TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY SẢN KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN TÀU THUYỀN b TRƯƠNG VĂN PHƯƠNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH: CƠ KHÍ TÀU THUYỀN GVHD: TS. TRẦN GIA THÁI THIẾT KẾ KẾT CẤU TÀU CHỞ HÀNG KHÔ VỎ THÉP, TRỌNG TẢI 2000 TẤN NHA TRANG, 06-2006 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Họ và tên sinh viên: TRƯƠNG VĂN PHƯƠNG Lớp: 43TT Ngành: Cơ khí Tàu thuyền Mã ngành: 18.06.10 Tên đề tài: Thiết kế kết cấu tàu chở hàng khô vỏ thép, trọng tải 2000 tấn Số trang: 100 Số chương: 04 Số tài liệu tham khảo: 11 Hiện vật: Không NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Kết luận: Nha Trang, ngày …… tháng ……. năm 200… CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ tên) PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG LVTN Họ và tên sinh viên: TRƯƠNG VĂN PHƯƠNG Lớp: 43TT Ngành: Cơ khí Tàu thuyền Mã ngành: 18.06.10 Tên đề tài: Thiết kế kết cấu tàu chở hàng khô vỏ thép, trọng tải 2000 tấn Số trang: 100 Số chương: 04 Số tài liệu tham khảo: 11 Hiện vật: Không NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN Điểm phản biện: Nha Trang, ngày …… tháng …… năm 200 … CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ tên) ĐIỂM CHUNG Bằng số Bằng chữ Nha Trang, ngày …… tháng …… năm 200 … CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG (Ký và ghi rõ họ tên) PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com LỜI CẢM ƠN Đầu lời tôi xin kính chúc sức khỏe thầy TS. Trần Gia Thái và các thầy cô giáo trong khoa cơ khí trường Đại học Thủy sản. Nhân dịp hoàn thành đề tài tôi xin chân thành cảm ơn: - Cảm ơn quý thầy cô trường Đại học Thủy sản. - Cảm ơn quý thầy cô và anh chị của trung tâm tàu cá trường Đại học Thuỷ sản. - Cảm ơn gia đình, Bố, Mẹ tôi và bạn bè đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài. - Cảm ơn thầy giáo chủ nhiệm Bùi Văn Nghiệp và thầy Phạm Thanh Nhựt. - Đặc biệt cảm ơn thầy TS. Trần Gia Thái đã giúp đỡ tôi hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Sinh viên thực hiện Trương Văn Phương PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Đ Đ Ề Ề C C Ư Ư Ơ Ơ N N G G Đ Đ Ồ Ồ Á Á N N T T Ố Ố T T N N G G H H I I Ệ Ệ P P Họ và tên sinh viên: TRƯƠNG VĂN PHƯƠNG Lớp: 43TT Địa chỉ liên hệ: 02 Hải Nam, Thanh Hải, phường Vĩnh Hải, Nha Trang. Tên đề tài: Thiết kế kết cấu tàu chở hàng khô vỏ thép, trọng tải 2000 tấn Ngành: Cơ khí Tàu thuyền Mã ngành: 18.06.10 Cán bộ hướng dẫn: TS. TRẦN GIA THÁI I. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 1. Đối tượng nghiên cứu: Tàu chở hàng khô vỏ thép 2000 tấn. 2. Phạm vi nghiên cứu: Thiết kế kết cấu theo quy phạm, tính sức bền kết cấu tàu thiết kế. 3. Mục tiêu nghiên cứu: Giải quyết vấn đề thiết kế kết cấu tàu (theo quy phạm), tính sức bền và nâng cao kiến thức bản thân. II. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Chương 1. ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Tổng quan về đề tài. 1.2. Tìm hiểu công tác thiết kế kết cấu tàu vỏ thép. 1.3. Những vấn đề cần lưu ý khi thiết kế kết cấu tàu hàng vỏ thép. 1.4. Nội dung và giới hạn đề tài. Chương 2. THIẾT KẾ KẾT CẤU THEO QUY PHẠM 2.1. Cơ sở lý thuyết của Quy phạm đóng tàu vỏ thép 2.2. Giới thiệu sơ lược về tàu thiết kế 2.3. Thiết kế kết cấu tàu chở hàng khô 2000 tấn vỏ thép. Chương 3. TÍNH KIỂM TRA ĐỘ BỀN KẾT CẤU TÀU THIẾT KẾ 3.1. Bài toán sức bền chung toàn tàu. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 3.2. Bài toán sức bền cục bộ của các kết cấu thân tàu. 4. THẢO LUẬN KẾT QUẢ VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 4.1. Kết quả. 4.2. Đề xuất ý kiến. III. KẾ HOẠCH THỜI GIAN 1. ĐI THỰC TẾ: không 2. KẾ HOẠCH HOÀN THÀNH BẢN THẢO Chương 1: ĐẶT VẤN ĐỀ T ừ : 12/03/2006 Đến: 19/03/2006 Chương 2: THIẾT KẾ KẾT CẤU THEO QUY PHẠM. Từ: 20/03/2006 Đến: 20/04/2006 Chương 3: TÍNH KIỂM TRA ĐỘ BỀN KẾT CẤU TÀU THIẾT KẾ Từ: 21/04/2006 Đến: 21/05/2006 4. THẢO LUẬN KẾT QUẢ VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN Từ: 22/05/2006 Đến: 30/05/2006 Hoàn thành bản thảo: Trước ngày 12/06/2006. Nha Trang, ngày 10 tháng 03 năm 2006 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ, tên) SINH VIÊN (Ký và ghi rõ họ, tên) TRƯƠNG VĂN PHƯƠNG PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 1 Chương 1 ĐẶT VẤN ĐỀ 2 1.1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 2 1.2. TÌM HIỂU CÔNG TÁC THIẾT KẾ KẾT CẤU TÀU VỎ THÉP 2 1.3. NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN LƯU Ý KHI THIẾT KẾ KẾT CẤU TÀU HÀNG VỎ THÉP 3 1.3.1. Hệ thống kết cấu thân tàu vỏ thép 3 1.3.2. Đặc điểm kết cấu tàu hàng 5 1.4. NỘI DUNG VÀ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 9 Chương 2 THIẾT KẾ KẾT CẤU THEO QUY PHẠM 10 2.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUY PHẠM ĐÓNG TÀU VỎ THÉP 10 2.2. GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC TÀU THIẾT KẾ 10 2.3. THIẾT KẾ KẾT CẤU TÀU CHỞ HÀNG KHÔ 2000 TẤN VỎ THÉP THEO QUY PHẠM TÀU BIỂN VỎ THÉP 2003 12 2.3.1. Kết cấu đáy 12 2.3.2. Kết cấu khung giàn mạn 17 2.3.3. Kết cấu boong 26 2.3.4. Kết cấu sống mũi và sống đuôi 29 2.3.5. Kết cấu khung giàn vách 30 2.3.6. Bệ máy 32 2.3.7. Kết cấu thượng tầng và lầu 33 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Chương 3 TÍNH KIỂM TRA ĐỘ BỀN KẾT CẤU THÂN TÀU THIẾT KẾ 37 3.1. KHÁI QUÁT VỀ BÀI TOÁN SỨC BỀN CHUNG THÂN TÀU 37 3.1.1. Tính sức bền chung thân tàu 37 3.1.2. Nhận xét kết cấu tàu qua bài toán sức bền chung 75 3.2. KHÁI QUÁT BÀI TOÁN SỨC BỀN CỤC BỘ CÁC KẾT CẤU THÂN TÀU.75 3.2.1. Lựa chọn phương pháp tính 75 3.2.2. Trình tự giải bài toán độ bền kết cấu bằng phương pháp phần tử hữu hạn 76 3.2.3. Xây dựng mô hình và tính sức bền cục bộ một số kết cấu chính 77 3.2.4. Kiểm tra sức bền cục bộ 98 4. THẢO LUẬN KẾT QUẢ VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 99 4.1. THẢO LUẬN KẾT QUẢ 99 4.2. ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO 100 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com - 1 - LỜI NÓI ĐẦU Tàu thủy nói chung và tàu hàng nói riêng là một công trình kỹ thuật nổi phức tạp, có thể nổi và di chuyển được trên nước, có kết cấu phức tạp và hoạt động trong môi trường khắc nghiệt, chịu sự tác động của nhiều yếu tố như sóng, gió, va đập, … Do vậy, yêu cầu quan trọng của việc thiết kế kết cấu là nghiên cứu các phương pháp lựa chọn hình dáng kết cấu, xác định kích thước, tính toán tối ưu kích thước, bố trí hợp lý các kết cấu và liên kết của thân tàu để đảm bảo tàu hoạt động an toàn trong môi trường khắc nghiệt đó. Có nhiều phương pháp thiết kế kết cấu thân tàu và một phương pháp thiết kết cấu (được thực hiện trong đồ án này) đảm bảo bền, an toàn, đạt hiệu quả và rút ngắn thời gian là thiết kế theo quy phạm phân cấp và đóng tàu. Đề tài: “Thiết kế kết cấu tàu chở hàng khô vỏ thép, trọng tải 2000 Tấn” sẽ giải quyết vấn đề thực tế là thiết kế kết cấu theo quy phạm và tính sức bền cho tàu vỏ thép. Đề tài thực hiện theo bốn chương với nội dung như sau: Chương 1: Đặt vấn đề. Chương 2: Thiết kế kết cấu theo Quy phạm. Chương 3: Tính kiểm tra độ bền kết cấu thân tàu thiết kế. 4. Thảo luận kết quả và đề xuất ý kiến. Mục đích của đề tài là giải quyết vấn đề thực tế thiết kế kết cấu tàu vỏ thép theo quy phạm, đồng thời thực hiện tính toán sức bền và từ đó áp dụng cho các tàu khác theo quy định của quy phạm. Do thời gian có hạn, kiến thức và kinh nghiệm thực tế còn hạn chế, chắc chắn trong đề tài không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy giáo và các bạn. Nha Trang, ngày 12 tháng 06 năm 2006. Sinh viên thực hiện Trương Văn Phương PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com - 2 - Chương 1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI Như đã biết thiết kế kết cấu là một giai đoạn quan trọng trong quá trình thiết kế tàu. Đây là quá trính tính toán kích thước, lựa chọn hình dáng và bố trí kết cấu, liên kết sao cho các kết cấu thiết kế đảm bảo được độ bền, tính công nghệ và tính kinh tế. Hiện nay, loại tàu 2000 tấn đã được đóng ở nước ta và cũng đã có hồ sơ thiết kế kết cấu, qua tìm hiểu và phân tích một số hồ sơ thiết kế cho thấy các tàu này thường được thiết kế kết cấu theo Quy phạm phân cấp và đóng tàu. Ưu điểm của thiết kế kết cấu theo Quy phạm là tương đối đơn giản, thực dụng, thường đảm bảo sức bền tàu và rút ngắn được thời gian thiết kế. Tuy nhiên, nhược điểm của thiết kế kết cấu theo Quy phạm là kết cấu thường chưa phải ở dạng tối ưu, nguyên nhân do Quy phạm chưa phải phản ánh đầy đủ các điều kiện môi trường, thiên nhiên và con người hoạt động trong đó. Do đó, thiết kế kết cấu theo Quy phạm thường chỉ mới đáp ứng được yêu cầu về độ bền còn về tính công nghệ và tính kinh tế là chưa thỏa đáng, thường là thừa bền và tốn kém vật liệu. Trên cơ sở đó, đề tài này sẽ phân tích, đánh giá và tính toán thiết kế kết cấu tàu chở hàng khô vỏ thép 2000 tấn theo Quy phạm sao cho các kết cấu thiết kế đảm bảo độ bền, ổn định, tính công nghệ và tính kinh tế. Sau đó thực hiện tính toán sức bền cho các kết cấu theo phương pháp tính toán lý thuyết để kiểm tra, đánh giá và đưa ra những kết cấu cho tàu thiết kế phù hợp với điều kiện Việt Nam. 1.2. TÌM HIỂU CÔNG TÁC THIẾT KẾ KẾT CẤU TÀU VỎ THÉP Công tác thiết kế kết cấu tàu vỏ thép hiện nay ở nước ta thường được thực hiện tại các nhà máy đóng tàu vỏ thép, các Viện thiết kế. Tại mỗi nhà máy đóng và sửa tàu biển vỏ thép thường có một phòng kỹ thuật đảm nhận nhiệm vụ thiết kế tàu trong đó có thiết kế kết cấu. Thiết kế kết cấu được thực hiện khi đã có bản vẽ thiết kế đường hình tàu, trên cơ sở đường hình và các yêu cầu của chủ tàu về mục đích sử PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com [...]... chung Tàu mẫu Độ bền thân tàu Yêu cầu kỹ thuật tàu mới Quy phạm Mô hình tính toán kết cấu Mặt cắt ngang giữa tàu Bố trí kết cấu Các kết cấu chính Kích thước các kết cấu tàu Hình 2.1 Quy trình thiết kế kết cấu theo quy phạm 2.2 GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC TÀU THIẾT KẾ Tàu thiết kế là tàu chở hàng khô trọng tải 2000 tấn, vỏ thép kết cấu hàn, một boong chính liên tục trên suốt chiều dài tàu Kết cấu thân tàu được... www.pdffactory.com - 12 - 2.3 THIẾT KẾ KẾT CẤU TÀU CHỞ HÀNG KHÔ 2000 TẤN VỎ THÉP THEO QUY PHẠM TÀU BIỂN VỎ THÉP 2003 2.3.1 Kết cấu đáy Tàu được thiết kế theo kết cấu đáy đôi kéo dài từ vách đuôi sườn 8 đến vách mũi sườn 107 (sườn thực) Do đó kết cấu phần đáy tàu được tính theo qui phạm kết cấu đáy đôi tàu có chiều dài L < 90m 2.3.1.1 Sống chính v Quy cách bố trí và kết cấu - Sống chính phải được kéo... hiện nay 1.3 NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN LƯU Ý KHI THIẾT KẾ KẾT CẤU TÀU HÀNG VỎ THÉP Khi thiết kế kết cấu thân tàu vỏ thép cần lưu ý một số vấn đề sau: 1.3.1 Hệ thống kết cấu thân tàu vỏ thép Kết cấu thân tàu có dạng vỏ mỏng gồm phần tôn bao bên ngoài và phần gia cường bên trong tạo thành khung xương đảm bảo độ bền, giữ tàu nổi và vận động trên nước Việc lựa chọn hình thức kết cấu ảnh hưởng đến độ bền, tính công... thép, trọng tải 2000 tấn Phần kết cấu sẽ được thiết kế theo quy phạm đóng tàu và thực hiện tính sức bền các kết cấu đó để đưa ra kết luận Nội dung đồ án gồm các vấn đề sau: ĐẶT VẤN ĐỀ THIẾT KẾ KẾT CẤU THEO QUY PHẠM TÍNH KIỂM TRA ĐỘ BỀN KẾT CẤU TÀU THIẾT KẾ THẢO LUẬN KẾT QUẢ VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN Bước đầu làm quen với công tác thiết kế và do trình độ chuyên môn còn hạn chế, kinh nghiệm thực tế không nhiều,... thực hiện đồ án không thể nghiên cứu sâu, rộng các kiến thức về thiết kế kết cấu tàu chở hàng khô được mà chỉ giới hạn ở tàu chở hàng khô vỏ thép tải trọng 2000 tấn để giải quyết một vấn đề thực tế mà thôi PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com - 10 - Chương 2 THIẾT KẾ KẾT CẤU THEO QUY PHẠM 2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUY PHẠM ĐÓNG TÀU VỎ THÉP Quy phạm đóng tàu vỏ thép được tập... dụng kết cấu Vấn đề thiết kế kết cấu và tính sức bền được đặt ra trong đề tài này với mục đích đảm bảo con tàu được đóng mới một cách khoa học với các tính năng tàu hợp lý, đảm bảo bền và để cho tàu hoạt động vận tải (khai thác, …) được an toàn, mang lại hiệu quả kinh tế và sử dụng tàu Do đó nhà trường, khoa và bộ môn tàu thuyền đã giao cho tôi đề tài Thiết kế kết cấu tàu chở hàng khô vỏ thép, trọng tải. .. dụng cho cỡ tàu 2000 tấn chở hàng, chọn hệ thống kết cấu tàu là hệ thống ngang, đồng thời bố trí thêm các sống phụ và sống chính cho đáy tàu, bố trí hai xà dọc mạn và xà dọc boong để tăng độ bền dọc cho tàu thiết kế 1.4 NỘI DUNG VÀ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI Như đã biết, tàu thủy là một công trình kỹ thuật nổi có kết cấu phức tạp và làm việc trong môi trường nặng nề, do đó yêu cầu thiết kế kết cấu tàu có ý nghĩa... khung giàn kết cấu thân tàu chia ra ba hình thức bố trí kết cấu sau: 1.3.1.1 Hệ thống kết cấu ngang Trong hệ thống này các kết cấu bố trí theo chiều dài tàu dày hơn chiều rộng b tàu được thể hiện trên hình vẽ a Ø Ưu điểm: Hình 1.1 Hệ thống kết cấu ngang - Chịu tác dụng của lực theo phương ngang tàu tốt - Công nghệ chế tạo tàu theo hệ thống ngang đơn giản hơn các hệ thống khác vì số lượng kết cấu dọc ít,... được tập hợp từ các loại tàu vỏ thép đã hoạt động đủ bền, đảm bảo an toàn khi hoạt động trên cơ sở đó tổng kết thành các quy định đối với các kích thước chi tiết kết cấu, trang thiết bị, cách kiểm tra, máy móc, … và nhiều quy định khác để đảm bảo cho tàu được thiết kế đủ các điều kiện bền, an toàn cần thiết khi tàu hoạt động Quy trình thiết kế kết cấu theo quy phạm đóng tàu vỏ thép được trình bày theo... www.pdffactory.com -4- hưởng độ bền vỏ 1.3.1.2 Hệ thống kết cấu dọc b Các kết cấu bố trí theo chiều dài tàu thưa hơn chiều rộng tàu a Hình 1.2 Hệ thống kết cấu dọc Ø Ưu điểm: - Giảm được chiều dày các tấm tôn và giảm trọng lượng tàu (đối với các tàu cỡ lớn), thuận tiện trong công việc áp dụng công nghệ hàn tự động - Đối với các tàu cỡ lớn hệ thống dọc cho phép giảm 15% nguyên liệu làm vỏ tàu Ø Nhược điểm: - Việc . CÔNG TÁC THIẾT KẾ KẾT CẤU TÀU VỎ THÉP 2 1.3. NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN LƯU Ý KHI THIẾT KẾ KẾT CẤU TÀU HÀNG VỎ THÉP 3 1.3.1. Hệ thống kết cấu thân tàu vỏ thép 3 1.3.2. Đặc điểm kết cấu tàu hàng 5 1.4 LƯU Ý KHI THIẾT KẾ KẾT CẤU TÀU HÀNG VỎ THÉP. Khi thiết kế kết cấu thân tàu vỏ thép cần lưu ý một số vấn đề sau: 1.3.1. Hệ thống kết cấu thân tàu vỏ thép. Kết cấu thân tàu có dạng vỏ mỏng gồm. cứu: Tàu chở hàng khô vỏ thép 2000 tấn. 2. Phạm vi nghiên cứu: Thiết kế kết cấu theo quy phạm, tính sức bền kết cấu tàu thiết kế. 3. Mục tiêu nghiên cứu: Giải quyết vấn đề thiết kế kết cấu tàu