BÀI GIẢNG MÔN HỌC CƠ KẾT CẤU TÀU

Chia sẻ: Vũ Văn Nghĩa | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:54

Thêm vào BST

Báo xấu

410
lượt xem 154
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Cơ kết cấu tàu giải quyết các bài toán về độ bền và độ cứng của kết cấu tàu. Đảm bảo độ bền đồng nghĩa với việc giảm chi phí cho nguyên vật liệu, tức là giảm giá thành cho con tàu được đóng. Khoa học, cung cấp cho người kỹ sư đóng tàu các phương pháp tính toán kết cấu vỏ tàu về độ bền và độ cứng, gọi là cơ kết cấu tàu thủyngoại lực: Ngoại lực nào có

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: BÀI GIẢNG MÔN HỌC CƠ KẾT CẤU TÀU

BÀI GIẢNG MÔN HỌC CƠ KẾT CẤU TÀU Cán bộ giảng dạy: Đỗ Hùng Chiến. Bộ môn: Cơ kết cấu tàu thủy. Khoa: Đóng tàu thủy & Công trình nổi. Trường: Đại học Giao thông vận tải Tp HCM 1 Cơ kết cấu tàu 23/10/2007
Mở đầu Cơ kết cấu tàu giải quyết các bài toán về độ bền và độ cứng của kết cấu tàu. Đảm bảo độ bền đồng nghĩa với việc giảm chi phí cho nguyên vật liệu, tức là giảm giá thành cho con tàu được đóng. Khoa học, cung cấp cho người kỹ sư đóng tàu các phương pháp tính toán kết cấu vỏ tàu về độ bền và độ cứng, gọi là cơ kết cấu tàu thủy 2 Cơ kết cấu tàu 23/10/2007
Cơ kết cấu tàu thuỷ giải đáp ba vấn đề chính sau đây: Vấn đề nội lực: Ứng suất và biến dạng nào xuất hiện trong kết cấu thân tàu. Vấn đề ngoại lực: Ngoại lực nào có thể tác dụng lên thân tàu. Vấn đề đánh giá độ bền: Ứng suất và chuyển vị nào có thể cho phép xuất hiện trên kết cấu thân tàu. 3 Cơ kết cấu tàu 23/10/2007
Cơ kết cấu tàu thuỷ, theo nghĩa đầy đủ, bao gồm 2 phần: 1. Cơ kết cấu tàu thuỷ và lý thuyết đàn hồi, giành cho các bài toán tĩnh của vấn đề nội lực. 2. Sức bền và chấn động thân tàu, giải quyết các bài toán về ứng suất (vấn đề nội lực), về tải trọng tác dụng lên thân tàu ( vấn đề ngoại lực ) về đánh giá độ bền và về việc tính toán kết cấu thân tàu dưới tác dụng của tải trọng thay đổi theo thời gian (chấn động thân tàu). 4 Cơ kết cấu tàu 23/10/2007
Môn học đề cập đến những vấn đề về nội lực, bao gồm các chương: Chương 1 : UỐN CÁC THANH THẲNG VÀ HỆ THANH ĐƠN GIẢN. Chương 2 : UỐN DẦM TRÊN NỀN ĐÀN HỒI. Chương 3 : UỐN DÀN PHẲNG. Chương 4 : UỐN DẦM GHÉP. Chương 5 : CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG QUÁT VÀ CÁC ĐỊNH LÝ NĂNG LƯỢNG. Chương 6 : UỐN PHỨC TẠP VÀ ỔN ĐỊNH CÁC THANH VÀ DÀN PHẲNG. 5 Cơ kết cấu tàu 23/10/2007
TÓM LƯỢC Cơ kết cấu tàu giải quyết bài toán về độ bền và độ cứng, thực chất là vấn đề nội lực. Chương trình học bao gồm 6 chương. Giới thiệu cho sinh viên hiểu biết tổng quan về môn học 6 Cơ kết cấu tàu 23/10/2007
BÀI GIẢNG MÔN HỌC CƠ KẾT CẤU TÀU Cán bộ giảng dạy: Đỗ Hùng Chiến. Bộ môn: Cơ kết cấu tàu thủy. Khoa: Đóng tàu thủy & Công trình nổi. Trường: Đại học Giao thông vận tải Tp HCM 1 Cơ kết cấu tàu 23/10/2007
CHƯƠNG 1: UỐN CÁC THANH THẲNG VÀ HỆ THANH ĐƠN GIẢN &1. CÁC QUAN HỆ CƠ BẢN CỦA LÝ THUYẾT UỐN DẦM 1. Khái niệm: - Thanh: Tên gọi dùng để chỉ vật thể mà một trong ba kích thước ( trong không gian 3 chiều của hình học Euclic ) của nó lớn hơn nhiều so với hai kích thước còn lại. + Các thành phần của thanh: Tiết diện ngang, trọng tâm tiết diện ngang, trục của thanh. + Thanh thẳng có tiết diện ngang không đổi chính là thanh lăng trụ. - Dầm: Thanh được gọi là dầm khi làm việc chủ yếu uốn dưới tác dụng của các tải trọng ngang. 2 Cơ kết cấu tàu 23/10/2007
2. Các giả thuyết: Thừa nhận giả thuyết tiết diện phẳng. Bỏ qua ứng suất pháp trên các diện tích song song với trục dầm, vì chúng quá nhỏ. Chỉ giới hạn khảo sát các dầm cứng, là dầm có độ võng nhỏ so với chiều cao tiết diện ngang của nó và có góc xoay tiết diện ngang là nhỏ khi so với đơn vị. Trạng thái ứng suất trên tiết diện ngang của dầm chỉ phụ thuộc vào chỉ phụ thuộc vào hợp lực của các ứng lực tác dụng trên tiết diện ngang mà không phụ thuộc gì vào cách thức tác dụng của tải trọng ngoài lên dầm. Dầm được nghiên cứu ở đây là dầm thẳng, làm từ vật liệu đồng chất 3 Cơ kết cấu tàu 23/10/2007
3. Hệ trục tọa độ: Trục Ox trùng với trục dầm còn các trục Oy và Oz sẽ là các trục quán tính chính xuyên tâm (trục quán tính tâm chính) của tiết diện ngang. Trường hợp trục dầm không thẳng, trục Ox quy ước đi qua trọng tâm các tiết diện ngang hai đầu dầm. Oxyz làm thành một tam diện thuận . 4 Cơ kết cấu tàu 23/10/2007
3. Qui ước dấu: Tất cả các phần trình bày sau này tuân thủ các qui ước sau đây về dấu: - Độ võng và tải trọng phân bố (lực rải) được coi là dương, nếu như chúng trùng với chiều dương của trục Oz . - Góc xoay tiết diện ngang là dương, nếu như nếu xoay theo chiều kim đồng hồ. - Moment uốn là dương trong trường hợp nó gây ra tác dụng làm cong dầm về phía âm của trục Oz, tức giãn thớ âm và nén thớ dương dọc theo trục này - Lực cắt được coi là dương khi nó có tác dụng xoay phần bên phải của dầm ngược chiều kim đồng hồ, khi nhìn từ phía dương của trục Oy. 5 Cơ kết cấu tàu 23/10/2007
4. Các quan hệ trong uốn dầm: Dựa trên giả thuyết: Độ cong của đường đàn hồi do uốn dầm là bé và tiết diện phẳng ta có: α 2 − α1 ε x = −z (1.1) dx Vì: dw dw d 2 w α1 = & α2 = + 2 dx; dx dx dx d 2w theo định luật Hooke : σ x = − Ez (1.2) dx 2 Công thức (1.2) cho thấy, với dầm được làm từ vật liệu đồng chất ứng suất pháp khi uốn thay đổi tuyến tính dọc theo chiều cao dầm 6 Cơ kết cấu tàu 23/10/2007
- Nếu xét dầm không chịu tác động lực dọc trục : d 2w ∫∫σ x dydz = − Ez dx 2 ∫∫ zdydz = 0 (1.3) A A Kết luận: trục trung hoà đi qua trọng tâm mặt cắt ngang của dầm - Moment của nội lực xuất hiện trong dầm, lấy đối với trục trung hoà sẽ phải bằng moment ngoại lực M 2 d w M y = − ∫∫ σ x zdydz = E dx 2 ∫∫ z 2 dydz = M (1.4) A A - Moment nội lực lấy đối với trục Oz tính theo cách tương tự: d 2w M z = ∫∫ σ x ydydz = − E 2 ∫∫ zydydz = 0 A dx A Từ biểu thức (1.4) ta có công thức cơ bản uốn dầm d 2w EI 2 = M (1.5) dx 7 Cơ kết cấu tàu 23/10/2007
- Nếu như tại tiết diện bên trái của phân tố , tiết diện x, có các lực cắt N và moment uốn M thì tại tiết diện bên phải, tiết diện x+dx, các yếu tố nội lực là: dN dM N+ dx & M + dx dx dx - Điều kiện cân bằng : N(x) - [ N(x) + dx] + q(x)dx = 0 dx 2 M(x) - [M(x) + dx] + N(x)dx + q = 0 2 - Cho qua giới hạn, dx → 0 ta có: dN = q( x ) (1.7) dx dM = N ( x ) (1.8) dx d 2M Từ (1.7) và (1.8) có thể viết: 2 =q (1.9) dx Biểu thức tổng quát của lực cắt và moment uốn : x N ( x) = ∫ q ( x)dx + N 0 (1.10) x0 x x M ( x) = ∫ ∫ q ( x)dxdx + N 0 ( x − x0 ) + M 0 (1.11) Các công thức (1.10) và (1.11) cóx0thể dùng để tính cách dầm tĩnh định một nhịp. x0 8 Cơ kết cấu tàu 23/10/2007
4. Ví dụ: Xác định moment uốn và lực cắt trên dầm Giải: Trên đoạn thứ 1 (0≤ x ≤c): ⎛ c⎞ N 0 = −qc⎜1 − ⎟; M 0 = 0; q(x) = q = const. ⎝ 2l ⎠ Theo công thức (1.10) và (1.11) với x0 = 0 ta được: ⎛ c⎞ qx 2 ⎛ c⎞ N x = qx − qc⎜1 − ⎟; M x = − qc⎜1 − ⎟ x ⎝ 2l ⎠ 2 ⎝ 2l ⎠ Trên đoạn thứ 2 (c≤ x ≤l): qc 2 qc 2 ⎛ c ⎞ Nc = ; Mc = ⎜ − 1⎟; q(x) = 0 2l 2 ⎝l ⎠ theo các công thức (1.10) và (1.11), tại x = c ta có: qc 2 qc 2 x N x = Nc = ; M x = N c ( x − c) + M c = − (1 − ). 2l 2 l Biểu đồ moment uốn & lực cắt như sau: 9 Cơ kết cấu tàu 23/10/2007
TÓM LƯỢC Bài học này sinh viên nắm được: Khái niệm thanh, dầm. Các giả thuyết sử dụng trong uốn dầm. Các qui ước dấu và hệ trục tọa độ. Các quan hệ cơ bản trong uốn dầm. Ví dụ áp dụng. 10 Cơ kết cấu tàu 23/10/2007
BÀI GIẢNG MÔN HỌC CƠ KẾT CẤU TÀU Cán bộ giảng dạy: Đỗ Hùng Chiến. Bộ môn: Cơ kết cấu tàu thủy. Khoa: Đóng tàu thủy & Công trình nổi. Trường: Đại học Giao thông vận tải Tp HCM 1 Cơ kết cấu tàu 23/10/2007
&2. PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN UỐN DẦM VÀ TÍCH PHÂN CỦA NÓ 1. Phương trình vi phân uốn dầm: Có thể viết lại phương trình (1.4) dưới dạng: M = EIw” (2.1) Chú ý đến (1.8) và (1.9) , ta thu được: (EIw")' = N ; (2.2) (EIw")" = q. (2.3) Đối với dầm lăng trụ: EIw' ' ' = N ; (2.4) EIw IV = q. (2.5) 2 Cơ kết cấu tàu 23/10/2007
2. Tích phân: Tích phân phương trình vi phân (2.5), một cách tuần tự, 4 lần (với giả thiết hoành độ tiết diện ngang đầu mút bên trái x = x0): x N = EIw' ' ' = ∫ qdx + N 0 x0 x x M = EIw' ' = ∫ ∫ qdxdx + N x0 x0 0 ( x − x0 ) + M 0; x x x (2.6) 1 N0 M0 w' = ∫ x∫ x∫ qdxdxdx + 2 EI ( x − x0 ) + EI ( x − x0 ) + θ 0 ; 2 EI x0 0 0 x x x x 1 N0 M w= EI ∫ ∫ ∫ ∫ qdxdxdx + x0 x0 x0 x 0 6 EI ( x − x0 ) 3 + a ( x − x0 ) 2 + θ 0 ( x − x0 ) + f 0 . 2 EI N0 , M0 , θ0 , f0 - tương ứng, là lực cắt, moment uốn, góc xoay và độ dịch chuyển trọng tâm tiết diện ngang đầu mút bên trái. 3 Cơ kết cấu tàu 23/10/2007
3. Điều kiện biên: - Đầu dầm tựa bản lề cứng: w = 0 ; EI w' ' = 0 hay w' ' = 0. - Đầu dầm ngàm cứng: w = 0 ; w' = 0. (2.7) - Đầu dầm hoàn toàn tự do: EI w' ' = 0 hay w' ' = 0. EI w' ' ' = 0 hay w' ' ' = 0 (2.8) - Đầu dầm là đế đỡ đàn hồi f = w = A.R; (2.9) hoặc ngàm đàn hồi: w = ± U.EIw' ' (2.10) - Kết luận: Phương trình vi phân uốn dầm và các điều kiện biên là tuyến tính đối với hàm độ võng và các đạo hàm của nó cũng như đối với tải trọng ngang tác dụng lên dầm. 4 Cơ kết cấu tàu 23/10/2007