Bài giảng môn học SỨC BỀN TÀU MỞ ĐẦU Bảo đảm sức bền thân tàu (SBTT) , với chi phí vật liệu thấp nhất, toán việc thiết kế đóng tàu Cơ kết cấu tàu thủy (CKCTT), khoa học khác sức bền (SB) kết cấu công trình, nghiên cứu nhóm vấn đề sau đây: 1-Các nội lực tác dụng lên thân tàu kết cấu thân tàu qúa trình khai thác (Vấn đề ngoại lực); 2- Các ứng suất (ƯS) biến dạng (BD), xuất kết cấu thân tàu, tác dụng tập hợp ngoại lực cho trước (Vấn đề ngoại lực) 3- Với ƯS BD thân tàu chòu đựng mà không bò hư hỏng trình khai thác (Vấn đề đánh giá đònh mức SB) Một người đặt tảng cho khoa học kết cấu tàu thủy, Giáo sư người Nga, I.Bupnop (1872-1919) Môn kết cấu tàu thủy trở thành khoa học độc lập từ đầu kỷ XX vấn đề thuộc nội dung đưọc phát triển không đồng Vấn đề nội lực (xác đònh trạng thái ƯS BD kết cấu tác dụng cùa ngoại lực cho trước) lónh vực phát triển, đạt nhiều thành tựu Các ngoại lực nước mạn tác dụng lên thân tàu, qúa trình khai thác, chia thành nhóm sau: a- lực tác dụng tàu bơi nước tónh; b - lực bổ sung nước có sóng gây ra(tức lực sóng) Khi tàu bơi sóng, áp suất sóng tác dụng lên thân tàu, với lực quán tính, làm xuất tiết diện ngang thân tàu momen uốn, mặt phẳng (mp) song song với mp đối xứng (mpđx), mp song song với mp bản, momen xoắn.Và tất nhiên, tiết diện ngang không xuất momen uốn , mà lực cắt Ngoài ra, điều kiện sóng, gió đònh, thân tàu chòu tác dụng cách đáng kể lực thủy động Một ví dụ tiếng tác động tượng slamming, mà, tác dụng va đập áp lực thủy động sóng, ứng lực có cường độ đủ lớn, khiến cho cấu cục vùng mũi tàu bò hư hỏng làm cho thân tàu bò chấn động mạnh Việc xác đònh ứng lực momen uốn thân tàu nước tónh tương đối đơn giản đạt độ xác tính toán cao, việc xác đònh ứng lực sóng, cho dù với mô hình sóng đơn giản – sóng điều hoà- lại phức tạp Đó sóng thực chất qúa trình ngẫu nhiên, mà tác dụng mô tả quan điểm xác suất, Vì lý trên, thời gian dài, gần đây, để xác đònh momen uốn bổ sung sóng, người ta phải sử dụng phương pháp ước đònh , đặt tónh tàu sóng có chiều dài chiều dài tàu có chiều cao xác đònh, gọi chiều cao sóng tính toán Một cách tự nhiên, với việc áp dụng phương pháp ước đònh để xác đònh ngoại lực, vấn đề đánh giá tiêu chuẩn hoá sức bền tiến hành theo hệ thống qui đònh chặt chẽ Hệ thống qui đònh thừa nhận tìm thấy ứng dụng rộng rãi viện sỹ người Nga, A.Simanski (1883-1962) đề xuất, đó, có qui đònh độ bền dự trữ, mà sở khác việc đúc kết kinh nghiện thực tế đóng khai thác tàu Trong năm 70 kỷ XX, ngành đóng tàu giới có bước phát triển nhảy vọt, với đời tàu dầu cỡ lớn, dạng kết cấu mới, kiểu tàu mới, vật liệu mới, công nghệ Tất nhiên phương pháp ước đònh cũ việc xác đònh ngoại lực đònh chuẩn sức bền trở nên không phù hợp Trang Bài giảng môn học SỨC BỀN TÀU Những vấn đề mới, xuất trình phát triển ngành đóng tàu đòi hỏi quan niệm cách giải Một bước tiến việc giải vấn đề ngoại lực đạt nhờ áp dụng thành tựu đại lý thuyết chòng chành tàu, mà quan trọng nhờ việc áp dụng lý thuyết xác suất, cho phép đánh giá tác động sóng biển lên thân tàu, đại lượng ngẫu nhiên Điều này, với việc phát triển nghiên cứu thực nghiệm, mở khả to lớn việc giải vấn đề phức tạp, đánh giá tải trọng sóng, giá trò mức độ lặp lại tải trọng Các tác giả hàng đầu lónh vực kể Denis St.M Pierson W., Voznhesenski A.I., Firsov G.A Trong năm gần đây, người ta ý ngày nhiều đến việv nghiên cứu khả chòu lực kết cấu thân tàu điều kiện tải trọng biến đổi tập trung ứng suất Cùng với việc đánh giá xác suất tải trọng ngoài, hướng nghiên cứu cho phép đánh giá độ bền mỏi kết cấu đề tiêu chuẩn vật lý cho SB tàu thủy tảng chung lý thuyết độ tin cậy Ngày nay, nhiều kết qủa nghiên cứu theo hướng áp dụng thể dạng yêu cầu cuả qui phạm phân cấp đóng tàu Vấn đề xác đònh nội lực có bước tiến nhảy vọt nhờ đời phát triển mạnh mẽ công nghệ thông tin phương pháp số đại, mà phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) ví dụ Vì tính chất sâu rộng đối tượng nghiên cứu, giáo trình này, số nội dung giới thiệu sơ lược, nội dung chính, sở hiểu biết nghiệp vụ kỹ sư đóng tàu, trình bày cặn kẽ Trang Bài giảng môn học SỨC BỀN TÀU CHƯƠNG I : LỰC GÂY RA UỐN CHUNG THÂN TÀU TRÊN NƯỚC TĨNH VÀ KHI ĐẶT TÀU TRÊN SÓNG § 1.1 Tải trọng tác dụng lên thân tàu nước tónh Đường cong trọng lượng- Đường cong lực Tàu nằm nước tónh chòu tác dụng hai hệ lực Hệ lực thứ bao gồm trọng lượng thân kết cấu thân tàu với hàng hoá chuyên chở, hệ lực thứ hai lực nước Hai hệ lực cân phương diện tónh học (tức véc tơ momen chúng zéro) chúng phân bố không đồng khiến cho thân tàu bò uốn dọc (trong mp song song với mpđx), uốn ngang (trong mp song song với mp bản) bò xoắn… Trong tính toán uốn dọc, thân tàu coi dầm, chòu tác dụng hai hệ lực, trọng lượng vàlực nổi, phân bố theo chiều dài tàu Để xác đònh nội lực (momen uốn lực cắt) tiết diện ngang thân tàu, cần biết trước phân bố tải trọng thành phần trọng lượng tải trọng lực tác dụng lên thân tàu I./ Đường cong trọng lượng : Tải trọng thành phần trọng lượng thường chia thành cụm, nhóm… thực tế tính toán, người ta thường thống kê chúng bảng kê chi tiết Chẳng hạn, tàu vận tải, chia thành cụm trọng lượng sau: 1- Trọng lượng vỏ tàu trang thiết bò; 2- Trọng lượng thiết bò lượng với hệ trục chân vòt; 3- Trọng lượng hàng hóa chuyên chở; 4- Trọng lượng nhiên liệu dự trữ, dầu bôi trơn, nước, …; 5- Các trọng lượng dằn tàu(lỏng rắn) Biểu đồ biểu thò phân bố trọng lượng theo chiều dọc tàu , gọi “đường cong trọng lượng” Vì thực tế, phân bố thành phần trọng lượng không tuân theo qui luật đònh nên đường cong trọng lượng đường phức tạp phi giải tích Để bảo đảm độ xác tính toán cần thiết,khi tính sức bền chung thân tàu, người ta chia chiều dài thân tàu thành 20 khoảng d nhau, gọi khoảng sườn lý thuyết (KSLT) Trong phạm vi KSLT, trọng lượng rải đều, vậy, đường cong trọng lượng đường bậc thang Phương pháp nói A Simanski đưa vào năm 1916 sử dụng rộng rãi khắp giới cho kết với sai số không đáng kể Khi lập đường cong trọng lượng, số thứ tự sườn lý thuyết khởi đầu trụ lái, kết thúc 20 trụ mũi Một hệ toạ độ Đề-các xác lập, với gốc toạ độ đặt sườn giữa, trục 0x hướng mũi tàu (H 1.1) Trang Bài giảng môn học SỨC BỀN TÀU Việc tính toán trọng lượng KSLT thường tiến hành dạng bảng Số liệu bảng tập hợp từ cụm trọng lượng liệt kê trước Để dựng đường bậc thang trọng lượng, ta vẽ đường bao cắt dọc thân tàu, có đònh rõ phạm vi phân bố thành phần trọng lượng theo chiều dọc Trong dòng cuối bảng 1.1 momen tónh trọng lượng KSLT tương ứng điểm M, nằm cách sườn lý thuyết số #20 đoạn nửa KSLT Bảng 1.1 Tên trọng gọi Trọng tải lượng Khoảng sườn #0-1 #1-2 #2-3 #18-19 #19-20 Tổng từ Cánh đòn tay Tích số Tổng từ bên trái Σ P1 P2 P2 P19 P20 Σ1 19 20 - P1 2P2 3P3 19P19 20P20 Σ2 Khoảng cách từ trọng tâm tàu đến sườn tính theo công thức (CT)  Σ2 L  Σ2  − 10,5∆L = − 10,5  (1.1) Σ1 20  Σ1  XG > 0, trọng tâm tàu nằm phía mũi so với sườn ngược lại Việc phân bố thành phần trọng lượng KSLT phải tiến hành nguyên tắc tương đương tónh học, tức phải bảo toàn độ lớn vò trí trọng tâm trọng lượng Khi phân bố thành phần trọng lượng KSLT, gặp phải trường hợp sau đây: Trọng vật P phân bố gọn KSLT c khoảng cách từ trọng tâm vật đến KSLT gần Trường hợp này, P phân chia thành lực P1 P2 rải KSLT gần (H.1.2) X G = ∆L Trang Bài giảng môn học SỨC BỀN TÀU Theo nguyên tắc tương đương tónh học, ta có: c   P1 = P 0,5 + ,  ∆L     P2 = P 0,5 − c   ∆L   (1.2) Trọng lượng P phân bố phạm vi số KSLT Khi , phân bố P KSLT theo nhiều cách khác nhau, phải bảo đảm điều kiện tương đương học Trọng lực P nằm phạm vi KSLT (H 1.3) Trường hợp này, lực P phân thành lực P1 P2 , cho KSLT gần Lực P1 cộng vào tải trọng KSLT gần nó, P2 trừ khỏi tải trọng KSLT kề với khoảng sườn nói Trong : c – khoảng cách từ hợp lực tải trọng P đến KSLT c 3  P1 = P +    ∆L    P2 = P c +    ∆L  (1.3) H 1.3_ Phân chia trọng lượng name khoảng sườn LT Việc xây dựng đường cong trọng lượng vỏ tàu phức tạp Một cách gần đúng, biểu diễn đường cong dạng hình thang parabol [5] Khi sử dụng biểu diễn hình thang (H 1.4), giá trò tung độ lấy theo số liệu thống kê, tung độ hai đầu xác đònh từ điều kiện bảo toàn trọng lượng trọng tâm toàn tàu Trang Bài giảng môn học SỨC BỀN TÀU A.A Kiurđiumov giới thiệu sơ đồ bậc thang, cách biểu diễn khác biểu diễn hình thang, tiện lợi cho việc ứng dụng thực tế Theo cách này, trọng lượng vỏ tàu phân bố theo sơ đồ H 1.5a, H 1.5b, riêng cho hai trường hợp: tàu có dạng vỏ bao béo tàu có dạng vỏ bao gầy Trong hình vẽ sử dụng đại lượng ký hiệu sau: Trọng lượng phân bố (có thứ nguyên: [lực:chiều dài]) KSLT vùng giữa, trọng lượng phân bố đầu mút, tương ứng là: P=m P0 = m0 PV , 20 PV P ; P1 = m1 V ' 20 20 đó, PV : trọng lượng vỏ tàu Hệ số m chọn theo số liệu thống kê Hai hệ số m0 m1 xác đònh sở nguyên tắc bảo toàn trọng lượng vỏ tàu PV hoành độ trọng tâm xv Trang Bài giảng môn học SỨC BỀN TÀU Với m = 1,18, có CT xác đònh m0 m1 sau: Với tàu béo (sơ đồ H 1.5 a) : m0 = 0,667+ 0,365ξV , m1 = 0,667− 0,365ξV , Với tàu gầy (sơ đồ H 1.5 b) : m0 = 0,730+ 0,333ξV , m1 = 0,730− 0,333ξV , Trong đó, ξV = xV /∆L (xV : hoành độ trọng tâm thượng tầng so với sườn giữa) Tất nhiên, sơ đồ phân bố đơn giản kiểu hình thang để ý đến yếu tố có tính riêng biệt vò trí cụ thể thượng tầng Các CT áp dụng cho trường hợp tàu có thượng tầng II./ Đường cong lực : Đường cong lực đường biểu thò phân bố lực nước tác dụng lên thân tàu Tung độ đường cong lực biểu thò tung độ đường cong diện tích phần chìm sườn, theo tỉ lệ xác đònh Để xác đònh đường cong lực nổi, cân với một trạng thái trọng lượng, tương ứng với đường cong trọng lượng , cho trước, cần xác đònh vò trí đường nước cân Quá trình xác đònh đường nước cân gọi cân tàu Việc cân tàu tiến hành theo phương pháp dần Để tiến hành cân tàu cần chuẩn bò trước: Các đường cong xác đònh lực cho 20 KSLT tỉ lệ Bonjean Các đường cong thủy lực Từ đường cong thủy lực, xác đònh chiều chìm trung bình Tm sau hoành độ tâm xc (m), hoành độ trọng tâm đường nước xf (m) bán kính tâm chúi R(m) Vò trí đường nước cân bằng, xác đònh thông qua chiều chìm mũi tàu, Tf(m),và chiều chìm đuôi tàu, Taf (m), gần thứ xác đònh nhờ CT : L T f = Tm +  − x f 2  xG − xC   R L  x − xC Taf = Tm −  + x f  G 2  R Trong đó, XG : khoảng cách từ trọng tâm tàu đến sườn (m), dương phía mũi Trên sở chiều chìm mũi chiều chìm lái đây, kẻ đường nước gần thứ Tiếp đến, nhờ vào tỉ lệ Bonjean đường cong lực khoang lý thuyết, xác đònh thể tích chiếm nước V1 hoành độ tâm xn1 , theo phương pháp tích phân gần Nếu giá trò tìm khác xa với giá trò tính toán V=Pv/γ (với γ tỉ trọng nước) xn = xg phải tiến hành tính lần gần thứ theo công thức sau: Tf = Tf1 + x − xC1 V − V1 L + ( − xf ) G R F Trang Bài giảng môn học SỨC BỀN TÀU Taf = Taf + x − x C1 V − V1 L − ( + xf ) G R F Nhờ đại lượng này, tìm thể tích chiếm nước hoành độ tâm lần gần Quá trình tính toán tiếp tục sai khác hoành độ tâm với tâm tàu không 0,1% chiều dài tàu đồng thời sai khác lượng chiếm nước với trọng lượng tàu không vượt 0,5% trọng lượng tàu coi hoàn thành Trên sở đường nước cân tìm được, xác đònh đường cong lực tác dụng lên thân tàu ∆V = ∆X i = V − Vi ≤ 0.5% V XG − XC ≤ 0.1% L §1.2 Xác đònh lực cắt mômen uốn thân tàu nước tónh I./ Xác đònh lực cắt mômen uốn thân tàu nước tónh : Khi cường độ tải trọng tác dụng lên vỏ tàu có dạng: q(x)=p(x)-b(x) (1) Trong đó: p(x) : phân bố trọng lượng tác dụng lên tàu (T) b(x) : lực tàu (T); b(x)= γ.a(x) ; γ : trọng lượng riêng nước (T/m3) a(x): diện tích ngâm nước sườn vò trí khảo sát (m2) Trang Bài giảng môn học SỨC BỀN TÀU Xem tàu dầm lăng trụ cứng tuyệt đối nằm nước tónh, từ điều kiện tàu, để tàu cân nước phải thỏa mãn điều kiện cân lực mômen Từ môn học Sức bền vật liệu dùng phương pháp mặt cắt xét cân phân tố dầm ta có quan hệ sau: x N ( x ) = ∫ q ( x)dx ( 2) o x x x o 0 M ( x) = ∫ N ( x)dx = ∫ ∫ q ( x)dxdx (3) Các quy ước dấu : N (+) : có chiều hướng xuống M (+) : boong bò kéo Theo ĐKCB hệ lực trọng lượng toàn tàu phải cân nhau, theo N(L)=0, M(L)=0 Nhưng thực tế tính toán, chứa đựng sai số tàu chưa thực cân nên N(L) ≠0,(L)≠0 Tiêu chuẩn chấp nhận sai số tính toán N, M cho tàu tàu nằm nước tónh là: N ( L) ≤ 0.025 N max M ( L) ≤ 0.05 M max (*) Khi thỏa mãn tiêu chuẩn sai số, ta tiến hành hiệu chỉnh giá trò N,M Quá trình hiệu chỉnh gọi trình “khép kín” biểu đồ Quá trình hiệu chỉnh tuyến tính theo chiều dài tàu nhằm giảm bớt hay chia sai số theo chiều dài tàu i δN hc (i ) = − N ( L) 20 i δM hc (i) = − M ( L) 20 Khi không thỏa mãn tiêu chuẩn sai số, ta không tiến hành hiệu chỉnh tuyến tính mà phải tìm nguyên nhân khắc phục sai xót đến thỏa mãn điều kiện (*) Trang Bài giảng môn học SỨC BỀN TÀU Quá trình tính toán lực cắt & mômen uốn tàu nước tónh trình bày dạng bảng sau: STT khoảng sườn STT sườn Trọng lượng kh.sườn Σ(3) theo mũi tên γ Σ(5) theo mũi tên (6).∆L/2 N= (4)-(7) 10 Σ (8) theo mũi tên M= (9) ∆L/2 11 Nđc= (8) - 12 Mđc =(10) - 0-1 P0 1-2 P1 2-3 P2 19-20 19 20 P19 N(L) M(L) i N ( L) 20 i M ( L) 20 § 1.3- Công thức đơn giản xác đònh momen uốn lực cắt sườn Có thể thiết lập công thức đơn giản tính momen uốn lực cắt sườn tàu mà không cần thiết phải có sơ đồ phân bố tất thành phần trọng lượng theo chiều dọc tàu Với tàu nằm cân mặt nước, có điều kiện sau: D = γ V ; xg = xc Có thể tính momen uốn sườn tổng đại số momen uốn thành phần trọng lượng momen uốn lực nổi, tác dụng lên phần đuôi tàu, tức M ⊗ = M tl.d − M n.d (1) Trong đó: Mtl.đ - momen thành phần trọng lượng phần đuôi tàu sườn giữa; Mn.đ – momen lực tác dụng lên phần đuôi tàu Một cách tương tự, ta viết M ⊗ = M tl.m − M n.m (2) Chỉ số “d”,“m” – tương ứng phần đuôi mũi tàu Trong công thức (1) (2) trên, momen thành phần trọng lượng coi dương , momen lực nổi, coi âm Mặt khác, tàu trạng thái cân nên từ công thức này, ta có: M ⊗ = 0,5[(M tl d + M tl m ) − (M n.d + M n.m )] (3) Trên thực tế, công thức dùng tàu chưa thực cân bàng Công thức (3) cho thấy: momen sườn nửa tổng đại số momen thành phần trọng lượng momen lực nổi, lấy sườn , với lưu ý qui ước dấu vừa nêu Trang 10 Bài giảng môn học SỨC BỀN TÀU Khi thiết kế kết cấu, người ta cố gắng bảo đảm điều kiện liên kết làgần giống với ngàm cứng nhất, đó, tính, coi sống chòu ngàm cứng đầu mút Momen uốn đế sống momen tác dụng lên tiết diện gia cường mã Momen đïc dùng để chọn kết cấu mã Ứng suất cho phép tính sống vách lấy 0,8 σch (theo qui phạm Nga) Khi nhòp sống lớn nhiều so với chiều cao sống, bên cạnh điều kiện bền, có cần kiểm tra sống vách theo điều kiện ổn đònh § 3.4 Tính sức bền vách đặt tàu ụ Vách ngang cất thân tàu nhận cân tải trọng truyền đến từ đáy, từ dàn mạn từ dàn boong tàu Trạng thái bất lợi cho vách điều kiện đặt tàu ụ với dãy đế kê sống (H3.6) Khi đó, cách gần thiên an toàn, coi phản lực từ đế kê R truyền lên vách qua sống , cân với toàn trọng lượng thân tàu, truyền qua hai mạn Vách coi dầm cao ngắn, với thành vách đà ngang hở cánh boong, đáy đáy (H.3.6) Điều kiện bền quan trọng dầm điều kiện bền cắt Ta biểu diễn phản lực đế kê R truyền lên vách cách gần theo công thức: Trong đó: k : hệ số tính đến phân bố không đồng cùa phản lực đế kê theo chiều dọc; Giá trò k thường biến thiên khoảng 1,25 đến 1,3; Dt – trọng lượng ụ cuả tàu; Lt – chiều dài dãy đế kê; l – nửa tổng chiều dài khoang kế cận vách xét Với giả thiết tính toán nêu, lực cắt xác đònh theo công thức R N = Phân bố ứng suất tiếp dọc theo chiều cao tiết diện phức tạp, chưa nghiên cứu đầy đủ D (3.5) R=k t Lt Trang 53 Bài giảng môn học SỨC BỀN TÀU Giả thiết ứng suất tiếp phân bố theo chiều cao, ta viết điều kiện đánh giá đại thể độ bền cắt dạng sau τ tb = N ω = R ≤ τ cf 2ω (3.6) Trong đó: ω : diện tích tiết diện vách, kể đà ngang đáy hở Vì tính toán ước đònh nên ứng suất cho phép trường hợp nên lấy thấp, khoảng ( 0,25-0,3)σch Từ điều kiện (3.6) tìm diện tích ω, từ đó, xác đònh chiều dày cần thiết d thuộc vách Lưu ý rằng, d dày dải Chiều dày vách không nhỏ chiều dày tối thiểu đó, xác đònh từ điều kiện chống ăn mòn Sau xác đònh chiều dày vách đà ngang hở, cần xác đònh khoảng cách tối đa cho phép sống vách, từ điều kiện bảo đảm ổn đònh vách tác dụng ứng suất tiếp Trong điều kiện qui luật phân bố ứng suất thực tế, ta sử dụng phương pháp IU.A Simanski đề xuất Theo phương pháp này, để bảo đảm an toàn ổn đònh cắt, tổng ứng xuất Euler giải vách đà ngang hở phải lớn hơn, mức độ đònh Ta viết ∑τ (3.7) b t ≥ nN i Ei i i Trong đó: bi : chiều rộng dải thứ i vách; ti – chiều dày dải nói trên; τEi – ứng suất Euler Đối với thép, xác đònh theo công thức với a - khoảng cách sống vách ; n - hệ số an toàn ổn đònh, lấy 1,5 τ Ei  100t i  = 1070  ;  a  Từ công thức (3.7), với lưu ý R ta có công thức xác đònh khoảng cách sống dọc cần thiết N= ∑t b i i a ≤ 3780 i R , (3.8) Trong đó: Đơn vò đo t, b a (cm), R (kG) Sau xác đònh khoảng cách sống, cần xác đònh kích thước chúng theo điều kiện bền tác dụng áp lực nước ngập khoang đề cập phần Trang 54 Bài giảng môn học SỨC BỀN TÀU Sống vách mặt phẳng dọc tâm tàu sống chòu tác dụng nén dọc trục lớn truyền từ sống tàu nên kích thước tiết diện ngang nó, nguyên tắc, xác đònh theo momen quán tính, từ điều kiện ổn đònh Trong trường hợp, cấu cần kiểm tra lại theo điều kiện ổn đònh chọn từ điều kiện bền Việc xác đònh xác lực tácdụng lên sống vách khó Vấn đề chỗ, phản lực R truyền lên vách từ sống cân phần ứng suất tiếp thành sống chính, nên việc coi toàn lức truyền lên vách xác Để xác đònh ứng lực truyền lên sống vách, ta dùng sơ đồ AS.A Kurdiumov đề xuất, sau: Nếu ω0 – diện tích tiết diện ngang thành sống tàu, già trò lớn phản lực mà sống đáy sống vách tiếp nhận R gh = nR = 2ω 0,5σ ch + R1 (3.9) (3.10 ) R1 = σ ch F ; Trong đó: n : hệ số an toàn, lấy xấp xỉ R1 : giá trò giới hạn ứng lực mà sống vách tiếp nhận F : diện tích tiết diện ngang sống vách, không kể mép kèm Giả thiết ứng suất phân bố theo chiều cao vách, cách gần đúng, thiên an toàn, coi nực nén phân bố theo qui luật tuyến tính  R = R1 1 −  x  l (3.11) Trong đó: l : chiều dài sống vách x : khoảng cách từ tiết diện xét đến mút sống Khi đó, điều kiện ổn đònh sống viết dạng σE = k π EI l2F ≥ 2,8σ ch (3.12) Trong đó: k : hệ số kể đến nén không đồng điều kiện biên I : momen quán tính tiết diện ngang sống chính, có kể đến mép kèm Khi mút sống ngàm cứng, k = 10.3; tựa tự do, k =2 Từ điều kiện (3.12) tìm momen quán tính cần thiết từ đó, xác đònh kích thước sống vách xét Trang 55 Bài giảng môn học SỨC BỀN TÀU §3.5 Tính toán sức bền dàn mạn tác dụng tải trọng thủy tónh Dàn mạn chòu áp lực thủy tónh nước mạn áp lực bổ sung để ý đến cao độ sóng , đến ảnh hưởng chòng chành mạn và đập sóng H.3.8 cho sơ đồ tính dàn nạn tàu vận tải thông thường ∆ - áp lực bổ sung , cho trường hợp boong hở, tính theo công thức (3.1) Một cấu quan trọng dàn mạn nhánh mạn khung sườn khỏe, gọi tắt sườn khỏe, có chức truyền phản lực đến boong đáy Để tính toán khung sườn khỏe, cần: a Xác đònh tổ hợp tải trọng bất lợi tác dụng lên sườn; b Xem xét khả tách nhánh mạn nhánh boong khung sươn khỏi nhánh đáy; c Xác đònh chiều dài nhòp tính toá khung sườn Các nghiên cứu phân tích cho thấy, tổ hợp tải trọng bất lợi nhánh boong không chòu tải, nhánh mạn chòu tải trọng tính toán lớn Trang 56 Bài giảng môn học SỨC BỀN TÀU Momen uốn xuất cho cắt sườn đà ngang đáy phụ thuộc vào tương quan độ cứng, chiều dài nhòp, tải trọng đoạn dầm vào điều kiện làm việc đà ngang đáy thành phân dàn đáy… Do thường đà ngang đáy có độ cứng lớn nên thường momen uốn nói có lớn so với giả thiết ngàm cứng Vì tiết diện chân sườn, chỗ gặp đà ngang, gia cường mã hông có kích thước lớn nên momen uốn dùng nho việc tính toán sườn momen nhòp, momen có trò số nhỏ giá trò momen đế tăng lên Vì lý trên, tính toán sườn thành phần khung sườn, ta xét nhánh mạn nhánh boong tách biệt khỏi nhánh đáy, sườn coi ngàm cứng mút Người ta chứng tỏ rằng, kết qủa tính momen uốn xác lấy giao điểm trục trung hoà tiết diện ngang doạn dâm khung sườn làm điểm phân cách nhòp chúng H.3.9 minh hoạ cách xác đònh nhòp nhánh sườn sát đáy H.3.10 biểu thò sơ đồ tính toán khung sườn, với việc tách nhánh mạn boong khp3i đà ngang, theo phương pháp lực.Việc tính khung sườn nói tiến hành theo phương pháp biết học kết cấu tàu thủy Ứng suất cho phép theo tải trọng nêu trên, tải trọng có tính ngẫu nhiên, lấy 0,8σch Chương IV : TÍNH TOÁN SỨC BỀN TÀU TRÊN TRIỀN , Ụ Khi chế tạo, hạ thủy đưa lên triền, ụ để sửa chữa, tàu phải chòu trạng thái tải trọng đặc biệt, khác xa với tải trọng mà chòu đựng qúa tình khai thác Do thân tàu cần kiểm tra SB chung SB cục ứng với trạng thái Đồng thời cần kiểm tra SB kết cấu kê, đỡ § 4.1 Đế kê tàu thủy Khi đặt tàu nằm triền ụ, trạng thái ƯS biến dạng cấu thân tàu phụ thuộc nhiều vào số lượng, kiểu phân bố đế kê Thông thøng nên tiến hành khảo sát số phương án, từ tìm phương án tối ưu Trong nội dung tính toán, việc tính phản lực thiết đóng vai trò quan trọng Nói chung việc đưa tàu không bò hư hỏng vào ụ khô lên ụ nổi, không đáng quan tâm phương diện sức bền uốn chung Các phản lực kê đỡ trường hợp dùng để tính sức bền cục tàu sức bền kết cấu đỡ Một số sơ đồ kê tàu Một phương pháp kê kê tàu đế kê sông chính, chồng kê, đặt dọc theo mp đx, với cấu kê hông tàu, nhằm bảo đảm bền vững vò trí tàu Khi xác đònh phản lực đế kê, ảnh hưởng cấu kê hông bỏ qua Trang 57 Bài giảng môn học SỨC BỀN TÀU Cũng thường gặp phương án kê theo hai dãy đế kê hai bên hông, phân bố đối xứng mp đx tàu Phản lực đế kê trường hợp tất nhiên coi đối xứng Ngoài ra, kê tàu theo dãy đế kê, có dãy nằm mp đx Trong trường hợp này, cần giải toán phân bố phản lực tổng cho đế đỡ tiết diện Trong phương pháp gần đúng, thường hoàn toàn không tính đến biến dạng cục đáy, tính đến biến dạng nhờ đưa vào hệ số độ cứng Việc tính toán phản lực trường hợp tàu nằm dãy đế kê không khác với trường hợp tàu nằm dãy đế kê Khảo sát tính chất đế kê kê tàu sống Các đế kê chế tạo từ gỗ có cấu tạo hỗn hợp, từ thép đế BTCT kết hợp với gỗ lót Đây giải pháp thường sử dụng Về nguyên tắc, lớp gỗ làm từ gỗ mềm, gỗ thông chẳng hạn, lớp làm từ gỗ cứng Một đặc trưng quan trọng đế đỡ cần thiết cho tính toán phản lực hệ số cứng đế Độ lún đế hỗn hợp tính từ độ lún phần gỗ, kim loại BTCT có độ cứng nén cao gỗ nhiều lần Hệ số cứng đế kê tính theo gỉa thiết phân bố ƯS pháp phạm vi chòu lực tiết diện ngang đế kê Nếu tải trọng tác dụng lên toàn chiều dài gỗ kê ƯS coi phân bổ theo chiều dài tác dụng Còn tác dụng phần chiều dài kê, chiều dài chòu lực lấy chiều dài hình thang biểu thò H 4.2 Giả sử blt bls – tương ứng diện tích chòu lực tiết diện ngang phần gỗ thông gỗ sồi đế kê, ta có công thức tính hệ số cứng đế kê sau K0 = b E s Et l s l t E s l s hs + E t l t ht Trong đó: Trang 58 (4.1) Bài giảng môn học SỨC BỀN TÀU E :là mun đàn hồi h : chiều cao số s t, tương ứng cho gỗ thông gỗ sồi Tồn phương án kê, gỗ xếp thành lồng theo cách cài lược Khi đó, việc tính hệ số cứng đế kê tiến hành theo nguyên tắc chung, thông qua việc tính chuyển vò tải trọng đơn vò tương ứng, phải xuất phát từ diện tích chòu lực thực tế chồng kê Việc kê tàu qúa trình đóng triền thực đế kê ki kê bên hông với tàu ụ sửa chữa Việc kiểm tra SB tàu triền lúc chế tạo hạ thủy thường không cần thiết Ngay trước lúc hạ thủy tàu, chồng kê xây dựng bỏ ra, thay vào đó, tàu kê nằm thiết bò hạ thủy, làm từ gỗ Thiết bò hạ thủy với lớp gỗ lót đáy tàu tạo thành đàn hồi đỡ tàu hạ thủy Phương pháp tính giả thiết tính toán độ cứng phân bố (tức độ cứng đơn vò chiều dài) đàn hồi tương tự tính độ cứng đế kê Thiết bò hạ thủy kê đáy tàu liên tục đoạn § 4.2 Tính sức bền thân tàu ụ khô Ta xem xét toán tàu nằm ụ khô, dãy đế kê Số lượng đế kê nhiều Hệ số K0 thay k0(x), phản lực cần tìm thay cường độ phản lực r0(x) k (x) = K0 ; a0 r0 ( x ) = R0 a0 Trong đó: a0 : trung bình cộng khoảng cách chồng kê khảo sát với hai chồng kê lân cận Khi đặt tàu ụ khô, nguyên tắc, hoàn toàn bỏ qua độ lún ụ, tính đến độ lún nhờ hệ số k2(x) , phụ thuộc vào kiểu kết cấu ụ Trong trường hợp có tính đến độ lún ụ, để xác đònh chuyển vò tiềt diện wd chồng kê, sử dụng CT sau wd = r ( x ) k (x ) Để xác đònh chuyển vò tiết diện wtr , cần tính đến khả đường, xác đònh mép chồng đế kê không trùng với đường ki tàu trạng thái tự Trang 59 Bài giảng môn học SỨC BỀN TÀU (không chòu tải) Ki tàu có độ võng ban đầu, không phụ thuộc vào tải trọng tác dụng lên tàu Độ võng lắp ráp, tác dụng nhiệt, Giả sử ∆ ( x ) độ võng ban đầu đường ki, đo theo đường thẳng nối điểm đường tiết diện đường thẳng góc đuôi mũi tàu; ∆ (x ) khoảng cách từ điểm đế kê đến đường thẳng nối điểm chồng kê hai đầu mút Khi đó, khe hở ban đầu ki đế kê xác đònh theo CT ∆( x ) = ∆ ( x ) − ∆ (x ) Giả đònh rằng, không chồng kê khe hở với ki, chuyển vò mép chồng kê xác đònh theo CT wtr = wt ( x ) + w1 ( x ) − ∆( x ) Trong : wt : chuyển vò thẳng đứng tiết diện ngang thân tàu, biến dạng uốn chuyển vò vật thể cứng gây w1(x) – chuyển vò ki biến dạng dàn đáy gây Cường độ phản lực tác dụng lên đáy tàu xác đònh nhờ quan hệ  1   = wt ( x ) + w1 ( x ) − ∆( x ) r ( x ) +  k (x ) k (x )  (4.3) Chuyển vò wt(x) xác đònh theo CT [E I (x )w (x )] t '' t '' = − r ( x ) + q( x ) (4.4) Đây pt uốn dầm tiết diện ngang thay đổi, đó, It(x) - momen quán tính tiết diện ngang thân tàu; E1 - mun đàn hồi vật liệu thân tàu; q(x) - cường độ trọng lượng phân bố Chuyển vò w1(x) xác đònh thông qua việc tính toán dàn đáy tàu Ta giới hạn việc khảo sát dàn đáy tàu có vành đế hình chữ nhật, bao mạn vách ngang, bao gồm nhiều dầm số dầm ngáng Tải trọng tác dụng lên dàn cường độ phản lực rải r(x) đặt trực tiếp lên ki tàu Tính gần đến ảnh hưởng lực cắt, hệ pt vi phân uốn dầm ngáng biểu thò dạng S i wi (x ) = −γ i ar ( x)l al − E1i0 E1i0 n ∑γ E1 I j w j ( x ) IV ij (4.5) j =1 Trong : Si = + Ii 125 − χ i ω i L2 - hệ số, tính đến ảnh hưởng cắt đến độ võng dầm ngáng (wi = Siw_i) ; χ i ωi, L : tương ứng, hệ số ngàm, diện tích tiết diện ngang dầm chiều dài dầm ngáng a : khoảng cách cấu ngang; i0 , l - momen quán tính chiều dài đà ngang ; momen quán tính tiết diện ngang dầm ngáng thứ j (j = tương ứng với sống giữa); Trang 60 Ij - Bài giảng môn học SỨC BỀN TÀU - γ ij – hệ số ảnh hưởng lực tập trung đặt vào điểm thứ j dầm cô lập đến độ võng điểm thứ i (có để ý đến ảnh hûng cắt) dầm wj(x) - độ võng uốn dầm ngáng thứ j Giả thiết đường đàn hồi dầm tương tự (có dạng giống) nhau, ta biểu diễn độ võng dầm ngáng thứ j dạng tích sau ϕ (y j ) (4.6 ) w j ( x ) = wi ( x ) ϕ ( yi ) Trong đó: ϕ ( y ) hàm đặc trưng cho dạng uốn dầm Từ công thức (4.6) suy w j (x ) = wi IV IV (x ) ϕ (y j ) ϕ ( yi ) (4.7 ) Thay (4.7) vào vế phải (4.5) cho i = 1, ta thu S w1 ( x ) = −γ 11 Đưa vào ký hiệu n α1 = ∑ γ j j =1 n ϕ (y j ) I j IV ar ( x )l al E1 I w1 ( x )∑ γ j − ϕ ( y1 ) I E1 i E1 i j =1 ϕ (y j ) I j (4.8) ϕ ( y1 ) I từ đẳng thức cuối , ta thu ptvp E1 I w1 ( x ) + S k1 w1 ( x ) = − IV γ 11 r (x) α1 (4.9) Trong đó: k1 = E1 i α al Khi tính đến ảnh hưởng cắt, biểu diễn độ võng tổng cộng sống dạng w1 ( x ) = S1 w1 ( x ) Để sử dụng pt (4.9), trước tiên phải xác đònh tỉ số ϕ ( y j ) / ϕ ( y1 ) hệ số α Các tính toán phân tích cho thấy, với độ xác cao, sử dụng quan hệ sau cho mục đích ϕ (y j ) γ j ϕ ( y1 ) = γ 11 Thay biểu thức phản lực r(x) từ (4.3) vào CT (4.4) (4.9) , ta thu hệ pt xác đònh wt(x) w1(x) : '' E1 I t wt'' + k wt + k S1 w1 = qt ,   IV γ 11  (4.10) E1 I w1 + k S1 w1 + k wt = q1  α1  Trang 61 [ ] Bài giảng môn học SỨC BỀN TÀU k= với k0 k ; k0 + k2 k = k1 + k q t = q + k∆( x ), γ 11 ; α1 q1 = γ 11 ∆( x ) α1 Các điều kiện biên để tích phân ptvp (4.10) xác đònh từ tham số biểu thò tác dụng phần thân tàu nhô khỏi đế kê hai đầu Chọn mút đuôi dãy đế kê làm gốc tọa độ, chiều dài dãy đế kê L0 (H.4.3), ta có: x = E I w '' = M ; x = L0 E1 I t wt'' = M 2t ; t t 1t (4.11) ' ' E1 I t wt'' = − P2t ; E1 I t wt'' = P1t ; [ [ ] ] Trong : P1t , P2t , M1t , M2t : tương ứng trọng lượng momen phần nhô thân tàu khỏi dãy đế kê, tiết diện x = x = L0 Tại vách ngang, với tung độ x = xi , ta có điều kiện biên : w1 = w1 = (4.12) Khi tích phân ptvp (4.10) cần lưu ý rằng, hàm wt(x) thiết phải chứa thành phần tuyến tính A + B(x - 0,5L0) , tương ứng với chuyển vò thân tàu vật thể rắn Nhờ hệ ptvp (4.10) , có số sơ đồ tính toán gần , chúng khác mức độ xác việc tính toán ảnh hưởng độ mềm đáy tàu đến phản lực đế kê thân tàu Độ mềm dàn đáy không dọc theo chiều dài khoang: tiết diện cạnh vách ngang, độ võng thẳng đứng sống (ky) gần zéro, đó, phản lực đế kê tăng lên so với phản lực đế kê khoang, nơi có độ võng ky lớn Điều đặc biệt quan trọng kiểm tra SB nẹp gia cường, vỏ, kiểm tra SB vách ngang Có thể xác đònh gần độ mềm dàn đáy sở giả thiết rằng, độ võng Ki, tiết diện ngang đó, tỉ lệ thuận với cường độ tải trọng tác dụng tiết diện ' w1 ( x ) = * r ( x ) (4.13) k1 (x ) C ần lưu ý rằng, CT (4.13) cho kết qủa có độ xác cao dàn có kết cấu theo hệ thống ngang Mặt khác, theo giả thiết A.Kurđiumov, ta có k (x ) * = * f ( x ), * i ki Trong : : độ mềm cuả dàn tiết diện thứ i, tìm nhờ tính uốn đà ngang đáy, tách biệt, k i* vò trí dàn; * fi (x) : hàm đặc trưng cho thay đổi độ mềm dàn đáy dọc theo chiều dài khoang Hàm fi*(x) thiết phải zéro tiết diện vách ngang, , xấp xỉ dạng cosine (trong phạm vi khoang) f i* ( x ) = 2π ( x − x i )  1 1 − cos  Li 2  Trang 62 Bài giảng môn học SỨC BỀN TÀU Trong : xi : hoành độ vách ngang gần gốc toạ độ khoang thứ i Sử dụng (4.13), viết pt thứ (4.10) dạng [E I w ] + k w '' '' t t Trong : * t (4.14) = qt , 1 1 = + *+ * k k1 k k Phương pháp tích phân ptvp (4.14), với điều kiện biên (4.11), trình bày tỉ mỷ giáo trình CKC tàu thủy, không nhắc lại r ( x ) = k * [wt ( x ) − ∆(x )] Sau xác đònh wt(x) , ta xác đònh phản lực đế kê theo CT Cần lưu ý rằng, hàm k* phức tạp, nên việc tích phân pt (4.14) , thực tế tiến hành pp số, máy tính điện tử Cũng giải tìm phản lực đế kê pp dần Ta xem xét pp loại Để cho đơn giản , ta giả thiết ∆( x ) = Hàm chuyển vò (võng) gần lần đầu thân tàu wt 1(x) tìm từ ptvp (4.10) với w_1 = Sau đó, tiến hành xác đònh w_1 từ pt thứ (4.10) với wt = wt1(x), tức tích phân ptvp IV E1 I w11 + k S1 w11 = − k γ 11 wt1 α1 (4.15) Với giả thiết chiều dài khoang nhỏ so với chiều dài dãy đế kê, việc thay hàm biểu thò vế phải (4.15), phạm vi khoang đường thẳng, tức coi lực rải tác dụng lên ki tàu hình thang, theo nguyên tắc tương đương tónh học, người ta đưa việc giải ptvp (4.15) việc tính chuyển vò dầm co ùtiết diện ngang thay đổi, nằm đàn hồi, tác dụng lực, xác đònh nhờ nguyên tắc tương đương tónh học nêu Và vậy, toán giải nhờ vào hàm Pudưrépski quen thuộc sử dụng phương pháp Bubnov-Galerkin biết từ giáo trình CKC tàu thủy Chuyển vò lần gần thứ thân tàu tìm nhờ tích phân ptvp [E I w ] + kw t '' t2 '' t2 = qt − k S1 w11 (4.16) Để giải pt (4.16) ta biểu diễn nghiệm dạng wt ( x ) = wt1 ( x ) + δ wt ( x ) Vì hàm wt1(x) thỏa mãn pt (4.16) với điều kiện w_11 = điều kiệnvề lực đầu mút (4.11), đó, ta có pt xác đònh δ wt (x ) [E I δ w ] + kδ w t '' '' t t = −kδ w11 (4.17 ) với điều kiện biên (điều kiện biên zéro) Vì hiệu chỉnh k_w1 tải trọng qt (4.16) thông thường nhỏ, nên hiệu chỉnh độ võng kw1 nhỏ so với wt1 , điều cho phép biểu diễn gần dạng tuyến tính δ wt ( x ) ≅ a1 + b1 ( x − 0,5L0 ), Từ đó, tìm Trang 63 Bài giảng môn học SỨC BỀN TÀU Trong đó, a1 = − S1 L0 , L0 ∫ w11 (ξ )dξ ; 0, L b1 = − − , L0 l2 S w ∫ 11 (ξ )ξdξ ; L30 − , L0 ξ = x − 0,5 L0 Sau xác đònh δ wt(x), trình tính gần tiến hành theo sơ đồ vừa thực Quá trình tiến hành đạt độ hội tụ cần thiết Tuy nhiên , ta dừng lại bước vừa trình bày Sau chấm dứt trình , xác đònh phản lực đế kê theo biểu thức gần sau r ( x ) = − k [wt1 + S1 w11 + a1 + b1 ( x − 0,5 L0 )] Độ võng ki tàu ứng suất dàn đáy xác đònh nhờ tích phân ptvt (4.15), đó, wt1 thay wt Tải trọng vế phải (4.15) bổ sung lượng, xác đònh theo CT δq i ( x ) − k γ 11 [a1 + b1 (x − 0,5L0 )] α1 Để kết thúc vấn đề khảo sát, ta cần lưu ý điểm : Đại lượng biểu thò khe hở ban đầu ∆( x ) có ảnh hưởng lớn đến phân bố phản lực từ đế kê lên sống Về nguyên tắc, thông qua việc bố trí đế kê với trò số khe hở thích hợp, ta điều chỉnh phân bố phản lực theo ý muốn Khi liệu đáng tin cậy khe hở nói trên, tính toán phần lớn ý nghóa § 4.3 Tính sức bền thân tàu ụ Khi đặt tàu ụ nổi, đối tượng kiểm tra SB không thân tàu mà thân ụ Đáng quan tâm trường hợp, mà trọng lượng tàu nâng xấp xỉ sức nâng thiết kế ụ, chiều dài thân tàu lại khác xa chiều dài ụ , đặc biệt lúc nâng nhiều tàu, phân bố không đối xứng qua mp dọc tâm ụ, ụ tự nâng ponton Ta giới hạn xét tương tác tàu ụ cho trường hợp kê tàu ụ, dãy đế kê dọc theo mp dọc tâm Điều then chốt cần quan tâm việc xác đònh phản lực đế kê, sau xác đònh phản lực đế kê, không khó khăn việc tiến hành kiểm tra SB chung cục thân tàu thân ụ Ta biểu diễn chuyển vò mép đế kê dạng tổng (4.18) wd = wu(x) + w2(x) + f(x), Trang 64 Bài giảng môn học SỨC BỀN TÀU Trong đó: wu : chuyển vò uốn chung thân ụ dòch chuyển ụ vật thể rắn w2(x) : độ võng ponton so với thành tháp tác dụng phản lực đế kê r(x) với lực tương ứng nước f(x) : độ võng ponton tác dụng lực không phụ thuộc vào r(x) trọng lượng thân kết cấu, trọng lượng nước dằn, Phương trình vi phân xác đònh chuyển vò ụ có dạng [E I u (x )wu'' (x )]'' = r (x ) + p(x ) (4.19 ) Trong đó: Iu(x) : momen qt diện tích tiết diện ngang thân ụ p(x) : tải trọng tác dụng lên thân ụ, bao gồm: trọng lượng kết cấu, nước dằn, lực nổi, ; E2 - mun đàn hồi vật liệu ụ Phản lực đế kê r(x) coi dương tác dụng theo hướng đỡ thân tàu Trong đại đa số trường hợp, chiều dài dãy đế kê nhỏ chiều dài thân ụ nổi, đó, tồn momen uốn lực cắt tiết diện ụ hai đầu dãy đế kê Vì cho nên, điều kiện biên cho hàm wu (x) có dạng tương tự (4.11): tai x = : E I u wu'' = M 1u ; [ E I u wu'' ]' = P1u tai x = L : E I u wu'' = M 2u ; ' E I u wu'' = − P2u [ ] (4.20) Do cấu tạo ponton, việc xác đònh w2(x) f(x) phức tạp Trong thực tế, tính toán gần dựa giả thiết cấu dọc ponton ảnh hưởng đến độ võng Nói cách khác, để xác đònh W2(x) f(x) cần khảo sát uốn cấu ngang ponton cách cô lập khỏi ảnh hưởng cấu dọc: w2 ( x ) = r ( x ) (4.21) k2 Chuyển vò mép đế kê xác đònh giống trường hợp kê tàu cạn wtr = wt (x) + w1(x) - ∆ (x) (4.22) Để xác đònh wt (x) ta dùng pt (4.4) với điều kiện biên (4.11) w1(x) – nhờ quan hệ gần (4.13) Sau xác đònh CV mép mép đế kê (thay 4.18 4.22 vào 4.4), xác đònh phản lực đế kê theo CT  1  + *  = wt (x ) − wu ( x ) − [∆( x ) + f (x )] r ( x ) +  k k k1  (4.23) Thay r(x) từ (4.23) vào pt (4.4) (4.19) thu hệ pt xác đònh uốn đồng thời hệ tàu – ụ nổi: [E I w ] + k w − k w t '' t '' [E I w ] u '' '' u = qt   + k wu − k wt = q u  t u Trang 65 (4.24 ) Bài giảng môn học SỨC BỀN TÀU qt = q + k (∆ + f ), q u = p − k (∆ + f ); 1 1 = + *+ k k k1 k Phương trình vi phân (4.20) điều kiện biên (4.11) (4.20) toán xác đònh wt wu đưa việc khảo sát uốn đồng thời dầm có tiết diện ngang thay đổi, liên kết với đàn hồi với hệ số cứng k_ (H 4.4) Tải trọng tác dụng lên hệ tàu – u phải hệ cân bằng, tức     L0 ∫0 (q + p )(x − 0,5L0 )dx + (P2t + P2u − P1u )0,5L0 + M 2t + M 2u − M 1t − M 1u = 0 L0 ∫ (q + p )dx + P 1t + Pt + P1u + P2u = (4.25) Nếu xét cân toàn hệ hai dầm hình (4.4) , ta có biểu thức momen uốn toàn hệ phụ thuộc vào tải trọng mhư sau x x M ( x ) = (P1t + P1u )x + M 1t + M 1u + ∫ ∫ (q + p )dx 0 Momen tổng phân bố cho dầm thïc hệ tùy thuộc vào tương quan độ cứng dầm , độ cứng đàn hồi khe hở ∆ (x) Trong trường hợp tổng quát, M ( x ) = M t (x ) + M u ( x ) (4.26 ) Trong đó: Mtau(x) Mu(x) : tương ứng momen uốn tác dụnh lên thân tàu lên thâ ụ Khi mối nối (đế kê) cứng tuyệt đối không tồn khe hở ( ∆ (x) = 0), Momen tổng M0(x) phân phối tỉ lệ với độ cứng dầm (ụ thân tàu), tức tương ứng theo hệ số tỉ lệ sau E1 I t E2 Iu va E1 I tu + E I u E1 I t + E I u (Với có mặt khe hở ∆ (x) độ cứng hữu hạn đàn hồi, phân bố momen tổng khác) Hệ phương trình (4.24) điều kiện biên (4.11) (4.20) cho phép ta thiết lập toán xác đònh hiệu số chuyển vò ( thẳng đứng) tàu ụ Trang 66 Bài giảng môn học SỨC BỀN TÀU w( x ) = wt ( x ) − wu ( x ) Tích phân (4.24) hai lần theo x với điều kiện biên nêu, ta có Trong đó: w '' ( x ) = w '' t − w '' u = − EI x x ∫ ∫ k (w t E1 I t x x ∫ ∫ qdx − 0 − wu − ∆ − f )dx + 0 EI = E2 I u x x ∫ ∫ pdx − 0  P P  M 1t M − 1u + x  1t − 1u  E1 I t E I u  E1 I u E I u  (4.27 ) E1 E I t I u E1 I t + E I u Nhân (4.27) với EI(x) lấy đạo hàm kết lần theo x ta nhận ptvp xác đònh w(x) [EIw (x )] + kw(x ) = q(x ) + k [∆(x ) + f (x )], '' '' (4.28) Trong : q(x ) = d2 dx  EI   E1 I t x x ∫ ∫ qdx − 0 EI E2 I u x x ∫∫ pdx + 0  EI (M 1t + xP1t ) − EI (M 1u + xP1u ) E1 I t E2 I u  Điều kện biên cho ptvp (4.28) xác đònh từ điều kiện biên (4.11) (4.20) Chẳng hạn x = 0, có điều kiện EI EI EIw '' = M 1t − M 1u , E1 I tau E2 I u ' '  EI   EI  EI EI '' '     EIw = − P1t − P1u −   M 1t +  E I  M 1u E1 I t E2 I u  E1 I t   u [ ] Sau xác đònh w(x), ta tìm : M ( x ) = EIw '' ( x ) = Từ pt (4.26) (4.29) suy EI EI M t (x ) − M u (x ) E1 I t E2 I u E1 I t  M ( x ) + M ( x ) E1 I t + E I u   E2 I u M o (x ) + M ( x ) M u (x ) =  E1 I t + E I u M t (x ) = (4.29) (4.30) Việc xác đònh lực cắt tiết diện ngang thân tàu thân ụ tiến hành theo cách tương tự Trong thực tế vận hành ụ nổi, việc phân bố hợp lý lượng nước dằn có ý nghóa quan trọng, cho phép điều chỉnh nội lực thân tàu ụ chừng mực Nhằm kiểm soát trình vận hành ụ mặt sức bền, người ta lắp đặt ụ độ võng kế quang học tenzomet đặc biệt Nhờ thiết bò này, vận hành ụ cách thuận lợi, an toàn mặt SB Trang 67 [...]... thành phần momen do trọng lượng tàu không và thiết bò động lực, dưới dạng : 1 M tk + M M = k tk Ptk L 2 l tl = Trang 11 Bài giảng môn học SỨC BỀN TÀU §1.4 Ảnh hưởng của độ võng thân tàu đến trò số momen uốn trên nước tónh Khi xác đònh tải trọng do nước tác dụng lên thân tàu, ta coi thân tàu như một vật rắn tuyệt đối, tức coi như nó không có độ võng Trên thực tế, thân tàu trên mặt nước luôn có độ võng... tiết cho dàn boong phức tạp hơn, được trình bày trong giáo trình cơ học kết cấu tàu thủy và các sổ tay cơ học kết cấu thân tàu Trong tính tóan kiểm tra ổn đònh, cần lập các bảng ƯS Euler của tấm cùng các ƯS tới hạn của nẹp Thông thường các bảng này được ghép với bảng tính kiểm tra SB chung thân tàu Trang 32 Bài giảng môn học SỨC BỀN TÀU §2.5 Xác đònh Ứng suất do uốn chung trong lần gần đúng thứ hai... Kết Cấu Tàu Thủy, và ở đây không nhắc lại Để áp dụng các phương pháp này, cần xác Trang 21 Bài giảng môn học SỨC BỀN TÀU đònh trước các tải trọng tính toán, các điều kiện ương tác giữa các dàn khảo sát với các phần tiếp giáp của thân tàu với dàn này Ngoài ra còn cần sơ đồ hóa các kết cấu và chọn phương pháp tính thích hợp Tải trọng tác dụng lên dàn đáy tàu cần xác đònh tương ứng với tư thế của tàu trên... thân tàu Với các chương trình này thì bài t oán tính toán ứng suất uốn dàn đáy tàu chỉ là một ví dụ đơn giản Khi đó, vấn đề còn lại cần quan tâm chỉ là xác đònh các điều kiện liên kết tại vành đế dàn và tải trọng tác dụng lên dàn 1+ § 2.4 Đánh giá độ ổn đònh của các cơ cấu dọc Trang 24 Bài giảng môn học SỨC BỀN TÀU Vấn đề bảo đảm độ ổn đònh cũng như việc đánh giá tính ổn đònh của các yếu tố kết cấu tàu. .. x)]dxdx = M 0 − γ ∫ ∫ b( x ) w( x)dxdx   Trang 13 0 0 0 0 Bài giảng môn học SỨC BỀN TÀU Trong đó: N0 và M0 là lực cắt và momen uốn , tính với giả thiết thân tàu không biến dạng § 1.5- Momen uốn bổ sung khi đặt tàu trên sóng Phương pháp tính momen uốn bổ sung trên sóng bằng cách đặt tónh tàu trên sóng được đưara và áp dụng trong công ngiệp đóng tàu từ đầu thế kỷ XIX Về thực chất phương pháp này mang tính... của sườn dưới dạng ω1 (x ) = ω ( x ) + b( x )w( x ), (1) Trang 12 Bài giảng môn học SỨC BỀN TÀU Trong đó: ω(x) – diện tích phần chìm của sườn, khi coi tàu như một vật thể cứng tuyệt đối b(x) – chiều rộng sườn tại đường nước đang xét w(x) – độ võng vỏ tàu tại sườn đang xét, dương khi võng xuống Cường độ tải trọng tổng cộng tác dụng lên vỏ tàu : q = p ( x) − γ [ω ( x) + b( x) w( x)] ( 2) Phương trình vi... của áp suất sóng tại vùng giữa tàu Qui luật phân bố dài kỳ của áp suất đáy tàu cũng giống như của momen sóng hoặc nửa h chiều cao sóng “hữu hiệu” re = e 2 Các phân t ích cho thấy rằng đại lượng áp suất thủy tónh tại vùng giữa chiều dài tàu liên quan đến nửa chiều cao sóng “hữu hiệu” theo quan hệ p s (Q) ≈ γ (0.6 ÷ 0.8)re (Q ) (2.10) Trang 22 Bài giảng môn học SỨC BỀN TÀU Nếu đại lượng re được xác đònh... , 5 L −0 , 5 L  0, 5 L 0, 5 L M = mγrBL2 Trang 15 (6) Bài giảng môn học SỨC BỀN TÀU Trong công thức (5), dấu (-) là cho tàu nằm trên đáy sóng, còn dấu (+) là cho tàu nằm trên ngọn sóng Tích phân kép không thứ nguyên trong (6) có thể được tính theo bảng hoặc bằng giải tích nếu giả thiết hình dáng đường nước là parabol Như vậy là, khi đặt tónh tàu trên ngọn sóng hoặc đáy sóng hình sin, có thể biểu thò... là các cơ cấu chạy dài trên toàn thể hoặc trên phần lớn chiều dài tàu, được thay bằng một dầm hợp thành từ nhiều dải dọc, gọi là dầm tương đương hoặc thanh xà tương đương Trang 17 Bài giảng môn học SỨC BỀN TÀU Để xác đònh ứng suất pháp tuyến trên tiết diện ngang thứ i theo các giả thiết trên đây, có thể dùng công thức quen thuộc từ Sức Bền Vật Liệu M σi = zi (2.1) I0 Trong đó : M : momen uốn; I0 : momen... mặt cắt ngang thân tàu, được xác đònh theo (2.46) Đối với tấm trong hệ thống ngang, chòu tải trọng và có độ cong ngang ban đầu, hệ số chiết giảm xác đònh theo CT : ϕ= σm α = σc m (2.48) Trong đó: α= σm σ ; m = c - là các giá trò, tương ứng , của ƯS trên cơ cấu mềm và cơ ấu cứng chia cho σE σE ƯS Euler của tấm Trang 34 Bài giảng môn học SỨC BỀN TÀU Từ giáo trình cơ học kết cấu thân tàu, đã có các CT ... (m2) Trang Bài giảng môn học SỨC BỀN TÀU Xem tàu dầm lăng trụ cứng tuyệt đối nằm nước tónh, từ điều kiện tàu, để tàu cân nước phải thỏa mãn điều kiện cân lực mômen Từ môn học Sức bền vật liệu... kỹ sư đóng tàu, trình bày cặn kẽ Trang Bài giảng môn học SỨC BỀN TÀU CHƯƠNG I : LỰC GÂY RA UỐN CHUNG THÂN TÀU TRÊN NƯỚC TĨNH VÀ KHI ĐẶT TÀU TRÊN SÓNG § 1.1 Tải trọng tác dụng lên thân tàu nước... trọng hàng hoá Đây nguyên tắc tính cho boong chở hàng bên tàu hàng khô II Sơ đồ tính sức bền kết cấu boong Trang 48 Bài giảng môn học SỨC BỀN TÀU Tấm boong coi chòu ngàm cứng cạnh đế , tính đối xứng