TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC Đề tài: Nghiên cứu, ứng dụng phƣơng pháp phần tử hữu hạn việc xây dựng mô hình kiểm tra bền dàn mạn tàu hàng 53000 với hỗ trợ phần mềm MATLAB Học viên: Đỗ Xuân Diệu Ngành: Kỹ thuật khí động lực Chuyên ngành: Kỹ thuật tàu thuỷ Khoá: 2012 - 2014 Kết cấu nội dung đề tài Mở đầu Bảng danh mục ký hiệu, hình vẽ Chương 1: Tổng quan độ bền kết cấu thân tàu Chương 2: Cơ sở lý thuyết phương pháp phần tử hữu hạn việc tính toán kiểm tra bền kết cấu tàu thủy Chương 3: Xây dựng mô hình tính toán kiểm tra bền dàn mạn tàu hàng 53000 Kết luận, kiến nghị Tài liệu tham khảo Mở đầu Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài Nội dung nghiên cứu đề tài Lý chọn đề tài Phƣơng pháp phần tử hữu hạn (PTHH) phƣơng pháp tổng quát hữu hiệu cho lời giải nhiều lớp toán kỹ thuật khác Từ việc phân tích trạng thái ứng suất, biến dạng kết cấu khí, chi tiết ôtô, máy bay, tàu thủy, dầm cầu, khung nhà cao tầng, …, đến toán lý thuyết trƣờng, chất lỏng, thủy đàn hồi … Với trợ giúp công nghệ thông tin hệ thống CAD, nhiều kết cấu phức tạp đƣợc tính toán thiết kế chi tiết cách dễ dàng  Hiện nay, Quy phạm nƣớc giới yêu cầu toán kiểm tra độ bền kết cấu tàu cỡ lớn phƣơng pháp PTHH trở nên bắt buộc Vì vậy, việc nghiên cứu ứng dụng phƣơng pháp PTHH vào toán kiểm tra bền dàn mạn tàu cỡ lớn điều cần thiết Mục đích nghiên cứu Xây dựng đƣợc toán thiết lập đƣợc mô hình tính toán kiểm tra bền kết cấu thân tàu thuỷ theo phƣơng pháp PTHH với điển hình toán dàn mạn tàu hàng; Chƣơng trình toán đƣợc xây dựng phần mềm MATLAB R2011 phƣơng pháp phần tử hữu hạn; Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài Đối tƣợng: - Cơ sở lý thuyết phƣơng pháp phần tử hữu hạn học kết cấu tàu thuỷ; - Độ bền dàn mạn tàu hàng 53000 Phạm vi nghiên cứu: Đề tài tập trung giải quyết: - Bài toán phân tích (tĩnh học) kết cấu dàn mạn tàu hàng; - Bài toán kiểm tra bền (tĩnh học) cục dàn mạn tàu hàng trạng thái tải trọng tính toán dàn mạn (bao gồm áp lực thuỷ tĩnh áp lực thuỷ động) Nội dung nghiên cứu đề tài Để giải đƣợc mục đích đề ra, đề tài giải vấn đề sau: - Phân tích tổng quan độ bền kết cấu thân tàu để đƣa mô hình tính toán toán phân tích độ bền kết cấu thân tàu - Nghiên cứu sở lý thuyết phƣơng pháp phần tử hữu hạn việc tính toán kiểm tra bền kết cấu tàu thủy từ xây dựng lên mô hình tính toán kiểm tra bền dàn mạn tàu hàng - Áp dụng để xây dựng mô hình kiểm tra bền cho dàn mạn tàu hàng 53000 đánh giá kết thu đƣợc Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Ý nghĩa khoa học đề tài Đề tài đƣa mô hình kiểm tra bền dàn mạn tàu phƣơng pháp phần tử hữu hạn, cho độ xác độ tin cậy kết cao; Đề tài xây dựng đƣợc kiến thức có tính ứng dụng, nguồn tƣ liệu giúp cho sinh viên chuyên ngành đóng tàu thủy thiết kế tàu thủy để giải toán học kết cấu tàu thủy nói chung tính toán kiểm tra bền dàn mạn phƣơng pháp phần tử hữu hạn nói riêng nhƣ áp dụng giảng dạy học phần có liên quan đến học tàu thuỷ giảng viên Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Ý nghĩa thực tiễn đề tài Đề tài đƣợc hoàn thiện trở thành phần tƣ liệu phục vụ cho công việc thực tiễn cán kỹ thuật ngành đóng tàu, tài liệu tham khảo để giảng viên giảng dạy nhƣ giúp ích cho sinh viên nắm rõ giải thấu đáo toán học kết cấu tàu thủy phƣơng pháp PTHH Nội dung nghiên cứu: Chương CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỘ BỀN KẾT CẤU THÂN TÀU Tình hình nghiên cứu tính toán kiểm tra độ bền kết cấu thân tàu thủy Mô hình tính toán toán phân tích độ bền kết cấu thân tàu Nội dung nghiên cứu: Chương Kiểm tra độ bền dàn mạn tàu hàng 53000 tấn: - Chƣơng trình tính toán kiểm tra bền dàn mạn tàu hàng 53000 Giải hệ phương trình tìm véc tơ chuyển vị nút: Chƣơng trình giải hệ phƣơng trình phần tử hữu hạn Nội dung nghiên cứu: Chương Kiểm tra độ bền dàn mạn tàu hàng 53000 tấn: - Chƣơng trình tính toán kiểm tra bền dàn mạn tàu hàng 53000 Tính ứng suất phần tử: Để tính ứng suất phần tử, trƣớc hết ta cần chuyển từ hệ tọa độ chung hệ tọa độ địa phƣơng phần tử Phần tử tấm: ứng suất trọng tâm Phần tử dầm: ứng suất hai đầu mút dầm Nội dung nghiên cứu: Chương Kiểm tra độ bền dàn mạn tàu hàng 53000 tấn: - Chƣơng trình tính toán kiểm tra bền dàn mạn tàu hàng 53000 Tính ứng suất phần tử: Chƣơng trình tính ứng suất phần tử Nội dung nghiên cứu: Chương Kiểm tra độ bền dàn mạn tàu hàng 53000 tấn: - Kết dạng biểu đồ Biểu đồ chuyển vị (độ võng) sống dọc mạn Nội dung nghiên cứu: Chương Kiểm tra độ bền dàn mạn tàu hàng 53000 tấn: - Kết dạng biểu đồ Biểu đồ mô men uốn sống dọc mạn số Nội dung nghiên cứu: Chương Kiểm tra độ bền dàn mạn tàu hàng 53000 tấn: - Kết dạng biểu đồ Biểu đồ mô men uốn sống dọc mạn số Nội dung nghiên cứu: Chương Kiểm tra độ bền dàn mạn tàu hàng 53000 tấn: - Kết dạng biểu đồ Biểu đồ mô men uốn sƣờn thƣờng 111 Nội dung nghiên cứu: Chương Kiểm tra độ bền dàn mạn tàu hàng 53000 tấn: - Kết dạng biểu đồ Biểu đồ mô men uốn sƣờn khoẻ 118 Nội dung nghiên cứu: Chương Kiểm tra độ bền dàn mạn tàu hàng 53000 tấn: - Kết dạng số liệu + Chuyển vị nút + Ứng suất trọng tâm hình chữ nhật + Ứng suất hai đầu phần tử dầm song song với ox + Ứng suất hai đầu phần tử dầm song song với oy Nội dung nghiên cứu: Chương  Kiểm tra độ bền dàn mạn tàu hàng 53000 tấn: - Ứng suất lớn + Đối với phần tử hình chữ nhật: 𝜎𝑚𝑎𝑥 =221790 kN/𝑚2 + Đối với phần tử dầm: 𝜎𝑚𝑎𝑥 =230320 kN/𝑚2 - Kiểm tra độ bền cục Đối với phần tử hình chữ nhật: Với vật liệu thép AH32 0,76.[𝜎]=0,76.315000=239400 kN/𝑚2 Nhƣ 𝜎𝑚𝑎𝑥  0,76.[𝜎] nên thoả mãn điều kiện bền cục Đối với phần tử dầm: Với vật liệu thép AH32 0,8.[𝜎]=0,8.315000=252000 kN/𝑚2 Nhƣ 𝜎𝑚𝑎𝑥  0,8.[𝜎] nên thoả mãn điều kiện bền cục Nội dung nghiên cứu: Chương Đánh giá kết mô hình: Đánh giá độ hội tụ mô hình toán: Nội dung nghiên cứu: Chương Đánh giá kết mô hình: Kết tính toán cho thấy ứng suất sinh hoàn toàn phù hợp với thực tế tải trọng tính toán dàn mạn; Chƣơng trình tính đơn giản dễ lập trình, tốc độ hội tụ toán nhanh xuất đƣợc kết cần thiết; Kết chƣơng trình thể dạng biểu đồ đƣợc xuất trực tiếp từ chƣơng trình nên thuận tiện cho việc đánh giá kết toán; Kết luận Đƣa đƣợc tình hình nghiên cứu độ bền kết cấu thân tàu  Đã tìm hiểu đƣợc mô hình toán phân tích sức bền chung sức bền cục  Đƣa sở phƣơng pháp PTHH phân tích kết cấu thân tàu;  Xây dựng phƣơng pháp tính toán kiểm tra bền dàn mạn tàu hàng theo phƣơng pháp PTHH;  Xây dựng đƣợc mô hình toán tổng quát tính toán kiểm tra bền dàn mạn tàu hàng phƣơng pháp PTHH;  Thiết lập công thức tính ma trận độ cứng phần tử phần tử dầm;  Thiết lập công thức tính véc tơ tải phần tử trƣờng hợp tải trọng tổng áp lực thuỷ tĩnh áp lực thuỷ động;  Đƣa tiêu chuẩn đánh giá kiểm tra bền cục dàn mạn tàu thủy  Kiến nghị Để đề tài ngày hoàn thiện, đề tài cần đƣợc so sánh với kết tính toán phần mềm với ngôn ngữ lập trình khác thị trƣờng mô phân bố ứng suất hình ảnh trực quan Đề tài phong phú ta thay đổi cách chia phần tử, ví dụ chia thành phần tử dầm có kể đến mép kèm Đề tài nên mở rộng để tiếp tục kiểm tra độ bền toàn tàu, nên đƣa giả thiết tàu thiết kế để kiểm tra bền trƣớc tiến hành đóng THE END THANKS FOR YOUR ATTENTION !!! ... PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN TRONG VIỆC TÍNH TOÁN KIỂM TRA BỀN KẾT CẤU TÀU THUỶ Khái quát phƣơng pháp phần tử hữu hạn Cơ sở lý thuyết phƣơng pháp phần tử hữu hạn việc phân tích độ bền kết cấu Mô hình. .. giá kiểm tra độ bền (tĩnh học) cục bộ: Nội dung nghiên cứu: Chương CHƢƠNG XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN KIỂM TRA BỀN DÀN MẠN TÀU HÀNG 53000 TẤN  Cơ sở xây dựng mô hình tính toán kiểm tra bền  Kiểm. .. nghiên cứu: Chương Mô hình tính toán kiểm tra bền dàn mạn tàu hàng Mô hình tải trọng Pw: - Áp lực thuỷ động: Nội dung nghiên cứu: Chương Mô hình tính toán kiểm tra bền dàn mạn tàu hàng Mô hình