Tải bản đầy đủ (.pdf) (54 trang)

Tài liệu BÀI GIẢNG MÔN HỌC CƠ KẾT CẤU TÀU pdf

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (816.86 KB, 54 trang )

23/10/2007
Cơ kết cấu tàu
1
B
B
À
À
I GI
I GI


NG MÔN H
NG MÔN H


C
C

CƠ K
CƠ K


T C
T C


U T
U T
À
À
U


U
Cán bộ

giảng

dạy: Đỗ

Hùng

Chiến.
Bộ

môn: Cơ

kếtcấutàuthủy.
Khoa: Đóng

tàu

thủy

& Công

trình

nổi.
Trường: Đạihọc

Giao


thông

vậntảiTpHCM
23/10/2007
Cơ kết cấu tàu
2
M
M



đ
đ


u
u
z
Cơ kếtcấutàugiải quyếtcácbàitoánvề
độ bềnvàđộ cứng củakếtcấutàu.
z
Đảmbảo độ bền đồng nghĩavớiviệcgiảm
chi phí cho nguyên vậtliệu, tứclàgiảmgiá
thành cho con tàu được đóng.
z
Khoa học, cung cấpchongườikỹ sưđóng
tàu các phương pháp tính toán kếtcấuvỏ
tàu vềđộbềnvàđộ cứng, gọilàcơ kếtcấu
tàu thủy
23/10/2007

Cơ kết cấu tàu
3



k
k
ế
ế
t
t

c
c


u
u

t
t
à
à
u
u

thu
thu




gi
gi


i
i

đ
đ
á
á
p
p

ba
ba

v
v


n
n

đ
đ




ch
ch
í
í
nh
nh

sau
sau

đây
đây
:
:
z
Vấn đề nộilực: Ứng suấtvàbiếndạng nào
xuấthiện trong kếtcấuthântàu.
z
Vấn đề ngoạilực: Ngoạilựcnàocóthể tác
dụnglênthântàu.
z
Vấn đề đánh giá độ bền: Ứng suấtvà
chuyểnvị nàocóthể chophépxuấthiện
trên kếtcấuthântàu.
23/10/2007
Cơ kết cấu tàu
4




k
k
ế
ế
t
t

c
c


u
u

t
t
à
à
u
u

thu
thu


,
,
theo
theo


ngh
ngh
ĩ
ĩ
a
a

đ
đ


y
y

đ
đ


,
,
bao
bao

g
g


m
m


2
2
ph
ph


n
n
:
:
1. Cơ

kếtcấutàu

thuỷ





thuyết

đàn

hồi,
giành

cho

các


bài

toán

tĩnh

củavấn

đề

nội

lực.
2. Sứcbềnvàchấn

động

thân

tàu, giải

quyết

các

bài

toán


vềứng

suất(vấn

đề

nộilực),
về

tảitrọng

tác

dụng

lên

thân

tàu

( vấn

đề

ngoạilực) vềđánh

giá

độ


bềnvàvề

việc

tínhtoánkếtcấuthântàudướitácdụng

củatảitrọng

thay

đổitheothờigian(chấn

động

thân

tàu).
23/10/2007
Cơ kết cấu tàu
5
Môn
Môn

h
h


c
c


đ
đ



c
c


p
p

đ
đ
ế
ế
n
n

nh
nh


ng
ng

v
v



n
n

đ
đ



v
v



n
n


i
i

l
l


c
c
,
,
bao

bao

g
g


m
m

c
c
á
á
c
c

chương
chương
:
:
z
Chương 1 : UỐN CÁC THANH THẲNG VÀ HỆ
THANH ĐƠN GIẢN.
z
Chương 2 : UỐN DẦM TRÊN NỀN ĐÀN HỒI.
z
Chương 3 : UỐN DÀN PHẲNG.
z
Chương 4 : UỐN DẦM GHÉP.
z

Chương 5 : CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG QUÁT
VÀ CÁC ĐỊNH LÝ NĂNG LƯỢNG.
z
Chương 6 : UỐN PHỨC TẠP VÀ ỔN ĐỊNH CÁC
THANH VÀ DÀN PHẲNG.
23/10/2007
Cơ kết cấu tàu
6
T
T
Ó
Ó
M LƯ
M LƯ


C
C
z
Cơ kếtcấutàugiải quyết bài toán vềđộ
bềnvàđộ cứng, thựcchấtlàvấn đề nội
lực.
z
Chương trình họcbaogồm6 chương.
z
Giớithiệu cho sinh viên hiểubiếttổng
quan về môn học
23/10/2007
Cơ kết cấu tàu
1

B
B
À
À
I GI
I GI


NG MÔN H
NG MÔN H


C
C

CƠ K
CƠ K


T C
T C


U T
U T
À
À
U
U
Cán bộ


giảng

dạy: Đỗ

Hùng

Chiến.
Bộ

môn: Cơ

kếtcấutàuthủy.
Khoa: Đóng

tàu

thủy

& Công

trình

nổi.
Trường: Đạihọc

Giao

thông


vậntảiTpHCM
23/10/2007
Cơ kết cấu tàu
2
CHƯƠNG
CHƯƠNG
1: U
1: U


N C
N C
Á
Á
C THANH TH
C THANH TH


NG
NG
V
V
À
À

H
H


THANH ĐƠN GI

THANH ĐƠN GI


N
N
&1. C
&1. C
Á
Á
C QUAN H
C QUAN H


CƠ B
CƠ B


N C
N C


A LÝ
A LÝ
THUY
THUY


T U
T U



N D
N D


M
M
1.
1.
Kh
Kh
á
á
i
i

ni
ni


m
m
:
:
-

Thanh: Tên

gọi


dùng

để

chỉ

vậtthể



một

trong

ba

kích

thước

( trong

không

gian

3 chiềucủahìnhhọc

Euclic


)
củanólớnhơnnhiều

so với

hai

kích

thướccònlại.
+ Các

thành

phầncủa

thanh: Tiếtdiện

ngang, trọng

tâm

tiếtdiện

ngang, trụccủa

thanh.
+ Thanh

thẳng




tiếtdiện

ngang

không

đổichínhlà

thanh

lăng

trụ.
-Dầm:

Thanh

đượcgọilàdầmkhilàmviệcchủ

yếuuốn

dướitácdụng

của

các


tảitrọng

ngang.
23/10/2007
Cơ kết cấu tàu
3
2.
2.
C
C
á
á
c
c

gi
gi



thuy
thuy
ế
ế
t
t
:
:
z
Thừanhậngiả thuyếttiếtdiệnphẳng.

z
Bỏ qua ứng suất pháp trên các diệntíchsong
song vớitrụcdầm, vì chúng quá nhỏ.
z
Chỉ giớihạnkhảo sát các dầmcứng, là dầmcó
độ võng nhỏ so vớichiềucaotiếtdiện ngang của
nó và có góc xoay tiếtdiện ngang là nhỏ khi so
với đơnvị.
z
Trạng thái ứng suấttrêntiếtdiện ngang củadầm
chỉ phụ thuộcvàochỉ phụ thuộcvàohợplựccủa
các ứng lựctácdụng trên tiếtdiệnngangmà
không phụ thuộc gì vào cách thứctácdụng của
tảitrọng ngoài lên dầm.
z
Dầm đượcnghiêncứu ởđây là dầmthẳng, làm từ
vậtliệu đồng chất
23/10/2007
Cơ kết cấu tàu
4
3.
3.
H
H



tr
tr



c
c

t
t


a
a

đ
đ


:
:
Trục

Ox trùng

vớitrụcdầm

còn

các

trụcOyvàOz sẽ




các

trục

quán

tính

chính

xuyên

tâm

(trục

quán

tính

tâm

chính) củatiếtdiện

ngang.
Trường

hợptrụcdầm


không

thẳng, trục

Ox quy

ước

đi

qua trọng

tâm

các

tiếtdiện

ngang

hai

đầudầm. Oxyz

làm

thành

một


tam diệnthuận.
23/10/2007
Cơ kết cấu tàu
5
3. Qui
3. Qui
ư
ư


c
c

d
d


u
u
:
:

T
T


t
t

c

c



c
c
á
á
c
c

ph
ph


n
n

tr
tr
ì
ì
nh
nh

b
b
à
à
y

y

sau
sau

n
n
à
à
y
y

tuân
tuân

th
th



c
c
á
á
c
c

qui
qui
ư

ư


c
c

sau
sau

đây
đây

v
v



d
d


u
u
:
:
-

Độ

võng




tảitrọng

phân

bố

(lực

rải) được

coi



dương, nếunhư

chúng

trùng

vớichiềudương

củatrụcOz .
-

Góc


xoay

tiếtdiện

ngang



dương,
nếunhư

nếu

xoay

theo

chiềukimđồng

hồ.
-Moment uốnlàdương

trong

trường

hợpnógâyratácdụng

làm


cong dầm

về

phía

âm

củatrụcOz, tứcgiãnthớ

âm



nén

thớ

dương

dọctheotrụcnày
-Lựccắt

đượccoilàdương

khi






tác

dụng

xoay

phầnbênphảicủadầm

ngượcchiềukimđồng

hồ, khi

nhìn

từ

phía

dương

củatrục

Oy.
23/10/2007
Cơ kết cấu tàu
6
4.
4.
C

C
á
á
c
c

quan
quan

h
h



trong
trong

u
u


n
n

d
d


m
m

:
:
z
Dựatrêngiả thuyết: Độ cong của
đường đàn hồido uốndầmlàbévàtiết
diệnphẳng ta có:
Vì:
theo

định

luật

Hooke

:
; &
2
2
21
dx
dx
wd
dx
dw
dx
dw
+==
αα
)1.1(

12
dx
z
x
αα
ε

−=
()
1.2
2
2
dx
wd
Ez
x
−=
σ
Công
Công

th
th


c
c

(1.2)
(1.2)

cho
cho

th
th


y
y
,
,
v
v


i
i

d
d


m
m

đư
đư


c

c

l
l
à
à
m
m

t
t



v
v


t
t

li
li


u
u

đ
đ



ng
ng

ch
ch


t
t



ng
ng

su
su


t
t

ph
ph
á
á
p
p


khi
khi

u
u


n
n

thay
thay

đ
đ


i
i

tuy
tuy
ế
ế
n
n

t
t

í
í
nh
nh

d
d


c
c

theo
theo

chi
chi


u
u

cao
cao

d
d


m

m
23/10/2007
Cơ kết cấu tàu
7
-Nếuxétdầm

không

chịutácđộng

lựcdọctrục

:
Kếtluận: trụctrunghoàđiqua trọng

tâm

mặtcắt

ngang

củadầm
-Moment củanộilựcxuấthiện

trong

dầm, lấy

đốivớitrục


trung

hoà

sẽ

phảibằng

moment ngoạilựcM
-Moment nộilựclấy

đốivớitrục

Oz tính

theo

cách

tương

tự:
Từ

biểuthức

(1.4) ta




công

thứccơ

bảnuốndầm
)4.1(
2
2
2
Mdydzz
dx
wd
EzdydzM
AA
xy
==−=
∫∫∫∫
σ
)3.1(0
2
2
=−=
∫∫∫∫
AA
x
zdydz
dx
wd
Ezdydz
σ

0
2
2
=−==
∫∫∫∫
AA
xz
zydydz
dx
wd
EydydzM
σ
)5.1(
2
2
M
dx
wd
EI =
23/10/2007
Cơ kết cấu tàu
8
-

Nếunhư

tạitiếtdiện

bên


trái

của

phân

tố

, tiếtdiện

x, có

các

lựccắt

N và

moment uốnM thìtạitiếtdiệnbênphải, tiếtdiện

x+dx, các

yếutố

nộilựclà:
-

Điềukiện

cân


bằng

:
-

Cho

qua giớihạn, dx



0 ta

có:
Từ

(1.7) và

(1.8) có

thể

viết:
Biểuthứctổng

quát

củalựccắtvàmoment uốn:
Các


công

thức

(1.10) và

(1.11) có

thể

dùng

để

tính

cách

dầmtĩnh

định

mộtnhịp.
0 =
2
+N(x)dx + dx] +[M(x) - M(x)
0 =q(x)dx + dx] + N(x) [ - N(x)
2
dx

q
dx
dx
dM
dx
dx
dN
N ++ M &
()
()
)8.1(
)7.1(
xN
dx
dM
xq
dx
dN
=
=
)9.1(
2
2
q
dx
Md
=
)11.1()()()(
)10.1()()(
000

0
00
0
MxxNdxdxxqxM
NdxxqxN
x
x
x
x
x
x
+−+=
+=
∫∫

23/10/2007
Cơ kết cấu tàu
9
4.
4.
V
V
í
í

d
d


:

:

X
X
á
á
c
c

đ
đ


nh
nh

moment
moment
u
u


n
n

v
v
à
à


l
l


c
c

c
c


t
t

trên
trên

d
d


m
m
Giải:

Trên

đoạnthứ

1 (0≤


x ≤c):
Theo công

thức

(1.10) và

(1.11) vớix
0

= 0 ta

được:
Trên

đoạnthứ

2 (c≤

x ≤l):
theo

các

công

thức

(1.10) và


(1.11), tại

x = c ta

có:
Biểu

đồ

moment uốn& lựccắtnhư

sau:
x
l
c
qc
qx
M
l
c
qcqxN
xx






−−=







−−=
2
1
2
;
2
1
2
const.qq(x) ;0M ;
2
1
00
===






−−=
l
c
qcN
0q(x) ;1

2
M ;
2
2
c
2
=






−==
l
cqc
l
qc
N
c
).1(
2
)(M ;
2
2
x
2
l
xqc
McxN

l
qc
NN
cccx
−−=+−===
23/10/2007
Cơ kết cấu tàu
10
T
T
Ó
Ó
M LƯ
M LƯ


C
C
Bài

học

này

sinh

viên

nắm


được:
z
Khái niệm thanh, dầm.
z
Các giả thuyếtsử dụng trong uốndầm.
z
Các qui ướcdấuvàhệ trụctọa độ.
z
Các quan hệ cơ bảntronguốndầm.
z
Ví dụ áp dụng.
23/10/2007
Cơ kết cấu tàu
1
B
B
À
À
I GI
I GI


NG MÔN H
NG MÔN H


C
C

CƠ K

CƠ K


T C
T C


U T
U T
À
À
U
U
Cán bộ

giảng

dạy: Đỗ

Hùng

Chiến.
Bộ

môn: Cơ

kếtcấutàuthủy.
Khoa: Đóng

tàu


thủy

& Công

trình

nổi.
Trường: Đạihọc

Giao

thông

vậntảiTpHCM
23/10/2007
Cơ kết cấu tàu
2
&2.
&2.
PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN U
PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN U


N D
N D


M
M

V
V
À
À

T
T
Í
Í
CH PHÂN C
CH PHÂN C


A N
A N
Ó
Ó
1.
1.
Phương
Phương

tr
tr
ì
ì
nh
nh

vi

vi
phân
phân

u
u


n
n

d
d


m
m
:
:


thể

viếtlạiphương

trình

(1.4) dướidạng:
Chú


ý đến

(1.8) và

(1.9) , ta

thu

được:
Đốivớidầmlăng

trụ
:
(2.1) EIw” M =
( ) ( )
() ()
2.3 .""
2.2 ;'"
qEIw
NEIw
=
=
(2.5) .EIw
(2.4) ;'''
IV
q
NEIw
=
=
23/10/2007

Cơ kết cấu tàu
3
2.
2.
T
T
í
í
ch
ch

phân
phân
:
:
Tích

phân

phương

trình

vi phân

(2.5), một

cách

tuầntự, 4 lần


(vớigiả

thiết

hoành

độ

tiếtdiện

ngang

đầu

mút

bên

trái

x = x
0

):
N
0

, M
0


, θ
0

, f
0

-tương

ứng, là

lựccắt, moment uốn, góc

xoay



độ

dịch

chuyểntrọng

tâm

tiếtdiện

ngang

đầu


mút

bên

trái.
(2.6)
.)()(
2
)(
6
1
;)()(
2
1
'
)(''
'''
0000
000
00
0
000
2
0
3
0
0
00
0

2
0
0
;000
0
∫∫∫∫
∫∫∫
∫∫

+−+−+−+=
+−+−+=
+−+==
+==
x
x
x
x
x
x
x
x
a
x
x
x
x
x
x
x
x

x
x
x
x
fxxxx
EI
M
xx
EI
N
qdxdxdx
EI
w
xx
EI
M
xx
EI
N
qdxdxdx
EI
w
MxxNqdxdxEIwM
NqdxEIwN
θ
θ
23/10/2007
Cơ kết cấu tàu
4
3.

3.
Đi
Đi


u
u

ki
ki


n
n

biên
biên
:
:
-

Đầudầmtựabảnlề

cứng:
-

Đầudầm

ngàm


cứng:
-

Đầudầm

hoàn

toàn

tự

do:
-

Đầudầmlàđế

đỡ

đàn

hồi

hoặc

ngàm

đàn

hồi:
.0 'hay w' 0 ' w'EI ; 0 w ===

(2.7)0. w'; 0 w ==
)8.2(0 ''hay w' 0 '' w'EI
.0 'hay w' 0 ' w'EI
==
==
(2.10)'U.EIw' w
(2.9) A.R; wf
±=
==
-Kếtluận: Phương

trình

vi phân

uốndầmvàcácđiềukiện

biên



tuyến

tính

đốivớihàmđộ

võng




các

đạohàmcủa



cũng

nhưđốivớitảitrọng

ngang

tác

dụng

lên

dầm.
23/10/2007
Cơ kết cấu tàu
5
4.
4.
V
V
í
í


d
d


:
:

x
x
á
á
c
c

đ
đ


nh
nh

đư
đư


ng
ng

đ
đ

à
à
n
n

h
h


i
i

c
c


a
a

d
d


m
m

ch
ch



u
u

t
t
á
á
c
c

d
d


ng
ng

c
c


a
a

c
c
á
á
c
c


moment
moment
t
t


p
p

trung
trung

M
M
0
0

v
v
à
à

M
M
1
1

t
t



i
i

c
c
á
á
c
c

đ
đ


u
u

m
m
ú
ú
t
t

c
c
ù
ù

ng
ng

v
v


i
i

t
t


i
i

tr
tr


ng
ng

ngang
ngang

phân
phân


b
b



đ
đ


u
u

:
:
Từ

(2.6), q = const , x
0

= 0 .
Điềukiệnbiênnhư

sau:
Sử

dụng

điềukiệnbiênthứ

3:

Sử

dụng

điềukiệnbiênthứ

4 :
Từ

(2.13), ta

có:
()
2.11 .
2462
4
3
0
2
0
00
EI
qx
EI
xN
EI
xM
xfw ++++=
θ
'M'EIw'4/ f3/ w : l x

M'EIw'2/ f1/ w :0 x
11
00
===
===
khi
khi
()
2.12
2462
4
3
0
2
0
001
EI
ql
EI
lN
EI
lM
lff ++++=
θ
()
2.13
2
2
001
ql

lNMM ++=
()
2.14
2
01
0
ql
l
MM
N −

=
23/10/2007
Cơ kết cấu tàu
6
Từ

phương

trình

(2.12), trên



sở

(2.14), ta

tìm


được:
Thay

các

quan

hệ

(2.14) và

(2.15) vào

(2.11), ta

thu

được:
Lấy

đạo

hàm

hàm

w, xác

định


theo

(2.6):
Thay
Thay

x = l
x = l
v
v
à
à
o
o

(2.17)
(2.17)
ta
ta

thu
thu

đư
đư


c
c


công
công

th
th


c
c

x
x
á
á
c
c

đ
đ


nh
nh

g
g
ó
ó
c

c

xoay
xoay

t
t


i
i

ti
ti
ế
ế
t
t

di
di


n
n

đ
đ
ế
ế


bên
bên

ph
ph


i
i

d
d


m
m
,
,
k
k
ế
ế
t
t

qu
qu




n
n
à
à
y
y

tr
tr
ù
ù
ng
ng

v
v


i
i

(2.15)
(2.15)
c
c
ó
ó





trên
trên
.
.
()
2.15
2463
3
1
001
0
EI
ql
EI
lM
EI
lM
l
ff
+−−

=
θ
)16.2(
)
.21(
24
)1(

6
)32(
6
)1(
3
3
2
242
1
2
2
2
10
l
x
l
x
l
x
EI
ql
l
x
l
x
EI
lM
l
x
l

x
l
x
EI
lM
l
x
f
l
x
fw
o
+−+−−+−−+−=
()
2.17 )461(
24
)
362(
6
'
3
33
2
2
001
l
x
l
x
EI

ql
l
x
l
x
EI
lM
l
ff
w +−++−−

=
23/10/2007
Cơ kết cấu tàu
7
5.
5.
Phương
Phương

ph
ph
á
á
p
p

tham
tham


s
s



đ
đ


u
u

:
:
-

Phương

trình

vi phân

uốndầm

cho

các

đoạndầm:
-


Biểudiễn

đường

đàn

hồi, trên

toàn

bộ

chiềudàidầm:
-

khi

x > a
1

hoặc/và

x > a
2

. . . ta




thể

viết:
-

Các

đạilượng

bổ

sung xác

định

đượcnhờ

các

phương

trình

vi phân:
(2.19) (x);q EIw (x);q wEI
2
IV
21
IV
1

…==
(2.20)...w|| w|| w w
2
ax
1
ax
1
21
+++=
>>
δδ
...ww w w3;w ww
211112
+++=+=
δδδ
()
2.21
.......................................................
);()()()(
);()()()(
2232
1121





=−=
=−=
xqxqxqwEI

xqxqxqwEI
IV
IV
δδ
δδ
-Kếtluận: trên

mỗi

đoạn, tảitrọng

ngoài

đượcbiểuthị

bằng

mộtbiểu

thứcgiải

tích, xác

định

từđầu

đếncuối

đoạn.

23/10/2007
Cơ kết cấu tàu
8
Nếunhư, trên

đoạn0 ≤

x ≤

a1, tác

dụng

mộtlựcrải

đều

q(x) ,
tạitiếtdiệnx = a
2

tác

dụng

mộtlựctập

trung

P , còn


tạitiếtdiện

x =a
3

tác

dụng

moment tập

trung

M thì

ta



thể

viếtnhư

sau:
q
1
(x) = q; q
2


(x) = q
3

(x) = q4(x) = 0. Vì

thế

cho

nên,
δ
1

q = -q;
δ
2

q
=
δ
3
q = 0. Ngoài

ra, tạicácđiểmtiếpgiápcòncócácđiềukiện
sau: Na
1

= 0; Ma
1


= 0;
θ
a
1

= 0; fa
1

= 0; Na
2

= P; Ma
2
= 0;
θ
a
2

= 0; fa
2

= 0; Na
3

= 0; Ma
3

= M;
θ
a

3

= 0; fa
3

= 0.
Biểuthứcxácđịnh

đường

đàn

hồicủacả

dầm
Kếtluận: Trong

các

tính

toán

thựctế, để

xác

định

đường


đàn

hồicủa

dầmmộtnhịp, không

cầnphảidùngđếnphương

pháp

trên

đây, vì

ngườitađãlậpsẵn

các

bảng

uốndầm.
()
2.22
2
)(
||
6
)(
||

24
)(
||
2624
2
3
3
3
2
2
4
1
1
00
2
0
3
0
4
EI
axM
EI
axP
EI
axq
fx
EI
xM
EI
xN

EI
qx
w
axaxax

+

+


+++++=
≥≥≥
θ
6.
6.
V
V
í
í

d
d


:
:
23/10/2007
Cơ kết cấu tàu
9
T

T
Ó
Ó
M LƯ
M LƯ


C
C
Bài

học

này

sinh

viên

nắm

được:
z
Phương trình vi phân uốndầm.
z
Các tích phân củaphương trình cơ bản.
z
Điềukiệnbiên.
z
Phương pháp thông số ban đầu.

z
Ví dụ áp dụng.

×