Eksempel-samvirke. Spenningsberegning av bunnkonstruksjon i tankskip

Transkript

1 Eksempel-samvirke Spenningsberegning av bunnkonstruksjon i tankskip

2 Tankskipkonstruksjon

3 Beregn jevnføringsspenninger ved A og B for plate og stiver (A) Spant (stiver) A Toppflens 00 y mm 4 mm 0,7 m B x 18 mm 0,6 m 14 mm 0,4 m Tverrbærer Plateflens Dimensjoner for stiver/plate i bunn

4 Oppgitte data Lengde mellom perpendikulærer Lpp = 33,0m Skipets bredde B = 4,0m Blokk koeffisient CB = 0,83 Moment i tverrbærer Mb = 5MNm Skjærkraft i tverrbærer FS = 8MN Aksialkraft i tverrbærer NA = 16MN Skjærareal bærer AS = 1m Totalt areal bærer AT = 3m Tverrsnittsmodul bærer bunn Zbb = 1m3 Tverrsnittsmodul bærer flens Zbf = 1m3 Poissons tall n = 0,3 NV-36 stål med material faktor, dvs. sy = 355 MPa f1 = 1,39 Skjærspenning fra global skjærkraft ts = 0MPa

5 Global bøyespenning Forutsetninger Stillevannsmomentet iht DnV regler Dynamisk(bølge) moment = stillevannsmoment Bygget motstandsmoment i bunn lik mimimumskravet Stillevannsmoment C W / (300 33)/ M S ( ) 559 MNm

6 Global bøyespenning Dynamisk moment MD M S Minimum motstandsmoment M D M S M S 559 Z cm 1.04 m f tillat kritisk, langskips Stillevanns bøyespenning i bunn σ G MPa Gjelder både pkt A og B

7 Lokal platebøyespenning σ Ytre statisk trykk for dypgang 1 m p kN/m Bøyespenning plate (fast innspent platestripe) A Trykk og strekk samt forhindret tverrkontraksjon ps 1 M t 1 t ps MPa I 1t t Ay 3 3 Bx σ MPa Ax A y σ By B x B MPa σ 0.3 Sp MPa

8 Lokal bøyespenning i stiver Bøyemoment basert på full stiverbredde M p l s 4 Bøyespenning σ M I (z z Nøytralaksens beliggenhet (merk 80% effektiv flens) z na Arealtreghetsmoment na ) kNm (00 4) ( ) (600 18) (300 7) 68 mm I ( ) (00 4) ( ) (600 18) ( ) ( ) mm m 4 er) mm 18 mm 0,6 m Toppflens 4 mm 14 mm Bøyespenninger σ pf ( ) MPa Plateflens- trykk σ sf ( ) MPa Stiverflens- strekk

9 Bærerspenninger Aksialspenning (trykk) σ ba N A A T MPa Bøyespenning (trykk i bunnflens) σ bb M Z bb 5 1 5MPa Skjærspenniger = 0 midtveis mellom tverrammer

10 Kombinasjon av spenninger plate underside ved pkt A Normalspenning i X-retning trykk fra globalt bøyemoment trykk fra stiverbøyning strekk fra tverrkontraksjon fra platebøyning Normalspenning i y-retning trykk normalspenning i bærer strekk fra platebøyning Skjærspenning Global skjærkraft

11 Jevnføringsspenning plate underside ved pkt A A,x,u A,y,u A,u global + stiver + plate σ MPa plate + bærer bøy + bærer aks σ MPa τ 0 MPa σ A,e,u 86.8 ( 140.5) 86.8 ( 140.5) 30 0MPa Dette punktet får særlig høy jevnføringspenning pga kombinasjon strekk/trykk

12 Jevnføringsspenning plate overside ved pkt A σ σ τ A,x,o A,y,o A,o MPa MPa 0 MPa σ A,e,o MPa Selv om hver komponet er større eller like stor som på undersiden blir jevnføringspenningen mindre pga biaksiel trykk

13 Jevnføringsspenning plate underside ved pkt B σ σ τ B,x,u B,y,u B,u MPa MPa 0MPa σ B,e,u MPa

14 Jevnføringsspenning plate overside ved pkt B σ σ τ B,x,o B,y,o B,o MPa MPa 0 MPa σ B,e,o ( 65.1) ( 65.1) MPa

15 Eksempel 3 Spenningsanalyse av dobbeltbunn

16 Tverrskipsramm e Mellom tverrskipsramme r A

17 Tverrskott

18 Snitt tverrskipsskott

19 Tverrskipsskott - horisontalsnitt

20 Spørsmål - a Beskriv kraftgangen i den aktuelle konstruksjonen Diskuter spesielt kraftgangen i dobbeltbunnens bæresystem. Vis med en enkel skisse: langskips, vertikalt snitt 9600 mm fra CL langskips, vertikalt snitt 6400 mm fra CL langskips, vertikalsnitt av dobbeltbunnen ved A Hvorfor avtar dimensjonene på tverrskottstiverne mot dekk, mens dimensjonene på stiverne i indre og ytre hud viser en svak økning når en nærmer seg dekk? Diskuter mulige årsaker til at stiverne i indre bunn er større enn i ytre bunn

21 Langskipssnitt 9600 mm CL Langskipsbærer Tverrskott Indre bunn Kneplater Ytre bunn Tverrbærere

22 Langskips spenning i A Tanken har en lengde på 35.m. Tankskipet er utsatt for langskips stillevannsmoment på 3000 MNm (hog) og bølgemoment på 5000 MNm (hog). Skrogbjelkens motstandsmoment med hensyn på dekk er 40 m 3 og på ytre bunn 60 m 3 Beregn langskips spenning i stiveren merket med A. Stiveren befinner seg midt i tanken.

23 Langskipsspenning i stiver

24 Spørsmål - c Skisser en enkel modell for beregning av lokal bøyespenning i stiveren. Dimensjonerende trykkhøyde på 0 m. Ballasttank i bunn er tom Stiveren motstandsmoment med hensyn på stiverflens/toppflens er 1700 cm3 og på plateflens 600 cm3 Hva blir maksimal bøyespenning i stiveren og hvor opptrer den?. Hva er bøyespenningen i stiverens plateflens midtveis mellom tverrammene?

25 Bøyespenning stiver Maksimal trykkspenning i stiverens toppflens ved tverramme M ghsl ,83, 80 MPa (trykk) max max stiverlokal 6 Wstiver 1Wstiver Bøyespenning i plateflens midtveis mellom tverrammer M ghsl ,8 3, 11, 4 MPa (trykk) midt midt plateflenslokal 6 Wplateflens 4Wplateflens

26 Spørsmål - d Den maksimale aksialspenning i stiveren 0 MPa i trykk. I tillegg til lokal bøyespenning og langskips bøyespenning er også en tredje komponent inkludert i denne spenningen. Hvor stor er denne komponenten og hva er opphavet til denne spenningen?

27 Bøyespenning dobbelbunn Maks. trykkspenningen ved stiverens toppflens ved tverramme. Tredje spenningskomponent fra bøyning av dobbeltbunn (trykk) bdb tot langskips lokal MPa Dobbeltbunnens bøyespenning antas å variere lite over stiverens spenn Tom tank Full tank Tom tank Stiverdeformasjo n relativt dobbeltbunn Deformasjon av langskipsbær er

28 Spørsmål - e Bruk platestripeanalyse til å beregne lokal bøyespenninger i plate for indre bunn ved stiver midtveis mellom tverrammer (nær A). Tykkelse av indre bunn er 0 mm

29 Bøyespenning i plate ved I tverrskips retning bplate, stiverflens gzs 1 1 s gz t / 6 t 0 Langskips retning pga forhindret tverrkontraksjon t,, 48 b plate b plate MPa Begge i strekk på overside av platen MPa

30 Spørsmål f Jevnføringsspenninger