nghiên cứu khả năng sử dụng kết cấu inox – foam – inox trong chế tạo tàu du lịch cỡ nhỏ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG



Nguyễn Văn Hân



NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SỬ DỤNG
KẾT CẤU INOX – FOAM – INOX
TRONG CHẾ TẠO TÀU DU LỊCH CỠ NHỎ




LUẬN VĂN THẠC SĨ












Khánh Hòa, 2014
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG



Nguyễn Văn Hân



NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SỬ DỤNG
KẾT CẤU INOX – FOAM – INOX
TRONG CHẾ TẠO TÀU DU LỊCH CỠ NHỎ

Ngành đào tạo: Cơ khí Động lực
Mã ngành: 60520116

LUẬN VĂN THẠC SĨ





Người hướng dẫn Khoa học: PGS.TS. Trần Gia Thái






Khánh Hòa, 2014

3

MỤC LỤC

DANH MỤC KÝ HIỆU, VIẾT TẮT 5
DANH MỤC BẢNG BIỂU 6
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 7
Chương 1: TỔNG QUAN 9
1.1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 9
1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐỐI VỚI VẤN ĐỀ ĐẶT RA 10
1.3. MỤC TIÊU, PHƯƠNG PHÁP, NỘI DUNG VÀ GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU 11
1.3.1. Mục tiêu và mục đích nghiên cứu 11
1.3.2. Nội dung nghiên cứu 11
1.3.3. Phương pháp nghiên cứu 12
1.3.4. Giới hạn nội dung nghiên cứu 12
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 13
2.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VẬT LIỆU INOX VÀ VẬT LIỆU FOAM 13
2.1.1. Vật liệu Inox 13
2.1.2. Vật liệu Foam 15
2.2. PHÂN TÍCH ĐỘ BỀN KẾT CẤU THÂN TÀU 16
2.2.1. Khái quát bài toán phân tích độ bền kết cấu thân tàu [4] 16
2.2.2. Phân tích độ bền chung 21
2.2.3. Giải bài toán độ bền cục bộ thân tàu bằng phương pháp PTHH [5] 23
2.2.4. Các phương pháp kiểm tra độ bền kết cấu thân tàu. 25
2.3. PHẦN MỀM PHÂN TÍCH KẾT CẤU 26
2.3.1. Tổng quan các phần mềm phân tích kết cấu 26
2.3.2. Giới thiệu phần mềm phân tích độ bền tàu MAESTRO 28
Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 30
3.1. LỰA CHỌN MẪU TÀU TÍNH TOÁN 31
3.1.1. Các thông số kỹ thuật của tàu 31

3.1.2. Các thông số kết cấu 31

4

3.1.3. Bố trí chung tàu 31
3.2. THỬ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CƠ TÍNH CỦA KẾT CẤU VẬT LIỆU IFI 36
3.2.1. Thiết bị thử nghiệm 36
3.2.2. Chế tạo mẫu thử 37
3.2.3. Kết quả thử nghiệm vật liệu 44
3.2.5. Xây dựng cơ sở lựa chọn kích thước kết cấu 56
3.2.6. So sánh chỉ tiêu kinh tế 60
3.3. TÍNH TOÁN ĐỘ BỀN THÂN TÀU SỬ DỤNG KẾT CẤU IFI 61
3.3.1. Mô phỏng độ bền kết cấu tàu 61
3.3.2. Khảo sát mối quan hệ ứng suất và biến dạng tàu khi thay đổi quy cách
của kết cấu IFI 78
Chương 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 80
4.1. KẾT LUẬN 80
4.1.1. Chỉ tiêu cơ tính 80
4.1.2. Chỉ tiêu kinh tế 80
4.2. KIẾN NGHỊ 80
TÀI LIỆU THAM KHẢO 81


5

DANH MỤC KÝ HIỆU, VIẾT TẮT
IFI, F Inox – Foam – Inox, Foam
PPC Polypropylen copolymer
FRP Fibeglass Reinfored Plastic
TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

ISO International Organization for Standardization
A Polyol
B Isocyanate
L
max
Chiều dài lớn nhất
B
max
Chiều rộng lớn nhất
D Chiều cao mạn
d Chiều chìm trung bình
Ne Công suất máy
PTHH Phần tử hữu hạn

6

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: So sánh độ bền của inox với vật liệu khác 14
Bảng 2.2. Điều kiện biên cho mô hình tính theo phương pháp PTHH FEM 24
Bảng 3.1. Giới thiệu các kích thước khảo sát của mẫu 38
Bảng 3.2: Thể tích dung dịch Polyol & Isocyanate 40
Bảng 3.2. Kết quả thử nghiệm lực uốn lớn nhất. 49
Bảng 3.3. Kết quả thử nghiệm xác định giá trị ứng suất uốn lớn nhất 50
Bảng 3.5. Kết quả thử nghiệm xác định giá trị độ bền uốn, module đàn hồi uốn 54
Bảng 3.6. So sánh độ bền của IFI với vật liệu khác 55
Bảng 3.7. Thay đổi ứng suất, biến dạng của kết cấu IFI khi thay đổi độ dày lớp 78


7

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 2.1. Vật liệu Foam 15
Hình 2.2. Mô hình 3D tính kết cấu tàu theo phương pháp PTHH 18
Hình 2.3: Sơ đồ các phương pháp phân tích độ bền kết cấu thân tàu hiện nay 19
Hình 2.4. Các tải trọng tác dụng lên thân tàu thủy 21
Hình 2.5. Mô hình tàu nổi cân bằng trên nước tĩnh 21
Hình 2.6. Cấu trúc xây dựng mô hình tính trong MAESTRO 29
Hình 3.1. Kết cấu vật liệu inox – foam – inox 30
Hình 3.2. Bản vẽ đường hình tàu tính toán 32
Hình 3.3. Bản vẽ bố trí chung tàu tính toán 33
Hình 3.4. Bản vẽ mặt cắt ngang 12 vách ngang 34
Hình 3.5. Máy kéo nén Instron model 3360 36
Hình 3.6. Kích thước mẫu thử (a - mẫu thử uốn ; b - mẫu thử kéo) 37
Hình 3.7. Mẫu thử kết cấu Inox – Foam – Inox 38
Hình 3.8. Khuôn đúc chế tạo mẫu thử 39
Hình 3.9. Định lượng dung dịch Polyol & Isocyanate 40
Hình 3.10. Các mẫu IFI dùng thử uốn 41
Hình 3.11. Mô hình thử nghiệm tìm hệ số Poisson 42
Hình 3.12. Hình ảnh thử mẫu 45
Hình 3.13. Đồ thị lực uốn lớn nhất của mẫu thử IFI 0.5x42x0.5 46
Hình 3.14. Đồ thị lực uốn lớn nhất của mẫu thử IFI 0.8x42x0.8 46
Hình 3.15. Đồ thị lực uốn lớn nhất của mẫu thử IFI 1.0x36x1.0 47
Hình 3.16. Đồ thị lực uốn lớn nhất của mẫu thử IFI 1.2x42x1.2 47
Hình 3.17. Đồ thị lực uốn lớn nhất của mẫu thử IFI 1.4x42x1.4 48
Hình 3.18. Đồ thị lực uốn lớn nhất của mẫu thử IFI 1.5x42x1.5 48
Hình 3.19. Máy thử kéo Hounsfield Model H 50 KS 52
Hình 3.20. Đồ thị ứng lực kéo của inox ( a - hai da, b - một da) 53
Hình 3.21. Biều đồ so sánh độ bền của vật liệu 56
Hình 3.22. Đồ thị quan hệ giữa lực uốn lớn nhất và chiều dày của inox 57

Hình 3.23. Đồ thị quan hệ giữa lực uốn lớn nhất và chiều dày của foam 57
Hình 3.24. Đồ thị mối quan hệ giữa lực uốn lớn nhất và chiều dày lớp foam 58
Hình 3.26. Khai báo thông tin chung tàu 61

8

Hình 3.27. Khai báo vật liệu lớp inox và vật liệu foam 62
Hình 3.28. Khai báo vật liệu lớp foam 62
Hình 3.29. Khai báo các đơn vị tính toán 63
Hình 3.30. Sườn 0-1 và vách đuôi 63
Hình 3.31. Vách đuôi (nghiêng) 64
Hình 3.32. Vách 1-2 64
Hình 3.33. Đuôi tàu 65
Hình 3.34. Vách giữa tàu 65
Hình 3.35. Mũi với boong mũi 66
Hình 3.36. Thân tàu 66
Hình 3.37. Kết cấu khung xương phân đầu 67
Hình 3.38. Kết câu khung xương thân tàu 67
Hình 3.39. Mô hình tàu bằng kết cấu sandwich 68
Hình 3.40. Mặt sau của tàu 68
Hình 3.41. Đồ thị quan hệ lực uốn và chiều dày lớp inox 69
Hình 3.42. Đường hình tàu 69
Hình 3.43. Khai báo điều kiện biên 70
Hình 3.44. Khai báo tải trong bản thân tàu 70
Hình 3.45. Biểu đồ màu biểu thị độ dày tấm 71
Hình 3.46. Phần tiếp xúc với nước biển 71
Hình 3.47. Mô hình tổng thể 72
Hình 3.48. Khai báo điều kiện sóng 72
Hình 3.49. Biểu đồ phân bố khối lượng tàu không 73
Hình 3.50. Biểu đồ phân bố khối lượng tàu đầy tải 73

Hình 3.51. Biểu đồ Momen 74
Hình 3.52. Biểu đồ trọng tâm và tâm nổi tàu 74
Hình 3.53. Biểu đồ áp lực nước lên thân tàu 75
Hình 3.56. Biểu đồ biểu thị màu và ứng xuất 77
Hình 3.57. Biểu đồ biểu thị màu và biến dạng 77
Hình 3.58. Đồ thị khảo sát sự thay đổi ứng suất 79


9

Chương 1: TỔNG QUAN
1.1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
Như đã biết, vật liệu luôn là một trong những vấn đề có vai trò và ý nghĩa
quan trọng của các ngành công nghiệp nói chung và công nghiệp tàu thủy nói riêng,
nhất là khi tàu thủy làm việc trong môi trường phức tạp, chịu mức độ ăn mòn cao.
Cho đến hiện nay, vật liệu dùng chế tạo các loại tàu thông dụng phổ biến là vật liệu
kim loại như sắt, nhôm hoặc vật liệu phi kim loại như gỗ và composite. Tuy nhiên
các loại vật liệu truyền thống này thường vẫn còn rất nhiều điểm hạn chế. Các vật
liệu kim loại như sắt, thép rất dễ bị ăn mòn trong môi trường nước mặn, thường
xuyên bị hàu, hà bám bẩn nên chi phí sơn sửa và bảo dưỡng tàu khá cao. Ngoài ra,
tàu vỏ sắt còn có nhược điểm là do trọng lượng khá lớn, dẫn đến tiêu hao nhiên liệu
lớn, mặt khác gỉ sét và sơn chống gỉ vỏ tàu cũng gây ô nhiễm môi trường. Vật liệu
hợp kim nhôm tuy có thể khắc phục được các nhược điểm của tàu vỏ thép nhưng
giá thành đắt, công nghệ chế tạo phức tạp, cần có máy móc thiết bị hiện đại. Vật
liệu Composite tuy có ưu điểm là khả năng chống ăn mòn cao, ít bị bán bẩn nhưng
có nhược điểm như độ bền va đập kém, vật liệu không có khả năng tái chế và độc
hại nên có thể gây nguy hiểm cho môi trường, chi phí thi công tàu đơn chiếc khá
cao do tốn chi phí làm khuôn, thường bị rung, gây khó chịu cho người trên tàu. Gỗ
là loại vật liệu đang được sử dụng phổ biến trong công nghiệp đóng tàu ở nước ta
hiện nay, chủ yếu là dùng đóng các loại tàu khai thác hải sản và phục vụ du lịch tốc

độ thấp nhưng việc dùng gỗ đóng tàu đã dẫn đến tàn phá rừng, ảnh hưởng xấu môi
trường.
Từ những trình bày trên đây nhận thấy, việc nghiên cứu tìm kiếm loại vật
liệu hoặc kết cấu mới dùng để làm vỏ tàu là vấn đề có vai trò và ý nghĩa rất quan
trọng. Từ đó, chúng tôi mạnh dạn đề xuất nghiên cứu sử dụng loại kết cấu vật liệu
mới, kiểu sanwich gồm các thành phần inox - foam - inox, tạm gọi kết cấu vật liệu
IFI, với hai lớp Inox hai bên đệm lớp Foam ở giữa nhằm thử nghiệm làm vật liệu vỏ
tàu. Về định tính, Inox là vật liệu có giá thành thấp hơn so với hợp kim nhôm dùng
trong đóng tàu và cơ tính cao so với vật liệu khác, do đó việc sử dụng hai lớp vật
liệu này sẽ đảm bảo được độ an toàn về mặt cơ tính, vật liệu có khả năng chống ăn

10

mòn tốt, dễ chế tạo, bề mặt nhẵn nên ma sát thấp. Lớp Foam bên trong sẽ làm tăng
khả năng chịu lực, giảm bớt rung khi chuyển động. Bên cạnh đó, kết cấu kiểu
Sandwich có thể sẽ làm giảm được khối lượng của Inox và làm tăng được cơ tính
của kết cấu (làm tăng momen uốn và chống được lực uốn), thích hợp cho việc sản
xuất hàng loạt, dẫn đến làm giảm được giá thành sản phẩm. Tuy nhiên, do đây là
kiểu kết cấu mới nên để có thể sử dụng được trong đóng vỏ tàu thì cần giải quyết
hàng loạt vấn đề đặt ra về cơ tính, kích thước kết cấu, tính kinh tế … Với cách đặt
vấn đề như thế, đề tài đặt vấn đề nghiên cứu thử nghiệm việc sử dụng kết cấu dạng
Inox - foam - inox trong chế tạo phần vỏ các loại tàu du lịch cỡ nhỏ. Hy vọng việc
sử dụng thành công loại kết cấu vật liệu này sẽ mở ra triển vọng mới trong chế tạo
các loại tàu du lịch, tàu cá… bằng dạng kết cấu vật liệu mới có nhiều ưu điểm như
dễ chế tạo, dễ tạo hình, chi phí đóng và chi phí bảo dưỡng vỏ tàu thấp, tốc độ ăn
mòn trong nước biển thấp, đặc biệt là vật liệu thân thiện với môi trường.
1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐỐI VỚI VẤN ĐỀ ĐẶT RA
Thực tế hiện nay, việc sử dụng các kết cấu dạng Sandwich trong đóng tàu
thủy cũng đã được nhiều nước tiên tiến trên thế giới nghiên cứu và ứng dụng từ khá
lâu. Phổ biến nhất là kết cấu gồm ba lớp vật liệu nằm sát và liên kết bền chặt với

nhau, thuật ngữ tiếng Anh là kết cấu kiểu Sandwich hiểu theo nghĩa là kết cấu gồm
3 lớp, hai lớp ngoài cùng được gọi là lá mỏng, gồm nhiều lớp mỏng, có đặc tính
chịu kéo, chịu nén tốt, bằng vật liệu Composite với lá mỏng trong cùng có kích cỡ
bằng lớp đầu tiên, kết cấu vật liệu như lớp ngoài. Lớp giữa là vật liệu độn để tăng
độ cứng tấm (tiếng Anh là core) chiếm không gian đáng kể, có đặc tính cơ học đáng
quý là khả năng chịu nén cao. Vật liệu độn có tỉ trọng riêng nhỏ, độ bền cơ học
thấp, khả năng liên kết hai lớp da. Lớp vật liệu độn không chịu kéo nén nhưng có
ưu điểm duy nhất là chuyển tải trọng từ lớp ngoài bên này sang lớp bìa bên kia, hiểu
theo nghĩa cơ học là chịu lực cắt. Vật liệu độn thường là ván ép, gỗ điên điển (gỗ
balsa), bọt mốp như PVC, urethane. Trong thời gian gần đây, một số nước Châu Âu
đã công bố nhiều nghiên cứu liên quan đến kết cấu vật liệu kiểu Sandwich với lớp
da bằng vật liệu thép và nhôm. Tuy nhiên cho đến thời điểm hiện tại, chúng tôi vẫn
chưa tìm thấy được các tài liệu hay công trình nghiên cứu liên quan đến kết cấu vật
liệu kiểu Sandwich như đề xuất nhất là việc ứng dụng dạng kết cấu vật liệu này
trong đóng tàu.

11

1.3. MỤC TIÊU, PHƯƠNG PHÁP, NỘI DUNG VÀ GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU
1.3.1. Mục tiêu và mục đích nghiên cứu
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu khả năng sử dụng kết cấu vật liệu kiểu
Sandwich gồm các thành phần inox - foam - inox trong chế tạo vật liệu làm vỏ tàu,
với mục đích tìm kiếm loại kết cấu vật liệu mới nhằm thay thế các loại vật liệu
truyền thống đang dùng trong đóng tàu vẫn còn nhiều hạn chế.
1.3.2. Nội dung nghiên cứu
Từ mục tiêu và mục đích nghiên cứu đã trình bày, nội dung đề tài tập trung
vào việc chế tạo mẫu và thử nghiệm xác định các thông số vật liệu và các đặc tính
cơ học của kết cấu vật liệu Sandwich như đề xuất và sử dụng các thông số vật liệu
này trong việc tính toán, kiểm nghiệm độ bền một mẫu tàu cụ thể làm bằng kết cấu
này. Trên cơ sở đó, đi đến tính chọn kích thước kết cấu hợp lý cho kết cấu tàu dạng

này, cũng như tính sơ bộ hiệu quả kinh tế khi sử dụng kết cấu dạng này trong đóng
tàu. Từ những trình bày trên đây có thể cấu trúc đề tài gồm các chương như sau:
Chương 1: Phần tổng quan
Nội dung chương trình bày tổng quan về đề tài, tình hình nghiên cứu
trong và ngoài nước, cùng với mục tiêu, nội dung, phương pháp và giới
hạn nội dung nghiên cứu của đề tài.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Nội dung chương sẽ trình bày những cơ sở lý thuyết cần thiết liên quan
đến việc thực hiện đề tài, tập trung vào các nội dung như giới thiệu về
các vật liệu liên quan là inox và foam, cùng với nội dung của bài toán và
chương trình phân tích độ bền kết cấu thân tàu thủy.
Chương 3: Kết quả nghiên cứu
Đây là chương chính của đề tài trình bày những kết quả nghiên cứu nhằm
đánh giá khả năng sử dụng kết cấu vật liệu mới inox - foam - inox trong
đóng tàu theo quan điểm sức bền và kinh tế.
Chương 4: Kết luận và kiến nghị

12

1.3.3. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu sử dụng trong đề tài là kết hợp giữa phương pháp
nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm, trên cơ sở chế tạo mẫu và thử
nghiệm xác định cơ tính của kết cấu vật liệu đề xuất và ứng dụng các thông số vật
liệu đã xác định trong tính toán độ bền của một mẫu tàu cụ thể nhằm mục đích đánh
giá khả năng sử dụng kết cấu vật liệu mới này trong chế tạo các loại tàu du lịch cỡ
nhỏ.
1.3.4. Giới hạn nội dung nghiên cứu
Do là đề tài nghiên cứu kết cấu vật liệu mới nên đề tài giới hạn nội dung
nghiên cứu trong phạm vi sau:
- Nghiên cứu khả năng sử dụng kết cấu vật liệu đề xuất trong chế tạo vỏ tàu

trên cơ sở nghiên cứu độ bền và tính kinh tế của loại kết cấu vật liệu này,
khi so sánh với các loại vật liệu truyền thống thường dùng trong đóng tàu.
Do tính chất tương đồng của hai vật liệu nhôm và inox nên trong đề tài sẽ
lựa chọn vật liệu nhôm để so sánh.
- Nội dung đề tài không đi vào nghiên cứu thiết kế mẫu tàu nên trong đề tài
sử dụng một mẫu tàu nhôm có sẵn để thực hiện tính toán.
- Việc thử nghiệm cơ học hoặc phân tích độ bền đối với kết cấu vật liệu IFI
sẽ áp dụng theo các tiêu chuẩn cần thiết đối với loại vật liệu truyền thống
đã được cơ quan đăng kiểm thừa nhận.
- Việc so sánh chỉ tiêu kinh tế khi sử dụng kết cấu vật liệu mới này trong
đóng tàu chỉ được thực hiện trên cơ sở so sánh chi phí về vật liệu làm vỏ
so với vật liệu nhôm, tạm thời bỏ qua tính toán các chi phí trong gia công.

13

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VẬT LIỆU INOX VÀ VẬT LIỆU FOAM
2.1.1. Vật liệu Inox
Inox hay còn gọi là thép không gỉ gắn liền với tên tuổi của một chuyên gia
ngành thép người Anh là Harry Brearley. Vào năm 1913, ông đã sáng chế ra loại
thép đặc biệt có khả năng chịu mài mòn cao bằng việc giảm hàm lượng Cacbon và
cho Crôm vào thép (0.24% C và 12.8% Cr). Sau đó hãng thép Krupp ở Đức tiếp tục
cải tiến bằng cách thêm nguyên tố Niken vào thép này để tăng khả năng chống ăn
mòn axit và làm mềm hơn để dễ gia công. Trên cơ sở hai phát minh này mà hai loại
mác thép 400 và 300 ra đời ngay trước Chiến tranh thế giới lần thứ nhất. Sau chiến
tranh, những năm 20 của thế kỷ 20, một chuyên gia ngành thép người Anh là ông
W. H Hatfield tiếp tục nghiên cứu, phát triển các ý tưởng về thép không gỉ. Bằng
việc kết hợp các tỉ lệ khác nhau giữa Niken và Crôm trong thành phần thép, ông đã
cho ra đời một loại thép không gỉ mới 18/8 với tỉ lệ 8% Ni, 18% Cr, chính là mác
Inox 304 khá quen thuộc ở ngày nay. Ông cũng là chính là người đã phát minh ra

loại thép mác 321 bằng cách cho thêm một lượng nguyên tố Titan vào thành phần
của loại thép có tỉ lệ 18/8 đã nói ở trên. Trải qua gần một thế kỷ ra đời và phát triển,
ngày nay thép không gỉ đã được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực dân dụng và
công nghiệp với hơn 100 mác khác nhau. Trong ngành luyện kim, thuật ngữ thép
không gỉ (inox) hay thép chống ăn mòn được sử dụng để chỉ một dạng hợp kim sắt
có chứa tối thiểu khoảng 10,5% Crôm. Tên gọi vật liệu này là "thép không gỉ"
nhưng thật ra nó chỉ là hợp kim của sắt không bị biến màu hay bị ăn mòn dễ dàng
như những loại thép thông thường khác.
Thép không gỉ có khả năng chống sự ôxy hoá và chống ăn mòn rất cao, tuy
nhiên sự lựa chọn đúng đắn chủng loại và các thông số kỹ thuật của vật liệu này sao
cho phù hợp với từng trường hợp ứng dụng cụ thể đóng vai trò rất quan trọng. Khả
năng chống sự oxy hoá từ môi trường xung quanh ở nhiệt độ thông thường của thép
không gỉ là nhờ vào tỷ lệ Crôm có trong hợp kim (nhỏ nhất là 13% và có thể lên đến
26% trong trường hợp làm việc trong môi trường làm việc khắc nghiệt). Trạng thái
oxy hoá của Crôm trong trường hợp của loại thép này là Crôm ôxit (III). Khi

14

nguyên tố Crôm có trong loại hợp kim thép này tiếp xúc với không khí sẽ có một
lớp Crôm III oxit rất mỏng xuất hiện trên bề mặt vật liệu nhưng lớp này mỏng đến
mức không thể thấy bằng mắt thường, nghĩa là bề mặt kim loại vẫn sáng bóng. Lớp
vật liệu mỏng này hoàn toàn không tác dụng với nước và không khí nên bảo vệ lớp
thép bên trong. Hiện tượng này gọi là sự oxi hoá chống gỉ bằng kỹ thuật vật liệu. Có
thể thấy hiện tượng như thế này đối với một số kim loại khác như nhôm và kẽm.
Khi kết cấu làm bằng inox liên kết nhau bằng các mối ghép như bulông và đinh tán
thì lớp ôxit của chúng có thể bị bay mất ngay tại các vị trí mà chúng liên kết với
nhau. Còn khi tháo rời chúng ra lại thì có thể nhận thấy tại những vị trí đó sẽ bị ăn
mòn. Khi so sánh những đặc tính của nhóm thép không gỉ với họ thép carbon thấp,
có thể nhận thấy những ưu điểm chung nhất của nó như sau:
- Tốc độ hóa bền rèn và độ dẻo cao hơn

- Độ cứng, độ bền và độ bền nóng cao hơn
- Chống chịu ăn mòn cao hơn
- Độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp tốt hơn
- Phản ứng từ kém hơn (chỉ với thép austenit)
Các đặc điểm cơ tính nêu trên đây thực ra chỉ đúng cho họ thép austenit và có
thể thay đổi khá nhiều ở các mác thép và họ thép khác với họ thép này. Về phương
diện cơ tính, vật liệu Inox có cơ tính khá cao so với các vật liệu khác. Bảng 2.1 giới
thiệu số liệu cơ tính của vật liệu inox so với các loại vật liệu khác.
Bảng 2.1: So sánh độ bền của inox với vật liệu khác [8], [9], [10], [11]

TT

Đại lượng Đơn vị
Vật
liệu
PPC
Thép
đóng tàu
cấp A
Gỗ chò

Vật liệu
FRP
Hợp
kim
nhôm
Inox
304
1 Độ bền kéo

KG/mm
2
2.72

46.89

10.54

19.67

21.24

61.50

2 Module đàn
hồi kéo
KG/mm
2

61.14

2395.70

655.68

756.71

1937.50

3161.20

3 Độ bền uốn

KG/mm
2

3.94

81.64

11.18

21.49

31.69

89.72

4 Module đàn
hồi uốn
KG/mm
2

93.21

7333.30

1582.20

1218.20

1240.56

8259.70



15

2.1.2. Vật liệu Foam
Foam là một loại nhựa tổng hợp dạng bọt cứng, được tạo thành từ kết hợp hai
thành phần hóa học chính Polyol và Isocyanate, gọi dễ hiểu là các chất A và chất B.
Để có thể đạt được các thông số cơ lý tính cụ thể như độ cứng, tỉ trọng, khả năng
dãn nở… thì tỷ lệ pha trộn của hai loại hóa chất này phải tuân theo tỷ lệ nhất định.
Dưới đây giới thiệu các thông số cơ bản của vật liệu foam thông dụng:
Tỷ trọng : (22 – 200) kg/m
3
Khả năng nở : 1 lít dung dịch nở thành 30 lít foam.
Khả năng chịu nhiệt : - 60
o
C đến 80
o
C
Hệ số dẫn nhiệt : (0.019 - 0.023) W/m.k
Chịu nén cao : (180 – 250) Kpa
Độ thấm nước : < 3%
Tuổi thọ trên 15 năm
Tiêu chuẩn : Lloyd's, DIN, ASTM, JIS, GB, FM Approve
Công thức hóa học của Foam được biểu diễn như trên [10]

Hình 2.1 giới thiệu hình ảnh của vật liệu Foam

Hình 2.1. Vật liệu Foam

R
-
N=C=O +
R’
-
OH R
-
N=C=O


H

O – R’

16

2.2. PHÂN TÍCH ĐỘ BỀN KẾT CẤU THÂN TÀU
2.2.1. Khái quát bài toán phân tích độ bền kết cấu thân tàu [4]
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:
- Kết cấu phải đủ bền để không bị nứt, vỡ hay phá hủy dưới tác dụng của các
ngoại lực và các nguyên nhân khác.
- Kết cấu đủ cứng để không bị biến dạng và rung động quá mức cho phép,

có thể làm cho kết cấu đang xét bị mất trạng thái làm việc bình thường,
ngay trong trường hợp vẫn đảm bảo đủ độ bền.
- Kết cấu phải ổn định để luôn giữ được vị trí và hình dạng ban đầu dưới
dạng cân bằng, trong trạng thái biến dạng.
Về lý thuyết, để giải quyết các vấn đề trên đây cần tiến hành phân tích độ bền
nhằm xác định giá trị ứng suất và biến dạng xuất hiện trong kết cấu tàu đang tính,
cơ sở để tính kiểm tra và đánh giá an toàn kết cấu thân tàu trong điều kiện thực tế.
Có thể nhận thấy, nếu tăng kích thước các kết cấu hoặc sử dụng vật liệu tốt hơn thì
khả năng đáp ứng các yêu cầu đặt ra trên đây đối với các kết cấu càng dễ thực hiện.
Tuy nhiên, tăng kích thước không chỉ làm giá thành tàu tăng mà quan trọng hơn,
khối lượng kết cấu lớn có thể ảnh hưởng xấu đến tính năng hàng hải chính của tàu.
Do đó bài toán phân tích độ bền thân tàu là vấn đề có vai trò và ý nghĩa quan trọng
trong thiết kế và chế tạo tàu thủy, nhất là khi sử dụng các loại vật liệu kết cấu mới.
Về nguyên tắc, giải bài toán độ bền kết cấu nói chung và kết cấu tàu nói riêng
thường bắt đầu từ việc xây dựng mô hình tính thể hiện chính xác đặc điểm kết cấu.
Tuy nhiên, do kết cấu thân tàu rất phức tạp, gồm nhiều loại hình kết cấu khác nhau
như thanh, dầm, tấm, vỏ… liên kết chặt với nhau, chịu tác dụng của các ngoại lực
không gian phức tạp sóng, gió nên việc tìm mô hình thể hiện chính xác đặc điểm
làm việc của các kết cấu thân tàu cụ thể là hoàn toàn không đơn giản, do đó việc
phân tích độ bền kết cấu thân tàu là bài toán khó và thường ít có lời giải chính xác.
Tùy theo đặc điểm mô hình tính, có thể chia bài toán phân tích độ bền kết cấu tàu
thành hai dạng là phân tích theo mô hình ước định và theo mô hình tổng thể.


17

1. Phân tích độ bền kết cấu thân tàu theo mô hình ước định
Phân tích độ bền tàu theo mô hình ước định được hiểu là thay kết cấu tàu bằng
mô hình tính tương đương có thể tính theo các phương pháp giải cơ học thông dụng.
Theo mô hình tính này, bài toán phân tích độ bền kết cấu thân tàu được chia thành

hai nội dung là phân tích độ bền chung (còn gọi là độ bền dọc) và phân tích độ bền
cục bộ (hay độ bền riêng).
(a) Phân tích độ bền dọc
Phân tích độ bền dọc là bài toán tìm giá trị ứng suất và biến dạng xuất hiện
trong các mặt cắt ngang tàu, dưới tác dụng của ngoại lực theo phương thẳng đứng.
Trong bài toán này, toàn bộ kết cấu thân tàu được xem giống thanh tương đương có
thành mỏng, đặt trên nền đàn hồi và chịu tác dụng của các ngoại lực tương ứng với
các ngoại lực thẳng đứng tác dụng lên kết cấu thân tàu, gồm trọng lực và lực nổi.
Kết quả phân tích độ bền dọc sẽ cho giá trị ứng suất khi tàu bị uốn dọc toàn tàu 
1
.
(b) Phân tích độ bền cục bộ
Phân tích độ bền cục bộ là bài toán tìm giá trị ứng suất và biến dạng xuất hiện
trong kết cấu thân tàu dưới ảnh hưởng của ngoại lực tác dụng riêng lên từng kết cấu.
Ví dụ, kết cấu đáy ngoài việc chịu uốn chung dưới tác dụng của trọng lực và lực nổi
còn chịu uốn riêng do tác dụng áp lực nước bên ngoài và áp lực hàng trong khoang.
Giải bài toán độ bền cục bộ sẽ dẫn đến giải bài toán cơ học kết cấu thân tàu cụ thể
như dàn đáy, dàn boong, dàn mạn, các khung sườn ngang, các tấm vỏ tàu,vv…
Theo mô hình tính như hệ dầm trực giao, tấm có sườn gia cường, khung phẳng,…
Kết quả phân tích độ bền cục bộ sẽ cho các giá trị ứng suất cục bộ 
i
(i = 2, 3, , n).
Khi đó, giá trị ứng suất tại điểm bất kỳ trên kết cấu thân tàu  tính bằng tổng
ứng suất tính từ bài toán độ bền dọc và các bài toán độ bền cục bộ theo công thức :
 = 
1
+




n
2i
i
(2.1)
trong đó : 
1
- giá trị ứng suất khi tàu bị uốn dọc

i
- các giá trị ứng suất uốn cục bộ của tàu


18

2. Phân tích độ bền kết cấu thân tàu theo mô hình tổng thể
Theo mô hình tính tổng thể, toàn bộ kết cấu thân tàu xem như hệ không gian
đặt trên nền đàn hồi gồm nhiều loại hình kết cấu dầm, tấm, vỏ,… liên kết với nhau.
Khi đó, các bộ phận kết cấu như đáy, boong, mạn, sườn và các chi tiết hình thành
chúng như hệ dầm gia cường, tôn bao xem như làm việc đồng thời trong mô hình.
Điều kiện biên xây dựng trên cơ sở xem toàn bộ kết cấu tàu như vật thể đàn hồi cân
bằng dưới tác dụng trọng lượng tải trọng trên tàu và phản lực nền là lực đẩy. Theo
xu hướng hiện nay, độ bền kết cấu tàu được phân tích theo mô hình tổng thể bằng
phương pháp tính hiện đại và hiệu quả nhất là phương pháp phần tử hữu hạn hình
2.2 giới thiệu mô hình tính kết cấu thân tàu dưới dạng mô hình không gian. Mô hình
không gian 3D dùng trong phương pháp phần tử hữu hạn hiện đang được quan tâm,
không chỉ trong bài toán tính bền mà còn dùng tính mỏi kết cấu thân tàu. Tuy nhiên
việc sử dụng mô hình này đòi hỏi nhiều dữ liệu đầu vào và thời gian tính lớn nên
cần có chương trình phân tích kết cấu mạnh và các máy tính cỡ lớn để tính.

Hình 2.2. Mô hình 3D tính kết cấu tàu theo phương pháp PTHH

19

3. Phân tích, lựa chọn mô hình tính
Một cách tổng quát, có thể tóm tắt quá trình phân tích độ bền kết cấu thân tàu
dựa theo mô hình tính ước định và mô hình tổng thể như trên sơ đồ hình 2.3.












Hình 2.3: Sơ đồ các phương pháp phân tích độ bền kết cấu thân tàu hiện nay
Mô hình ước định tuy đơn giản và không đòi hỏi điều kiện tính phức tạp
nhưng vẫn còn rất hạn chế, nhất là khi phân tích độ bền kết cấu các loại tàu đặc biệt,
tàu chuyên dụng hay tàu có kích thước nằm ngoài quy định quy phạm hiện hành.
Kết quả phân tích độ bền các kết cấu thân tàu theo mô hình ước định rất ít chính xác
do nhược điểm lớn nhất của nó là mâu thuẫn giữa mô hình tính và phương pháp giải
vì nếu mô hình tính đơn giản, dễ giải thì không phản ánh hết đặc điểm kết cấu thực,
nhưng nếu phức tạp thì khó có lời giải chính xác và hạn chế độ tin cậy của kết quả.
Đồng thời, việc chia quá trình tính ra hai giai đoạn tuy có cơ sở khoa học nhất định,

nhưng chỉ mang tính định tính nhiều hơn là tình trạng làm việc thực của kết cấu và
việc nâng cao chất lượng mô phỏng quá trình tính gặp nhiều hạn chế, xuất phát từ
thuật toán xác định ranh giới vật lý và cơ học giữa độ bền chung và độ bền cục bộ.
Tuy nhiên trong từng bài toán cụ thể, việc nâng cao chất lượng mô hình tính cũng

i
THÔNG TIN VỀ TÀU
KẾT CẤU TÀU THỦY
Phân tích ứng suất
và biến dạng của kết
cấu thân tàu theo mô
hình t
ổng thể

Phân tích độ bền cục bộ kết cấu
tàu như : dàn đáy, boong, mạn,
sườn ngang, tôn vỏ v v…
 = 
1
+



n
2i
i

Đánh giá độ bền kết cấu thân tàu

1

Phân tích đ
ộ bền chung của kết cấu
thân tàu ch
ịu uốn, nén v
à
xoắn

20

thực hiện và cho hiệu quả ở mức độ nhất định nên tính theo mô hình ước định
thường đơn giản hơn nhiều và khả năng có thể tính được bằng tay trong điều kiện
hạn chế về máy tính và các chương trình phân tích kết cấu cỡ lớn.
So với mô hình ước định, mô hình tổng thể cho kết quả tính sát thực tế hơn vì
nó bảo toàn được các tính chất vật lý và cơ học của kết cấu thực tế ở mức độ cao,
nhưng đòi hỏi nhiều công sức trong lập mô hình, chuẩn bị số liệu, phân tích kết quả.
Hơn nữa, phương pháp này chỉ có thể thực hiện khi có được chương trình phân tích
độ bền kết cấu nói chung và phân tích độ bền kết cấu thân tàu đủ mạnh, cùng với
máy tính lớn và tốc độ cao, điều kiện mà không phải lúc nào cũng đáp ứng được.
Trong điều kiện nước ta hiện nay, với khả năng chỉ có máy tính vừa và nhỏ
thì việc tính theo mô hình tính ước định trên cơ sở chia quá trình tính thành bài toán
độ bền chung và độ bền cục bộ như đã nêu tỏ ra phù hợp hơn vì quá trình phân tích
và xử lý kết quả tính theo mô hình này đơn giản hơn so với theo mô hình tổng thể.
Tuy nhiên gần đây, nhờ sự phát triển các phương pháp phân tích độ bền kết cấu,
nhất là phương pháp phần tử hữu hạn, cùng sự có mặt của nhiều chương trình tính
đã cho phép tính độ bền thân tàu theo mô hình tổng thể hoặc mô hình phức tạp hơn.
Phương pháp phần tử hữu hạn, cùng với các chương trình tính thường xây dựng trên
cơ sở chia nhỏ kết cấu thành số hữu hạn các phần tử đơn giản như dầm, tấm, vỏ,
liên kết lại với nhau qua các nút để tính ứng suất và biến dạng của toàn bộ kết cấu.
So với mô hình tính ước định, mô hình tính tổng thể theo phương pháp phần tử hữu
hạn thể hiện chính xác đặc điểm làm việc thực của kết cấu nên cho kết quả tin cậy

hơn. Trên cơ sở phương pháp phần tử hữu hạn hiện có nhiều phần mềm tính độ bền
tàu như MISA (Nhật), NASTRAN, MAESTRO (Mỹ), SESAM (Na Uy), AMUR
(Nga). Trong đề tài này, do phải tính độ bền kết cấu tàu bằng kết cấu vật liệu mới
nên chúng tôi chọn lựa phân tích độ bền kết cấu tàu tính toán theo mô hình tổng thể
bằng phần mềm phân tích độ bền kết cấu tàu khá mạnh hiện nay của Mỹ là Maestro.
Phần mềm này phân tích độ bền kết cấu thân tàu theo phương pháp phần tử hữu hạn
dựa trên cơ sở phân tích độ bền chung (độ bền dọc) và độ bền cục bộ dưới tác dụng
của ngoại lực, do đó trong phần tiếp theo, chúng tôi giới thiệu khái quát về bài toán
phân tích độ bền này theo phương pháp phần tử hữu hạn.

21

2.2.2. Phân tích độ bền chung[4]
Kết cấu thân tàu là tổ hợp gồm nhiều kết cấu khác nhau như thanh, dầm, các
kết cấu dạng tấm vỏ như vỏ đáy, vỏ mạn, sàn boong, vách ngăn Đa số những kết
cấu này đều tham gia đảm bảo sức bền dọc cho toàn bộ thân tàu, đồng thời còn chịu
tác dụng tải trọng riêng như áp lực nước, trọng lượng hàng … nên biến dạng do
uốn chung, các kết cấu còn chịu biến dạng do uốn cục bộ gây ra. Thân tàu nổi trên
mặt nước chịu tác dụng của hai ngoại lực ngược chiều nhau là trọng lượng của thân
tàu cùng với hàng hóa (weight) và lực nổi (buoyance force). Nếu coi thân tàu là một
dầm liên tục, làm từ vật liệu đàn hồi, còn đặc tính hình học khác nhau ở các mặt cắt,
dầm phải chịu tải trọng bản thân, hàng hóa, người trên tàu. Lực nổi có giá trị tỷ lệ
thuận với phần chìm thân tàu trong nước, có độ lớn thay đổi dọc theo chiều dài tàu
tùy thuộc vào diện tích mặt cắt ngang tại các vị trí đang xét. Nếu gọi p(x) là lực
phân bố trọng lượng dọc chiều dài tàu, b(x) là phân bố lực nổi, phân bố tải trọng tác
động lên mặt cắt bất kỳ thân tàu sẽ là (hình 2.4)
q(x) = p(x) – b(x) (2.1)
Hình 2.4. Các tải trọng tác dụng lên thân tàu thủy
Hình 2.5 mô tả hình ảnh tàu nổi cân bằng trên mặt nước
Hình 2.5. Mô hình tàu nổi cân bằng trên nước tĩnh

22

Từ điều kiện cân bằng, để tàu nổi cân bằng trên mặt nước phải thõa mãn các
điều kiện cân bằng lực và momen tác dụng lên tàu.
- Điều kiện cân bằng lực

0)x(d)x(bdx)x(pdx)x(q
L
0
L
0
L
0


(2.2)
- Điều kiện cân bằng momen

0)x(xd).x(bxdx.)x(pdxx).x(q
L
0
L
0
L
0


(2.3)
Với tàu nổi cân bằng, lực cắt N(x) và momen uốn M(x) tính theo công thức:



x
0
dx)x(q)x(N
(2.4)



x
0
x
0
x
0
dxdx)x(qdx)x(N)x(M
(2.5)
Mục đích của bài toán tính sức bền chung thân tàu là để xác định ứng suất và
biến dạng trong mặt phẳng dọc tàu do bị uốn.
Ứng suất do uốn chung được xác định theo công thức :
z
I
M
 (2.6)
trong đó: M - momen uốn tại mặt cắt đang xét.
I - momen quán tính của mặt cắt ngang dầm tương đương đối với
trục trung hòa.
z - khoảng cách từ trục trung hòa đến điểm đang xét.
Ứng suất tiếp khi uốn chung thân tàu :

It
NS
 (2.7)
trong đó: N - lực cắt tác dụng lên mặt cắt đang xét.
S - momen tĩnh diện tích mặt cắt ngang kết cấu đối với trục trung hòa
t - tổng chiều dày các kết cấu dọc tại vị trí xác định ứng suất tiếp.

23

2.2.3. Giải bài toán độ bền cục bộ thân tàu bằng phương pháp PTHH [5]
Phương pháp phần tử hữu hạn là phương pháp số đặc biệt để tìm dạng xấp xỉ
gần đúng một hàm chưa biết trên từng phần tử V
e
thuộc miền xác định V của nó.
Do đó phương pháp này rất thích hợp với bài toán có hàm cần xác định trên miền
phức tạp gồm nhiều vùng có đặc tính hình học, vật lý, điều kiện biên khác nhau.
Khi tính theo phương pháp này, miền V được chia thành một số hữu hạn miền con
gọi là phần tử, nối nhau ở các điểm đã định trên miền biên phần tử, gọi là điểm nút.
Trong phạm vi mỗi phần tử, đại lượng cần tìm được lấy gần đúng dưới dạng một
hàm đơn giản gọi là hàm xấp xỉ và hàm xấp xỉ này biểu diễn qua các giá trị hàm
(hoặc có khi là các giá trị đạo hàm của nó), tại các điểm nút nằm trên các phần tử.
Các giá trị này là bậc tự do của phần tử và được xem là ẩn số cần tìm của bài toán.
Sau khi tìm được các ẩn bằng cách giải hệ phương trình đại số thiết lập sẽ tìm hàm
xấp xỉ biểu diễn đại lượng cần tìm trong tất cả phần tử, từ đó tìm đại lượng còn lại.
Một cách tổng quát, có thể tóm tắt trình tự thực hiện tính theo phương pháp
phần tử hữu hạn như sau:
Bước 1: Xây dựng mô hình tính
Chia miền khảo sát V thành các miền con V
e

hay thành phần dạng thích hợp.
Với một bài toán cụ thể, số lượng, hình dạng, kích thước phần tử phải xác định rõ.
Số điểm nút của mỗi phần tử không lấy một cách tùy tiện mà phụ thuộc hàm xấp xỉ
định chọn.
Bước 2: Chọn hàm xấp xỉ thích hợp
Bước tiếp theo là giả thiết dạng hàm xấp xỉ của đại lượng cần tìm để tìm và
biểu diễn nó theo tập hợp giá trị và có thể cả đạo hàm của nó ở các nút phần tử [u]
e
.
Dạng hàm xấp xỉ được lựa chọn sao cho đơn giản khi tính toán và thỏa mãn được
các tiêu chuẩn hội tụ và thường ở dạng đa thức.
Bước 3: Xây dựng phương trình cân bằng của các phần tử
Phương trình cân bằng của phần tử trong miền khảo sát V có thể lập bằng
nhiều cách như phương pháp trực tiếp, dùng nguyên lý hay phương pháp biến phân.


24

Kết quả nhận được có thể biểu diễn dưới dạng phương trình cân bằng:
[K]
e
{u} = {F}
e
(2.8)
trong đó: [K]
e
- ma trận độ cứng của phần tử
{u}
e
- vectơ chuyển vị nút phần tử

{F}
e
- vectơ tải lực tác dụng phần tử
Bước 4: Xây dựng phương trình cân bằng của toàn hệ
Tiến hành ghép nối các phần tử và kết quả nhận được hệ phương trình sau:
[K]{u} = {F} (2.9)
trong đó: [K] - ma trận độ cứng tổng thể
{u} - vectơ chuyển vị nút tổng thể, tức là tập hợp các giá trị đại lượng
cần tìm tại các nút
{F} - vectơ tải lực tác dụng tổng thể
Áp đặt các điều kiện biên của bài toán vào hệ thống phương trình này để nhận
được phương trình hệ thống hay hệ phương trình để giải dưới dạng:
[K*]{u*} = {F*} (2.10)
Khi tính độ bền xem như mô hình đặt trên nền đàn hồi và bị giữ tại hai đầu.
Do đó, áp dụng quy chuẩn Việt Nam QCVN 21, hai đầu mô hình phải được cố định
như bảng sau:
Bảng 2.2. Điều kiện biên cho mô hình tính theo phương pháp PTHH FEM
Tịnh tiến Quay
Vị trí điểm độc lập
Dx Dy Dz Rx Ry Rz
Điểm độc lập ở mút sau
của mô hình
- Cố định Cố định - - -
Điểm độc lập ở mút trước
của mô hình
Cố định Cố định Cố định Cố định - -
Bước 5: Giải hệ phương trình đại số
Tiến hành giải hệ (2.10) để xác định chuyển vị của các điểm nút và dựa theo
kết quả trên tiếp tục tìm giá trị ứng suất, chuyển vị hay biến dạng của tất cả phần tử.

25

2.2.4. Các phương pháp kiểm tra độ bền kết cấu thân tàu.
Theo quy định trong quy phạm, cần tiến hành kiểm tra đánh giá độ bền kết cấu
thân tàu theo các trường hợp cụ thể sau:
1. Kiểm tra theo giá trị ứng suất cho phép
Kiểm tra độ bền chung tàu theo giá trị ứng suất cho phép thực hiện bằng cách
so sánh giá trị ứng suất pháp và ứng suất tiếp lớn nhất xuất hiện trong quá trình uốn
chung thân tàu với các giá trị cho phép.



 









ymax
ymax
k
k
(2.11)
Với k

, k


là giá trị các hệ số dự trữ ứng suất pháp và ứng suất tiếp trong quá trình
uốn dọc, tính đến tỷ lệ giá trị ứng suất cho phép so với ứng suất chảy của vật liệu 
y

Lưu ý cần phải kiểm tra độ bền thân tàu ít nhất tại 3 vị trí mặt cắt ngang giữa tàu,
vách ngăn cuối cùng của kiến trúc thượng tầng, vị trí thay đổi của các khung xương.

2. Kiểm tra theo giá trị momen uốn giới hạn
Kiểm tra độ bền các kết cấu tàu theo giá trị momen uốn giới hạn M
gh
được
thực hiện bằng cách so sánh giá trị momen uốn lớn nhất M
max
tác dụng lên kết cấu
thân tàu với giá trị momen uốn giới hạn M
gh
, được hiểu là momen uốn giả thiết mà
khi tác dụng lên thân tàu trong mặt phẳng dọc sẽ gây ra ở các mép ngoài cùng của
thanh tương đương (lớp vỏ ngoài cùng của đáy hoặc boong tại mặt cắt đang xét)
ứng suất nguy hiểm có giá trị bằng giới hạn chảy vật liệu.

8.1
max

M
M
gh
(2.12)
3. Kiểm tra theo giá trị ứng suất pháp tổng hợp

Kiểm tra độ bền kết cấu theo giá trị ứng suất pháp tổng hợp được thực hiện
bằng cách so sánh giá trị ứng suất Vonmis, bao gồm ứng suất pháp và ứng suất tiếp
cục bộ xuất hiện trong kết cấu với giá trị cho phép.

xy
2
yx
2
y
2
xvm
3σσ 
(2.13)
Để đảm bảo bền, ứng suất sinh ra do uốn chung phải thỏa hệ thức sau:

64.0
y
vm
y



(2.14)