng suất và biến dạng gây ra không được lớn hơn
giá trị ứng suất và biến dạng cho phép.
Bài toán tính sức bền cục bộ của kết cấu thân tàu sẽ dẫn đến
việc phân tích các kết cấu chủ yếu như: Khung giàn đáy, khung
giàn boong, mạn, … tương ứng với các phương pháp tính sức bền
khác nhau, mô hình tính toán của các kết cấu trong các bài toán
s
ức bền cục bộ cũng khác nhau.
3.5.1. Lựa chọn phương pháp tính.
Theo phương pháp tính sức bền cổ điển, mô hình toán học
của những kết cấu chính là hệ dầm trực giao, dầm phẳng, hệ khung
phẳng, còn điều biên có trong mô hình toán học là những liên kết
động học phổ biế
n: ngàm hoặc khớp.
Trong mô hình tính này, phương pháp tính áp dụng có hiệu

quả nhất là phương pháp tính chuyển vị và dựa trên cơ sở ước định
về sự làm việc của từng kết cấu có trong hệ đang xét.
Theo phương pháp tính hiện đại: Khi tính sức bền cục bộ củ
a
k
ết cấu thân tàu theo phương pháp phần tử hữu hạn thường sử
dụng hai mô hình tính toán là mô hình hệ dầm trực giao và mô
hình h
ệ tấm có sườn gia cường, còn điều kiện biên trong mô hình
là các liên k
ết động học: ngàm cứng, khớp xoay hoặc gối tựa.
Riêng các kết cấu vỏ tàu được mô hình hóa bằng các kết cấu tấm
phẳng. Việc đánh giá ứng suất và biến dạng được tíên hành dựa
trên cơ sở tổ hợp kết quả của b
ài toán sức bền chung và các bài
toán s
ức bền cục bộ.
Rõ ràng với phương pháp tính cổ điển kết quả đánh giá có
nhi
ều hạn chế. Do đó phương pháp tính sức bền cục bộ theo
phương pháp phần tử hữu hạn là chính xác hơn. Cùng với đó, việc
ứng dụng máy tính để tính sức bền cục bộ một số kết cấu thân t
àu
theo các mô hình toán h
ọc của phương pháp phần tử hữu hạn sẽ
cho kết quả tính có độ chính xác và độ tin cậy cao hơn nhiều so với
mô hình tính toán theo phương pháp cổ điển.
Phương pháp phần tử hữu hạn phân tích độ bền kết cấu trên
cơ sở thay thế kết cấu thực bằng mô hình rời rạc. Mô hình tính bao
g

ồm một số hữu hạn các điểm nút, còn ngoại lực tác dụng được
đưa về các lực tương đương tác dụng lên điểm nút, kết quả l
à một
trườ
ng ứng suất, biến dạng và những điểm nút.
3.5.1.1 Trình tự giải bài toán độ bền kết cấu bằng phương
pháp phần tử hữu hạn.
1. Xây dựng mô hình tính toán gồm chọn hệ trục tọa độ,
chọn phần tử mẫu và chia các kết cấu ra thành một số hữu hạn các
phần tử (thanh, dầm, hai chiều, ba chiều, …). Mỗi phần tử liên kết
với một số nút nhất định.
2. Đánh số các phần tử và các nút.
3. Xây d
ựng ma trận độ cứng kết cấu trong các hệ trục tọa
độ.
4. Xác định phương trình của phần tử.
[F
e
] = [K
e
].{q
e
} (3 –
26)
V
ới [F
e
]: Véctơ ứng lực nút tương đương.
{q
e

}: Véctơ chuyển vị phần tử.
[K
e
]: ma trận độ cứng phần tử.
Việc xác định ma trận độ cứng K và véctơ tải trọng phải dựa
trên cơ sở giả thiết về quy luật biến thi
ên của chuyển vị bên trong
các ph
ần tử.
5. Xác định phương trình phần tử toàn hệ:
[F] = [K].{q}
(3-26*)
F, K là véctơ tải trọng và ma trận độ cứng toàn hệ.
6. Giải phương trình đại số tuyến tính để xác định chuyển vị
nút của toàn hệ.
7. Phân tích trạng thái ứng suất và biến dạng của các phần tử
theo kết quả chuyển vị trên.
Trong ph
ần tính sức bền cục bộ kết cấu thân tàu thiết kế, sử
dụng phần mềm tính sức bền là DRM6 sau khi được thực hiện mô
hình hóa các chi tiết kết cấu. Phầm mềm DRM6 là một phần mềm
tính sức bền dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn và được ứng
dụng rộng rãi, đưa ra kết quả khá chính xác với mô hình đưa ra nên
việc lựa chọn phương pháp này sẽ giảm được thời gian tính mà vẫn
cho kết quả tin cậy cao.
3.5.1.2. Xây dựng mô hình và tính sức bền cục bộ một số kết
cấu chính.
Để thực hiện mô hình tính cần đảm bảo một số nguyên tắc
mô hình hóa kết cấu sau:
+ Khi thực tách kết cấu từ phức tạp về đơn giản cần lưu ý:

k
ết cấu có độ cứng lớn hơn phải đảm bảo làm chỗ tựa cho kết cấu
có độ cứng thấp hơn, và đáp ứng các y
êu cầu sau:
- Mô hình tính phản ánh chính xác đặc điểm làm việc của các
kết cấu trước khi tách.
- Đảm bảo kết cấu trước và sau khi tách cần bằng về lực,
moment và chuyển vị.
- Cần vận dụng tối đa tính chất đối xứng của kết cấu và tải
trọng.
3.5.2 Tính sước bền cục bộ cho một số chi tiết chính:
Với bài toán sức bền cục bộ này thì tôi chỉ đi tính với một số chi
tiết chính: sống chính, đà ngang đay, sườn.