Phân tích và thiết kế kết cấu một mẫu tàu câu vỏ gỗ, chương 19

Kết cấu thân tàu là tổ hợp bao nhiều loại kết cấu khác nhau như thanh, dầm, các kết cấu dạng tấm, vỏ như tôn đáy, tôn boong, … hầu hết các kết cấu này đều tham gia vào việc đảm bảo độ bền dọc chung thân tàu. Đồng thời, các kết cấu này còn chịu tác dụng các tải trọng ngang như áp lực nước, trọng lượng các tải trọng và các thiết bị … Do đó ngoài biến dạng do uốn chung kết cấu thân tàu còn chịu biến dạng riêng do cục bộ thân tàu gây ra....
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phân tích và thiết kế kết cấu một mẫu tàu câu vỏ gỗ, chương 19 Chương 19: KHÁI QUÁT BÀI TOÁN SỨC BỀN CỤC BỘ CÁC KẾT CẤU THÂN TÀU Kết cấu thân tàu là tổ hợp bao nhiều loại kết cấu khác nhaunhư thanh, dầm, các kết cấu dạng tấm, vỏ như tôn đáy, tôn boong,… hầu hết các kết cấu này đều tham gia vào việc đảm bảo độ bềndọc chung thân tàu. Đồng thời, các kết cấu này còn chịu tác dụngcác tải trọng ngang như áp lực nước, trọng lượng các tải trọng vàcác thiết bị … Do đó ngoài biến dạng do uốn chung kết cấu thân tàu cònchịu biến dạng riêng do cục bộ thân tàu gây ra. Vì vậy mục đíchcủa bài toán sức bền cục bộ là xác định giá trị ứng suất và biếndạng riêng xuất hiện trong kết cấu thân tàu khi uốn cục bộ và đảmbảo sao cho các ứng suất và biến dạng gây ra không được lớn hơngiá trị ứng suất và biến dạng cho phép. Bài toán tính sức bền cục bộ của kết cấu thân tàu sẽ dẫn đếnviệc phân tích các kết cấu chủ yếu như: Khung giàn đáy, khunggiàn boong, mạn, … tương ứng với các phương pháp tính sức bềnkhác nhau, mô hình tính toán của các kết cấu trong các bài toánsức bền cục bộ cũng khác nhau.3.5.1. Lựa chọn phương pháp tính. Theo phương pháp tính sức bền cổ điển, mô hình toán họccủa những kết cấu chính là hệ dầm trực giao, dầm phẳng, hệ khungphẳng, còn điều biên có trong mô hình toán học là những liên kếtđộng học phổ biến: ngàm hoặc khớp. Trong mô hình tính này, phương pháp tính áp dụng có hiệuquả nhất là phương pháp tính chuyển vị và dựa trên cơ sở ước địnhvề sự làm việc của từng kết cấu có trong hệ đang xét. Theo phương pháp tính hiện đại: Khi tính sức bền cục bộ củakết cấu thân tàu theo phương pháp phần tử hữu hạn thường sửdụng hai mô hình tính toán là mô hình hệ dầm trực giao và môhình hệ tấm có sườn gia cường, còn điều kiện biên trong mô hìnhlà các liên kết động học: ngàm cứng, khớp xoay hoặc gối tựa.Riêng các kết cấu vỏ tàu được mô hình hóa bằng các kết cấu tấmphẳng. Việc đánh giá ứng suất và biến dạng được tíên hành dựatrên cơ sở tổ hợp kết quả của bài toán sức bền chung và các bàitoán sức bền cục bộ. Rõ ràng với phương pháp tính cổ điển kết quả đánh giá cónhiều hạn chế. Do đó phương pháp tính sức bền cục bộ theophương pháp phần tử hữu hạn là chính xác hơn. Cùng với đó, việcứng dụng máy tính để tính sức bền cục bộ một số kết cấu thân tàutheo các mô hình toán học của phương pháp phần tử hữu hạn sẽcho kết quả tính có độ chính xác và độ tin cậy cao hơn nhiều so vớimô hình tính toán theo phương pháp cổ điển. Phương pháp phần tử hữu hạn phân tích độ bền kết cấu trêncơ sở thay thế kết cấu thực bằng mô hình rời rạc. Mô hình tính baogồm một số hữu hạn các điểm nút, còn ngoại lực tác dụng đượcđưa về các lực tương đương tác dụng lên điểm nút, kết quả là mộttrường ứng suất, biến dạng và những điểm nút.3.5.1.1 Trình tự giải bài toán độ bền kết cấu bằng phươngpháp phần tử hữu hạn. 1. Xây dựng mô hình tính toán gồm chọn hệ trục tọa độ,chọn phần tử mẫu và chia các kết cấu ra thành một số hữu hạn cácphần tử (thanh, dầm, hai chiều, ba chiều, …). Mỗi phần tử liên kếtvới một số nút nhất định. 2. Đánh số các phần tử và các nút. 3. Xây dựng ma trận độ cứng kết cấu trong các hệ trục tọađộ. 4. Xác định phương trình của phần tử. [Fe] = [Ke].{qe} (3 –26)Với [Fe]: Véctơ ứng lực nút tương đương. {qe}: Véctơ chuyển vị phần tử. [Ke]: ma trận độ cứng phần tử. Việc xác định ma trận độ cứng K và véctơ tải trọng phải dựatrên cơ sở giả thiết về quy luật biến thiên của chuyển vị bên trongcác phần tử. 5. Xác định phương trình phần tử toàn hệ: [F] = [K].{q} (3-26*) F, K là véctơ tải trọng và ma trận độ cứng toàn hệ. 6. Giải phương trình đại số tuyến tính để xác định chuyển vịnút của toàn hệ. 7. Phân tích trạng thái ứng suất và biến dạng của các phần tửtheo kết quả chuyển vị trên. Trong phần tính sức bền cục bộ kết cấu thân tàu thiết kế, sửdụng phần mềm tính sức bền là DRM6 sau khi được thực hiện môhình hóa các chi tiết kết cấu. Phầm mềm DRM6 là một phần mềmtính sức bền dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn và được ứngdụng rộng rãi, đưa ra kết quả khá chính xác với mô hình đưa ra nênviệc lựa chọn phương pháp này sẽ giảm được thời gian tính mà vẫncho kết quả tin cậy cao.3.5.1.2. Xây dựng mô hình và tính sức bền cục bộ một số kếtcấu chính. Để thực hiện mô hình tính cần đảm bảo một số nguyên tắcmô hình hóa kết cấu sau: + Khi thực tách kết cấu từ phức tạp về đơn giản cần lưu ý:kết cấu có độ cứng lớn hơn phải đảm bảo làm chỗ tựa cho kết cấucó độ cứng thấp hơn, và đáp ứng các yêu cầu sau: - Mô hình tính phản ánh chính xác đặc điểm làm việc của cáckết cấu trước khi tách. - Đảm bảo kết cấu trước và sau khi tách cần bằng về lực,moment và chuyển vị. - Cần vận dụng tối đa tính chất đối xứng của kết cấu và tảitrọng.3.5.2 Tính sước bền cục bộ cho m ...