Giáo trình Cơ học kết cấu - Chương 5, Phần 2: Phân tích sức bền cục bộ tàu

ính sức bền cục bộ vỏ tàu bằng phương pháp PTHH. Trong tài liệu sử dụng các phần tử thông dụng trong tính toán kết cấu tàu, nhiều nhà nghiên cứu đang sử dụng, đó là phần tử BAR hay TRUSS, BEAM 3D, PLATE, SOLID SHELL hay gọi tắt SHELL, SOLID 3D. và 1 1. ABS, Guidance Notes on Finite Element Analysis of Hull Structures- Local 3D Mode Analysis, Dec. 2004. 2. ABS, Guidance Notes on Safehull Finite El;ement Analysis of Hull Structures, Dec. 2004. 3. SSC 387, Guide for Evaluation of Finite Elements and Results, 1996. 4. SSC 331, Design Guide for Ship Structural Details, 1990 194 1. Mô hình khung, dầm tàu Những bộ phận kết cấu hết sức phức tạp của vỏ tàu có thể đưa về dạng khung dầm. Dàn đáy tàu là ví dụ có thể đưa về bài toán 1 chiều giản đơn nhất, song thông thường chúng ta vẫn đưa về mô hình khung dầm trực giao hoặc không trực giao song chỉ nằm trong mặt phẳng 2D. Đáy tàu trong tư thế này chịu tác động lực theo hướng pháp tuyến, dạng lực tập trung hay phân bố trên diện tích. Với các bài toán dàn đáy, theo lệ thường chúng ta phân chia dàn có một sống dọc và ít đà ngang, loại dàn thứ hai có ba sống dọc và nhiều đà ngang, loại sau nữa có nhiều sống dọc và rất nhiều sống ngang. Những mô hình kết cấu dạng phức tạp kể sau thường dẫn về bài toán một chiều gồm dầm dọc nằm trên nền đàn hồi. Nguyên tắc chung để tách kết cấu khi thực hiện mô hình hóa là kết cấu có độ cứng lớn hơn phải đảm bảo làm được chỗ tựa cho kết cấu độ cứng thấp hơn. Trong lúc đó một trong những lý do mô hình hoá kết cấu phức tạp thành những kết cấu riêng lẻ, mức độ phức tạp ít hơn là tạo thuận lợi và dễ dàng khi tính. Điều này vô cùng quan trọng cho thời kỳ khi phương tiện tính chưa đầy đủ. Một vài ví dụ xa xưa chứng minh cho Hình 1 lý giải ấùy có thể tìm trong mô hình sườn tàu. Thông thường trong khung sườn tàu, đà ngang đáy khỏe hơn nhiều so với sườn, trong những trường hợp ấy có thể coi sườn được ngàm tại đáy. Xà dọc boong hoặc xà dọc hầm hàng với độ cứng lớn hơn nhiều so với độ cứng xà ngang boong và như vậy miệng hầm hàng dọc trở thành điểm tựa cho xà ngang. Bài toán tính kết cấu khung sườn tàu trông chừng rắc rối được đưa về bài toán sức bền vật liệu giản đơn, xử lý ba dầm. 195 Khung khỏe thuộc kết cấu ngang của tàu gồm đà ngang đáy khỏe, sườn khỏe, xà ngang boong khỏe cùng các mã nối chúng được mô hình hóa thành khung khỏe của tàu. Giải khung theo phương pháp chuyển vị hoặc phương pháp lực tiến hành như hướng dẫn phần đầu tài liệu. Ngày nay có thể chọn phương pháp PTHH thay cho các phương pháp truyền thống khi giải hệ khung, giàn. Trước khi mô hình hóa khung sườn tàu thủy, chúng ta cùng xem cách mô hình khung nhà trong khuôn khổ phương pháp PTHH như tại hình dưới đây. Hình 2. Mô hình hóa kết cấu khung nhà. Những nguyên lý chung khi mô hình hóa dạng khung trong tàu, không khác nhiều với trường hợp đang nêu tại hình 2, được thống nhất giữa các nhà nghiên cứu bền tàu thủy như sau, hình 3. Hình 3. Mô hình hóa kết cấu tàu về dạng kết cấu dầm. 196 Khung sườn tàu như kết cấu hệ dầm Các mô hình sườn tàu trước và nay đều coi là kết hợp từ các dầm. Đặc tính hình học dầm tương đương gồm nẹp gia cường cùng giải tôn kèm được tính riêng cho từng dầm thành phần. Chiều rộng mép kèm ảnh hưởng đến đặc trưng của momen quán tính mặt cắt và mođun chống uốn đãõ được đề cập trong phần trước. Khung sườn tàu tại mặt cắt ngang thân tàu có thể hình dung qua tàu dầu sau đây. Hình 4. Mặt cắt ngang tàu dầu Tùy độ cứng kết cấu thân tàu người ta có thể mô hình hóa khung sườn tàu theo tình hình thực tế. Hình 5 giới thiệu các sơ đồ đang dùng khi sử dụng hệ khung các dầm thẳng. Hình 5 Mô hình khung sườn tàu. 197 Trong đó hình (a) áp dụng cho sườn tàu yếu, giữa sườn với đáy và giữa sườn với boong không nối bằng mã. Hình (b) dùng cho trường hợp đà ngang đáy cứng, sườn bị ngàm tại đáy. Hình (c) dùng cho tàu chở hàng khô, một boong, miệng quầy không đủ cứng để đỡ nửa xà ngang boong. Hình ( d) dùng cho kết cấu miệng quầy cứng, làm nhiệm vụ đỡ nửa xà ngang. Hình (e) còn thêm mô hình hai cột chống không biến dạng dọc, làm điểm tựa cho boong. Mô hình sườn tàu chở dầu với các vách dọc tàu được giới thiệu trong phần khung dầm cùng tài liệu này. Kết cấu thực tế tàu dầu chạy biển đóng vào những năm tám mươi có dạng như thể hiện tại hình chụp sau đây. Hình 6. Sườn giữa tàu dầu Sườn tàu như kết cấu tấm có nẹp cứng Ngoài mô hình khung dầm, các sườn tàu hiện đại như sườn khỏe tàu chở dầu cấu tạo từ các tấm được nẹp gia cường cùng các mã nối nằm cùng mặt phẳng sườn. Mô hình tính toán của các sườn này được dùng phổ biến khi áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn kiểm tra độ bền cục bộ sườn khỏe. Các tấm trong mặt sườn làm việc trong trạng thái ứng suất phẳng. Sườn tàu cấu tạo từ các tấm độ dầy khác nhau, kích thước khác nhau, chịu tải trọng do áp lực nước tác động vào tấm vỏ mạn. Mô hình tấm mạn, trực tiếp chịu áp lực nước là mô hình dầm chịu uốn bao quanh sườn. Khi lập mô hình có thể tận dụng tính đối xứng của kết cấu và tải trọng để giảm bớt số lượng chi tiết tham gia. Mô hình được lập phải nằm ở vị trí cân bằng lực và momen, thỏa mãn điều kiện thế năng của hệ phải là minimum. Gối đỡ phía trên góc phải giữ cho sườn ở trạng thái cân bằng nhằm thực hiện ý định này. Trên hình 7 giới thiệu sơ lược mô hình sườn khỏe tàu chở dầu trọng tải 63000dwt. Khi mô hình hóa kết cấu đã sử dụng lưới với 556 nút, dùng 530 phần tử tấm PLATE gồm tấm bốn cạnh và tấm 3 cạnh, 650 phần tử dầm chịu uốn BEAM, như giải thích trên hình. Kết quả kiểm tra cho thấy, khi tàu nằm ở vị trí chịu toàn tải, ứng suất kéo, nén lớn nhất trong các tấm đạt 1680 kG/cm2, ứng suất cắt lớn nhất 612,5kG/cm2, chuyển vị lớn nhất trên 1 cm. 198 Hình 7. Sườn khỏe tàu dầu . Những mô hình tính độ bền sườn tàu đang dùng trong tính toán thực tế khá đa dạng. Mỗi kiểu tàu có kết cấu đặc trưng do vậy mô hình tính không thể giống nhau khi áp dụng. Chúng ta cùng xem xét kết cấu sườn tàu vận tải đi biển. Mô hình tính toán bằng phương pháp PTHH giành cho sườn khỏe trình bày dưới đây làm tài liệu tham khảo tốt cho đồng nghiệp khi tính độ bền kết cấu. Hình 8a Kết quả phân tích độ bền sườn tàu bulkcarrier được trình bày tại hình tiếp theo. Hình 8b 199 Sườn tàu như kết cấu 3D Ví dụ sử dụng phần tử 3D tính toán độ bền khung sườn tàu dầu ghi dưới đây là mô hình được chấp nhận đầu những năm hai nghìn. Hình vẽ in lại theo tài liệu hướng dẫn tính độ bền của ABS (USA). Hình 9 Mô hình khung sườn tàu cùng những gối tựa dùng cho kết cấu tàu dầu theo hướng dẫn sau đây, hình 10. 200 Hình 10. Gối tựa khung sườn tàu dầu Tổ chức mạng lưới các phần tử nên theo chuẩn sau đây. Hình 11. Mô hình kết cấu khung sườn tàu dầu nhờ phần tử SOLID 3D . Tàu chở hàng rời tính theo cách tương tự. Mô hình tính thể hiện tại ba hình tiếp theo. Hình 12. Mặt cắt ngang tàu chở hàng rời (bulkcarrier) 201 Hình 13. Gối đỡ khung tàu hàng rời Mô hình hoá kết cấu nhờ phần tử SOLID 3D khi tính tàu bulkcarrier. Hình 14. Tàu chở container đòi hỏi tính toán độ bền khi tàu uốn và khi tàu bị xoắn. Mô hình tính trên đây dùng cho tàu dầu với đặc trưng boong liền, miệng hầm hàng vô cùng nhỏ, được cải biên dùng cho tàu container có miệng hàng vô cùng rộng này. Mặt cắt ngang tàu container thông thường có dạng như nêu tại hình 15. Hình 15. Sơ đồ bố trí gối tựa cho tàu như sau. Hình 16. 202 Mô hình hóa trong 3D có dạng như sau đây. Hình 17. Tàu chở container Mô hình khung kết cấu boong tàu Boong tàu thường được mô hình về dạng kết cấu hệ dầm trong mặt phẳng của boong. Thông thường khi mô hình hóa có thể bỏ qua độ cong với độ nâng cao nhất không quá 1/50 chiều rộng boong. Độ cong yên ngựa dọc boong trong phạm vi từng khoang cũng được bỏ qua khi mô hình hóa kết cấu. Hệ dầm trực giao tại những vùng boong kín được xác lập theo phương pháp đã dùng cho mạn hoặc đáy đơn. Kết cấu tại khu vực miệng hầm hàng cần được xét cụ thể hơn khi mô hình. Trên hình kế tiếp giới thiệu mặt bằng của boong tàu chở hàng khô, tại khu vực trên khoang hàng. Kết cấu khỏe tại quanh miệng hầm hàng gồm xà ngang boong cùng miệng quầy ngang hầm hàng, hai xà dọc boong cùng miệng quầy dọc hầm hàng. Theo chỉ dẫn đã nêu trên xà dọc cùng miệng quầy được mô hình thành dầm liên tục có tiết diện khác nhau, ngàm tại vách ngang của tàu, tựa trên các gối đàn hồi. Xà ngang boong tại khu vực miệng quầy ngang hầm hàng sẽ căn cứ vào độ cứng tương đối của xà dọc giữa tàu nối với miệng quầy ngang và độ cứng mạn để tạo thành. Có thể coi xà được ngàm tại giữa tàu, đầu thứ hai của xà tựa lên mạn đủ cứng. Phản lực tại điểm tiếp xúc giữa xà ngang boong với xà dọc miệng hầm hàng được tính bằng R như trên đã nêu. 203 q 1 1 q q 2 L B R l1 l2 b 1 Hình 18. Mô hình kết cấu boong tàu vận tải Trong vùng có lỗ khoét mô hình xà ngang boong cụt được mô hình dạng sau. Với thành miệng quầy dọc hầm hàng rất cứng, xà ngang boong cụt tựa lên kết cấu này. Mối liên kết tại mép boong và mép mạn được chuyển thành ngàm đàn hồi theo phương thức đã trình bày. Hệ số đàn hồi của ngàm tính từ công thức quen thuộc: α = l EI3 tính tại sườn Momen uốn tính tại nút liên kết có dạng: M = qB Ei B 1 2 1 8 1 1 3 . .+ α Hình 19 trong đó B1 - chiều rộng xà ngang boong cụt, I - momen quán tính mặt cắt ngang xà ngang. Trong trường hợp độ cứng các xà ngang boong thường không lớn, độ cứng các nẹp dọc cũng rất nhỏ so với độ cứng xà dọc miệng hầm, mô hình kết cấu khung boong có thể đưa về dạng đơn giản hơn như biểu diễn tại hình 20 dưới. Trong mô hình này cách xác định độ cứng lò xo tại các gối tiến hành như đã hướng dẫn. Phản lực R tính theo các phép tính thông dụng từ sức bền vật liệu hoặc tra từ các bảng trong sổ tay cơ học kết cấu. 204 Hình 20. Mô hình dầm của boong tàu vận tải Sử dụng phần tử tấm tính ứng suất và biến dạng tấm boong. Hình 21. Mô hình tấm kết cấu boong 205 Hình 22. Tấm boong tàu vận tải Miệng hầm hàng cần được phân tích kỹ bằng mô hình FEM 3D. Ngày nay người ta thường sử dụng mô hình phần tử hữu hạn 3D khảo sát độ bền kết cấu phức tạp này. Hình tiếp đây là một ví dụ. 206 Hình 23. Kết cấu miệng hầm hàng tàu vận tải Mô hình khung kết cấu mạn Mô hình kết cấu mạn tàu không khác so với các mô hình đã trình bày tại chương dầm và hệ dầm, mục hệ dầm trực giao. Hình ảnh kết cấu vỏ tàu trong đó có mạn, đáy , boong vẽ trong hình phối cảnh có dạng như sau. Hình 24. Trích giàn mạn, giàn đáy cùng boong tàu vận tải 207 Ví dụ tiếp theo đây trình bày hệ dầm trực giao chọn từ kết cấu mạn của tàu vận tải đi biển. Với mô hình dạng này chúng ta có thể giải theo nhiều cách khác nhau. Phương pháp giải hệ dầm trực giao kinh điển đưa bài toán khung mạn về bài toán dầm trên nền đàn hồi. Hình 25. Mô hình dàn mạn tàu Ngày nay với trợ giúp của máy tính cá nhân, những mô hình dạng này có thể xử lý bằng phương pháp tính PTHH như đã trình bày tại các chương trên. 2. Kết cấu vách Mô hình các vách đòi có sự phân tích rồi sau đó chọn lựa kiểu phần tử thích hợp. Thực tế tính toán cho thấy, có thể sử dụng hệ thống các tấm vào mô hình của vách hoặc mạn. Ví dụ nêu tiếp giới thiệu cách làm theo hướng này. H. 26 Vách cùng các nẹp 208 Hình 27. Mô hình kết cấu vách dưới dạng các tấm Hình 28. Chuyển vị các tấm dưới tác động tải trọng ngang Vách sóng dùng rộng rãi trong trong dầu, tàu chở hàng rời được mô hình hóa theo mẫu sau. 209 Hình 29. Vách hình sóng trong mô hình PTHH 3. Đáy tàu được xét như giàn trực giao Khi sử dụng phương pháp PTHH vào tính kết cấu, đặc biệt kết cấu cục bộ tàu thủy, dàn đáy được mô hình không chỉ ở mặt phẳng mà có thể mô hình trong không gian 3D. Cách làm có thể như sau. Sử dụng tính đối xứng của kết cấu qua mặt cắt dọc và mặt cắt ngang, chỉ cần đưa 1/4 kết cấu đáy tham gia mô hình. Những lưu ý phải được quan tâm khi sử dụng 1/4 dàn đáy làm mô hình tính là đảm bảo tính chất cơ học cho các kết cấu nằm tại biên, trên trục đối xứng. Tại đây các đặc tính hình học, đặc tính cơ học của kết cấu phải được chia đều cho phần được đưa vào mô hình và phần không tham gia. Điều kiện chuyển vị thẳng và xoay của các điểm vật chất trên biên được giữ đúng như thực tế làm việc. Trong những điều kiện đó kết cấu đáy có thể đưa về một trong ba thực tế : - kết cấu dầm chịu uốn, xoắn, kéo, nén vv... trong không gian 3D, - kết cấu các tấm mỏng , liên kết với nhau qua các đường hàn, bố trí trong không gian 3D, - kết cấu hỗn hợp gồm các tấm mỏng, độ dầy khác nhau, sắp xếp theo hướng khác nhau, cùng các kết cấu dạng dầm chịu uốn liên kết với các tấm qua các nút. Hình 30. 210 Có thể nhắc lại mô hình giàn đáy tàu từ chương trước để thấy kết cấu thực của đáy có thể đưa về hệ thanh như hình 30. Lực tác động lên giàn theo phương pháp tuyến với mặt giàn. Phần tử 2D beam trong trường hợp tính giàn phải chịu uốn và xoắn. Kết cấu trình bày tại hình 28 cho phép nhận xét, cấu hình giàn đối xứng qua trục Ox và cả trục Oy. Trong trường hợp này nên sử dụng ¼ giàn vào tính toán nhằm tiết kiệm công sức làm công tác chuẩn bị và rút ngắn thời gian tính. Hình 31. Cấu hình của mô hình đang nêu có những đặc điểm sau. Mô men quán tính mặt cắt ngang dầm số 3 giữ nguyên như giá trị ban đầu mà các dầm nhóm này vẫn có. Trong khi đó dầm 1 và 2, nằm trên trục đối xứng, khi tách ra ở riêng chỉ còn mang ½ giá trị ban đầu. Dầm số 4 cũng chỉ giữ lại ½ momen quán tính mặt cắt khi tham gia mô hình này. Tải trọng tác động lên các dầm cũng phục tùng cách phân bổ vừa nêu. Thực tế cho phép đưa ra nhận xét, dù cố gắng nhiều mô hình đáy tàu thủy xây dựng từ các dầm khó tả thực kết cấu tấm vỏ có nẹp cứng chạy dọc và ngang. Trường hợp này có thể xây dựng mô hình các tấm hoặc vỏ mỏng cho kết cấu đáy. Tốt hơn nếu chúng ta xây dựng mô hình đáy tàu trên cơ sở sử dụng các phần tử SOLID SHELL hoặc SOLID 3D. Hình 30 tiếp theo trình bày kết quả tính ứng suất kết cấu đáy đôi tàu xây dựng từ các phần tử SOLID đang nêu. Hình 32. Đáy đôi tàu 211 Một số chi tiết đặc trưng kết cấu đáy, ví dụ đà dọc chữ T, cần thiết được mô hình hóa với lưới phần tử dày hơn thông thường. Hình 30a là một ví dụ. Hình 32a. Đà dọc chữ T Với tàu đáy đơn, kết cấu theo hệ thống dọc, xem hình 33, phần tử thích hợp khi mô hình hóa kết cấu có thể chỉ là PLATE. Ví dụ nêu tại hình là cố gắng miêu tả kết cấu thực bằng các phần tử tấm chịu uốn bốn cạnh. Hình 33. Kết cấu đáy và mạn 212 4. Mô hình trong không gian 3D Mô hình trong điều kiện phương tiện tính chưa đầy đủ nên thực hiện trong không gian 2D, thậm chí nên đưa bài toán phức tạp về bài toán một chiều. Tuy vậy có thể nhận xét rằng, thân tàu thủy luôn có kết cấu phức tạp, nếu chỉ dùng mô hình phần tử 1D, 2D nhiều khi không thể tả thực thực tế đó. Tàu dầu đang trình bày tại hình 32 là một ví dụ của sự phức tạp cấu hình. Hình 34. Tàu dầu đang nằm trên triền Mô hình hóa thân tàu bằng phương pháp phần tử hữu hạn dùng tính độ bền, tính mỏi cho kết cấu thân tàu được chú trọng trong hầu hết các viện nghiên cứu thiết kế. Các mô hình đang dùng có thiên hướng sử dụng phần tử 3D trong miêu tả kết cấu thực. Tàu chở dầu cỡ lớn kết cấu đáy đôi, mạn kép giới thiệu tại hình 33 là một ví dụ. Mô hình 3D của tàu trình bày tại hình tiếp theo. Hình 35. Bố trí chung tàu chở dầu 213 Hình 36. Mô hình tính trong 3D theo phương pháp PTHH Ví dụ tiếp theo trình bày mô hình hóa thân tàu bằng các phần tử 2D, 3D. Bằng cách này toàn bộ kết cấu thân tàu được miêu tả gần thực hơn, dễ nhận diện hơn, hình dưới. Nhờ tính đối xứng hình học của thân tàu, trong các mô hình nên sử dụng ½ kết cấu khi tính, xem các tài liệu đã dẫn của SSC. Hình 37a 214 Hình 37b Những mô hình tính sau đây, trích từ tài liệu kỹ thuật xuất bản năm 2004 và về sau của Đăng kiểm ABS được các nhà nghiên cứu khuyến cáo dùng. Mô hình hóa kết cấu tàu chở container theo mô hình nêu tại hình 38. Hình 38. Mô hình FEM tàu container 215 Tàu vận tải kiểu cũ dùng chở hàng tổng hợp được khuyên mô hình cho miền được chọn lựa, dạng tương tự như nêu tại hình 39. Hình 39. Mô hình hóa kết cấu tàu vận tải hàng khô. Mô hình tính dùng cho tàu chở hàng rời được giới thiệu tiếp dưới đây. Hình 40. Tàu chở hàng rời Những kết cấu đặc trưng tàu chở hàng rời trong mô hình phần tử hữu hạn có thể thấy qua các hình sau. 216 Hình 41. Kết cấu chi tiết tàu hàng rời. Kết cấu tàu hai thân Những hình ảnh liên quan kết cấu thân tàu catamaran giới thiệu tiếp theo có thể giúp người tính toán xây dựng mô hình PTHH cho tàu đặc biệt này. Có thể sử dụng các phần tử SOLID SHELL hoặc PLATE cho mục đích này. Hình 42a. Kết cấu theo hệ thống dọc tàu hai thân. 217 Hình 42b Hình 42c. Kết cấu boong-cầu nối Hình 42d. Tính toán kết cấu cầu nối 218 Hình 42e. Mô hình xoắn cục bộ thân tàu. 5. Mô hình mã liên kết Liên kết các chi tiết thân tàu như vách với đáy, sườn với xà ngang, sườn với tấm đáy trong vv nhờ kết cấu đặc trưng của ngành tàu là mã (knees và brackets). Mã được hàn trực tiếp với kết cấu thân tàu, cùng chịu tải trọng như các chi tiết mà nó liên kết, hình 43. Mã chiếm giữ những vị trí quan trọng trong kết cấu thân tàu. Ứng suất và biến dạng trong kết cấu mã phân bố khá phức tạp, hình 44. Hình 43. Mã tiêu biểu 219 Hình 44. Phân bố ứng suất đo bằng kG/cm2 của mã. Một trong những cách làm được chấp nhận, coi mã như một siêu phần tử (supperelement) khi tính toán. Hình 43 giới thiệu mã (knee) cùng kích thước chi tiết. Hình 44 giới thiệu lưới chia phần tử tấm dùng mô hình mã. Hình cuối trình bày mạng lưới ở vị trí dày nhất. Hình 45 220 Hình 46 Hình 47 Mô hình kết cấu mã chân vách trình bày tại hình 46. Những mô hình tính này trở thành bắt buộc khi tính độ bền mỏi tàu trong những năm gần đây. Hình 48. Kết cấu mã tàu dầu 6. Tính đối xứng kết cấu Thông thường các kết cấu trên thân tàu có tính đối xứng qua mặt cắt dọc giữa tàu. Lợi dụng tính đối xứng này, khi mô hình hóa có thể chỉ sử dụng một nửa khung dầm để tính toán. Thường gặp trong thiết kế, cấu hình kết cấu đối xứng, ví dụ: tấm boong, đáy, tải tác động lên kết cấu đó đối xứng, hình 49. Trong điều kiện đó có thể sử dụng tính đối xứng cấu hình, tải giảm khối lượng tính toán. 221 Hình 49. Kết cấu có cấu hình đối xứng, tải đối xứng. Trường hợp chỉ có cấu hình đối xứng, tải á đối xứng, nên tiến hành xử lý điều kiện biên tại trục đối xứng để đưa bài toán về dạng “phản đối xứng”, hình 50. Hình 50. Trường hợp á đối xứng tải Hình 51. Xử lý tải trong trường hợp đối xứng 222 Thông thường dàn đáy tàu nằm tại khu vực giữa tàu có tính đối xứng ngang và dọc. Trong trường hợp này chỉ cần sử dụng một phần bốn dàn đáy để tính toán. Điều kiện biên tại các mặt đối xứng áp dụng cho trường hợp cụ thể này là, chuyển vị ngang, pháp tuyến với mặt đối xứng bằng không, góc xoay tại đây cũng bằng không trong khi chuyển vị theo phương thẳng đứng đạt cực trị. Kết quả tính theo các mô hình khác nhau đưa lại những kết quả không hoàn toàn giống nhau. Dưới đây trình bày kết quả tính ứng suất cho dàn đáy tàu vận tải theo mô hình kết cấu dầm 2D và tấm trong 3D. Độ võng tính bằng cm, ứng suất tính bằng kG/cm2. Bảng 1 Mô hình tấm ,lưới dầy Mô hình tấm, lưới thưa Tấùm trực hướng Khung dầm Độ võng giữa,cm 0,45 0,49 0,532 0,745 Ưùng suất tại nút giữa 181,5 304,1 398,3 544,9 Ưùng suất tại ngàm 274,7 784,8 784,8 1079,1 Hình 53. Hình 53. 223 Hình tiếp theo trình bày kết cấu dàn conson trên một dàn khoan di động. Dàn conson này tựa trên sàn boong khai thác, có khả năng kéo vào, ra. Trang thiết bị khai thác được bố trí trên dàn, gây tải trọng cục bộ cho các cụm kết cấu trên dàn. Với kết cấu kiểu này, cũng như kết cấu thượng tầng tàu khách, tàu du lịch vv... nếu sử dụng mô hình 2D sẽ khó diễn tả đủ tính năng của kết cấu thực. Mô hình 3D dạng khung dầm khi áp dụng vào đây sẽ miêu tả gần đầy đủ tính năng của dàn. Trong mô hình 3D này, thành đứng cao 4727mm được đưa về dạng dầm chịu uốn và kéo, nén, tựa đứng trên boong khai thác. Xà ngang nối cứng với thành đứng bằng mã và đỡ các tấm tôn sàn. Góc 90° giữa thành đứng và xà ngang không biến dạng trong khi làm việc. Tại mặt phẳng đối xứng, chuyển vị ngang của dàn conson được gán bằng 0, góc xoay quanh trục dọc cũng bằng 0. Điểm tựa tại đây được đưa về mô hình gối cứng, di động theo hướng lên-xuống, đảm bảo cho chuyển vị theo phương thẳng đứng khác 0, còn theo phương ngang bằng 0. Chiều dài 1/2 sải tính từ nút liên kết với thành đứng đến mặt đối xứng 7620mm như trên hình. Kết quả kiểm tra trong tình trạng khai thác cho thấy, ứng suất lớn nhất trong kết cấu không vượt quá 1600kG/cm2. Như đã đề cập phần trước, thượng tầng tàu thường có cấu hình dạng 3D do vậy cách tính tốt nhất nên mô hình hóa thượng tầng trong không gian ba chiều. Vách thượng tầng có thể đưa về mô hình tấm, các nẹp gia cường nên đưa vể dạng dầm chịu uốn, xoắn. Thông dụng hơn khi mô hình hoá thượng tầng nên chuyển sang mô hình các dầm trong không gian. Dưới đây sẽ giới thiệu mô hình thượng tầng tàu chở khách chạy ven biển. Kết cấu của thượng tầng nêu tại hình trên, hình dưới là sơ đồ bố trí các phần tử BEAM dùng trong tính toán. Một số đặc trưng hình học kết cấu chính như sau. Xà dọc boong thượng tầng lxb = 15,7x0,9m; chiều dầy t = 3,5mm; Diện tích mặt cắt tính toán A = 31,8 cm2; momen quán tính mặt cắt I = 1548,7 cm4. Xà ngang boong thượng tầng : lxb = 5,6x1,8m; chiều dầy tôn t = 3,5 mm; diện tích mặt cắt A = 40,3 cm2; momen quán tính mặt cắt I = 1635 cm4. Mô hình khung dầm 3D của kết cấu thượng tầng được