Bài giảng sức bền thân tàu


Để đảm bảo tàu hoạt động an toàn, tin cậy trong điều kiện khai thác thực tế,
Để đảm bảo tàu hoạt động an toàn, tin cậy trong điều kiện khai thác thực tế,
đòi hỏi kết cấu thân tàu phải đáp ứng được những yêu cầu cụ thể như sau :
đòi hỏi kết cấu thân tàu phải đáp ứng được những yêu cầu cụ thể như sau :

Kết cấu phải đủ bền để không bò nứt, vỡ hay phá hủy
Kết cấu phải đủ bền để không bò nứt, vỡ hay phá hủy

Kết cấu phải đủ cứng để đảm bảo không bò biến dạng quá mức cho phép
Kết cấu phải đủ cứng để đảm bảo không bò biến dạng quá mức cho phép

Kết cấu phải ổn đònh để luôn giữ được hình dạng ban đầu
Kết cấu phải ổn đònh để luôn giữ được hình dạng ban đầu

Tăng kích thước kết cấu hoặc sử dụng vật liệu tốt sẽ dễ đáp ứng yêu cầu trên
Tăng kích thước kết cấu hoặc sử dụng vật liệu tốt sẽ dễ đáp ứng yêu cầu trên
nhưng làm tăng giá thành và ảnh hưởng xấu đến tính năng tàu do tăng khối lượng
nhưng làm tăng giá thành và ảnh hưởng xấu đến tính năng tàu do tăng khối lượng



Bài toán thuận : đánh giá độ bền kết cấu tàu cụ thể nhằm đảm bảo kết cấu đủ bền
Bài toán thuận : đánh giá độ bền kết cấu tàu cụ thể nhằm đảm bảo kết cấu đủ bền
để tàu có thể hoạt động an toàn và tin cậy dưới tác dụng của các ngoại lực.
để tàu có thể hoạt động an toàn và tin cậy dưới tác dụng của các ngoại lực.


Bài toán ngược : xác đònh hình dạng và kích thước kết cấu thân tàu một cách hợp lý
Bài toán ngược : xác đònh hình dạng và kích thước kết cấu thân tàu một cách hợp lý
trên cơ sở đảm bảo đủ độ bền kết cấu thân tàu với chi phí vật liệu thấp nhất.
trên cơ sở đảm bảo đủ độ bền kết cấu thân tàu với chi phí vật liệu thấp nhất.

Do đó bài toán độ bền có vai trò quan trọng trong thiết kế và chế tạo tàu, nhằm
Do đó bài toán độ bền có vai trò quan trọng trong thiết kế và chế tạo tàu, nhằm
giải quyết hai bài toán cơ bản :
giải quyết hai bài toán cơ bản :

Để giải quyết vấn đề cần tính độ bền nhằm xác đònh ứng suất và biến dạng, cơ
Để giải quyết vấn đề cần tính độ bền nhằm xác đònh ứng suất và biến dạng, cơ
sở để đánh giá mức độ an toàn của kết cấu thân tàu trong thực tế.
sở để đánh giá mức độ an toàn của kết cấu thân tàu trong thực tế.



Do kết cấu thân tàu gồm nhiều loại hình kết cấu chòu tác dụng ngoại lực phức tạp
Do kết cấu thân tàu gồm nhiều loại hình kết cấu chòu tác dụng ngoại lực phức tạp
nên phân tích độ bền thân tàu là bài toán khó và thường ít có lời giải chính xác.
nên phân tích độ bền thân tàu là bài toán khó và thường ít có lời giải chính xác.

1.1.Phân tích độ bền kết cấu thân tàu theo mô hình tổng thể
1.1.Phân tích độ bền kết cấu thân tàu theo mô hình tổng thể

Theo mô hình này, toàn bộ thân tàu xem như hệ kết cấu không gian đặt trên nền
Theo mô hình này, toàn bộ thân tàu xem như hệ kết cấu không gian đặt trên nền
đàn hồi, gồm nhiều loại hình kết cấu như thanh, dầm, tấm, vỏ v v… liên kết với nhau.
đàn hồi, gồm nhiều loại hình kết cấu như thanh, dầm, tấm, vỏ v v… liên kết với nhau.
Điều kiện biên xây dựng trên cơ sở xem tàu như vật thể đàn hồi nằm cân bằng dưới

Điều kiện biên xây dựng trên cơ sở xem tàu như vật thể đàn hồi nằm cân bằng dưới
tác dụng của trọng lượng các tải trọng trên tàu và phản lực nền là lực đẩy.
tác dụng của trọng lượng các tải trọng trên tàu và phản lực nền là lực đẩy.

Tùy theo đặc điểm mô hình tính, có thể chia bài toán phân tích độ bền thân tàu
Tùy theo đặc điểm mô hình tính, có thể chia bài toán phân tích độ bền thân tàu
thành hai nhóm chính như sau.
thành hai nhóm chính như sau.

Mô hình thể hiện khá chính xác tình trạng làm việc thực tế của kết cấu thân tàu
Mô hình thể hiện khá chính xác tình trạng làm việc thực tế của kết cấu thân tàu
nhưng làm tăng số lượng ẩn của phương trình chính tắc lên rất nhiều
nhưng làm tăng số lượng ẩn của phương trình chính tắc lên rất nhiều
O
O
x
x
z
z
y
y

1.Phân tích độ bền chung
1.Phân tích độ bền chung





Xem toàn bộ thân tàu như một thanh tương đương đặt trên nền đàn hồi để

Xem toàn bộ thân tàu như một thanh tương đương đặt trên nền đàn hồi để
xác
xác
đònh ứng suất và biến dạng xuất hiện trong các mặt cắt ngang của kết cấu thân
đònh ứng suất và biến dạng xuất hiện trong các mặt cắt ngang của kết cấu thân
tàu, dưới tác dụng của các ngoại lực thẳng đứng,
tàu, dưới tác dụng của các ngoại lực thẳng đứng,
gồm trọng lực và lực nổi
gồm trọng lực và lực nổi
2.Phân tích độ bền cục bộ
2.Phân tích độ bền cục bộ

Là bài toán xác đònh ứng suất và biến dạng xuất hiện trong các kết cấu thân tàu
Là bài toán xác đònh ứng suất và biến dạng xuất hiện trong các kết cấu thân tàu
dưới ảnh hưởng của các ngoại lực tác dụng riêng lên từng kết cấu đang xét.
dưới ảnh hưởng của các ngoại lực tác dụng riêng lên từng kết cấu đang xét.
∑
=
k
2i
i
σ

Kết quả tính sẽ cho giá trò ứng suất khi tàu bò uốn chung
Kết quả tính sẽ cho giá trò ứng suất khi tàu bò uốn chung
σ
σ
1
1
.

.

Giải bài toán độ bền cục bộ sẽ dẫn đến giải bài toán cơ học kết cấu thân tàu cụ thể
Giải bài toán độ bền cục bộ sẽ dẫn đến giải bài toán cơ học kết cấu thân tàu cụ thể
và kết quả sẽ cho giá trò ứng suất cục bộ
và kết quả sẽ cho giá trò ứng suất cục bộ
σ
σ
i (i = 2, 3, ).
i (i = 2, 3, ).
Giá trò ứng suất tại một điểm bất kỳ trên kết cấu thân tàu được xác đònh trên cơ sở
Giá trò ứng suất tại một điểm bất kỳ trên kết cấu thân tàu được xác đònh trên cơ sở
tổng hợp kết quả bài toán tính độ bền chung và bài toán tính độ bền cục bộ :
tổng hợp kết quả bài toán tính độ bền chung và bài toán tính độ bền cục bộ :




σ
σ


=
=
σ
σ
1
1
+ (i = 1, 2, …, n)
+ (i = 1, 2, …, n)

1.1.2.Phân tích độ bền kết cấu thân tàu theo mô hình ước đònh
1.1.2.Phân tích độ bền kết cấu thân tàu theo mô hình ước đònh



Theo mô hình này, toàn bộ thân tàu được mô phỏng dưới dạng thanh thành mỏng
Theo mô hình này, toàn bộ thân tàu được mô phỏng dưới dạng thanh thành mỏng
đặt trên nền đàn hồi và chòu tác dụng các lực tương ứng lực tác dụng lên thân tàu.
đặt trên nền đàn hồi và chòu tác dụng các lực tương ứng lực tác dụng lên thân tàu.

Khi đó, bài toán phân tích độ bền thân tàu được chia thành hai bài toán chính.
Khi đó, bài toán phân tích độ bền thân tàu được chia thành hai bài toán chính.


Mô hình tổng thể cho kết quả sát thực tế vì bảo toàn tính chất vật lý và cơ học
Mô hình tổng thể cho kết quả sát thực tế vì bảo toàn tính chất vật lý và cơ học
của kết cấu ở mức độ khá cao nhưng đòi hỏi nhiều điều kiện và công sức tính toán
của kết cấu ở mức độ khá cao nhưng đòi hỏi nhiều điều kiện và công sức tính toán

Trong điều kiện nước ta nên thực hiện theo mô hình tính ước đònh trên cơ sở
Trong điều kiện nước ta nên thực hiện theo mô hình tính ước đònh trên cơ sở
chia quá trình tính độ bền thân tàu thành bài toán độ bền chung và độ bền cục bộ
chia quá trình tính độ bền thân tàu thành bài toán độ bền chung và độ bền cục bộ
vì quá trình tính theo mô hình này không nhiều như mô hình tổng thể.
vì quá trình tính theo mô hình này không nhiều như mô hình tổng thể.

Mô hình ước đònh đơn giản nhưng ít chính xác vì nếu mô hình tính đơn giản và dễ giải
Mô hình ước đònh đơn giản nhưng ít chính xác vì nếu mô hình tính đơn giản và dễ giải
thì không phản ánh hết đặc điểm kết cấu thực tế, nhưng nếu phức tạp thì khó giải chính
thì không phản ánh hết đặc điểm kết cấu thực tế, nhưng nếu phức tạp thì khó giải chính

xác và hạn chế độ tin cậy kết quả tính.
xác và hạn chế độ tin cậy kết quả tính.

Nhờ sự phát triển của phương pháp tính, nhất là phương pháp phần tử hữu hạn đã cho
Nhờ sự phát triển của phương pháp tính, nhất là phương pháp phần tử hữu hạn đã cho
phép tính độ bền kết cấu thân tàu theo mô hình tổng thể hoặc các mô hình phức tạp
phép tính độ bền kết cấu thân tàu theo mô hình tổng thể hoặc các mô hình phức tạp
hơn.
hơn.

Phương pháp phần tử hữu hạn xây dựng trên cơ sở chia nhỏ kết cấu thân tàu thành số
Phương pháp phần tử hữu hạn xây dựng trên cơ sở chia nhỏ kết cấu thân tàu thành số
hữu hạn các phần tử đơn giản như dầm, tấm, vỏ v v và mỗi phần tử lại liên kết với
hữu hạn các phần tử đơn giản như dầm, tấm, vỏ v v và mỗi phần tử lại liên kết với
phần tử khác qua một số nút để tính ứng suất và biến dạng kết cấu.
phần tử khác qua một số nút để tính ứng suất và biến dạng kết cấu.

So với mô hình ước đònh, mô hình tính tổng thể theo phương pháp phần tử hữu hạn
So với mô hình ước đònh, mô hình tính tổng thể theo phương pháp phần tử hữu hạn
thể hiện chính xác đặc điểm làm việc thực tế của kết cấu nên kết quả tin cậy hơn.
thể hiện chính xác đặc điểm làm việc thực tế của kết cấu nên kết quả tin cậy hơn.



Có thể tóm tắt quá trình tính độ bền thân tàu theo mô hình ước đònh và mô hình
Có thể tóm tắt quá trình tính độ bền thân tàu theo mô hình ước đònh và mô hình
tổng thể như trên sơ đồ hình 1.1
tổng thể như trên sơ đồ hình 1.1
σ
i

THÔNG TIN VỀ TÀU
KẾT CẤU TÀU
Phân tích độ bền thân tàu
theo mô hình tổng thể
Phân tích độ bền cục bộ KCTT như
đáy, boong, mạn, sườn ngang, vỏ
σ = σ
1
+
Đánh giá độ bền kết cấu
thân tàu
σ
1
Phân tích độ bền chung KCTT chòu
uốn, nén và xoắn


Phân tích độ bền chung là bài toán xác đònh ứng suất và biến dạng xuất hiện
Phân tích độ bền chung là bài toán xác đònh ứng suất và biến dạng xuất hiện
kết cấu thân tàu dưới tác dụng của các ngoại lực thẳng đứng và không tính đến
kết cấu thân tàu dưới tác dụng của các ngoại lực thẳng đứng và không tính đến
các ngoại lực tác dụng ngang như lực đẩy chân vòt, lực cản môi trường v…v… vì
các ngoại lực tác dụng ngang như lực đẩy chân vòt, lực cản môi trường v…v… vì
ứng suất uốn do các lực ngang gây ra trong kết cấu không lớn, có thể bỏ qua.
ứng suất uốn do các lực ngang gây ra trong kết cấu không lớn, có thể bỏ qua.

Do các ngoại lực tác dụng thẳng đứng phân bố không đều dọc chiều dài tàu
Do các ngoại lực tác dụng thẳng đứng phân bố không đều dọc chiều dài tàu
nên kết cấu thân tàu sẽ bò uốn, xoắn hoặc thậm chí là bò uốn và xoắn đồng thời
nên kết cấu thân tàu sẽ bò uốn, xoắn hoặc thậm chí là bò uốn và xoắn đồng thời

nhưng do quá trình uốn dọc tàu có ảnh hưởng lớn đến độ bền của các kết cấu
nhưng do quá trình uốn dọc tàu có ảnh hưởng lớn đến độ bền của các kết cấu
nên bài toán độ bền chung thường dẫn đến việc xác đònh ứng suất uốn chung,
nên bài toán độ bền chung thường dẫn đến việc xác đònh ứng suất uốn chung,
còn bài toán xoắn hoặc uốn, xoắn đồng thời khảo sát độc lập quá trình uốn.
còn bài toán xoắn hoặc uốn, xoắn đồng thời khảo sát độc lập quá trình uốn.

Khi đó, kết cấu thân tàu dạng vỏ mỏng với kết cấu gia cường bên trong xem
Khi đó, kết cấu thân tàu dạng vỏ mỏng với kết cấu gia cường bên trong xem
như thanh thành mỏng với các mặt cắt ngang có đặc điểm hình học khác nhau,
như thanh thành mỏng với các mặt cắt ngang có đặc điểm hình học khác nhau,
chòu tác dụng các lực thẳng đứng, tương ứng các ngoại lực tác dụng lên tàu như
chòu tác dụng các lực thẳng đứng, tương ứng các ngoại lực tác dụng lên tàu như
áp lực nước, trọng lượng tàu, trọng lượng hàng hóa và trang thiết bò trên tàu …
áp lực nước, trọng lượng tàu, trọng lượng hàng hóa và trang thiết bò trên tàu …
và bài toán uốn chung thân tàu có thể đưa về bài toán uốn thanh tương đương
và bài toán uốn chung thân tàu có thể đưa về bài toán uốn thanh tương đương

Đối với quá trình uốn dọc thân tàu, cần phân biệt hai trường hợp :
Đối với quá trình uốn dọc thân tàu, cần phân biệt hai trường hợp :

2.1.1.Tàu nằm cân bằng trên nước tónh
2.1.1.Tàu nằm cân bằng trên nước tónh



Khi tàu nổi trên nước tónh, giống như thanh tương đương được đặt nằm trên các gối
Khi tàu nổi trên nước tónh, giống như thanh tương đương được đặt nằm trên các gối
đỡ, do các ngoại lực tác dụng lên tàu thay đổi theo chiều dài nên kết quả tàu sẽ bò uốn
đỡ, do các ngoại lực tác dụng lên tàu thay đổi theo chiều dài nên kết quả tàu sẽ bò uốn

dọc. Ví dụ quá trình uốn chung thân tàu và thanh tương đương được mô tả như trên hình
dọc. Ví dụ quá trình uốn chung thân tàu và thanh tương đương được mô tả như trên hình
vẽ
vẽ
100 tấn
200 tấn
900
1100
100 tấn
1700
1800
300 tấn
2000
1700
1500
1400
200 tấn
1000
1200
100 tấn
200 tấn
200 tấn
300 tấn
200 tấn
Hình 3.1 : Mô hình uốn thân tàu trên nước tónh
Hình 3.1 : Mô hình uốn thân tàu trên nước tónh

Kết quả giải bài toán phân tích độ bền thân tàu hay thanh tương đương sẽ cho phép
Kết quả giải bài toán phân tích độ bền thân tàu hay thanh tương đương sẽ cho phép
xác đònh được quy luật phân bố mômen uốn M

xác đònh được quy luật phân bố mômen uốn M
t
t
và lực cắt N
và lực cắt N
t
t
khi tàu nổi trên nước
khi tàu nổi trên nước
tónh.
tónh.

2.1.2.Tàu nằm cân bằng trên sóng biển
2.1.2.Tàu nằm cân bằng trên sóng biển



Khi tàu nổi trên sóng, có thể gặp hai trường hợp nguy hiểm nhất :
Khi tàu nổi trên sóng, có thể gặp hai trường hợp nguy hiểm nhất :
Hình 3.2 : Mô hình uốn tàu trên sóng
Hình 3.2 : Mô hình uốn tàu trên sóng

Tàu nằm cân bằng ở đáy sóng, tức đáy sóng nằm giữa và tàu bò bẻ gập xuống
Tàu nằm cân bằng ở đáy sóng, tức đáy sóng nằm giữa và tàu bò bẻ gập xuống

Tàu nằm cân bằng ở đỉnh sóng,
Tàu nằm cân bằng ở đỉnh sóng,


tức đỉnh sóng nằm giữa và tàu bò bẻ cong

tức đỉnh sóng nằm giữa và tàu bò bẻ cong
lên
lên

Trong cả hai trường hợp, do xảy ra sự phân bố lại áp lực nước (lực nổi) dọc chiều dài
Trong cả hai trường hợp, do xảy ra sự phân bố lại áp lực nước (lực nổi) dọc chiều dài
tàu nên sẽ làm xuất hiện lực cắt và mômen uốn thân tàu khi nổi trên sóng.
tàu nên sẽ làm xuất hiện lực cắt và mômen uốn thân tàu khi nổi trên sóng.




Đối với một tàu cụ thể, do các ngoại lực gây uốn chung cho thân tàu phụ thuộc
Đối với một tàu cụ thể, do các ngoại lực gây uốn chung cho thân tàu phụ thuộc
chủ yếu giá trò và đặc điểm phân bố các ngoại lực tác dụng dọc theo chiều dài tàu
chủ yếu giá trò và đặc điểm phân bố các ngoại lực tác dụng dọc theo chiều dài tàu
nên thường chỉ tính mômen uốn và giá trò lực cắt ở các chế độ tải nguy hiểm nhất
nên thường chỉ tính mômen uốn và giá trò lực cắt ở các chế độ tải nguy hiểm nhất
đối với từng loại tàu đã được quy đònh sẵn trong Quy phạm.
đối với từng loại tàu đã được quy đònh sẵn trong Quy phạm.
Ví dụ những trường hợp đặc trưng ở các chế độ khai thác của tàu vận tải có thể như sau :
Ví dụ những trường hợp đặc trưng ở các chế độ khai thác của tàu vận tải có thể như sau :


- Tàu chở đầy hàng, 100% dự trữ, tính cho trường hợp tàu rời bến
- Tàu chở đầy hàng, 100% dự trữ, tính cho trường hợp tàu rời bến


- Tàu chở đầy hàng, 10% dự trữ, tính cho trường hợp tàu đến bến giao hàng
- Tàu chở đầy hàng, 10% dự trữ, tính cho trường hợp tàu đến bến giao hàng

- Tàu chạy ở chế độ ballast hay không với di chuyển bất lợi nhất của tải trọng dằn và dự trữ
- Tàu chạy ở chế độ ballast hay không với di chuyển bất lợi nhất của tải trọng dằn và dự trữ
Riêng đối với tàu đánh cá, các chế độ tải trọng nguy hiểm thường được quy đònh như sau.
Riêng đối với tàu đánh cá, các chế độ tải trọng nguy hiểm thường được quy đònh như sau.


- Tàu ra ngư trường với 100% dự trữ
- Tàu ra ngư trường với 100% dự trữ


- Tàu trên ngư trường với cá và lưới ướt để trên boong, 100% đá, muối và 25% dự trữ
- Tàu trên ngư trường với cá và lưới ướt để trên boong, 100% đá, muối và 25% dự trữ


- Tàu từ ngư trường về với 20% tải trọng hầm hàng, 70% đá, muối và 10% dự trữ
- Tàu từ ngư trường về với 20% tải trọng hầm hàng, 70% đá, muối và 10% dự trữ


- Tàu từ ngư trường về với 100% tải trọng hầm hàng và 10% dự trữ
- Tàu từ ngư trường về với 100% tải trọng hầm hàng và 10% dự trữ



Trình tự phân tích độ bền chung kết cấu thân tàu :
Trình tự phân tích độ bền chung kết cấu thân tàu :


Xác đònh ngoại lực tác dụng lên kết cấu thân tàu.

Xác đònh ngoại lực tác dụng lên kết cấu thân tàu.


Xây dựng mô hình kết cấu
Xây dựng mô hình kết cấu


Xác đònh giá trò ứng suất, biến dạng lớn nhất xuất hiện trong kết cấu
Xác đònh giá trò ứng suất, biến dạng lớn nhất xuất hiện trong kết cấu


Kiểm tra, đánh giá độ bền kết cấu thân tàu
Kiểm tra, đánh giá độ bền kết cấu thân tàu

2.2.XÁC ĐỊNH NGOẠI LỰC TÁC DỤNG LÊN TÀU THEO PHƯƠNG THẲNG ĐỨNG
2.2.XÁC ĐỊNH NGOẠI LỰC TÁC DỤNG LÊN TÀU THEO PHƯƠNG THẲNG ĐỨNG



Trong bài toán độ bền chung chỉ xét các ngoại lực tác dụng thẳng đứng gồm :
Trong bài toán độ bền chung chỉ xét các ngoại lực tác dụng thẳng đứng gồm :

Trọng lực P (Weight) : gồm trọng lượng vỏ và trọng lượng các tải trọng trên
Trọng lực P (Weight) : gồm trọng lượng vỏ và trọng lượng các tải trọng trên
tàu.
tàu.

Lực nổi D (Buoyancy) : gồm áp lực tónh và động của nước tác dụng lên thân tàu.
Lực nổi D (Buoyancy) : gồm áp lực tónh và động của nước tác dụng lên thân tàu.


Khi đó, lực tổng hợp Q tác dụng lên thân tàu theo phương thẳng đứng là :
Khi đó, lực tổng hợp Q tác dụng lên thân tàu theo phương thẳng đứng là :
Q = P
Q = P
- D
- D

Do quy luật phân bố dọc chiều dài tàu của
Do quy luật phân bố dọc chiều dài tàu của
hai ngoại lực đang xét khác nhau nên lực tổng
hai ngoại lực đang xét khác nhau nên lực tổng
hợp tính ở mặt cắt đang xét có dạng lực phân
hợp tính ở mặt cắt đang xét có dạng lực phân
bố q(x) xác đònh theo công thức tổng quát :
bố q(x) xác đònh theo công thức tổng quát :


q(x) = p(x) - b(x)
q(x) = p(x) - b(x)
p(x) - quy luật phân bố trọng lượng dọc chiều dài tàu
p(x) - quy luật phân bố trọng lượng dọc chiều dài tàu
b(x) - quy luật phân bố của lực nổi dọc chiều dài tàu
b(x) - quy luật phân bố của lực nổi dọc chiều dài tàu
p(x)
p(x)
b(x)
b(x)
Hình 3.3 : Các biểu đồ phân bố

Hình 3.3 : Các biểu đồ phân bố
trọng lượng p(x) và lực nổi b(x)
trọng lượng p(x) và lực nổi b(x)

2
2
.2.1.Xác đònh đường cong phân bố trọng lượng tàu p(x)
.2.1.Xác đònh đường cong phân bố trọng lượng tàu p(x)



Các tải trọng tham gia vào trọng lượng tàu p(x) thường chia thành các nhóm sau :
Các tải trọng tham gia vào trọng lượng tàu p(x) thường chia thành các nhóm sau :

Trọng lượng vỏ tàu không
Trọng lượng vỏ tàu không

Trọng lượng máy chính, máy phụ, các trang thiết bò, các hệ thống, hệ trục chân vòt v…v…
Trọng lượng máy chính, máy phụ, các trang thiết bò, các hệ thống, hệ trục chân vòt v…v…

Trọng lượng hàng hóa trên tàu
Trọng lượng hàng hóa trên tàu

Trọng lượng các dự trữ như nhiên liệu, dầu nhờn, nước sinh hoạt, thực phẩm v…v…
Trọng lượng các dự trữ như nhiên liệu, dầu nhờn, nước sinh hoạt, thực phẩm v…v…

Trọng lượng thủy thủ đoàn, hành khách.
Trọng lượng thủy thủ đoàn, hành khách.

Trọng lượng dằn gồm chất lỏng hoặc chất rắn v v

Trọng lượng dằn gồm chất lỏng hoặc chất rắn v v

Tác dụng của các thành phần tải trọng sẽ được thay thế bằng một lực có giá trò bằng
Tác dụng của các thành phần tải trọng sẽ được thay thế bằng một lực có giá trò bằng
độ lớn của tải trọng và đặt tại trọng tâm của tải trọng đang xét nên để xây dựng được
độ lớn của tải trọng và đặt tại trọng tâm của tải trọng đang xét nên để xây dựng được
đường phân bố trọng lượng tàu p(x) cần phải có bản vẽ kết cấu, bản vẽ bố trí chung và
đường phân bố trọng lượng tàu p(x) cần phải có bản vẽ kết cấu, bản vẽ bố trí chung và
các số liệu cần thiết để có thể tính trọng lượng, tọa độ trọng tâm vỏ tàu và của tất cả
các số liệu cần thiết để có thể tính trọng lượng, tọa độ trọng tâm vỏ tàu và của tất cả
thành phần tải trọng có mặt trên tàu, xét ở những chế độ tải trọng nguy hiểm nhất.
thành phần tải trọng có mặt trên tàu, xét ở những chế độ tải trọng nguy hiểm nhất.

Các thành phần tải trọng trên tàu có thể là tải trọng tập trung hay tải trọng phân bố
Các thành phần tải trọng trên tàu có thể là tải trọng tập trung hay tải trọng phân bố
nên để thuận lợi khi tính thường chia chiều dài tàu L thành các khoảng bằng nhau
nên để thuận lợi khi tính thường chia chiều dài tàu L thành các khoảng bằng nhau
∆
∆
L, còn gọi là khoảng sườn lý thuyết, sau đó tính chuyển tất cả tải trọng tác dụng
L, còn gọi là khoảng sườn lý thuyết, sau đó tính chuyển tất cả tải trọng tác dụng
bất kỳ về tải trọng tập trung tương đương phân bố đều trong phạm vi từng khoảng
bất kỳ về tải trọng tập trung tương đương phân bố đều trong phạm vi từng khoảng
sườn.
sườn.


Với đa số tàu thường chia chiều dài tàu thành 20 khoảng sườn lý thuyết và khi đó,
Với đa số tàu thường chia chiều dài tàu thành 20 khoảng sườn lý thuyết và khi đó,
các thành phần tải trọng trên tàu có thể nằm gọn trong phạm vi một khoảng sườn

các thành phần tải trọng trên tàu có thể nằm gọn trong phạm vi một khoảng sườn
hoặc kéo dài trên nhiều khoảng sườn
hoặc kéo dài trên nhiều khoảng sườn

Có hai phương pháp tính chuyển các tải trọng bất kỳ về tải trọng phân bố đều
Có hai phương pháp tính chuyển các tải trọng bất kỳ về tải trọng phân bố đều
trong phạm vi từng khoảng sườn như sau :
trong phạm vi từng khoảng sườn như sau :

Cách 1 : chuyển hình thang cong trong mỗi khoảng sườn sang hình chữ nhật
Cách 1 : chuyển hình thang cong trong mỗi khoảng sườn sang hình chữ nhật
tương đương có chiều rộng bằng chiều dài khoảng sườn và chiều cao xác đònh từ
tương đương có chiều rộng bằng chiều dài khoảng sườn và chiều cao xác đònh từ
điều kiện diện tích hình chữ nhật bằng diện tích hình thang cong đang xét.
điều kiện diện tích hình chữ nhật bằng diện tích hình thang cong đang xét.

Cách 2 : chuyển các tải trọng tác dụng lên tàu thành lực tập trung đặt giữa
Cách 2 : chuyển các tải trọng tác dụng lên tàu thành lực tập trung đặt giữa
khoảng sườn trên cơ sở điều kiện cân bằng về lực và mômen và khi đó có thể
khoảng sườn trên cơ sở điều kiện cân bằng về lực và mômen và khi đó có thể
xem lực tác dụng này phân bố đều trong phạm vi khoảng sườn đó.
xem lực tác dụng này phân bố đều trong phạm vi khoảng sườn đó.

Khi tính chuyển các tải trọng tác dụng lên kết cấu thân tàu về tải trọng phân bố đều
Khi tính chuyển các tải trọng tác dụng lên kết cấu thân tàu về tải trọng phân bố đều
trong phạm vi của từng khoảng sườn lý thuyết thường gặp các trường hợp cụ thể sau.
trong phạm vi của từng khoảng sườn lý thuyết thường gặp các trường hợp cụ thể sau.

1.Trường hợp trọng lượng tải trọng có dạng lực phân bố p(x) trên đoạn có chiều dài ab :
1.Trường hợp trọng lượng tải trọng có dạng lực phân bố p(x) trên đoạn có chiều dài ab :


Nếu trọng lượng tải trọng p(x) phân bố không đều
Nếu trọng lượng tải trọng p(x) phân bố không đều
trên đoạn ab thì thay bằng lực tập trung P đặt tại
trên đoạn ab thì thay bằng lực tập trung P đặt tại
trọng tâm của biểu đồ tải trọng có giá trò :
trọng tâm của biểu đồ tải trọng có giá trò :
∫
=
b
a
dx)x(pP

Nếu tải trọng p(x) phân bố đều trên đoạn ab thì thay tải trọng p(x) = const (hình
Nếu tải trọng p(x) phân bố đều trên đoạn ab thì thay tải trọng p(x) = const (hình
3.4b) bằng một lực tập trung P đặt tại điểm giữa đoạn ab và có giá trò tính theo công
3.4b) bằng một lực tập trung P đặt tại điểm giữa đoạn ab và có giá trò tính theo công
thức :
thức :


P = p ab
P = p ab


a
a
x
x
p(x)

p(x)
P
P
O
O
b
b
x
x
p(x) = const
p(x) = const
P
P

2.Trường hợp trọng lượng tải trọng có dạng lực tập trung P
2.Trường hợp trọng lượng tải trọng có dạng lực tập trung P

Nếu lực P đặt giữa khoảng sườn thì lực P phân bố đều trong phạm vi khoảng sườn
Nếu lực P đặt giữa khoảng sườn thì lực P phân bố đều trong phạm vi khoảng sườn

Nếu lực P không đặt giữa các khoảng sườn thì có thể phân lực P thành hai lực
Nếu lực P không đặt giữa các khoảng sườn thì có thể phân lực P thành hai lực
thành phần tác dụng cùng chiều P
thành phần tác dụng cùng chiều P
1
1
, P
, P
2
2

với P
với P
1
1
đặt giữa khoảng sườn gần lực P nhất,
đặt giữa khoảng sườn gần lực P nhất,
còn lực P
còn lực P
2
2
đặt tại điểm giữa khoảng sườn đang chòu tác dụng của lực P (hình 3.5)
đặt tại điểm giữa khoảng sườn đang chòu tác dụng của lực P (hình 3.5)
P
1
P
P
2
P
1
a
∆L/2
∆L/2
∆L
∆L
P
2
















∆
−=






∆
+=
L
a
5,0PP
L
a
5,0PP
2
1
a - khoảng cách từ điểm đặt lực P đến

a - khoảng cách từ điểm đặt lực P đến
khoảng sườn gần nhất
khoảng sườn gần nhất
∆
∆
L = L/n
L = L/n
- chiều dài khoảng sườn lý
- chiều dài khoảng sườn lý
thuyết của tàu
thuyết của tàu
n - số sườn lý thuyết của tàu
n - số sườn lý thuyết của tàu

Nếu lực P không đặt giữa nhưng có giá trò nhỏ hơn 0,01D (D-lượng chiếm nước tàu)
Nếu lực P không đặt giữa nhưng có giá trò nhỏ hơn 0,01D (D-lượng chiếm nước tàu)
có thể xem lực P phân bố đều trong khoảng sườn mà không phụ thuộc vò trí tác dụng
có thể xem lực P phân bố đều trong khoảng sườn mà không phụ thuộc vò trí tác dụng

3.Trường hợp tải trọng nằm ngoài các khoảng sườn cuối cùng (sườn 0 hay sườn 20)
3.Trường hợp tải trọng nằm ngoài các khoảng sườn cuối cùng (sườn 0 hay sườn 20)
Nếu lực P nằm ngoài khoảng sườn cuối cùng thì chuyển vào khoảng sườn lân cận
Nếu lực P nằm ngoài khoảng sườn cuối cùng thì chuyển vào khoảng sườn lân cận
bằng cách thay lực P bằng hai lực tương đương P
bằng cách thay lực P bằng hai lực tương đương P
1
1
, P
, P
2

2
(P
(P
1
1
> P
> P
2
2
) như sau :
) như sau :


- P
- P
1
1
cùng chiều P và đặt tại điểm giữa khoảng sườn gần lực P (0 - 1 hay 19 - 20),
cùng chiều P và đặt tại điểm giữa khoảng sườn gần lực P (0 - 1 hay 19 - 20),
(P1 > P) và được cộng thêm vào tải trọng trên khoảng sườn này.
(P1 > P) và được cộng thêm vào tải trọng trên khoảng sườn này.


- P
- P
2
2
ngược chiều P và đặt ở điểm giữa khoảng sườn kế tiếp (1 - 2 hay 18 - 19) và
ngược chiều P và đặt ở điểm giữa khoảng sườn kế tiếp (1 - 2 hay 18 - 19) và
làm giảm bớt tải trọng trên khoảng sườn này.

làm giảm bớt tải trọng trên khoảng sườn này.
a
20
1
P
0
P
2
∆L/2
∆L/2
P
P
1
a
1
2
P
2
∆L
∆L
P
1
P
2
∆L/2
P
1
(+)
(-)
Hình 3.7 : Trường hợp tải trọng nằm

Hình 3.7 : Trường hợp tải trọng nằm
ngoài khoảng sườn cuối cùng
ngoài khoảng sườn cuối cùng















∆
+=






∆
+=
L
a

5,0PP
L
a
5,1PP
2
1

Như vậy, có thể tóm tắt trình tự xây dựng đường phân bố trọng lượng tàu p(x) như sau :
Như vậy, có thể tóm tắt trình tự xây dựng đường phân bố trọng lượng tàu p(x) như sau :

Chia chiều dài thiết kế tàu thành 20 khoảng bằng nhau (khoảng sườn lý thuyết)
Chia chiều dài thiết kế tàu thành 20 khoảng bằng nhau (khoảng sườn lý thuyết)
và đánh số thứ tự các sườn bắt đầu bằng 0 tại trụ lái và kết thúc là 20 ở trụ mũi.
và đánh số thứ tự các sườn bắt đầu bằng 0 tại trụ lái và kết thúc là 20 ở trụ mũi.
Quy ước hệ tọa độ (Oxyz) giống bài toán lý thuyết tàu
Quy ước hệ tọa độ (Oxyz) giống bài toán lý thuyết tàu
0 1 2
0 1 2
18 19 20
18 19 20
O
O
x
x
y
y
z
z
Hình 3.8 : Hệ trục tọa độ sử dụng khi xác đònh trọng lượng và tọa độ trọng tâm các tải trọng
Hình 3.8 : Hệ trục tọa độ sử dụng khi xác đònh trọng lượng và tọa độ trọng tâm các tải trọng




Phân bố đều trọng lượng các tải trọng trên từng khoảng sườn và tính tổng trọng lượng
Phân bố đều trọng lượng các tải trọng trên từng khoảng sườn và tính tổng trọng lượng
các nhóm tải trọng trong từng khoảng sườn ứng với chế độ nguy hiểm nhất (bảng 2.1).
các nhóm tải trọng trong từng khoảng sườn ứng với chế độ nguy hiểm nhất (bảng 2.1).


Chọn tỷ lệ xích thích hợp và xây dựng đường phân bố trọng lượng dọc chiều dài tàu
Chọn tỷ lệ xích thích hợp và xây dựng đường phân bố trọng lượng dọc chiều dài tàu
p(x), với tung độ đường cong biểu diễn trọng lượng các tải trọng phân bố trên từng khoảng
p(x), với tung độ đường cong biểu diễn trọng lượng các tải trọng phân bố trên từng khoảng
sườn. Do trọng lượng tải trọng đã được chuyển về phân bố đều trên từng khoảng sườn lý
sườn. Do trọng lượng tải trọng đã được chuyển về phân bố đều trên từng khoảng sườn lý
thuyết nên đường phân bố trọng lượng tàu p(x) thường có dạng gẫy khúc như trên hình
thuyết nên đường phân bố trọng lượng tàu p(x) thường có dạng gẫy khúc như trên hình
3.17a.
3.17a.

Lưu ý là sự phân bố tải trọng có ảnh hưởng rất lớn đến giá trò lực cắt và mômen uốn tàu.
Lưu ý là sự phân bố tải trọng có ảnh hưởng rất lớn đến giá trò lực cắt và mômen uốn tàu.

Nếu tải trọng trên tàu phân bố khá đều dọc chiều dài tàu thì đường cong biểu diễn
Nếu tải trọng trên tàu phân bố khá đều dọc chiều dài tàu thì đường cong biểu diễn
lực cắt có dạng như hình chữ S điều hòa, còn đường mômen có dạng hình đồi đỉnh tà
lực cắt có dạng như hình chữ S điều hòa, còn đường mômen có dạng hình đồi đỉnh tà
hay xem như gần giống với đường parabol bậc hai.
hay xem như gần giống với đường parabol bậc hai.




Nếu đường phân bố trọng lượng không đều, ví dụ đường gẫy khúc tập trung ở các
Nếu đường phân bố trọng lượng không đều, ví dụ đường gẫy khúc tập trung ở các
điểm không đều thì đường tích phân của nó, tức đường lực cắt và mômen có dạng bất
điểm không đều thì đường tích phân của nó, tức đường lực cắt và mômen có dạng bất
bình thường.
bình thường.
Hình 3.9 : nh hưởng của sự phân bố các trọng lượng trên tàu đến biểu đồ lực cắt và mômen
Hình 3.9 : nh hưởng của sự phân bố các trọng lượng trên tàu đến biểu đồ lực cắt và mômen

2.2.2.Xác đònh đường phân bố lực nổi khi tàu nằm cân bằng trên nước tónh
2.2.2.Xác đònh đường phân bố lực nổi khi tàu nằm cân bằng trên nước tónh
1.Phân bố lực nổi của tàu trên nước tónh
1.Phân bố lực nổi của tàu trên nước tónh

Lực nổi D tác dụng lên bề mặt vỏ tàu dưới nước tính trên cả chiều dài tàu
Lực nổi D tác dụng lên bề mặt vỏ tàu dưới nước tính trên cả chiều dài tàu
được tính theo công thức tổng quát :
được tính theo công thức tổng quát :

Nếu chỉ xét trong phạm vi từng khoảng sườn lý thuyết thì quy luật phân bố
Nếu chỉ xét trong phạm vi từng khoảng sườn lý thuyết thì quy luật phân bố
của lực nổi b(x) sẽ được xác đònh theo công thức :
của lực nổi b(x) sẽ được xác đònh theo công thức :
D
D
=
=

γ
γ
V
V


V - thể tích chiếm nước của tàu
V - thể tích chiếm nước của tàu
(m
(m
3
3
)
)


γ
γ


- khối lượng riêng của nước
- khối lượng riêng của nước
(tấn/m
(tấn/m
3
3
)
)

b(x) =
b(x) =


γ
γ
v(x)
v(x)
với v(x) chính là thể tích phần dưới nước của tàu xét trong từng khoảng sườn lý thuyết (m
với v(x) chính là thể tích phần dưới nước của tàu xét trong từng khoảng sườn lý thuyết (m
3
3
)
)


Trong mỗi khoảng sườn, thể tích phần thân tàu dưới nước tính gần đúng bằng
Trong mỗi khoảng sườn, thể tích phần thân tàu dưới nước tính gần đúng bằng
tích chiều dài khoảng sườn
tích chiều dài khoảng sườn
∆
∆
L và diện tích MCN ở điểm giữa khoảng sườn
L và diện tích MCN ở điểm giữa khoảng sườn
ω
ω
k
k

Đối với một tàu cụ thể, giá trò MCN

Đối với một tàu cụ thể, giá trò MCN
ω
ω
k
k
có thể xác đònh từ đồ thò Bongien theo
có thể xác đònh từ đồ thò Bongien theo
mớn nước phía mũi và mớn nước phía đuôi.
mớn nước phía mũi và mớn nước phía đuôi.

Sau khi tính giá trò diện tích các mặt cắt ngang của tàu ở vò trí cần tính
Sau khi tính giá trò diện tích các mặt cắt ngang của tàu ở vò trí cần tính
ω
ω
(x),
(x),
có thể tính giá trò lực nổi b(x) tại vò trí đang xét : b(x) =
có thể tính giá trò lực nổi b(x) tại vò trí đang xét : b(x) =
γ
γ


ω
ω
(x)
(x)
∆
∆
L
L


Do đó để tính lực nổi trong từng khoảng sườn, cơ sở để xây dựng đường phân bố
Do đó để tính lực nổi trong từng khoảng sườn, cơ sở để xây dựng đường phân bố
lực nổi dọc theo chiều dài tàu, cần xác đònh được vò trí đường nước thực tế của
lực nổi dọc theo chiều dài tàu, cần xác đònh được vò trí đường nước thực tế của
tàu tức là tìm vò trí nổi cân bằng của tàu trên mặt nước ở chế độ tải trọng đang
tàu tức là tìm vò trí nổi cân bằng của tàu trên mặt nước ở chế độ tải trọng đang
xét.
xét.

Để tàu nổi cân bằng trên nước cần phải thỏa mãn điều kiện :
Để tàu nổi cân bằng trên nước cần phải thỏa mãn điều kiện :

Điều kiện cân bằng lực : P = D
Điều kiện cân bằng lực : P = D



Điều kiện cân bằng mômen : x
Điều kiện cân bằng mômen : x
G
G
= x
= x
c
c

Như vậy, thực chất của quá trình cân bằng tàu là tìm vò trí nổi của tàu thõa mãn
Như vậy, thực chất của quá trình cân bằng tàu là tìm vò trí nổi của tàu thõa mãn
các điều kiện cân bằng ổn đònh của tàu, trong cả hai trường hợp khi tàu nổi trên

các điều kiện cân bằng ổn đònh của tàu, trong cả hai trường hợp khi tàu nổi trên
mặt nước tónh và tàu nổi trên sóng.
mặt nước tónh và tàu nổi trên sóng.

2.Cân bằng dọc tàu trên nước tónh
2.Cân bằng dọc tàu trên nước tónh



Cơ sở để tìm vò trí cân bằng dọc thực tế của tàu ở chế độ tải trọng đang xét
Cơ sở để tìm vò trí cân bằng dọc thực tế của tàu ở chế độ tải trọng đang xét
chính là giá trò trọng lượng tàu P và hoành độ trọng tâm x
chính là giá trò trọng lượng tàu P và hoành độ trọng tâm x
g
g
đã tính ở bảng 2.1.
đã tính ở bảng 2.1.

Xét các trường hợp xảy ra :
Xét các trường hợp xảy ra :



P > D : trọng lượng tàu lớn hơn sẽ nhấn tàu chìm xuống
P > D : trọng lượng tàu lớn hơn sẽ nhấn tàu chìm xuống



P <= D : lực nổi lớn hơn sẽ đẩy tàu nổi đến vò trí cân bằng khi thiết kế,
P <= D : lực nổi lớn hơn sẽ đẩy tàu nổi đến vò trí cân bằng khi thiết kế,

ứng với mớn nước T thỏa điều kiện cân bằng P = D ở chế độ tải đang xét
ứng với mớn nước T thỏa điều kiện cân bằng P = D ở chế độ tải đang xét



Giá trò mớn nước T có thể tính từ bản vẽ các yếu tố tónh thủy lực của tàu khi
Giá trò mớn nước T có thể tính từ bản vẽ các yếu tố tónh thủy lực của tàu khi
lấy trọng lượng chiếm nước D = P tính theo bảng 3.1 ở chế độ tải đang xét.
lấy trọng lượng chiếm nước D = P tính theo bảng 3.1 ở chế độ tải đang xét.

Ứng với mớn nước này, tính hoành độ tâm nổi x
Ứng với mớn nước này, tính hoành độ tâm nổi x
c
c
và so sánh với hoành độ trọng
và so sánh với hoành độ trọng
tâm tàu x
tâm tàu x
G
G
để xác đònh tình trạng nổi của tàu ở vò trí giả đònh ban đầu.
để xác đònh tình trạng nổi của tàu ở vò trí giả đònh ban đầu.



x
x
g

g
= x
= x
c
c
: vò trí cân bằng ban đầu khi thiết kế cũng chính là vò trí cân bằng thực của tàu
: vò trí cân bằng ban đầu khi thiết kế cũng chính là vò trí cân bằng thực của tàu

Thực tế sẽ xảy ra hai trường hợp
Thực tế sẽ xảy ra hai trường hợp



x
x
g
g


≠
≠
x
x
c
c
: vò trí cân bằng ban đầu khi thiết kế không phải là vò trí cân bằng thực của tàu
: vò trí cân bằng ban đầu khi thiết kế không phải là vò trí cân bằng thực của tàu