tính toán kết cấu và kiểm tra bền dọc chung cho tàu hàng bách hóa trọng tải 8700t hoạt động vùng biển không hạn chế

1
bộ GIAO THÔNG VậN TảI
Tr ờng đại học hàng hải VIệT NAM
khoa đóng tàu
&
Thiết kế tốt nghiệp
đề tài: tính toán kết cấu và kiểm tra bền dọc chung
cho tàu hàng bách hoá trọng tải 8700T,
hoạt động vùng biển không hạn chế.

Giáo viên h ớng dẫn: Th.S. nguyễn văn hân
Sinh viên thực hiện: vũ văn tuyển
Lớp: vtt-43-đh2
Hải phòng - 2006
2
Néi dung cña ®Ò tµi
PhÇn 1: Giíi thiÖu chung
PhÇn 2: Tæng quan vÒ tµu hµng b¸ch ho¸ 8700T
PhÇn 3: TÝnh to¸n kÕt cÊu
PhÇn 4: KiÓm tra bÒn däc chung th©n tµu
3
Phần 1: Giới thiệu chung
Phần 1: Giới thiệu chung
*
*
Mục đích của đề tài
Mục đích của đề tài
* Cơ sở lý luận và ph ơng pháp nghiên cứu
* Cơ sở lý luận và ph ơng pháp nghiên cứu
* Tình hình nghiên cứu ở trong n ớc và thế giới
* Tình hình nghiên cứu ở trong n ớc và thế giới

4
Phần 2: tổng quan về tàu hàng bách hoá 8700t
Phần 2: tổng quan về tàu hàng bách hoá 8700t

Chiều dài lớn nhất:
Chiều dài lớn nhất:
L
L
OA
OA
= 111,8
= 111,8
(m)
(m)

Chiều dài giữa hai đ ờng vuông góc:
Chiều dài giữa hai đ ờng vuông góc:
L
L
PP
PP
= 103,6
= 103,6
(m)
(m)

Chiều rộng thiết kế:
Chiều rộng thiết kế:
B = 18,6
B = 18,6

(m)
(m)

Chiều cao mạn:
Chiều cao mạn:
D = 9,65
D = 9,65
(m)
(m)

Chiều chìm tàu:
Chiều chìm tàu:
d =7,5
d =7,5
(m)
(m)

Tốc độ:
Tốc độ:
v = 12,5
v = 12,5
(hl/h)
(hl/h)

Công suất máy chính:
Công suất máy chính:
P = 3090
P = 3090
(KW)
(KW)

Tải trọng thiết kế:
Tải trọng thiết kế:
P
P
n
n
= 8700
= 8700
(T)
(T)

Vùng hoạt động:
Vùng hoạt động:
Biển không hạn chế
Biển không hạn chế

Tên tàu:
Tên tàu:
GRACE CASABLANCA
GRACE CASABLANCA

Thiết kế:
Thiết kế:
KITADA
KITADA

Thuyền viên:
Thuyền viên:
20 ng ời

20 ng ời

Loại tàu:
Loại tàu:
Tàu hàng bách hoá
Tàu hàng bách hoá

Các loại hàng chuyên chở:
Các loại hàng chuyên chở:
Hàng hạt, hàng bao kiện, gỗ.
Hàng hạt, hàng bao kiện, gỗ.
5
6
7
8
1. Qui phạm áp dụng:
1. Qui phạm áp dụng:
Với đặc điểm của tàu thiết kế ta sử dụng Qui phạm phân
Với đặc điểm của tàu thiết kế ta sử dụng Qui phạm phân
cấp và đóng tàu biển vỏ thép 2003 phần 2A để tính toán
cấp và đóng tàu biển vỏ thép 2003 phần 2A để tính toán
2. Vật liệu đóng tàu:
2. Vật liệu đóng tàu:
Vật liệu sử dụng là các loại thép thông dụng có mác thép:
Vật liệu sử dụng là các loại thép thông dụng có mác thép:
KA, KB, KD, KE.
KA, KB, KD, KE.
3. Nội dung tính toán kết cấu :
3. Nội dung tính toán kết cấu :
Kết cấu khoang đuôi

Kết cấu khoang đuôi
Kết cấu khoang máy
Kết cấu khoang máy
Kết cấu khoang hàng
Kết cấu khoang hàng
Kết cấu khoang mũi
Kết cấu khoang mũi
Sơ đồ tính toán kết cấu từng khoang cụ thể nh sau:
Sơ đồ tính toán kết cấu từng khoang cụ thể nh sau:
Phần 3: TíNH TOáN KếT CấU
Phần 3: TíNH TOáN KếT CấU
9
KÕt cÊu khoang ®u«i
Dµn v¸ch
-
S¬ ®å kÕt cÊu
-
TÝnh to¸n chiÒu
dµy t«n
-
TÝnh to¸n c¬ cÊu
Dµn ®¸y Dµn m¹n Dµn boong
-
S¬ ®å kÕt cÊu
-
TÝnh to¸n chiÒu
dµy t«n
-
TÝnh to¸n c¬ cÊu
-

S¬ ®å kÕt cÊu
-
TÝnh to¸n chiÒu
dµy t«n
-
TÝnh to¸n c¬ cÊu
-
S¬ ®å kÕt cÊu
-
TÝnh to¸n chiÒu
dµy t«n
-
TÝnh to¸n c¬ cÊu
10
KÕt cÊu khoang m¸y
Dµn v¸ch
-
S¬ ®å kÕt cÊu
-
TÝnh to¸n chiÒu
dµy t«n
-
TÝnh to¸n c¬ cÊu
Dµn ®¸y Dµn m¹n Dµn boong
-
S¬ ®å kÕt cÊu
-
TÝnh to¸n chiÒu
dµy t«n
-

TÝnh to¸n c¬ cÊu
-
S¬ ®å kÕt cÊu
-
TÝnh to¸n chiÒu
dµy t«n
-
TÝnh to¸n c¬ cÊu
-
S¬ ®å kÕt cÊu
-
TÝnh to¸n chiÒu
dµy t«n
-
TÝnh to¸n c¬ cÊu
11
KÕt cÊu khoang hµng
Dµn v¸ch
-
S¬ ®å kÕt cÊu
-
TÝnh to¸n chiÒu
dµy t«n
-
TÝnh to¸n c¬ cÊu
Dµn ®¸y Dµn m¹n Dµn boong
-
S¬ ®å kÕt cÊu
-
TÝnh to¸n chiÒu

dµy t«n
-
TÝnh to¸n c¬ cÊu
-
S¬ ®å kÕt cÊu
-
TÝnh to¸n chiÒu
dµy t«n
-
TÝnh to¸n c¬ cÊu
-
S¬ ®å kÕt cÊu
-
TÝnh to¸n chiÒu
dµy t«n
-
TÝnh to¸n c¬ cÊu
12
KÕt cÊu khoang mòi
Dµn v¸ch
-
S¬ ®å kÕt cÊu
-
TÝnh to¸n chiÒu
dµy t«n
-
TÝnh to¸n c¬ cÊu
Dµn ®¸y Dµn m¹n Dµn boong
-
S¬ ®å kÕt cÊu

-
TÝnh to¸n chiÒu
dµy t«n
-
TÝnh to¸n c¬ cÊu
-
S¬ ®å kÕt cÊu
-
TÝnh to¸n chiÒu
dµy t«n
-
TÝnh to¸n c¬ cÊu
-
S¬ ®å kÕt cÊu
-
TÝnh to¸n chiÒu
dµy t«n
-
TÝnh to¸n c¬ cÊu
13
14
15
4.1 Lý thuyết
4.1 Lý thuyết


- Xác định độ bền dọc chung thân tàu theo qui phạm
- Xác định độ bền dọc chung thân tàu theo qui phạm
- Ph ơng pháp sử dụng để xác định độ bền dọc chung thân tàu
- Ph ơng pháp sử dụng để xác định độ bền dọc chung thân tàu

Phần 4: kiểm tra bền dọc chung
Phần 4: kiểm tra bền dọc chung
16
4.1.1. X¸c ®Þnh ®é bÒn däc chung th©n tµu theo Quy ph¹m.
4.1.1. X¸c ®Þnh ®é bÒn däc chung th©n tµu theo Quy ph¹m.
+ M«men uèn bæ sung cña tµu trªn sãng
+ M«men uèn bæ sung cña tµu trªn sãng


M
M
W
W
(+) = + 0,19C
(+) = + 0,19C
1
1
C
C
2
2
L
L
1
1
2
2
.B.C
.B.C
b

b
’
’
M
M
W
W
(-) = - 0,11C
(-) = - 0,11C
1
1
C
C
2
2
L
L
1
1
2
2
.B.(C
.B.(C
b
b
’ + 0,7)
’ + 0,7)
+ Lùc c¾t bæ sung cña tµu trªn sãng
+ Lùc c¾t bæ sung cña tµu trªn sãng
F

F
W
W
(+) = + 0,3.C
(+) = + 0,3.C
1
1
C
C
3
3
.L
.L
1
1
.B.(C
.B.(C
b
b
’+ 0.7
’+ 0.7
F
F
W
W
(-) = - 0,3.C
(-) = - 0,3.C
1
1
C

C
4
4
L
L
1
1
B.(C
B.(C
b
b
’+ 0.7)
’+ 0.7)
+ M«men chèng uèn t¹i tiÕt diÖn ngang gi÷a tµu
+ M«men chèng uèn t¹i tiÕt diÖn ngang gi÷a tµu
Ws =5,72
Ws =5,72
Ws =5,72
Ws =5,72
+ M«®un chèng uèn t¹i tiÕt diÖn gi÷a tµu
+ M«®un chèng uèn t¹i tiÕt diÖn gi÷a tµu
W
W
min
min
= C
= C
1
1
L

L
1
1
2
2
.B.(C'
.B.(C'
b
b
+ 0,7)
+ 0,7)
+ M«men qu¸n tÝnh tiÕt diÖn ngang th©n tµu t¹i gi÷a chiÒu dµi
+ M«men qu¸n tÝnh tiÕt diÖn ngang th©n tµu t¹i gi÷a chiÒu dµi
I = 3.W
I = 3.W
min
min
. L
. L
1
1


)(MM
wS
++
)(MM
wS
−+
17

4.1.2. Ph ơng pháp sử dụng để xác định độ bền dọc chung thân tàu.
4.1.2. Ph ơng pháp sử dụng để xác định độ bền dọc chung thân tàu.
-
-
B ớc 1
B ớc 1
: Phân bố trọng l ợng thân tàu theo chiều dài.
: Phân bố trọng l ợng thân tàu theo chiều dài.
-
-
B ớc 2
B ớc 2
: Xác định nội lực thân tàu khi tàu nằm trên n ớc tĩnh.
: Xác định nội lực thân tàu khi tàu nằm trên n ớc tĩnh.
-
-
B ớc 3
B ớc 3
: Xác định nội lực thân tàu khi tàu đặt tĩnh trên sóng điều hòa.
: Xác định nội lực thân tàu khi tàu đặt tĩnh trên sóng điều hòa.
-
-
B ớc 4
B ớc 4
: Kiểm tra độ bền dọc chung.
: Kiểm tra độ bền dọc chung.

Xác định nội lực bổ sung thân tàu trên sóng theo các ph ơng pháp sau:
Xác định nội lực bổ sung thân tàu trên sóng theo các ph ơng pháp sau:
+

+
Cách 1
Cách 1
: Khi đặt tĩnh tàu trên sóng điều hoà.
: Khi đặt tĩnh tàu trên sóng điều hoà.
+
+
Cách 2
Cách 2
: Khi tàu dao động trên sóng điều hoà.
: Khi tàu dao động trên sóng điều hoà.
+
+
Cách 3
Cách 3
: Khi tàu trên sóng ngẫu nhiên.
: Khi tàu trên sóng ngẫu nhiên.
18
4.2.
4.2.
á
á
p dụng:
p dụng:

á
á
p dụng ph ơng pháp vào việc tính nội lực cho tàu hàng bách hoá 8700 tấn
p dụng ph ơng pháp vào việc tính nội lực cho tàu hàng bách hoá 8700 tấn
theo bốn trạng thái đó là:

theo bốn trạng thái đó là:
Trạng thái 1:
Trạng thái 1:
100% hàng
100% hàng
100% dự trữ
100% dự trữ
Trạng thái 2:
Trạng thái 2:
100% hàng
100% hàng
10% dự trữ
10% dự trữ
Trạng thái 3:
Trạng thái 3:
0% hàng
0% hàng
100% dự trữ
100% dự trữ
Trạng thái 4:
Trạng thái 4:
0% hàng
0% hàng
10% dự trữ
10% dự trữ

Các b ớc thực hiện:
Các b ớc thực hiện:
- Phân bố các thành phần trọng l ợng theo khoảng suờn lý thuyết.
- Phân bố các thành phần trọng l ợng theo khoảng suờn lý thuyết.

- Hàm hoá đ ờng cong diện tích s ờn.
- Hàm hoá đ ờng cong diện tích s ờn.
- Tính nội lực trên n ớc tĩnh.
- Tính nội lực trên n ớc tĩnh.
- Tính nội lực bổ sung trên sóng, tổng hợp nội lực.
- Tính nội lực bổ sung trên sóng, tổng hợp nội lực.
- Tính toán tiết diện ngang thân tàu.
- Tính toán tiết diện ngang thân tàu.
- Kiểm tra bền dọc chung.
- Kiểm tra bền dọc chung.
19
4.2.1. Phân bố các thành phần trọng l ợng theo khoảng suờn lý thuyết .

Ta phân trọng l ợng tàu thành các thành phần nhỏ để tính bao gồm:
Ta phân trọng l ợng tàu thành các thành phần nhỏ để tính bao gồm:
+ Trọng l ợng phần cố định gồm:
+ Trọng l ợng phần cố định gồm:
Trọng l ợng tôn vỏ.
Trọng l ợng tôn vỏ.
Trọng l ợng cơ cấu.
Trọng l ợng cơ cấu.
Trọng l ợng thiết bị động lực.
Trọng l ợng thiết bị động lực.
Trọng l ợng thiết bị boong.
Trọng l ợng thiết bị boong.
Trọng l ợng thuyên viên.
Trọng l ợng thuyên viên.
+ Trọng l ợng phần thay đổi gồm:
+ Trọng l ợng phần thay đổi gồm:
Trọng l ợng hàng hóa.

Trọng l ợng hàng hóa.
Trọng l ợng nhiên liệu.
Trọng l ợng nhiên liệu.
Trọng l ợng l ơng thực thực phẩm.
Trọng l ợng l ơng thực thực phẩm.
Trọng l ợng n ớc ngọt, n ớc dằn.
Trọng l ợng n ớc ngọt, n ớc dằn.
20
4.2.2 Hàm hoá đ ờng cong diện tích s ờn.
*) ứ
*) ứ
ng dụng ngôn ngữ lập trình Matlab để hàm hoá đ ờng cong diện tích s ờn
ng dụng ngôn ngữ lập trình Matlab để hàm hoá đ ờng cong diện tích s ờn
Dùng hàm Polyfit để tạo một đ ờng cong đi qua một số điểm và đ a ra ph ơng
Dùng hàm Polyfit để tạo một đ ờng cong đi qua một số điểm và đ a ra ph ơng
trình của đ ờng cong đó, cụ thể:
trình của đ ờng cong đó, cụ thể:
Nhập danh sách của hoành độ:
Nhập danh sách của hoành độ:
x = [1 2 3 4 5 ]
x = [1 2 3 4 5 ]
Nhập danh sách của tung độ:
Nhập danh sách của tung độ:
y = [10 20 30 40 50 ]
y = [10 20 30 40 50 ]
Nhập vào bậc của ph ơng trình đ ờng cong:
Nhập vào bậc của ph ơng trình đ ờng cong:
n = 3
n = 3
Dùng hàm Polyfit để tạo ph ơng trình đ ờng cong:

Dùng hàm Polyfit để tạo ph ơng trình đ ờng cong:
p = polyfit(x,y,n)
p = polyfit(x,y,n)
Khi đó ch ơng trình sẽ đ a ra các hệ số a, b, c, d của ph ơng trình bậc n nh
Khi đó ch ơng trình sẽ đ a ra các hệ số a, b, c, d của ph ơng trình bậc n nh
sau:
sau:
y = a.x
y = a.x
3
3
+ b.x
+ b.x
2
2
+ c.x + d
+ c.x + d
(*)
(*)
(*) Chính là ph ơng trình diễn tả đ ờng cong.
(*) Chính là ph ơng trình diễn tả đ ờng cong.
21
4.2.3. Tính nội lực trên n ớc tĩnh
4.2.3. Tính nội lực trên n ớc tĩnh
.
.
Việc phát triển cao về công nghệ và tin học đã đem lại nhiều ứng dụng hiệu
Việc phát triển cao về công nghệ và tin học đã đem lại nhiều ứng dụng hiệu
quả. Trong ch ơng trình
quả. Trong ch ơng trình

Microsoft Excel
Microsoft Excel
với việc xử lý chính xác và nhanh chóng
với việc xử lý chính xác và nhanh chóng
của hàm Solver trong việc tự động điều chỉnh, cân bằng và cho kết quả tin câỵ.
của hàm Solver trong việc tự động điều chỉnh, cân bằng và cho kết quả tin câỵ.
Vào Tools -> Solver sẽ xuất hiện hộp thoại Solver Parameters nh sau:
Vào Tools -> Solver sẽ xuất hiện hộp thoại Solver Parameters nh sau:
Kết quả thu đ ợc là lực cắt và mômen uốn của tàu khi tàu trên n ớc tĩnh
Kết quả thu đ ợc là lực cắt và mômen uốn của tàu khi tàu trên n ớc tĩnh
22
4.2.4. Tính nội lực của tàu trên sóng.
4.2.4. Tính nội lực của tàu trên sóng.


T ơng tự nh tính nội lực của tàu trên n ớc tĩnh với chú ý đ a tung độ của sóng
T ơng tự nh tính nội lực của tàu trên n ớc tĩnh với chú ý đ a tung độ của sóng
vào thành phần chiều chìm tàu.
vào thành phần chiều chìm tàu.
Bảng tung độ sóng
Bảng tung độ sóng
S ờn LT
Trên đỉnh sóng Trên đáy sóng
/r
Tung độ
/r
Tung độ
10 1.000 2.590 -1.000 -2.590
9, 11 0.963 2.494 -0.932 -2.414
8, 12 0.845 2.189 -0.742 -1.922

7, 13 0.667 1.728 -0.470 -1.217
6, 14 0.441 1.142 -0.158 -0.409
5, 15 0.154 0.399 0.154 0.399
4, 16 -0.158 -0.409 0.441 1.142
3, 17 -0.470 -1.217 0.667 1.728
2, 18 -0.742 -1.922 0.845 2.189
1, 19 -0.932 -2.414 0.963 2.494
0, 20 -1.000 -2.590 1.000 2.590
23
4.2.5. Tổng hợp nội lực.
4.2.5. Tổng hợp nội lực.
Từ kết quả của việc tính toán nội lực của tàu trên n ớc tĩnh và trên sóng ta đ
Từ kết quả của việc tính toán nội lực của tàu trên n ớc tĩnh và trên sóng ta đ
a ra bảng tổng hợp nội lực cho 2 tr ờng hợp:
a ra bảng tổng hợp nội lực cho 2 tr ờng hợp:
Tàu trên đáy sóng
Tàu trên đáy sóng
Tàu trên đỉnh sóng
Tàu trên đỉnh sóng
24
4.2.6. Kiểm tra ứng suất của các cơ cấu tại mặt cắt nguy hiểm nhất
4.2.6. Kiểm tra ứng suất của các cơ cấu tại mặt cắt nguy hiểm nhất

Việc kiểm tra độ bền dọc chung thân tàu đ ợc thực hiện tại mặt cắt nguy
Việc kiểm tra độ bền dọc chung thân tàu đ ợc thực hiện tại mặt cắt nguy
hiểm nhất.
hiểm nhất.

Ta xác định mặt cắt đó có mô men uốn chung lớn nhất.
Ta xác định mặt cắt đó có mô men uốn chung lớn nhất.

So sánh ứng xuất lớn nhất của cơ cấu với ứng suất cho phép:
So sánh ứng xuất lớn nhất của cơ cấu với ứng suất cho phép:
Ta có ứng suất chảy của tôn:
Ta có ứng suất chảy của tôn:


ch
ch
= 3000 KG/cm
= 3000 KG/cm
2
2
Theo tài liệu Sổ tay kỹ thuật đóng tàu thuỷ Tập 2
Theo tài liệu Sổ tay kỹ thuật đóng tàu thuỷ Tập 2
Ta có ứng suất cho phép:
Ta có ứng suất cho phép:
1510 KG/cm
1510 KG/cm
2
2

Ta còn so sánh mô đun chống uốn của mặt cắt nguy hiểm với mô đun chống
Ta còn so sánh mô đun chống uốn của mặt cắt nguy hiểm với mô đun chống
uốn tính theo qui phạm .
uốn tính theo qui phạm .
=

+= 1,0.
100
100
5,0.
L
chcf

25
Kết luận
Kết luận

Kết quả tính kết cấu là hợp lý tăng khả năng khai thác tàu.
Kết quả tính kết cấu là hợp lý tăng khả năng khai thác tàu.

Kết quả tính toán kiểm tra bên phù hợp với tàu khai thác .
Kết quả tính toán kiểm tra bên phù hợp với tàu khai thác .

Trong bốn trạng thái trên có trạng thái 3 là nguy hiểm nhất mà tàu vẫn đủ
Trong bốn trạng thái trên có trạng thái 3 là nguy hiểm nhất mà tàu vẫn đủ
bền vì thế trong quá trình khai thác tàu ở trạng thái này ta cân l u ý đến việc
bền vì thế trong quá trình khai thác tàu ở trạng thái này ta cân l u ý đến việc
phân bố tải trọng hàng hoá và nhiên liệu.
phân bố tải trọng hàng hoá và nhiên liệu.

Việc tính toán là phép tính gần đúng nên trong quá trình tính toán số liệu đ a
Việc tính toán là phép tính gần đúng nên trong quá trình tính toán số liệu đ a

vào càng chính xác càng tốt.
vào càng chính xác càng tốt.



Các công thức gần đúng chỉ nên sử dụng tính nội lực thân tàu trong b ớc sơ
Các công thức gần đúng chỉ nên sử dụng tính nội lực thân tàu trong b ớc sơ
bộ nhằm kiểm tra ph ơng án tính toán.
bộ nhằm kiểm tra ph ơng án tính toán.



Ph ơng pháp cổ điển đơn giản chỉ nên ứng dụng tính toán độ bền dọc chung
Ph ơng pháp cổ điển đơn giản chỉ nên ứng dụng tính toán độ bền dọc chung
cho các tàu có độ cứng (EJ) lớn.
cho các tàu có độ cứng (EJ) lớn.

Ph ơng pháp trên không nên áp dụng cho các tàu đặc biệt về kết cấu mà khi
Ph ơng pháp trên không nên áp dụng cho các tàu đặc biệt về kết cấu mà khi
đó ta sử dụng ph ơng pháp phần tử hữu hạn.
đó ta sử dụng ph ơng pháp phần tử hữu hạn.