Đồ án Phân tích và thiết kế kết cấu một mẫu tàu câu vỏ gỗ khu vực Đà Nẵng

TRƯỜG ĐẠI HỌC HA TRAG KHOA KỸ THUẬT TÀU THỦY GÀH ĐÓG TÀU
  ĐỀ CƯƠG ĐỒ Á TỐT GHIỆP Sinh viên thực hiện : Lê Quang Đông MSSV : 45DC064 Địa chỉ : 45b đường Lý am Đế, Phường Phước Long ha Trang – Khánh Hòa Tên đề tài: “ Phân tích và thiết kế kết cấu một mẫu tàu câu vỏ gỗ khu vực Đà ẵng” Ngành : Đóng Tàu Giáo viên hướng dẫn: TS. Trần Gia Thái I. Đối tượng và phạm vi và mục tiêu của đề tài 1. Đối tượng nghiên cứu: Kết cấu tàu câu vỏ gỗ khu vực Đà Nẵng 2. Phạm vi nghiên cứu: Phân tích và thiết kế kết cấu một mẫu tàu câu vỏ gỗ khu vực Đà Nẵng 3. Mục tiêu nghiên cứu: Phân tích và thiết kế kết cấu một mẫu tàu câu phù hợp cho khu vực Đà Nẵng, khắc phục nhược điểm và thừa hưởng được các ưu điểm của kết cấu tàu dân gian, phù hợp với yêu cầu quy phạm. II. ội dung thực hiện 1. Đặt vấn đề. 2. Phân tích đặc điểm kết cấu tàu đánh cá vỏ gỗ khu vực Đà Nẵng. 3. Thiết kế kết cấu một mẫu tàu câu vỏ gỗ khu vực Đà Nẵng. 4. Thảo luận và đề xuất ý kiến. Chương 1: Đặt vấn đề 1.1 Tổng quan về đề tài nghiên cứu. 1.2 Đội tàu đánh cá khu vực Đà Nẵng. 1.3 Mục tiêu, nội dung, phương pháp nghiên cứu và giới hạn đề tài. Chương 2: Phân tích đặc điểm kết cấu tàu đánh cá vỏ gỗ khu vực Đà ẵng 2.1. Các mẫu tàu điển hình khu vực Đà Nẵng. 2.2 Đặc điểm tàu gỗ Đà Nẵng 2.3 Ưu nhược điểm của kết cấu tàu gỗ đà nẵng. Chương 3: Thiết kế kết cấu tàu câu vỏ gỗ 3.1 Những yêu cầu chung đối với kết cấu. 3.3.1 Yêu cầu đặt ra trong thiết kế kết cấu. 3.3.2 Yêu cầu đặt ra trong chế tạo 3.3.3 Gỗ và chất lượng của gỗ. 3.2 Phương pháp thiết kế kết cấu thân tàu. 3.3 Thiết kế kết cấu tàu câu vỏ tàu 3.4 Bài toán sức bền chung thân tàu. 3.4.1 Tính sức bền chung vỏ tàu . 3.4.1.1. Xác định đường cong phân bố tải trọng tác dụng lên thân tàu (theo khoảng sườn lý thuyết) 3.4.1.2. Xác định đường cong lực nổi theo chiều dài tàu. 3.4.1.3. Xác định lực cắt và moment uốn chung của tàu. 3.4.1.4. Xác định ứng suất uốn chung trong kết cấu thân tàu. 3.4.2 Kết luận về bài toán sức bền chung. 3.5 Tính toán kiểm tra sức bền cục bộ của một số kết cấu chính. Chương 4: Thảo luận kết quả và đề xuất ý kiến 4.1 Kết luận 4.2 Đề xuất ý kiến III. Kế hoạch thời gian 1. Tìm hiểu và lập đề cương đề tài: Từ: 01/08/2007 Đến: 26/08/2007 2. Đi thực tế: Từ: 27/08/2007 Đến: 08/09/2007 3. Kế hoạch hoàn thành bản thảo: Thứ tự Nhận xét của GVHD Chương 1: Đặt vấn đề Từ: 08/09/2007 Đến: 15/09/2007 Chương 2: Phân tích đặc điểm kết cấu tàu đánh cá vỏ gỗ khu vực Đà Nẵng Từ: 16/09/2007 Đến: 30/09/2007 Chương 3: Thiết kế kết cấu một mẫu tàu câu vỏ gỗ khu vực Đà Nẵng Từ: 1/10/2007 Đến: 27/10/2007 Chương 4: Thảo luận kết quả và đề xuất ý kiến Từ: 28/10/2007 Đến: 31/10/2007 Hoàn thành bản thảo: Trước ngày 10/11/2007. Nha Trang, ngày 26 tháng 08 năm 2007 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) TS. Trần Gia Thái Lê Quang Đông HẬ XÉT CỦA CÁ BỘ HƯỚG DẪ Họ tên sinh viên : Lê Quang Đông lớp: 45 TT-1 Ngành : Cơ khí Đóng Tàu Mã ngành : 18.06.10 Tên Đề tài : Phân tích và thiết kế kết cấu một mẫu tàu câu vỏ gỗ khu vực Đà ẵng. Số Trang Đồ Án :110 Số Trang Phụ :4 Số Chương : 4 Số Tài Liệu tham Khảo :11 Hiện Vật : HẬ XÉT CỦA CÁ BỘ HƯỚG DẪ ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………….... KếtLuận……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… NhaTrang, ngày……tháng……năm 2007 Cán bộ hướng dẫn TS.Trần Gia Thái PHIẾU ĐÁH GIÁ ĐỒ Á TỐT GHIỆP Họ tên sinh viên : Lê Quang Đông lớp: 45 TT-1 Ngành : Cơ khí Đóng Tàu Mã ngành : 18.06.10 Tên Đề tài : Phân tích và thiết kế kết cấu một mẫu tàu câu vỏ gỗ khu vực Đà ẵng. Số Trang Đồ Án :110 Số Trang Phụ :4 Số Chương : 4 Số Tài Liệu tham Khảo :11 Hiện Vật : HẬ XÉT CỦA CÁ BỘ PHẢ BIỆ. ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... Đánh giá chung: ……………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………... ....................................................................................................................................... Nha Trang, ngày……tháng……năm 2007 CÁN BỘ PHẢN BIỆN CHỦ TNCH HỘI ĐỒN G ĐIỂM CHUN G Bằng số Bằng chữ MỤC LỤC Trang LỜI N ÓI ĐẦU ........................................................................................................1 Chương 1: ĐẶT VẤN ĐỀ .......................................................................................2 1.1 TỔN G QUAN VỀ ĐỀ TÀI N GHIÊN CỨU...................................................2 1.2 ĐỘI TÀU ĐÁN H CÁ ĐÀ N ẴN G..................................................................3 1.3 MỤC TIÊU, N ỘI DUN G, PHƯƠN G PHÁP N GHIÊN CỨU VÀ GIỚI HẠN N ỘI DUN G ĐỀ TÀI...................................................................................4 1.3.1 Mục tiêu, nội dung và giới hạn của đề tài.................................................4 1.3.2 Phương pháp nghiên cứu: ........................................................................5 Chương 2: PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT TÀU ĐÁN H CÁ VỎ GỖ KHU VỰC ĐÀ N ẴN G.....................................................................................................6 2.1 CÁC MẪU TÀU GỖ ĐIỂN HÌN H KHU VỰC ĐÀ N ẴN G. ..........................6 2.2 ĐẶC ĐIỂM TÀU ĐÁN H CÁ ĐÀ N ẴN G ...................................................11 2.2.1 Khoảng sườn .........................................................................................11 2.2.2 Sống chính.............................................................................................12 2.2.3 Sống mũi ...............................................................................................13 2.2.4 Sống đuôi ..............................................................................................15 2.2.5 Đà ngang đáy.........................................................................................17 2.2.6 Đà máy: .................................................................................................19 2.2.7 Sườn......................................................................................................21 2.2.8 Xà ngang boong.....................................................................................25 2.2.9 Kết cấu các thanh dọc ............................................................................27 2.2.10 Ván vỏ và ván boong ...........................................................................31 2.2.11Vách .....................................................................................................33 2.2.12 Thượng tầng ........................................................................................34 2.3 ƯU N HƯỢC ĐIỂM CỦA KẾT CẤU TÀU GỖ ĐÀ N ẴN G .......................37 2.3.1 Kết cấu của vòm đuôi tàu: .....................................................................37 2.3.2 Kết cấu thượng tầng:..............................................................................39 2.3.3 Khung giàn phơi: ...................................................................................40 Chương 3:THIẾT KẾ KẾT CẤU TÀU CÂU VỎ GỖ ...........................................44 3.1 N HỮN G YÊU CẦU CHUN G ĐỐI VỚI KẾT CẤU ....................................44 3.1.1 N hững yêu cầu chung trong thiết kế kết cấu: .........................................44 3.1.2 N hững yêu cầu trong bố trí kết cấu. .......................................................45 3.1.3 Gỗ và chất lượng của gỗ. .......................................................................46 3.2 PHƯƠN G PHÁP THIẾT KẾ KẾT CẤU THÂN TÀU.................................46 3.3 THIẾT KẾ KẾT CẤU TÀU CÂU VỎ GỖ...................................................47 3.3.1 Giới thiệu chung ....................................................................................47 3.3.2 Các kích thước kết cấu chính .................................................................55 3.4 BÀI TOÁN SỨC BỀN CHUN G THÂN TÀU.............................................60 3.4.1. Tính sức bền chung thân tàu. ................................................................60 3.4.1.1. Xác định đường cong phân bố tải trọng tác dụng lên thân tàu (theo khoảng sườn lý thuyết).......................................................................61 3.4.1.2. Xác định đường cong lực nổi theo chiều dài tàu. ............................64 3.4.1.3. Xác định lực cắt và moment uốn chung của tàu..............................84 3.4.1.4. Xác định ứng suất uốn chung trong kết cấu thân tàu.......................88 3.4.2 N hận xét kết cấu tàu qua bài toán sức bền chung. ..................................95 3.5. KHÁI QUÁT BÀI TOÁN SỨC BỀN CỤC BỘ CÁC KẾT CẤU THÂN TÀU. .................................................................................................................95 3.5.1. Lựa chọn phương pháp tính. .................................................................95 3.5.1.1 Trình tự giải bài toán độ bền kết cấu bằng phương pháp phần tử hữu hạn.......................................................................................................96 3.5.1.2. Xây dựng mô hình và tính sức bền cục bộ một số kết cấu chính. ....97 3.5.2 Tính sước bền cục bộ cho một số chi tiết chính:.....................................97 3.5.2.1. Tải trọng tác dụng lên các chi tiết kết cấu.......................................98 3.5.2.2 Mô hình và tính sức bền cục bộ sống chính tàu thiết kế. ..................98 3.5.2.3 Mô hình và tính sức bền cục bộ đà ngang đáy tàu thiết kế. ............102 3.5.2.4 Mô hình và tính sức bền cục bộ sườn tàu thiết kế. .........................105 3.5.3 Kiểm tra sức uốn toàn tàu ....................................................................108 Chương 4: THẢO LUẬN KẾT QUẢ ..................................................................109 VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN .......................................................................................109 4.1 KẾT LUẬN . ..............................................................................................109 4.2 ĐỀ XUẤT Ý KIẾN ....................................................................................109 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................110 1 LỜI ÓI ĐẦU Trong những năm gần đây nền kinh tế biển nói chung và nghề khai thác thủy sản của nước ta đã đóng góp vai trò quan trọng trong thu nhập quốc dân cũng như góp phần bảo vệ lãnh hải của tổ quốc. Đối với ngành khai thác thủy sản thì việc phát triển đội tàu khai thác là một trong những yêu cầu hàng đầu. Hiện nay việc đóng mới tàu cá ở nước ta được tổ chức đều khắp các địa phương có nghề cá, tuy nhiên các loại tàu đánh cá vỏ gỗ chủ yếu được được đóng theo kinh nghiệm dân gian, các tàu này nhìn chung là đáp ứng được các yêu cầu về sử dụng và khai thác, tuy nhiên vẫn có nhiều hạn chế. Để chế tạo ra những con tàu ngày càng tốt hơn, hoàn thiện hơn đảm bảo các yêu cầu cũng như tính năng khai thác thì vấn đề kết cấu của con tàu có vai trò rất quan trọng trước yêu cầu như trên nay tôi được nhà trường giao thực hiện đề tài tốt nghệp “Phân tích và thiết kế kết cấu một mẫu tàu câu khu vực Đà N ẵng”. Sau thời gian thực nay em đã hoàn thành đề tài. Qua đây cho em gửi lời cảm ơn tới tất mọi người đã giúp đỡ, chỉ bảo cho em trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Trước tiên em xin chân thành cảm ơn sự chỉ bảo hướng dẫn của thầy hướng dẫn TS. Trần Gia Thái, và em cũng chân thành cảm ơn các thầy trong khoa kỹ thuật tàu thủy, các anh chị trong sở thủy sản Đà N ẵng, cán bộ quản lý thư viện đã tạo mọi điều kiện cho em trong suất quá trình làm đồ án này. Cảm ơn các bạn trong và ngoài lớp đã giúp đỡ em một cách nhiệt tình, để em hoàn thành đề tài đạt kết quả. Cảm ơn bố mẹ đã tạo điều kiện, khuyến khích và luôn ở bên tạo sức mạnh, niềm tin cho con. N ha Trang , tháng 11 năm 2007. Sinh viên thực hiện. Lê Quang Đông 2 Chương 1: ĐẶT VẤ ĐỀ 1.1 TỔG QUA VỀ ĐỀ TÀI GHIÊ CỨU Thiết kế kết cấu tàu có ý nghĩa quan trọng chế tạo tàu, để đảm bảo cho tàu hoạt động an toàn, tin cậy trong điều kiện khai thác tàu thì việc xác định kích thước, hình dáng kết cấu, lựa chọn hình thức bố trí hợp lý các kết cấu và liên kết của thân tàu là rất quan trọng vì vậy quá trình thiết kế kết cấu cần được đặc biệt quan tâm. Tuy nhiên trong thực tế hầu hết các kết cấu tàu đánh cá vỏ gỗ chưa được tính toán mà thường đóng theo kinh nghiệm dân gian, cho nên trước những cơn bão lớn thường xuyên xuất hiện,di chuyển và thay đổi hướng đột ngột ở vùng biển miềm Trung thì đội các tàu đánh cá vẫn gặp những thiệt hại lớn, tàu vẫn bị nước cuốn đi, bị va đạp mạnh vỡ tàu hay chìm tàu,… Vì thế, thiết kế và tính toán kết cấu hợp lý cho ra đời những chiếc tàu đủ an toàn cho ngư dân đi biển là trăn trở, băn khoăn của không ít các nhà nghiên cứu tàu thủy trong nước. Với đề tài ” Phân tích và thiết kế kết cấu một mẫu tàu câu khu vực Đà N ẵng” tôi mong muốn có thể chia sẻ những trăn trở đã nêu trên, tuy nhiên chỉ đáp ứng môt phần nhỏ là giới hạn đối với tàu câu vỏ gỗ trong khu vực Đà N ẵng nhằm đáp ứng nhu cầu của người dân trong việc đảm bảo an toàn trên biển tránh sóng gió, bão biển. Để đảm bảo cho kết cấu tàu thiết kế ra là hợp lý nhất trên cơ sở đảm bảo độ bền, mức độ an toàn khi đi biển là cao nhất, đồng thời tiết kiệm được vật liệu, nhờ vậy làm giảm được trọng lượng kết cấu và nâng cao tính năng hàng hải của tàu, nhất là tốc độ tàu, trong đề tài này tôi tiến hành phân tích các mẫu tàu được đóng theo kết cấu dân gian tìm ra những ưu điểm, nhược điểm của kết cấu này và vận dụng nó vào để thiết kế, tính toán kết cấu tàu vừa thừa hưởng được những ưu điểm vừa khắc phục được các nhược điểm của kết cấu tàu dân gian, phù hợp với quy phạm, tiết kiệm vật liệu, khả năng thi công dễ dàng, có tính năng tàu hợp lý, hoạt động an toàn, mang lại hiệu quả kinh tế và sử dụng. 3 1.2 ĐỘI TÀU ĐÁH CÁ ĐÀ ẴG Đội tàu đánh cá của thành phố Đà N ẵng là một trong những đội tàu mạnh trong cả nước về cả số lương lẫn chất lượng nhưng bị thiệt hại rất lớn trong năm vừa qua nên hiện tại chưa khôi phục hoàn toàn lại được. Với số lượng tàu được cấp giấy phép đến năm cuối năm 2007 và năm 2008 của thành phố có hơn 1200 chiếc tàu trên 20 (Ml) nhưng hiện tại thì chỉ còn trên 500 chiếc (số liệu thống kê lấy đến ngày 28/8/2007) cho ta thấy sự thiệt hại vô cùng to lớn do thiên nhiên đem lại. Thiệt hại này là do kết cấu không đủ bền hay quá trình thiết kế tàu có hạn chỉ thiết kế với tàu chỉ chịu đựng được các cơn bão cấp 6 trở lại? Theo thống kê của bộ thủy sản thành phố cho thấy số lượng tàu hiện tại của thành phố: Bảng 1.1 Bảng thống kê số lượng tàu thành phố theo dải công suất. Loại tàu Số chiếc Từ 20 đến dưới 50ML 376 Từ 50 đến dưới 90ML 56 >90ML 95 Với tổng công suất lên đến 43738 CV Theo nghề với những tàu có công xuất >20CV Bảng 1.2 Bảng thống kê số lượng tàu thành phố theo nghề. ghề Số chiếc Câu 82 Lưới Cản 74 Giã 286 Vây 13 Dịch vụ 8 Mành 13 Ruốc 17 Lưới rê 21 Lờ 6 4 Lưới Quét 4 N ghề Khác 1 Theo số lượng thống kê tàu trên lượng tàu câu trong số lượng tàu cá thành phố Đà N ẵng chiếm tỉ lệ lớn đứng thứ 2 trong các tàu nghề cá. Với tổng công suất lên đến 6577 (ML). Các tàu có chiều dài lớn và công xuất cao ngày càng được chú trọng sản xuất, tàu có chiều dài lớn hơn 18m ngày càng nhiều. Tàu câu có chiều dài từ 14 ÷ 18 m chiếm đa số và chủ yếu là tàu câu mực, từ 18m trở nên chiếm 1/4 số lượng tàu câu, điều này cho thấy phát triển ngành câu trong thành phố là một trong những mũi nhọn khai thác hải sản xa bờ. Chính vì vậy thiết kế kết cấu mẫu tàu câu mực có ý nghĩa thực tiễn, đáp ứng được nhu cầu số nhiều của ngành nghề góp phần khắc phục hậu quả của thiên tai, tạo ra công cụ tin cậy cho chương trình khai thác hải sản xa bờ, nhằm tăng mạnh đội tàu lớn với những kết cấu đảm bảo an toàn, kinh tế. 1.3 MỤC TIÊU, ỘI DUG, PHƯƠG PHÁP GHIÊ CỨU VÀ GIỚI HẠ ỘI DUG ĐỀ TÀI. 1.3.1 Mục tiêu, nội dung và giới hạn của đề tài Hiện nay đội tàu đánh bắt xa bờ đang phát triển rất nhanh cả về số lượng và chất lượng, giúp ngư dân có thể khai thác được một cách tốt nhất nguồn lợi từ biển mang lại. Song song với sự phát triển này là những đòi hỏi về tính an toàn cho các con tàu khi ra khơi. Kinh nghiệm dân gian trong ngành đóng tàu của ngư dân Đà N ẵng được đúc kết từ lâu đời mà ngày nay đã tạo ra được những con tàu hoạt động hiệu quả đáp ứng được yêu cầu đi biển, tuy kinh nghiệm dân gian trên thực tế là đúng và rất hay nhưng nó có nhược điểm là thiếu cơ sở khoa học, vì vậy kết cấu còn nhiều điểm chưa hợp lý, tốc độ chưa cao, tai nạn còn xảy ra, hiệu quả kinh tế còn thấp. Do đó, để rút ra được những kinh nghiệm và khắc phục những nhược điểm trên, đồng thời để bổ sung các kinh nghiệm quý báu của dân gian vào trong công tác nghiên cứu khoa học nên tôi đã chọn đề tài “ Phân tích và thiết kế kết cấu một mẫu tàu câu khu vực Đà N ẵng “ 5 Lĩnh vực nghiên cứu trong đề tài này khá rộng, trong khoảng thời gian có hạn đề tài này chỉ giới hạn ở một số nội dung sau: Chương 1. Đặt vấn đề. Chương 2. Phân tích đặc điểm kết cấu tàu đánh cá vỏ gỗ khu vực Đà N ẵng. Chương 3. Thiết kế kết cấu một mẫu tàu câu vỏ gỗ khu vực Đà N ẵng. Chương 4. Thảo luận và đề xuất ý kiến. Công nghệ đóng tàu thủy từ trước đến nay đã có một vai trò hết sức quan trọng đối với Việt N am nói chung và Đá N ẵng nói riêng đặc biệt trong lĩnh vực tàu gỗ. N gày nay trước những yêu cầu của cuộc sống đòi hỏi tàu đóng mới ngày càng nhiều nếu một con tàu không đảm bảo tất cả các tính năng thì hiệu quả sản xuất của nó sẽ giảm, đặc biệt là nó hoạt động trong điều kiện sóng gió rất phức tạp cũng như ngày dài trên biển, chính vì vậy mà nhiệm vụ đề tài cần đạt được là làm cơ sở cho sự lựa chon các kích thước của kết cấu của một con tàu cụ thể để sao cho nó hoạt động tốt trong mọi điều kiện đủ bền an toàn, giá thành đóng mới không cao nhưng hiệu quả kinh tế tốt. 1.3.2 Phương pháp nghiên cứu: Đề tài được nghiên cứu trên cơ sở lý thuyết được trang bị tại trường Đại Học N ha Trang , qua sự phân tích kết cấu chung của tàu thuyền đặc biệt là tàu gỗ khu vực Đà N ẵng và bên cạnh đó kế thừa kinh nghiệm quý báu của ngư dân khu vực thành phố Đà N ẵng kết hợp với yêu cầu của Qui phạm phân cấp và đóng tàu cá biển cỡ nhỏ (TCVN 7111:2002), sau đó kiểm tra bài toán sức bền bằng tính toán lý thuyết, từ đó lựa chọn kết cấu hợp lý nhất cho tàu. 6 Chương 2: PHÂ TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT TÀU ĐÁH CÁ VỎ GỖ KHU VỰC ĐÀ ẴG 2.1 CÁC MẪU TÀU GỖ ĐIỂ HÌH KHU VỰC ĐÀ ẴG. Qua quá trình phân tích tàu thuyền tại khu vực Đà N ẵng do Chi cục bảo vệ