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 v
ậy 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 to
àn, 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 th
ể 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

k
ết 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 l
à áp lực của nước. Mô hình tổng, thể thể hiện tương
đối chính xác t
ình 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 to
àn bộ kết cấu thân tàu xem như một
thanh tương đương đặt tr
ên 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.
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

100 T
200 T
100 T
300 T
200 T
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
h
ỏi 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 vật lý và cơ học của
kết cấu thực ở mức độ khá cao nhưng đòi hỏi nhiều công sức trong
việc lập mô hình, chuẩn bị số liệu và phân tích kết quả tính. Hơn
nữa mô hình này chỉ có tính khả thi khi có chương trình phân tích
độ bền kết cấu và máy tính với cấu hình cao, một điều kiện mà
không ph
ải lúc nào cũng có thể đáp ứng được. Còn các mô hình
ước định, tuy đơn giản hơn và không đòi hỏi điều kiện tính phức
tạp như đối với mô hình tổng thể nhưng với cách đặt vấn đề như
thế, mô hình vẫn còn tồn tại nhiều nhược điểm, nhất là khi thực
hiện phân tích độ bền kết cấu các loại tàu đặc biệt, các tàu chuyên
d
ụng hay tàu có kích thước và đặc điểm nằm ngoài phạm vi của
các quy phạm hiện hành dẫn đến kết quả thường ít chính xác hơn.
Đồng thời, việc chia quá tr
ình tính ra hai giai đoạn như trên tuy
cũng có cơ sở khoa học nhất định nhưng chỉ là quy ước mang tính