Eksempel-samvirke Spenningsberegning av bunnkonstruksjon i tankskip
Tankskipkonstruksjon
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
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
Global bøyespenning Forutsetninger Stillevannsmomentet iht DnV regler Dynamisk(bølge) moment = stillevannsmoment Bygget motstandsmoment i bunn lik mimimumskravet Stillevannsmoment C W 10.75 3/ (300 33)/100 10.0 M S 10.0 33 4 (0.15 0.15 0.83) 559 MNm
Global bøyespenning Dynamisk moment MD M S Minimum motstandsmoment M D M S M S 559 Z 10 1.0410 cm 1.04 m f 1751.39 tillat kritisk, langskips 1 3 6 3 3 Stillevanns bøyespenning i bunn σ G 559 1.04 11.6 MPa Gjelder både pkt A og B
Lokal platebøyespenning σ Ytre statisk trykk for dypgang 1 m p 1.059.811.0 10.6kN/m Bøyespenning plate (fast innspent platestripe) A Trykk og strekk samt forhindret tverrkontraksjon ps 1 M t 1 t ps 10.60.7 150.8MPa I 1t t 0.014 10 1 Ay 3 3 Bx σ 0.3150.8 45. MPa Ax A y σ By B x B 150.8 75.4 MPa σ 0.3 Sp 75.4.6 MPa
Lokal bøyespenning i stiver Bøyemoment basert på full stiverbredde M p l s 4 Bøyespenning σ M I 10.6 4 4 (z z Nøytralaksens beliggenhet (merk 80% effektiv flens) z na Arealtreghetsmoment na ) 0.7 56.3kNm (00 4) (600 1 7) (600 18) (300 7) 68 mm 00 4 600 18 700 14 0.8 1 3 3 3 I (4 00 600 18 14 700 0.8) (00 4) (600 1 7 68) 1 9 4 (600 18) (300 7 68) (700 0.8 14) 68 1.495 10 mm 1.495 10 3 m 4 er) 68 00 mm 18 mm 0,6 m Toppflens 4 mm 14 mm Bøyespenninger σ pf 56.3 1.495 (0.007 0.68) 10.35 MPa Plateflens- trykk σ sf 56.3 1.495 (0.007 0.6 0.04 0.68) 13.67 MPa Stiverflens- strekk
Bærerspenninger Aksialspenning (trykk) σ ba N A A T 16 3 5.3 MPa Bøyespenning (trykk i bunnflens) σ bb M Z bb 5 1 5MPa Skjærspenniger = 0 midtveis mellom tverrammer
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
Jevnføringsspenning plate underside ved pkt A A,x,u A,y,u A,u global + stiver + plate σ 11.6 10.4 45. 86.8 MPa plate + bærer bøy + bærer aks σ 150.8 5 5.3 140.5MPa 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
Jevnføringsspenning plate overside ved pkt A σ σ τ A,x,o A,y,o A,o 11.6 10.4 45. 177. MPa 150.8 5 5.3 161.1MPa 0 MPa σ A,e,o 177. 161.1 177. 161.1 3 0 173MPa Selv om hver komponet er større eller like stor som på undersiden blir jevnføringspenningen mindre pga biaksiel trykk
Jevnføringsspenning plate underside ved pkt B σ σ τ B,x,u B,y,u B,u 11.6 10.4.6 154.6 MPa 75.4 5 5.3 85.7MPa 0MPa σ B,e,u 154.6 85.7 154.6 85.7 3 0 139 MPa
Jevnføringsspenning plate overside ved pkt B σ σ τ B,x,o B,y,o B,o 11.6 10.4.6 109.4 MPa 75.4 5 5.3 65.1MPa 0 MPa σ B,e,o 109.4 ( 65.1) 109.4 ( 65.1) 3 0 157 MPa
Eksempel 3 Spenningsanalyse av dobbeltbunn
Tverrskipsramm e Mellom tverrskipsramme r A
Tverrskott
Snitt tverrskipsskott
Tverrskipsskott - horisontalsnitt
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
Langskipssnitt 9600 mm CL Langskipsbærer Tverrskott Indre bunn Kneplater Ytre bunn Tverrbærere
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.
Langskipsspenning i stiver
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?
Bøyespenning stiver Maksimal trykkspenning i stiverens toppflens ved tverramme M ghsl 10001000,83, 80 MPa (trykk) max max stiverlokal 6 Wstiver 1Wstiver 1 170010 Bøyespenning i plateflens midtveis mellom tverrammer M ghsl 10001000,8 3, 11, 4 MPa (trykk) midt midt plateflenslokal 6 Wplateflens 4Wplateflens 4 60010
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?
Bøyespenning dobbelbunn Maks. trykkspenningen ved stiverens toppflens ved tverramme. Tredje spenningskomponent fra bøyning av dobbeltbunn. 0 93 80 47 (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
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
Bøyespenning i plate ved I tverrskips retning bplate, stiverflens gzs 1 1 s 1 800 gz 1000100 160 1 t / 6 t 0 Langskips retning pga forhindret tverrkontraksjon t,, 48 b plate b plate MPa Begge i strekk på overside av platen MPa
Spørsmål f Jevnføringsspenninger