Nghiên cứu đánh giá độ bền của kết cấu tàu vỏ thép khi đâm va bằng phương pháp mô phỏng

Bài viết trình bày kết quả nghiên cứu đánh giá độ bền của mạn đôi tàu vỏ thép 20000 DWT khi xảy ra tai nạn đâm va với một mũi tàu vỏ thép khác bằng phương pháp mô phỏng. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết của tài liệu.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu đánh giá độ bền của kết cấu tàu vỏ thép khi đâm va bằng phương pháp mô phỏngSCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol 18, No.K7- 2015Nghiên cứu đánh giá độ bền của kết cấutàu vỏ thép khi đâm va bằng phươngpháp mô phỏngHuỳnh Văn VũBộ môn Kỹ thuật tàu thủy – Trường Đại học Nha Trang(Bài nhận ngày 13 tháng 7 năm 2015, hoàn chỉnh sửa chữa ngày 16 tháng 10 năm 2015)TÓM TẮTBài báo trình bày kết quả nghiên cứutử hữu hạn thông qua phần mềm thương mạiđánh giá độ bền của mạn đôi tàu vỏ thépAbaqus/Explicit. Nghiên cứu này khảo sát20000 DWT khi xảy ra tai nạn đâm va vớisáu trường hợp đâm va, trong đó ba trườngmột mũi tàu vỏ thép khác bằng phương pháphợp mũi tàu có vận tốc 5 hl/h và ba trườnghợp mở rộng khác.mô phỏng. Kết quả mô phỏng quá trình tainạn đâm va tàu sử dụng phương pháp phầnTừ khóa: Độ bền kết cấu tàu, tai nạn đâm va, mô phỏng, Abaqus.1. ĐẶT VẤN ĐỀTrong những trường hợp xảy ra tai nạn củatàu vỏ thép, ví dụ như tai nạn đâm va giữa hai tàu,thì vấn đề dư bền của tàu còn tồn tại không, độbền của các kết cấu tàu có đủ khả năng chống đỡlại sự phá hủy không cần được quan tâm trướctiên. Các quy định hàng hải, các bộ luật, các tiêuchuẩn và quy định của các cơ quan Đăng kiểmcũng ưu tiên dư bền hơn là đi xác định cụ thể độbền dự phòng hay độ ổn định dự phòng, miễn saokhi xảy ra phá hủy, khả năng tàu bị chìm là thấpnhất. Một số quy định và tiêu chuẩn có đề cập đếntai nạn đâm va tàu đang được sử dụng thông dụnghiện nay như: hướng dẫn của Bộ Năng lượngvương quốc Anh [10], Đăng kiểm DNV [7], tiêuchuẩn NORSOK [14], …Các nghiên cứu về mô phỏng hiện tượngđâm va phía mạn tàu chủ yếu sử dụng phươngpháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method,gọi tắt là FEM) được tổng hợp bởi Miguel AngelGonzales Calle [11] năm 2011. Ngoài ra, còn mộtsố nghiên cứu khác về vấn đề này như:K.Wísniewski [9] đã nghiên cứu mô phỏng thiệtTrang 94hại trong tai nạn đâm va giữa mũi tàu Container40.000 DWT vào một bên mạn của tàu dầu105.400 DWT một góc 900 với vận tốc 7 knots(3,6 m/s), Ozhue [12] đã đánh giá các thông sốảnh hưởng đến việc đâm va tàu và cung cấp cáchướng dẫn để thực hiện các bài toán mô phỏngkhi sử dụng FEM, N.Q. Thái [5] đã mô phỏng vađập giữa một phần của vỏ sà lan chịu tác độngcủa trọng vật rơi, Đ.T.Q. Tánh [4] đã tiến hànhthực nghiệm và mô phỏng trên Abaqus/Explicitvề độ bền va đập của trọng vật rơi tự do lên tấmkết cấu tàu có nẹp gia cường.Kết quả nghiên cứu của bài báo này là xâydựng mô hình mô phỏng tai nạn đâm va giữa mũitàu quả lê đâm va vào kết cấu mạn đôi tàu vỏ thépvà đánh giá được độ bền của mạn đôi tàu vỏ thépsau tai nạn, bằng phương pháp phần tử hữu hạnvới sự trợ giúp của phần mềm thương mạiAbaqus/CAE v6.10.2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG TAINẠN.TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 18, SOÁ K7- 20152.1. Giả thiết các trường hợp tai nạntốc, khối lượng va chạm, góc đâm va và vị trítương tự như trạng thái thứ nhất, được ký hiệu làTH1V5F, TH2V5F, TH3V5F.Giả thiết rằng có 3 trường hợp tai nạn đâmva phía mạn tàu với vị trí tương đối giữa mũi tàuđâm va và mạn đôi tàu bị đâm va như hình 1,tương ứng với T= 0, T= 1800 mm, T= 3900mm. Trong mỗi trường hợp xét cả hai trạng thái,thứ nhất xem mũi tàu đâm va là tuyệt đối cứng,di chuyển với vận tốc 5 hl/h, khối lượng va chạmlà 7497 tấn [2], đâm vuông góc với mạn tàu bịđâm va, được ký hiệu là TH1V5, TH2V5, TH3V5tương ứng với 3 vị trí nói trên, thứ hai mũi tàuđâm va là vật rắn biến dạng, di chuyển với vận(a)2.2. Mô hình hóa bài toán mô phỏng tai nạnMô hình hình học: đối tượng nghiên cứucủa bài báo là tàu hàng vỏ thép tải trọng 20.000DWT, được đóng tại Nhà máy Đóng tàu CamRanh, phân cấp bởi Đăng kiểm Việt Nam [1]. Đểđơn giản, bài báo chọn khu vực mạn đôi vùngthân ống giữa tàu làm đối tượng là tàu bị đâm va(hình 2.a), chọn khu vực mũi quả lê của tàu làmđối tượng là tàu đâm va (hình 2.b).(b)(c)Hình 1. Giả thiết các trường hợp tai nạn(a) Trường hợp 1, T=0; (b) Trường hợp 2, T = 1800 mm; (c) Trường hợp 3, T = 3900 mm(a) Vùng mạn đôi của tàu bị đâm va(b) Mũi quả lê của tàu đâm vaHình 2. Mô hình hình học của bài toán mô phỏng tai nạnMô hình phần tử: Đối với mũi quả lê củatàu đâm va, khi xem xét ở trường hợp là vật rắntuyệt đối thì mô hình có 19738 phần tử, kiểu phầntử là tứ giác 4 nút R3D4, kích thước mỗi phần tửlà 100x100 mm (hình 3.a), khi xem xét ở trườnghợp là vật rắn biến dạng thì chọn kiểu phần tử tấmtứ giác 4 nút S4R, gồm 15662 phần tử với kíchthước mỗi phần tử là 200x200 mm (hình 3.b). ĐốiTrang 95SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol 18, No.K7- 2015với phần mạn đôi của tàu bị đâm va cũng chọndạng phần tử tấm tứ giác 4 nút S4R, có 253875phần tử được chia thành hai khu vực, đối với khuvực dự kiến bị đâm va có kích thước phần tử là50x50 mm, và khu vực còn lại có kích thước phầntử là 100x100 mm (hình 3.c).Biểu đồ biến dạng – lực kéo khi tiến hànhthử kéo của vật liệu thép dùng để đóng tàu đượcthể hiện ở hình 4. Khi nhập giá trị vào Abaquscần chuyển sang kiểu biến dạng strain  và ứngsuất stress . Ngoài ra một số thông số vật liệucơ bản khác như mô đun đàn hồi E = 207000MPa, hệ số Poisson  = 0.3, khối lượng riêng  =7.85E-9 tấn/mm3, …2.3. Thuộc tính vật liệu(a)(b)(c)Hình 3. Mô hình phần tử của (a) mũi quả lê xem như vật tuyệt đối cứng,Lực, N(b) mũi quả lê xem như vật rắn biến dạng, (c) mạn đôi tàu bị đâm va3500030000250002000015000100005000001020Độ dãn dài, mm30Hình 4. Biểu đồ thuộc tính vật liệu khi thử kéo2.4. Điều kiện biên của bài toánTàu bị đâm va được xét như một dầm đượcđặt trên hai gối simple supported, gối tại vị tríRP1 là gối cố định, gối tại vị trí RP2 là gối trượt.Các phần tử tại hai mặt cắt ngang tương ứng đượcTrang 96liên kết với điểm tham chiếu RP1 và RP2 bằngphương pháp MPC (Multi Point Constraint).Điều kiện biên của bài toán mô phỏng quá trìnhTAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 18, SOÁ K7- 2015đâm va mạn tàu được thể hiện ở hìn ...