Tính toán mô men uốn dọc tới hạn của kết cấu thân tàu bằng phương pháp phân bổ ứng suất

Bài viết áp dụng phương pháp tính toán dựa vào sự phân bổ ứng suất trên mặt cắt ngang của tàu tại trạng thái tới hạn để xác định mô men uốn dọc tới hạn cho tàu chở hàng rời trọng tải 170.000 DWT. Kết quả tính toán từ bài báo được phân tích, đánh giá và so sánh với các kết quả đã được công bố nhằm khẳng định phương pháp được lựa chọn và gợi ý áp dụng trong tính toán độ bền dọc kết cấu thân tàu.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tính toán mô men uốn dọc tới hạn của kết cấu thân tàu bằng phương pháp phân bổ ứng suất CHÚC MỪNG NĂM MỚI 2019 TÍNH TOÁN MÔ MEN UỐN DỌC TỚI HẠN CỦA KẾT CẤU THÂN TÀU BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN BỔ ỨNG SUẤT ULTIMATE LONGITUDINAL BENDING MOMENT CALCULATION OF SHIP HULL GIRDER BY APPLYING STRESS DISTRIBUTION METHOD VŨ VĂN TUYỂN, NGUYỄN THỊ THU QUỲNH Khoa Đóng tàu, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam Email liên hệ: tuyenvv.dt@vimaru.edu.vn Tóm tắt Với các tàu có chiều dài trên 150m, kiểm tra độ bền dọc tới hạn là một yêu cầu bắt buộc được quy định bởi Hiệp hội phân cấp tàu quốc tế (IACS).Theo quy định này, mô men uốn dọc tại bất kỳ mặt cắt ngang nào của tàu đều phải nhỏ hơn mô men uốn dọc tới hạn [1]. Bài báo áp dụng phương pháp tính toán dựa vào sự phân bổ ứng suất trên mặt cắt ngang của tàu tại trạng thái tới hạn để xác định mô men uốn dọc tới hạn cho tàu chở hàng rời trọng tải 170.000 DWT. Kết quả tính toán từ bài báo được phân tích, đánh giá và so sánh với các kết quả đã được công bố nhằm khẳng định phương pháp được lựa chọn và gợi ý áp dụng trong tính toán độ bền dọc kết cấu thân tàu. Từ khóa: Bền dọc, mô men uốn tới hạn, kết cấu thân tàu, phân bổ ứng suất. Abstract For all ships with overall length larger than 150 meters, the hull girder ultimate longitudinal strength checking is a compulsory demand as the requirement of International Association of Classification Societies (IACS). Regards to this, the longitudinal bending moment at any hull transverse section must be smaller than the ultimate longitudinal bending moment. This paper applied stress distribution method of hull transverse section at the limit state to determine the ultimate longitudinal bending moment for a bulk carrier with 170,000 in deadweight. The calculation results are analyzed, assessed, and compared with the existing results in order to confirm the selected method and suggest the application in problem of longitudinal strength. Keywords: Longitudinal strength, ultimate bending moment, ship structures, stress distribution. Ký hiệu mô men uốn dọc tới hạn khi tàu trên đỉnh sóng; mô men uốn dọc tới hạn khi tàu trên đáy sóng; diện tích tiết diện ngang của cơ cấu thứ i; diện tích tiết diện ngang của cơ cấu có mép kèm; zi vị trí trọng tâm của cơ cấu thứ i so với mặt phẳng cơ bản đáy; gu vị trí trục trung hòa của tiết diện mặt cắt ngang tại trạng thái tới hạn; σx,i ứng suất tới hạn của cơ cấu thứ i; σuD, σuS, σuB, σ’uB ứng suất tới hạn tương ứng của dàn boong chính, mạn, đáy ngoài và đáy trong; Muh Mus ai as σyD, σyS, σyB, σ’yB ứng suất chảy dẻo tương ứng của dàn boong chính, mạn, đáy ngoài và đáy trong; σyp ứng suất chảy dẻo của tấm; σyeq ứng suất chảy dẻo của cơ cấu có mép kèm; σyw, σyt ứng suất chảy dẻo của bản thành, bản cánh; α tỷ lệ mảnh của tấm; β tỷ lệ mảnh của cột; E mô đun đàn hồi của vật liệu; I mô men quán tính; t chiều dày tấm; hw, tw chiều cao và chiều dày bản thành; bf, tf chiều rộng và chiều dày bản cánh. 1. Tổng quan Việc kiểm tra độ bền dọc thân tàu được quy định cụ thể bởi các Tổ chức đăng kiểm (DNV, NK, ABS, GL, Lloyd, VR,…), Hiệp hội phân cấp tàu quốc tế (IACS). Độ bền dọc tới hạn của các tàu có chiều dài lớn hơn hoặc bằng 150 m phải được đánh giá và đảm bảo điều kiện thân tàu đủ bền trong khi đi biển, đỗ bến và ngập khoang [1]. Độ bền kết cấu thân tàu được chia thành ba nhóm ứng với các trạng thái khác nhau của vật liệu như độ bền chảy dẻo của kết cấu, độ bền tới hạn và độ bền mỏi. Mỗi bài toán kiểm tra bền có đặc thù khác nhau, bài báo này sẽ đề cập đến vấn đề kiểm tra độ bền tới hạn của kết cấu thân tàu. Độ bền tới hạn của kết cấu thân tàu được kiểm tra ở hai trạng thái là độ bền ngang do lực cắt gây ra và độ bền dọc do mô men uốn dọc thân tàu gây ra [1]. Mô men uốn dọc tới hạn có thể được xác định bằng phương pháp tính toán trực tiếp, phương pháp phân bổ ứng suất và phương pháp phân tích tiến trình hư hỏng của kết cấu. Phương pháp tính toán trực tiếp áp dụng các biểu thức gần đúng để tính toán giá trị mô men uốn tới hạn của kết cấu thân tàu. Trong khi đó, phương pháp phân tích tiến trình hư hỏng của kết cấu thân tàu dựa vào mối quan hệ ứng suất và biến dạng của từng phần tử kết cấu trên mặt cắt ngang để xác định quan hệ giữa mô men uốn dọc và biến dạng dài. Từ đó, ta xác định được mô men uốn tới hạn của kết cấu thân tàu [2, 3]. Tạp chí khoa học Công nghệ Hàng hải Số 57 - 01/2019 59 CHÚC MỪNG NĂM MỚI 2019 Phương pháp phân bổ ứng suất trên mặt cắt ngang tại trạng thái tới hạn được giới thiệu bởi Caldwell (1965) [4], Paik và Mansour (1995; 2013) [5, 6], Qi và Cui (2006) [3]. Những phương pháp này đưa ra giả thuyết về sự phân bổ ứng suất của các phần tử kết cấu trên mặt cắt ngang cho vùng chịu kéo và vùng chịu nén khi tàu trên đỉnh sóng và khi tàu trên đáy sóng. Dựa vào sự phân bổ ứng suất này có thể xác định được ứng suất của từng phần tử kết cấu. Trên cơ sở đó, mô men uốn tới hạn của kết cấu thân tàu sẽ được xác định. Bài báo này sẽ áp dụng phương pháp phân bổ ứng suất của nhóm tác giả Paik và Mansour (1995) [5] để tính toán ứng suất cho các phần tử kết cấu trên mặt cắt ngang của tàu và mô men uốn tới hạn cho hai trường hợp tàu trên đỉnh sóng và tàu trên đáy sóng. 2. Phương pháp Paik và Mansour (1995) 2.1. Phân bổ ứng suất trên mặt cắt ngang tại trạng thái tới hạn Paik và Mansour (1995) [5] đưa ra giả thuyết về sự phân bổ ứng suất của các phần tử kết cấu tàu trên toàn bộ mặt cắt ngang của tàu tại trạng thái tới hạn cho hai trường hợp là tàu trên đỉnh sóng và tàu trên đáy sóng như trong Hình 1. Trường hợp tàu trên đáy sóng, các phần tử kết cấu thuộc dàn đáy của tàu sẽ chịu kéo và đạt đến ứng suất chảy dẻo của vật liệu (σy). Trong khi đó, các phần tử kết cấu thuộc dàn boong sẽ đạt trạng thái ứng suất tới hạn của vật liệu (σu), các phần tử kết cấu còn lại sẽ chịu ứng suất đàn hồi của vật liệu (σE). Trường hợp tàu trên đỉnh sóng, sự phân bổ ứng suất theo chiều hướng ngược lại so với khi tàu trên đáy sóng. Theo đó, các phần tử kết cấu thuộc dàn boong sẽ đạt đến ứng ...