Ứng dụng chương trình RDM trong phân tích kết cấu thân tàu, chương 1

Tàu thủy là một công trình kỹ thuật nổi có hình dạng và kết cấu phức tạp, hoạt động trong môi trường khắc nghiệt, chịu tác dụng của nhiều yếu tố như: sóng, gió, va đập, tải trọng trên tàu,…vì vậy việc giải quyết bài toán cơ học kết cấu nhằm đảm bảo yêu cầu về mặt độ bền thân tàu có vai trò quan trọng trong quá trình sử dụng con tàu. Trong thực tế để đảm bảo cho con tàu hoạt động an toàn, tin cậy trong điều kiện khai thác đòi hỏi các chi tiết kết cấu...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ứng dụng chương trình RDM trong phân tích kết cấu thân tàu, chương 1 CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ PHÂN TÍCH KẾT CẤU THÂN TÀU. Tàu thủy là một công trình kỹ thuật nổi có hình dạng và kết cấu phức tạp, hoạt động trong môi trường khắc nghiệt, chịu tác dụng của nhiều yếu tố như: sóng, gió, va đập, tải trọng trên tàu,…vì vậy việc giải quyết bài toán cơ học kết cấu nhằm đảm bảo yêu cầu về mặt độ bền thân tàu có vai trò quan trọng trong quá trình sử dụng con tàu. Trong thực tế để đảm bảo cho con tàu hoạt động an toàn, tin cậy trong điều kiện khai thác đòi hỏi các chi tiết kết cấu thân tàu phải đáp ứng được những yêu cầu cụ thể như: - Kết cấu phải đủ bền để không bị nứt, vỡ hay phá hủy. - Kết cấu phải đủ cứng để đảm bảo không bị biến dạng. - Kết cấu phải ổn định để luôn luôn giữ được hình dạng ban đầu. Về mặt lý thuyết, để giải quyết các vấn đề đặt ra trên đây cần tiến hành phân tích độ bền nhằm mục đích xác định giá trị ứng suất và biến dạng xuất hiện trong kết cấu thân tàu, cơ sở để thực hiện kiểm tra và đánh giá độ an toàn của các kết cấu thân tàu trong điều kiện thực tế. Do đó việc phân tích độ bền kết cấu thân tàu là một trong những vấn đề có vai trò và ý nghĩa quan trọng trong quá trình thiết kế chế tạo tàu thủy nhằm giải quyết hai bài toán cơ bản: - Bài toán thuận để kiểm tra và đánh giá độ bền các kết cấu thân tàu cụ thể nhằm đảm bảo kết cấu có đủ độ bền để tàu có thể hoạt động an toàn và tin cậy dưới tác dụng của các ngoại lực. - Bài toán ngược để tính toán, lựa chọn hình dáng và kích thước kết cấu thân tàu một cách hợp lý nhất trên cơ sở đảm bảo đầy đủ độ bền kết cấu thân tàu với chi phí vật liệu là thấp nhất. Trong thực tế, do kết cấu thân tàu rất phức tạp và bao gồm nhiều loại hình kết cấu khác nhau nên việc tìm mô hình hóa để thể hiện đầy đủ và chính xác đặc điểm làm việc của kết cấu thực là khó, đồng thời do kết cấu thân tàu lại chịu tác dụng của ngoại lực phức tạp ở cả ba chiều trong không gian nên phân tích độ bền kết cấu thân tàu là bài toán phức tạp và thường ít có lời giải chính xác. Trước kia, người ta thường giải quyết bài toán phân tích độ bền kết cấu thân tàu theo các phương pháp truyền thống. Các phương pháp này có nhược điểm là mô hình tính không phản ánh được chính xác kết cấu thực tế, tốn nhiều công sức và thời gian. Do đó hiện nay thường giải quyết bài toán này theo phương pháp phần tử hữu hạn. Mô hình tính theo phương pháp này phản ánh được kết cấu thực tế nên cho kết quả chính xác hơn. Công việc và khối lượng tính toán đơn giản hơn nhiều nhờ sự trợ giúp của máy tính điện tử, nên nó thay thế dần phương pháp tính truyền thống và ngày nay được sử dụng rộng rãi. Hiện nay, bài toán phân tích độ bền kết cấu thân tàu thường dựa trên một trong hai mô hình sau. 1.1.1. Mô hình tổng thể. Theo mô hình tổng thể kết cấu thân tàu xem như hệ kết cấu không gian gồm nhiều loại hình kết cấu như: Dầm, tấm, khối liên kết với nhau và đặt trên nền đàn hồi. Trong mô hình này các kết cấu khung dàn đáy, khung dàn mạn, khung dàn boong,… đều tham gia làm việc đồng thời trong mô hình tính. Các điều kiện biên được xây dựng trên cơ sở xem vật thể đàn hồi dưới tác dụng của hai nhóm lực: Trọng lượng các tải trọng trên tàu và phản lực của nền đàn hồi chính là áp lực của nước. Mô hình tổng, thể thể hiện tương đối chính xác tình trạng làm việc của con tàu nhưng mô hình tính toán tương đối phức tạp. 1.1.2. Mô hình ước định. Theo mô hình ước định, ta xem toàn bộ kết cấu thân tàu như một thanh thành mỏng đặt trên nền đàn hồi và chịu tác dụng của các ngoại lực tương ứng với các ngoại lực tương ứng tác dụng lên thân tàu. Khi đó bài toán phân tích độ bền phân thành hai nội dung chính: phân tích độ bền chung và phân tích độ bền cục bộ. 1.1.2.1. Phân tích độ bền chung Là bài toán xác định ứng xuất và biến dạng chung xuất hiện trong các mặt cắt ngang dưới tác dụng của ngoại lực đặt theo phương thẳng đứng, khi đó toàn bộ kết cấu thân tàu xem như một thanh tương đương đặt trên nền đàn hồi và chịu tác dụng của hai lực thẳng đứng là trọng lực và lực nổi, quá trình tính cho ta ứng suất chung.Ví dụ về sự uốn chung thân tàu và mô hình thanh tương đương được mô tả trên hình 1.1. 1700 400 1400 1600 200 1200 1100 200 T 300 T 200 T 100 T 2000 1500 1700 400 900 200 1000 200 T 200 T 100 T 300 T 100 T Hình 1.1: Mô hình uốn thân tàu trên nước tĩnh. 1.1.2.2. Phân tích độ bền cục bộ. Phân tích độ bền cục bộ là bài toán xác định giá trị ứng suất và biến dạng xuất hiện trong những kết cấu thân tàu dưới tác dụng của các ngoại lực đặt riêng lên từng kết cấu. Ví dụ, kết cấu khung dàn đáy ngoài việc chịu uốn chung dưới tác dụng của trọng lực và lực nổi còn chịu uốn cục bộ do tác dụng của áp lực nước bên ngoài và áp lực hàng hóa trong các khoang. Giải bài toán độ bền cục bộ thường dẫn đến việc giải bài toán cơ học kết cấu thân tàu cụ thể như khung dàn, tôn vỏ, khung sườn ngang … và kết quả sẽ cho giá trị ứng suất cục bộ. Cuối cùng, giá trị ứng suất tại một điểm bất kỳ trên kết cấu thân tàu được xác định trên cơ sở tổng hợp kết quả bài toán tính độ bền chung và bài toán tính độ bền cục bộ. Việc phân tích độ bền kết cấu thân tàu theo mô hình ước định hay mô hình tổng thể có các ưu nhược điểm riêng đồng thời đòi hỏi những điều kiện để thực hiện khác nhau. Thực tế cho thấy, mô hình tổng thể cho kết quả tính gần sát thực tế hơn so với mô hình ước định vì nó bảo toàn được những tính chất vậ ...