Phân tích và lựa chọn thuật toán thiết kế kết cấu tàu vỏ thép theo yêu cầu của Quy phạm Việt Nam, chương 5 potx
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (155.72 KB, 7 trang )
Chương 5: Hệ thống kết cấu hỗn hợp
- Hệ thống kết cấu hổn hợp do nhà khoa học Liên Xô cũ viện sỹ
Shymanski đề nghị.
- Vai trò các khung giàn tàu trong việc đảm bảo độ bền kết cấu
thân tàu khác nhau, do đó nên sử dụng hệ thống kết cấu hỗn hợ
p,
t
ức là tùy vai trò của các khung giàn khi tham gia đảm bảo độ bền
chung hay riêng mà bố trí hệ thống dọc hay ngang.
- Hệ thống này đảm bảo kết cấu thân tàu chịu ứng suất hợp lý hơn
nên sẽ tiết kiệm vật liệu đáng kể so với các hệ thống khác, do đó
thườn
g áp dụng cho tàu dầu, tàu hàng cỡ trung và cỡ lớn.
2.3. YÊU CẦU CỦA QUY PHAM VIỆT NAM VỚI VIỆC
THIẾT KẾ KẾT CẤU TÀU VỎ THÉP
2.3.1. Vật liệu thép dùng trong đóng tàu
2.3.1.1. Khái quát về thép
Thép là hợp kim với thành phần chính là sắt (Fe), với cacbon
(C), t
ừ 0.02% đến 1.7% theo trọng lượng, và một số nguyên tố hóa
học khác. Chúng làm tăng độ cứng, hạn chế sự di chuyển của
nguyên tử sắt trong cấu trúc tinh thể dưới tác động của nhiều
nguyên nhân khác nhau . . .Số lượng khác nhau của các nguyên tố
và tỷ lệ của chúng trong thép nhằm mục đích kiểm soát các mục
tiêu chất lượng như độ cứng, độ đàn hồi, tính dể uốn, và sức bền
kéo đứt. Thép vớ
i tỷ lệ cacbon cao có thể tăng cường độ cứng và
cường lực kéo đứt so với sắt nhưng lại giòn và dể gãy hơn, ngược
lại thì thép dẻo, độ cứng kém.
Hiện nay, thép được chế tạo từ nhiều các nhóm hợp kim khác
nhau, tùy theo thành phần hóa học của các nguyên tố cho vào mà
cho ta các s
ản phẩm phù hợp với công dụng riêng rẽ của chúng
như: Thép cacbon, thép hợp kim, thép không gỉ, thép gió, thép
dụng cụ đo…
2.3.1.2. Yêu cầu đối với thép dùng trong đóng tàu
Thép là loại vật liệu đựơc sử dụng rộng rãi nhất trong đóng tàu
nh
ờ có những đặc tính ưu việt của thép về tính năng cơ học, giá
thành hợp lý…Mà người ta có thể đóng tàu dài đến 500m với tải
trọng trên dưới nửa triệu tấn, trong khi đó vật liệu cổ điển là gỗ chỉ
đóng những t
àu có chiều dài trên dưới 60m.
M
ặc dù có những thành công rực rỡ trong việc sử dụng thép
để đóng tàu đặc biệt l
à cùng với sự tiến bộ mạnh mẽ của công nghệ
hàn. Nhưng hàng ngh
ìn trường hợp tai nạn vẫn xảy ra đối với tàu
thép như nứt, nứt giòn, ăn mòn, có khi tự nhiên gãy đôi cả con tàu.
Vì v
ậy yêu cầu kỹ thuật đặt ra cho thép đóng tàu cơ bản như sau:
- Đảm bảo sức bền cơ lý tính với
ch
= 235- 390 Mpa.
- Chịu đựng được hiện tượng nứt giòn ở nhiệt độ 0°C hoặc thấp -
40°C.
-
Tính năng hàn tốt ở mọi nhiệt độ môi trường xung quanh.
- Có khả năng gia công nguội mà không bị giảm nhiều đi cơ lý tính
c
ủa nó sau khi đã biến dạng dẻo và không cần phải gia công nhiệt
trở lại.
- Khả năng chống gỉ trong môi trường nước bẩn cũng như hàng
hóa vận chuyển.
- Có sức bền tốt trong môi trường gỉ, đặc biệt mỏi ở chu kỳ thấp
của các mối hàn.
- Giá c
ả tương đối hợp lý.
Trong công nghiệp đóng tàu, để đảm bảo những yêu cầu ở
trên, người ta cần quan tâm đến các vấn đề sau:
- Phương pháp chế tạo ra thép.
- Sức bền (cơ, lý tính của các loại thép).
- Thành phần hóa học trong thép.
Để giải quyết các vấn đề ở tr
ên ta thực hiện theo những nội
dung chính sau:
-
Dung sai âm cho phép đối với thép tấm theo yêu cầu của các cơ
quan Đăng kiểm, nếu vượt quá giới hạn n
ày thép sẽ bị loại ra.
- Trong đóng tàu hầu như chỉ dùng thép được khử oxy mà tiêu
chu
ẩn của Nga dùng kí hiệu CT3c. Thép cácbon là loại thép
thường với th
ành phần nguyên tố cacbon không vượt quá 0,23%.
- Phương pháp chế tạo ra thép cũng như phương pháp cán thành
thép tấm hoặc thép hình phải được cơ quan Đăng kiểm chấp nhận
và cấp giấy chứng chỉ. Trong đóng tàu khối lượng thép chế tạo
bằng thép cán chiếm khoảng trên 90%, còn lại là thép rèn và thép
đúc.
- Tính năng chống nứt khi hàn.
Xác định tính năng chống nứt khi hàn rất phức tạp mà cũng
không phù hợp với thực tế sản xuất cũng như khai thác, do đó
người ta chỉ nghi
ên cứu đề ra các chỉ tiêu để xác định đánh giá tính
chất dễ nứt của từng loại thép như sau:
Hệ số Ceq: Hệ số cacbon tương đương cho thép thường
Ceq = C + Mn/6 (%)
(2.1)
C: Cacbon %, Mn: Mangan %
Thép thường hàn tốt thì Ceq < 0,40 %
Đối với thép có độ bền cao
Ceq = C + Mn/6 + (Cr + Mo +V)/5 + (Ni + Cu)/15
(%) (2.2)
Công th
ức (2.2) dùng cho thép Cacbon – Mangan với
ch
<
390 MPa, tính năng hàn tốt khi Ceq < 0,45%.
2.3.1.3. Cơ tính của một số thép thông dụng trong đóng tàu
a. Thép cacbon
Thép cacbon bao gồm hai nguyên tố chính là sắt và cacbon,
ngoài ra còn có Mn, Si, P và S, chi
ếm (80- 90%) tỷ trọng các sản
phẩm thép làm ra. Tỷ lệ % thành phần hóa học như sau: %C
2,14%, % Mn
0,08%, %Si
0,40%, P
0,050%, S
0,050%.
Theo %C, phân thành 4 nhóm với cơ tính và công dụng khác
nhau như sau:
- Thép có độ bền tương đối cao (%C = 0,55
0,65%): Chi tiết đàn
h
ồi.
- Thép có cacbon thấp (%C
0,25%): Dẻo, dai cao nhưng độ bền,
độ cứng lại thấp chủ yế
u dùng trong xây dựng.
- Thép có cacbon trung bình (%C = 0,3
0,5%): Chi tiết máy chịu
tải trọng tĩnh và va đập cao.
- Thép có độ bền cao (%C
0,7 %): Dụng cụ như dao cắt, khuôn
dập, dụng cụ đo.
Ưu điểm
- Rẻ, dễ kiếm, không phải dùng các nguyên tố hợp kim đắt tiền.
- Cơ tính tổng hợp nhất định phù hợp với các điều kiện thông
dụng.
- Tính công nghệ tốt: Dễ đúc, cán, rèn, kéo sợi, hàn, gia công cắt.
Nhược điểm
-
Độ thấm tôi thấp nên hiệu quả hóa bền bằng nhiệt luyện tôi + ram
không cao.
- Tính ch
ịu nhiệt độ cao kém: Khi nung nóng độ bền cao của trạng
thái tôi giảm ở trên 200 °C , ở trên 570°C bị oxy hóa mạnh.
- Không có các tính chất hóa học đặc biệt như: Cứng nóng, chống
ăn m
òn.
Giới hạn chảy của thép cacbon thường dùng trong đóng tàu hiện
nay:
ch
= 240 Mpa (2400 kg/cm
3
)
b. Thép hợp kim
Thép hợp kim là thép có thành phần hóa học: %C
2,14%,
% Mn
0,08%, %Si
0,40%, P
0,050%, S
0,050%. Thép
h
ợp kim ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các mục đích quan
trọng.
Phân loại theo tổng lượng thành phần các nguyên tố hợp kim:
- Thép hợp kim thấp: Có tổng lượng các thành phần
2,5% (gọi là
thép peclit).
- Thép h
ợp kim trung bình: Có tổng lượng thành phần từ 2,5% đến
10% (thường l
à từ họ peclit đến mactenxit).
- Thép hợp kim cao: Có tổng lượng thành phần
10% (họ
mactenxit đến austenit).
Ưu điểm
- Chống ăn mòn, tính chất từ, giãn nở nhiệt, chịu nhiệt tốt.
- Độ bền cao hơn hẳn thép cacbon nhất là khi tiết diện lớn hơn
20(mm).
- Có th
ể tôi dầu nên ít biến dạng và nứt, nên rất ưu việt cho chi tiết
phức tạp.
Nhược điểm
- Nguyên tố hợp kim dễ bị thiên tích.
- Thành phần hóa học của các nguyên tố lớn, công nghệ chế tạo
phức tạp nên giá thành cao.
Giới hạn chảy của thép hợp kim dùng làm vỏ tàu hiện đại
- Thép hợp kim thấp:
ch
= 325
390 (Mpa)
- Thép h
ợp kim có độ bền cao:
ch
= 420
690 (Mpa)
