09 Practical Hull Design Aspects-vn Ver

Module 2: Basic Hull Strength

Ch. 9 Thiết kế thân tàu

Slide 1

Module 2: Basic Hull Strength

Khía cạnh thiết kế

Strength Level represented by • Allowable Stresses • Usage Factors Probability Density

Load

Strength

Load / Strength Level Loads imposed by • • • •

Slide 2

Sea Cargo Ballast Bunker

Module 2: Basic Hull Strength

Khả năng có thể xảy ra Giá trị cực ñại 1 lần/20 năm

σd

Q

W

và M

W

1 lân /1 ngày 0.59Q và 0.59M W

100 101 -8

-7

10 10

102

103

104

105

106

107

108

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

10

10

10

10

10

10

10

Tính toán cục bộ ðộ bền thân tàu Slide 3

ðộ bền mỏi

Bền uốn Bền cục bộ của gia cường container

W

N Q

Module 2: Basic Hull Strength

Nguyên tắc ứng suất cho phép Boong

ðáy

σL

σgirder Max. 190 f1 Max. 225 f1

Slide 4

Max. 245 f1

σlocal

σetc

Chuyển hóa kết cấu thành dạng dầmTấm

Nẹp

Module 2: Basic Hull Strength

Tôn

Áp lực nước

1 nhịp của tấm ñược xem như 1 dầm với gối ngàm chặt và lực phân bố ñều

Slide 5

Chuyển hóa TẤM thành DẦM

Module 2: Basic Hull Strength

Sức bền uốn tấm Chiều dày yêu cầu σ=

Mp

t =

Zp

where s2 p t2 Mp = and Z p = 16 4

Rearranging formula for thickness

p (kN/m2)

t=

Mp Unit breadth

s p 2 σ

Considering different units

(

) (

t(mm) , s(m) , p kN / m2 , σ N / mm2

t=

t (mm) 1

s p 1000 0.001 (mm) × 2 σ 1

l (mm)

t= Slide 6

s (mm)

15.8s p

σ

(mm)

)

15 . 8 k a s

σ

p

+ t k (mm )

Module 2: Basic Hull Strength

Cong vênh Lực nén vuông góc với nẹp

Trong mặt phẳng lực nén song song với nẹp

Nẹp

Nẹp

Lực cắt

Nẹp

Tấm

Tấm Slide 7

Module 2: Basic Hull Strength

Uốn vặn ða phương t − tk 2 ) 1000s when σ el < σ f / 2

σ el = 0.9kE( σ c = σ el

σf σ c = σ f (1 − ) when σ el > σ f / 2 4σ el σa σc ≥ η Slide 8

Hệ số sử dụng (η η) η = 1.0 Boong, ñáy ñơn và tôn mạn(nẹp dọc) η= 0.9 ðáy ngoài,ñáy trong và tôn mạn(nẹp ngang) η = 1.0 tải cực ñại (Q = 10-8) η = 0.8 thường tải (Q = 10-4)

Module 2: Basic Hull Strength

Uốn vặn Lực cắt

t − tk 2 s 2 τ el = 0.9{5.34 + 4( ) }E( ) l 1000s τ c = τ el when τ el < τ f / 2

τf τ c = τ f (1 − ) when τ el > τ f / 2 4τ el τa τc ≥ η Slide 9

Hệ số sử dụng (η η) η = 0.90 η = 0.85 η = 0.90

Lực cắt chung Lực cắt danh nghĩa FEM Lực cắt cực ñại

Chuyển hóa nẹp dọc ñấy thành dầm 1 nhịp

Module 2: Basic Hull Strength

Nẹp dọc giữa 2 khung sườn

Ứng suất cắt và uốn lớn nhất tại gối ñỡ

Tải ñối xứng 2 bên khung sườn tạo nên gối ngàm

Slide 10

Module 2: Basic Hull Strength

Chuyển hóa ñà với nẹp và tấm như 1 dầm

ðà

Nẹp

Nẹp

Bản mép

A

A-A Áp lực nước

A

Tấm

Coi nẹp như 1 dầm với gối ngàm và tải phân bố ñều

Slide 11

Module 2: Basic Hull Strength

Chuyển hóa nẹp thành dầm- tải ñặc trưng

ðà gia cường Tấm Nẹp

ðà gia cường

Áp lực nước

Nhịp nẹp

Nẹp và bản mép ñóng vai trò như 1 dầm Slide 12

Module 2: Basic Hull Strength

Mômen uốn và lực cắt

p SF

Q= kspl

A=

ks s p l

τ

+ Ak

s (b) spl BM l (S)

Slide 13

M=

m

2

s p l2 Z= wk mσ

Tính toán mặt cắt ngang/thực hành

Slide 14

Module 2: Basic Hull Strength

Module 2: Basic Hull Strength

Lực cắt và mômen uốn Trường hợp ñặc biệt

Nếu α > 15 °

α

Z= A=

Slide 15

Zreq cosα Areq cosα

Module 2: Basic Hull Strength

ðiểm ñặt nhịp của nẹp Nhịp b

Nhịp

2/3b

R 2/3R

Nhịp Nhịp b

2/3b

Nhịp

Slide 16

Nẹp

ðà

Module 2: Basic Hull Strength

Liên kết cuối nẹp Chiều dày mã 13.50 13.00

U nfla ng e d

12.50 12.00

•f1s = f1b (giả sử) •tk bổ sung, but lớn nhất là 1.5 mm

11.50 11.00 10.50

Fla ng e d

10.00 9.50 9.00 8.50 8.00 7.50 7.00 6.50 6.00 0

0.5

1

1.5

2

Z r ( 1 0 0 0 cm3 ) Slide 17

2.5

3

3.5

Module 2: Basic Hull Strength

Liên kết nẹp Chiều dài cạnh mã

• Nếu cạnh huyền > 50 tb, phải lắp bản cánh – W = 45 (1+Z/2000) mm, min 50 mm

• amin = 2 x chiều dày nẹp • (a1+a2) > 2 a, nhưng a1 hoặc a2 > 0.75 a

Slide 18

Module 2: Basic Hull Strength

Chiều dày nẹp tối thiểu Nẹp dọc và nẹp gia cường tmin

= 5.0 + =

h + tk g

k + tk f1

k = 5.0 lớn nhất h = Chiều cao (m) g = 70 Cho loại có bản cánh = 20 Cho loại ko bản cánh

Hệ số K 0.02 L1 nẹp dọc và sườn trong ñáy, ñáy trong, két ñỉnh và két dầu, két dằn trong hầm hành 0.01 L1 nói chung Slide 19

Module 2: Basic Hull Strength

Uốn vặn cột Cột chống và cầu nối

10P σc = Aη k η= min0.3 (1 + l / i) i=

Slide 20

(I / A)

Hệ số k 0.5 Cột chống dưới boong lộ thiên phía trước 0,1 L từ ñường vuông góc mũi 0.6 Cột chống dưới boong lộ thiên khi áp lực nước tác ñộng 0.7 các trường hợp khác

Module 2: Basic Hull Strength

Kiểm soát ñộ bền mỏi Nẹp dọc mạn trong két

83s l2Pd wk Z= σd where Pd = 5[κ + (T − z)] , (T − z)max = κ Bφ B  z + 1 +  , zmax = T forκ κ= 2 2 32 T  110c σd = K Slide 21

C 1.0 cho két hàng ko sơn 1.1 cho két sơn toàn bộ K hệ số tập trung ứng suất

Kiểm soát ñộ bền mỏi Nẹp dọc mạn trong két

Slide 22

[] ()

dung sai quanh ñiểm ứng lực hàn tràn mép

Module 2: Basic Hull Strength

Chuyển hóa khung sườn ngang thành dầm 1 nhịp

Module 2: Basic Hull Strength

Khung sườn ngang

Dầm 1 nhịp với gối ngàm và tải tập trung tác dụng thông qua nẹp dọc ñáy

SF Slide 23

BM

Ứng suất cắt và uốn lớn nhất tại gối (vách dọc và mạn)

Dầm 1 nhịp và thanh tương ñương

Module 2: Basic Hull Strength

Thân tàu có rất nhiều ñặc ñiểm như dầm 1 nhịp Do vậy, ta có thể dùng nguyên lí dầm ñơn giản khi miêu tả tính chất thân tàu Thuật ngữ “Thanh tương ñương” ñược sử dụng khi coi thân tàu là dầm ñơn giản Dầm ñơn giản

Thân tàu

Slide 24

Module 2: Basic Hull Strength

Thân tàu là 1 dầm

Bản cánh

Bản thành

Slide 25

Bản thành

Module 2: Basic Hull Strength

Bản cánh

Bản thành

Bản thành

Bản cánh

Slide 26

Uốn dọc chung thân tàu

Module 2: Basic Hull Strength

Khi thân tàu chịu tải, nó sẽ chịu uốn như dầm 1 nhịp

Boong và ñáy tác dụng như bản cánh trong “thanh tương ñương”, trong khi mạn và vách dọc tác dụng như bản thành Slide 27

Dầm 1 nhịp và thanh tương ñương A

R1

A

F

A

A

R2 Ứng suất uốn, σ

Nén

Kéo

Mặt cắt ngang A-A

Slide 28

Ứng suất cắt, τ

Module 2: Basic Hull Strength

Module 2: Basic Hull Strength

Bố trí chung tàu

Cầu tàu

Buồng sinh hoạt

ðuôi tàu Buồng máy

Diện tích hầm hàng

* Bánh lái

* Thượng tầng

*

Ứng suất dọc (σ σ L)

* Dao ñộng

* Dao ñộng

* * * *

Ứng suất chung (σ σ GIR) Ứng suất cục bộ (σ σ local) Biến dạng (σ σ Disp) Va ñập

Slide 29

Mũi tàu

Slamming

Va ñập mũi

Tải tác dụng lên kết cấu tàu

Slide 30

Module 2: Basic Hull Strength

Tải trên boong

Slide 31

Module 2: Basic Hull Strength

Áp lực nước biển: ðặc biệt tác ñộng tới nắp hầm hàng và kết cấu boong mũi (bao gồm thiết bị boong, cửa , lỗ khoét …)

Module 2: Basic Hull Strength

Slide 32

Module 2: Basic Hull Strength

Slide 33

Module 2: Basic Hull Strength

Slide 34

Tải tác dụng lên kết cấu tàu

Slide 35

1. Nội lực :

- Hầm hàng - Két dằn - Nhiên liệu - Ngập khoang - Làm hàng

2. Ngoại lực:

- Sóng biển

Module 2: Basic Hull Strength

Module 2: Basic Hull Strength

Lực tĩnh và ñộng

Tổng ngoại lực cục bộ tác ñộng lên tàu là tổng của các thành phần lực tĩnh và ñộng :

Tĩnh

Lớn nhất tại ñáy tàu

Slide 36

ðộng

Lớn nhất xung quanh ñường nước

Biểu ñồ mang tính minh họa, trong thực tế áp lực nước ngoài mạn tĩnh cục bộ lớn hơn áp lực ñộng

Module 2: Basic Hull Strength

Áp lực nước Dưới ñường nước P1 = 10 ho + Pdp - 1.2(T-z)

KN/m2

Trên ñường nước P2 = a {Pdp - (4 + 0.2ks) h0} KN/m2 = min 6.25 + 0.025 L với mạn = min 5 với boong thời tiết Ở

pdp = pl + 135

y , ymin = B / 4 B + 75

pl = ksCw + k f Slide 37

V  V  pl = (ksCw + k f )  0.8 + 0.15  , if > 1.5 L L 

Module 2: Basic Hull Strength

Áp lực nước – tĩnh và ñộng


Các ñiểm áp lực nước trên ñường cong là tổng của áp lực tĩnh và ñộng

p (kN/m2)


Giá trị ko ñổi ở khu vực giữa tàu và tăng về 2 phía

aft

fwd

Áp lực nước ngoài mạn cục bộ (ví dụ cho nẹp dọc ñáy) Slide 38

Module 2: Basic Hull Strength

Tải ñặc biệt Slamming Pt.3 Ch.1 Sec.6 H200

Psl =

c1c2  L x  BB 0.56− −  TBF  1250 L

Va chạm mũi Pt.3 Ch.1 Sec.7 E300

Psl Slide 39

= C (2.2 + 1.5tanα )(0.4Vsinβ + 0.6

L)

2

Tải vùng mũi

Module 2: Basic Hull Strength

Áp lực va ñập mũi •Gây ra bởi sóng, tốc ñộ tàu, ñộ cong tuyến hình và góc vào nước •ðặc biệt tác dụng mạnh tới mạn tàu ở phần ñầu mũi trạng thái toàn tải

Áp lực Slamming ñáy •Gây ra bởi sóng tại trạng thái nhẹ tải(chạy dằn) •ðặc biệt tác dụng với cơ cấu ñáy phẳng phía trước

Slide 40

Tải ñặc trưng cho tàu hàng khô Áp lực nước tĩnh ngoài mạn Áp lực nước ñộng ngoài mạn

Slide 41

Module 2: Basic Hull Strength

Tải tĩnh trong hầm hàng Tải ñộng trong hầm hàng

Module 2: Basic Hull Strength

Trọng lượng và lực nổi

Trọng lượng phân bố theo hàng và nhiên liệu

Trọng lượng thân vỏ, thiết bị và máy móc

Lực nổi

Slide 42

Module 2: Basic Hull Strength

Áp lực khi ñầy két p1 = ρ (go + 0.5av ) hs

p = ρ g [ 0.67(h + φ b) − 0.12 H b φ ] p = ρ g [ 0.67(h + θ l ) − 0.12 H l θ ] 2

o

s

3

o

s

t

t

p4 = 0.67(ρ go hp + ∆Pdyn ) p5 = ρ gohs + po (2) (3)

(2) (3)

[1] [2] [3] [4] [5]

Gia tốc thẳng ñứng Cuộn ðộ dốc Chảy tràn KT két

(3) (2)

(5)

(5) (5) (5)

(5)

(5)

(4)

(1) (1) Slide 43

(1)

(4)(5)

Module 2: Basic Hull Strength

Tải chịu ñựng

•Lực cản sóng cục bộ tạo nên ứng suất ñộng tăng cường tại mạn và ñáy. Lực ñộng cục bộ cao nhất tại khu vực ñường nước

•Sự tăng cường do dao ñộng của tàu tạo nên nội lực ñộng

Slide 44

Lực ñộng cục bộ cao nhất quanh khu vực ñường nước

Module 2: Basic Hull Strength

Phân bố trọng lượng và lực nổi

Phân bố trọng lượng

Phân bố lực nổi

Slide 45

Module 2: Basic Hull Strength

Trọng lượng và lực nổi

Lực nổi và trọng lượng ko phân bố ñều dọc chiều dài tàu…

- Khoang ñầy hàng

- Biểu ñồ lực (Lực nổi- trọng lượng)

…do vậy, lực cắt và mômen uốn chung phân bố ñược sắp xếp dọc theo thanh tương ñương Slide 46

Biểu ñồ phân bố lực cắt và mômen

Shear force Bending moment

Uốn sóng

The following is an example for a handymax bulkcarrier

Võng sóng

0

Slide 47

Shear force [intact] moment [intact] Still water bending Corrected shear force [intact] Max allowable bending moment [intact] Max allowable [intact]

Module 2: Basic Hull Strength

Áp lực nước tĩnh và mômen uốn do sóng

Module 2: Basic Hull Strength

Tổng mômen uốn toàn tàu = Mnước tĩnh + M sóng

Sagging

Hogging

Msóng

Slide 48

Mnước tĩnh

Module 2: Basic Hull Strength

Kết thúc

Slide 49