Phân tích và lựa chọn thuật toán thiết kế kết cấu tàu vỏ thép theo yêu cầu của Quy phạm Việt Nam

Công tác thiết kế tàu hiện nay chưa tương xứng với tiềm năng phát triển của công nghiệp đóng tàu, đặc biệt là tính toán thiết kế kết cấu chủ yếu theo Quy phạm chưa thỏa mãn tính kinh tế. Với mong muốn tìm ra một giải pháp giúp cho việc thiết kế kết cấu tàu thoả mãn Quy phạm đảm bảo được yêu cầu của công tác thiết kế, em được giao đồ án tốt nghiệp: “ Phân tích và lựa chọn thuật toán thiết kế kết cấu tàu vỏ thép theo yêu cầu của Quy phạm Việt Nam. ”

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành đề tài này, đầu tiên em xin được gửi lời cảm ơn đến thầy giáoChu Hữu Dân đã quan tâm hướng dẫn tận tình và động viên em thực hiện đề tài này

Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu, các Thầy Cô, đặc biệt là các Thầy

Cô trong bộ môn Đóng Tàu thuộc Khoa Kỹ Thuật Tàu Thủy Trường Đại Học NhaTrang đã tận tình chỉ dạy, truyền đạt kiến thức cũng như tạo điều kiện thuận lợi cho emtrong quá trình học tập vừa qua

Ngoài ra em xin gửi lời cảm ơn đến các Thầy Cô quản lý thư viện trường đã tạođiều kiện cho em được sử dụng tài liệu một cách tốt nhất Trong quá trình làm đề tàinày nếu không có sự giúp đỡ của bạn bè và người thân thì em không thể hoàn thànhđược công việc như ngày hôm nay

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn tất cả các quý thầy cô và tất cả bạn bè đãgiúp đỡ em hoàn thành đề tài này!

LỜI NÓI ĐẦU

Việt Nam có đường bờ biển dài chạy dọc từ Bắc đến Nam, có nguồn thuỷ sản

vô cùng to lớn Ngoài ra, Việt Nam là đầu mối giao thông đường biển quan trọng Đây

là những điều điều kiện thuận lợi để phát triển các loại tàu thuyền đánh bắt cá cũngnhư các loại tàu chở hàng…

Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp đóng tàu ở nước ta phát triển rấtmạnh mẽ Nó tác động rất lớn đến sự phát triển kinh tế xã hội, đồng thời có ý nghĩacực kì quan trọng về an ninh quốc phòng Vì vậy, việc đầu tư phát triển ngành đóng tàu

là một yêu cầu tất yếu và rất thiết thực được Đảng và Nhà nước quan tâm phát triển.Minh chứng là nước ta đã đóng tàu xuất khẩu 53000 DWT và đang đóng những contàu lớn hơn không chỉ phục vụ sự phát triển kinh tế, quốc phòng mà còn cho xuất khẩuthu nguồn ngoại tệ lớn

Trước những nhu cầu đó, trường đại học Nha Trang là một trong những trungtâm đào tạo lớn của khu vực Nam Trung bộ và của cả nước, trong đó có ngành cơ khíđóng tàu với đội ngũ cán bộ nghiên cứu và giảng dạy sáng tạo đầy nhiệt huyết đã đàotạo hàng trăm kỹ sư phục vụ nhu cầu của các nhà máy đóng trên mọi miền đất nước.Công tác thiết kế tàu hiện nay chưa tương xứng với tiềm năng phát triển của côngnghiệp đóng tàu, đặc biệt là tính toán thiết kế kết cấu chủ yếu theo Quy phạm chưathỏa mãn tính kinh tế Với mong muốn tìm ra một giải pháp giúp cho việc thiết kế kếtcấu tàu thoả mãn Quy phạm đảm bảo được yêu cầu của công tác thiết kế, em được giao

đồ án tốt nghiệp: “ Phân tích và lựa chọn thuật toán thiết kế kết cấu tàu vỏ thép theo yêu cầu của Quy phạm Việt Nam ”

Từ đó, những nội dung đề tài yêu cầu phần nào có thể giải quyết các vấn đề trên,nội dung của cuốn đề tài gồm có bốn chương:

Chương 1: Đặt vấn đề

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 3: Phân tích và lựa chọn thuật toán thiết kế kết cấu tàu vỏ thép

theo yêu cầu của Quy phạm Việt nam.

Chương 4: Thảo luận kết quả và đề xuất ý kiến

Kết quả nghiên cứu của đề tài em mong muốn có thể đóng góp một phần phục

vụ cho công tác thiết kế kết cấu tàu của nước ta

Sau một thời gian tìm hiểu, được sự hướng dẫn tận tình của thầy hướng dẫn,cũng như sự động viên tạo điều kiện giúp đỡ của các thầy cô, bạn bè, em đã thực hiệntheo yêu cầu của đề tài Song, do điều kiện thời gian và kiến thức có hạn nên quá trìnhnghiên cứu không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong đón nhận những ý kiến đónggóp của các thầy, cùng bạn bè để đề tài ngày càng hoàn thiện hơn và rút ra kinhnghiệm hữu ích sau này

Nhân dịp này cho em gửi lời biết ơn chân thành nhất đến thầy hướng dẫn:

Th.S Chu Hữu Dân, cũng như các thầy cô, những người làm việc ở các phòng ban, bạn

bè…đã hết lòng giúp đỡ tạo điều kiện cho em hoàn thành đề tài này trong thời gian qua

Nha Trang, tháng 10 năm 2007

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Hữu Lộc

3

1.1 TỔNG QUAN

Như chúng ta đã biết tàu thủy là công trình kỹ thuật phức tạp bao gồm ba hệthống chính là động cơ – vỏ tàu và chân vịt, trong đó phần vỏ tàu với kết cấu bên trong

có nhiệm vụ quan trọng đảm bảo độ cứng vững cho con tàu Thiết kế kết cấu thân tàu

là một trong những bài toán quan trọng trong quá trình thiết kế tàu thuỷ, nhằm mụcđích xác định kích thước, hình dáng, mối liên kết giữa các kết cấu v.v…Để có thể tạonên một hệ thống kết cấu đảm bảo đủ bền và ổn định dưới tác động của các ngoại lực Hiện nay, có nhiều phương pháp thiết kế kết cấu tàu khác nhau như: thiết kế theoQuy phạm, thiết kế bằng tính toán lý thuyết v.v Nhưng phổ biến nhất là thiết kế kếtcấu thân tàu theo các yêu cầu của Quy phạm Phương pháp này cho phép người thiết kếtính chọn toàn bộ kết cấu tàu đang xét mà không cần phải thực hiện mô hình hoá kếtcấu hoặc giải những bài toán cơ học kết cấu phức tạp Việc lựa chọn được thuật toántính toán kết cấu tàu nhằm đơn giản quá trình tính toán, đạt được kích thước kết cấu tối

ưu mong muốn và thỏa mãn các yêu cầu của quy phạm đang được quan tâm

Các công thức tính kết cấu trong Quy phạm được xây dựng dựa trên cở sở lýthuyết về độ bền, tuy nhiên trong quá trình xây dựng công thức, Quy phạm còn đưavào những hệ số để hiệu chỉnh công thức về dạng phù hợp với thực tế sử dụng tàu Cầnlưu ý rằng các yêu cầu của Quy phạm thật nghiêm ngặt song nó cũng tồn tại hạn chếnhư chưa phản ánh đầy đủ các điều kiện của môi trường thiên nhiên và con người hoạtđộng trong đó nên gây sự tốn kém về vật liệu, công sức thực hiện, không đảm bảo tínhkinh tế vì bản thân kết cấu chưa phải ở dạng tối ưu

Việc nghiên cứu và ứng dụng thuật toán để khắc phục hạn chế của công thức tínhkết cấu theo Quy phạm nhằm đưa ra đựợc kết cấu thân tàu ở dạng tối ưu là mong muốncủa những người làm công tác thiết kế Kết cấu thân tàu ở dạng tối ưu, đủ bền đồngthời thỏa mãn tính kinh tế

5

Từ những phân tích trên, em được giao thực hiện đề tài “Phân tích và lựa chọn

thuật toán thiết kế kết cấu tàu vỏ thép theo yêu cầu của Quy phạm Việt Nam” với

mục tiêu lựa chọn được thuật toán thiết kế kết cấu tàu vỏ thép thỏa yêu cầu của Quyphạm Việt Nam và đề xuất giải pháp khắc phục hạn chế của công tác thiết kế và nângcao hiệu quả thiết kế kết cấu theo Quy phạm

1.2 TÌM HIỂU KHÁI QUÁT VỀ THUẬT TOÁN

1.2.1 Khái niệm thuật toán

Chúng ta đã làm quen với khái niệm về thuật toán trong giáo trình toán học và các giáo trình khác như thuật toán giải phương trình bậc hai, hệ phưong trình Ví dụ như thuật toán giải phương trình bậc nhất P(x): ax + b = c ( a, b, c là các số thực ), trong tập hợp các số thực có thể là một bộ các bước giải như sau :

Bước 1: nếu a = 0

- b = c thì P(x) có nghiệm bất kì

- b # c thì P(x) vô nghiệm Bước 2: nếu a # 0 thì P(x) có duy nhất một nghiệm x = ( c-b)/a

Có nhiều quan điểm về thuật toán, nôm na thuật toán là một thủ tục tính toán được

định nghĩa kỹ, sử dụng một giá trị hoặc một tập hợp giá trị nào đó làm đầu vào và cho

ra một giá trị hoặc tập hợp giá trị nào đó làm kết xuất Do đó, một thuật toán là mộttrình tự các bước tính toán biến đổi đầu vào thành kết xuất

Cũng có thể xem một thuật toán như một công cụ để giải quyết một bài toán thật

cụ thể Phát biểu của bài toán sẽ chỉ định tổng quát mối quan hệ nhập/xuất cần thiết.Thuật toán mô tả một thủ tục tính toán cụ thể để đạt được mối quan hệ nhập/xuất đó Khái niệm thuật toán đầu tiên do nhà toán học Ả Rập Kharezmi nêu ra từ cuốithế kỷ thứ 8 đầu thế kỷ thứ 9 khi đưa ra các quy tắc đầu tiên về tính số học

Con người với các hoạt động của mình thường phải sử dụng những thuật toán đểgiải quyết các công việc cụ thể Bất kỳ một hình thức lao động chân tay nào cũng gồm

một số thao tác cụ thể theo một trật tự nhất định, ta gọi lao động chân tay là hoạt độngtheo thuật toán.

Tóm lại có thể nói thuật toán hay còn gọi là thuật giải là một tập hợp hữu hạncác chỉ thị hay các phương cách được định nghĩa rõ ràng cho việc hoàn tất một sự việc

từ một trạng thái ban đầu cho trước, khi các chỉ thị này được áp dụng triệt để thì sẽ dẫnđến kết quả sau cùng đã dự đoán Nói cách khác, thuật toán là một bộ các qui tắc hayqui trình cụ thể nhằm giải quyết một vấn đề trong một số bước hữu hạn, nhằm cung cấpmột kết quả từ một tập hợp của các dữ kiện đưa vào

Lưu ý: Khi một thuật toán đã hình thành thì ta không xét đến việc chứng minhthuật toán đó mà chỉ chú trọng đến việc áp dụng các bước theo sự hướng dẫn sẽ có kếtquả đúng Việc chứng minh tính đúng và tính đầy đủ của các thuật toán phải đựơc tiếnhành xong trước khi có thuật toán Nói rõ hơn, thuật toán có thể chỉ là việc áp dụng cáccông thức hay qui tắc, qui trình đã được công nhận là đúng hay đã được chứng minh vềmặt toán học

1.2.2 Những đặc trưng cơ bản của thuật toán là:

- Tính chính xác: Để đảm bảo kết quả tính hay các thao tác mà máy tính thực hiệnđược là chính xác

- Tính tổng quát: Thuật toán không đề cập chỉ một bài toán riêng lẻ mà bao hàm mộtlớp bài toán cùng một kiểu, có đầu vào tương tự nhau

- Có giới hạn: Thuật toán phải gồm một số hữu hạn các bước tính toán, quá trình biếnđổi từ thông tin ban đầu đến kết quả cuối cùng qua một số giới hạn các biến đổi

- Tính duy nhất: Toàn bộ quá trình biến đổi, cũng như trật tự thực hiện phải được xácđịnh là duy nhất Như vậy khi dùng thuật toán cùng một tin tức ban đầu phải cho cùngmột kết quả Thuật toán ở mỗi giai đoạn phải nêu chính xác các bước tiếp theo, cónghĩa là thứ tự thực hiện, các thao tác và quyết định phải được quy định rõ ràng

- Tính rõ ràng: Thuật toán phải được thể hiện bằng các câu lệnh minh bặch, các câu

lệnh được sắp xếp theo một thứ tự nhất định

7

1.2.3 Phân loại thuật toán: Theo cấu trúc có thể phân loại thuật toán như sau :

- Thuật toán không phân nhánh

- Thuật toán có phân nhánh

- Thuật toán theo chu trình có bước lặp xác định

- Thuật toán theo chu trình có bước lặp không xác định

Thuật toán không phân nhánh là thuật toán đơn giản nhất Trong thực tế thườnggặp thuật toán phân nhánh theo các diều kiện so sánh đúng hoặc sai Phổ biến nhấttrong các bài toán thực tế là thuật toán gồm nhiều chu trình, theo nhiều nhánh, đó làđặc trưng của thuật toán giải các bài toán khoa hoc kỹ thuật

1.3 KHÁI QUÁT VỀ THIẾT KẾ KẾT CẤU TÀU

1.3.1 Các phương pháp thiết kế kết cấu thân tàu :

- Thiết kế kết cấu thân tàu theo Quy phạm: Quy phạm kết cấu thân tàu tập hợpđược những kinh nghiệm trong thiết kế kết cấu, trong chế tạo, sửa chữa và sử dụng.Ngày nay, kiến thức về cơ học kết cấu ngày càng được mở rộng, Quy phạm kết cấuthân tàu càng được hoàn chỉnh Thiết kế kết cấu theo Quy phạm là phương pháp thiết

kế tương đối đơn giản và thực dụng, thường đảm bảo được sức bề thân tàu Phươngpháp này được áp dụng rộng rãi trong thiết kế tàu dân dụng Tuy nhiên, đối với tàu cókích thước và tính năng đặc biệt vẫn phải xét riêng Điều kiện cần thiết để có thể ápdụng phương pháp này là kích thước chính của tàu, tỷ lệ kích thước, các đặc trưng kỹthuật, loại tàu… nằm trong phạm vi mà Quy phạm đóng tàu chấp nhận

- Thiết kế kết cấu thân tàu theo tính toán lý thuyết: Do hình dáng thân tàu, cácloại máy và bố trí trên tàu …không giống nhau, đặc biệt đối với tàu cỡ lớn, các loại tàuđặc biệt, Quy phạm không thể bao gồm tất cả các đặc trưng đó Do đó phải vận dụngkiến thức và cơ học kết cấu, dùng phương pháp tính toán sức bền để thiết kế kết cấuthân tàu Theo đà phát triển của khoa học kỹ thuật hiện nay nhất là nhờ có máy tínhđiện tử cho phép giải những bài toán lớn, và việc ứng dụng phương pháp tính toán sức

bền trong thiết kế kết cấu thân tàu đang ngày một hoàn thiện Dựa vào tính toán độ bềnthân tàu chọn kết cấu chịu được độ bền chung và tải trọng cục bộ Trước khi thiết kếkết cấu tàu, người thiết kế phải giải đáp các vấn đề liên quan về sức bền thân tàu :

- Tải trọng bên ngoài cần để tính sức bền chung và tải trọng cục bộ

- Ứng suất cho phép của vật liệu tạo nên các chi tiết thân

- Điều kiện môi trường và làm việc của kết cấu

Kết quả tính toán phải nêu rõ được giá trị ứng suất lớn nhất trong các kết cấu và tỷ

lệ giữa chúng với ứng suất cho phép Trong tất cả các trường hợp tính toán nhất thiếttính đến ổn định kết cấu nhằm đạt yêu cầu không một chi tiết nào mất ổn định khi làmviệc Ngoài các phép tính thuần túy cơ học trên, độ tin cậy kết cấu là việc không tránhđược khi thiết kế kết cấu tàu Thông thường bằng cách này, người thiết kế có thể chọnđược kết cấu vừa đủ bền đồng thời đạt giá trị tối ưu về tính kinh tế

Tính toán thiết kế kết cấu tàu là quá trình cân nhắc, đối chiếu, so sánh nhằm tìmphương án tốt nhất cho kết cấu, thỏa mãn yêu cầu bền, ổn định phù hợp với môi trườnglàm việc và điều kiện làm việc

Nhìn chung đối với tàu dân dụng thông thường, chủ yếu dựa vào Quy phạm, đểthiết kế kết cấu thân tàu, khi cần thiết dùng phương pháp tính toán sức bền để nghiệmlại, nhằm bổ sung những chỗ chưa hoàn hảo của quy phạm Quy phạm kết cấu thân tàutập hợp đựợc những kinh nghiệm trong thiết kế kết cấu, trong chế tạo, trong sửa chữa

và sử dụng Thiết kế kết cấu thân tàu theo Quy phạm là phương pháp thiết kế tương đốiđơn giản, thực dụng, thường đảm bảo được sức bền Phương pháp này cho phép ngườithiết kế tính chọn toàn bộ kết cấu tàu đang xét mà không cần phải thực hiện mô hìnhhoá kết cấu hoặc giải những bài toán cơ học kết cấu phức tạp

1.3.2 Những yêu cầu chủ yếu đối với thiết kế kết cấu thân tàu :

- Tính an toàn: Thiết kế kết cấu phải đảm bảo dưới tác dụng của ngoại lực, tàu có

một sức bền nhất định, tính ổn định và độ cứng cần thiết Không vì sức bền không đủ

9

hoặc kết cấu mất ổn định mà gây lên sự phá hủy kết cấu, hoặc biến dạng vượt quáphạm vi cho phép.

- Tính năng sử dụng: Việc bố trí và lựa chọn kích thước kết cấu phải phù hợp vớiyêu cầu kinh doanh Ví như, đối với khoang chở hàng bao kết cấu được bố trí sao chothuận tiện xếp dỡ hàng, buồng ở của hành khách và thuyền viên phải có lối đi thuậntiện và độ cao thích đáng

- Tính hoàn chỉnh: Tàu thủy là một công trình kiến nổi trên mặt nước bố trí phứctạp, trên tàu có nhiều loại máy móc, thiết bị, dụng cụ sinh hoạt và các hệ thống…Các

bộ phận liên kết mật thiết với bố trí kết cấu và việc lựa chọn kích thước kết cấu Thiết

kế kết cấu phải phối hợp chặt chẽ với thiết kế tổng thể và thiết kế các hệ thống, tạo nênmột cấu trúc hoàn chỉnh, đảm bảo sự hoạt động bình thường của tất cả các bộ phận trêntàu

- Tính công nghệ: Việc lựa chọn hình thức kết cấu, hình thức liên kết các bộ phậnkết cấu của thân tàu phải đảm bảo thi công dễ dàng, giảm nhẹ cường độ lao động vànâng cao năng suất lao động Mặt khác, khi lựa chọn vật liệu phải chú ý đến vật tư cóthể khai thác trong nước, giảm bớt quy cách vật liệu một cách thích đáng, tiện cho việcmua, dự trữ vật liệu và quy trình công nghệ của nhà máy Phải căn cứ vào đặc điểm củanhà máy, tình hình thiết bị của nhà máy để chọn phương án công nghệ hợp lý, áp dụngnhững biện pháp công nghệ tiên tiến

- Tính kinh tế: Trên cơ sở đảm bảo sức bền cần thiết của kết cấu, cân nhắc kỹ đến

độ dư ăn mòn của vật liệu, yêu cầu sử dụng và sửa chữa bảo dưỡng…Phải cố gắnggiảm nhẹ khối lượng kết cấu, tiết kiệm vật liệu, bố trí và lựa chọn vật liệu thỏa đáng,đảm bảo tính kinh tế cao nhất trong sử dụng kết cấu

1.3.3 Thực trạng công tác tính toán thiết kế kết cấu thân tàu ở Việt Nam

Qua việc tìm hiểu thực tế, chúng tôi nhận thấy vấn đề thiết kết cấu thân tàu ở

nước ta hiện nay thường được thực hiện như sau:

Từ những thông số hình học của tàu cụ thể như: chiều dài, chiều rộng, chiềucao, mớn nước v.v… người thiết kế tiến hành tính toán kích thước các kết cấu thân tàutheo những yêu cầu của Quy phạm Việt Nam, Quy phạm LR, Quy phạm DNV v.v…

để xác định giá trị tối thiểu cần phải đạt được trong mọi trường hợp

Từ kết quả kích thước tối thiểu vừa xác định, người thiết kế sẽ tiến hành chọnkích thước thực tế cho kết cấu đang tính, thường là có giá trị lớn hơn so với kết quảtính theo quy phạm tuỳ theo ý kiến chủ quan của người thiết kế hoặc theo kết cấu tiêuchuẩn nhằm tạo lượng dự trữ bền mà chưa có cơ sở nào rõ ràng, có nghĩa là lượng dư

ấy bao nhiêu là đủ thì vẫn chưa xác định được

Vấn đề đặt ra ở đây là việc lựa chọn kích thước như vậy liệu có dư bền quákhông, kết cấu có quá nặng nề và có kinh tế không ?

Từ đó nảy sinh vấn đề cần thiết phải phân tích, đánh giá, tìm ra các thuật toántính toán thiết kế kết cấu tàu thỏa mãn các yêu cầu của Quy phạm nhằm đảm bảo choviệc thiết kế kết cấu thân tàu chính xác hơn, đảm bảo kết cấu được tính chọn đủ bền và

độ ổn định và thoả mãn tiêu chuẩn kinh tế - kỹ thuật

1.4 MỤC TIÊU, PHƯƠNG PHÁP VÀ GIỚI HẠN NỘI DUNG NGHIÊN CỨU : 1.4.1 Mục tiêu

Như đã trình bày, mục tiêu của đề tài nhằm phân tích và lựa chọn được thuật toánthiết kế kết cấu tàu vỏ thép cũng như cách thức xây dựng công thức của Quy phạmViệt Nam Trên cơ sở đó có thể đánh giá hoặc hiệu chỉnh được các yêu cầu của Quyphạm nước ta hiện nay

1.4.2 Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện nội dung đề tài, chúng tôi sẽ tiến hành phân tích cơ sở lý thuyết củacác thuật toán và nghiên cứu thực tế khi xây dựng các công thức tính kết cấu tàu vỏthép của Quy phạm Việt Nam và từ đó chọn lựa được thuật toán tính kết cấu thỏa mãnQuy phạm

11

1.4.3 Giới hạn nội dung

Như chúng ta đã biết, trên thế giới có nhiều quy phạm nổi tiếng, tuy nhiên, Quy

phạm đựợc áp dụng trong đề tài là “Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép Việt

Nam 2003 – TCVN 6259.”

Tìm hiểu cách thức thiết kế kết cấu thân tàu theo Quy phạm kết cấu thân tàu thông

dụng Việt Nam là một vấn đề quan trọng, giúp sinh viên tiếp cận với tài liệu kỹ thuậtphổ biến và rất quan trọng trong ngành đóng tàu, đó là các Quy phạm

Với đề tài: “phân tích và lựa chọn thuật toán thiết kế kết cấu tàu vỏ thép theo yêu cầu của Quy phạm Việt nam ”.

Đề tài được thực hiện theo những nội dung sau:

CHƯƠNG II : CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 CƠ SỞ LÝ THUẾT CỦA CÁC THUẬT TOÁN

Theo khái niệm thì thuật toán là một bộ các qui tắc hay qui trình cụ thể nhằmgiải quyết một vấn đề trong một số bước hữu hạn, nhắm cung cấp một kết quả từ mộttập hợp của các dữ kiện đưa vào

Khi một thuật toán đã hình thành thì ta không xét đến việc chứng minh thuậttoán đó mà chỉ chú trọng đến việc áp dụng các bước theo sự hướng dẫn sẽ có kết quảđúng Việc chứng minh tính đúng và tính đầy đủ của các thuật toán phải đựơc tiến hànhxong trước khi co thuật toán Nói rõ hơn, thuật toán có thể chỉ là việc áp dụng các côngthức hay qui tắc, qui trình đã được công nhận là đúng hay đã được chứng minh về mặttoán học

Phổ biến nhất trong các bài toán thực tế là thuật toán gồm nhiều chu trình, theonhiều nhánh, đó là đặc trưng của thuật toán giải các bài toán khoa học kỹ thuật Có rấtnhiều thuật toán để giải quyết một bài toán cụ thể, một thuật toán tốt thì nó thực hiệncông việc với một thời gian, công sức tối thiểu và cho ra kết quả chính xác Nhưngngược lại dùng một thuật toán sai thì phải tốn nhiều công sức và thời gian, tuy nó cũngcho ra được một kết quả nhưng không đựơc chính xác Do vậy ta phải thực hiện quátrình phân tích thuật toán, nhờ phân tích một vài thuật tóan ứng tuyển của một bài toán,

ta có thể dễ dàng nhận ra thuật toán nào là hiệu quả nhất Kiểu phân tích như vậy có thểnêu rõ nhiều ứng viên tồn tại, song một vài thuật toán kém hơn thường bị loại trong khitiến hành Quá trình phân tích thuật toán luôn là một thách thức, thậm trí với một thuậttoán đơn giản Các công cụ toán học cần thiết có thể gồm cả toán học tổ hợp trừu tượng

lý thuyết xác suất căn bản, kỹ năng về đại số, và khả năng định danh các số hạng quantrọng nhất trong một công thức Do cách ứng xử của một thuật toán có thể khác nhauđối với từng đầu vào khả dĩ, nên ta cần có một biện pháp tóm lược cách ứng xử thànhcác công thức đơn giản và dễ hiểu Ngoài ra, ta cũng cần quan tâm tới thời gian thựchiện của thuật toán Thời gian thực hiện của một thuật toán trên một đầu vào cụ thể

chính là số lượng các phép toán nguyên tố hoặc các bước được thi hành.

Trình tự thuật toán để giải một bài toán có thể thực hiện theo các bước sau :

1- Đặt bài toán và xây dựng mô hình toán của bài toán thực tế Giai đoạn này baogồm việc biểu diễn bài toán thực tế bằng các biểu thức toán học, xác định các ràngbuộc, các điều kiện ban đầu, giới hạn của nghiệm

2- Chọn phương pháp số thích hợp Để giải các mô hình toán xây dựng ở bước trêncần chọn một trong các phương pháp số theo tiêu chuẩn sau đây : độ chính xác cao, tốc

độ tính nhanh, quá trình tính đơn giản …

3- Diễn tả thuật toán bằng lưu đồ Lưu đồ thể hiện rõ rang các bước tính quantrọng và điều kiện để thu được kết quả cuối cùng Để mô tả quá trình tính toán mộtcách hệ thống và rõ ràng người ta thường thể hiện thuật toán bằng lưu đồ, đó là sự biểudiễn bằng đồ thị toàn bộ toàn bộ quá trình tính toán Việc vẽ lưu đồ không những giúpcho quá trình thảo chương trình dễ dàng mà còn giúp ta phát hiện sai sót trong chươngtrình Những bài toán phức tạp nhất thiết phải lập lưu đồ tính toán, xây dựng lưu đồchính xác đảm bảo 90% kết quả tính toán

4- Viết chương trình: là hệ thống các câu lệnh có cấu trúc theo lưu đồ

5- Giải chương trình và phân tích kết quả

2.2 YÊU CẦU CỦA QUY PHAM VIỆT NAM VỚI VIỆC THIẾT KẾ KẾT CẤU TÀU VỎ THÉP

2.2.1 Vật liệu thép dùng trong đóng tàu

Thép là hợp kim với thành phần chính là sắt (Fe), với cacbon (C), từ 0.02% đến1.7% 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 nhiềunguyên nhân khác nhau Số lượng khác nhau của các nguyên tố và tỷ lệ của chúngtrong 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 với tỷ lệ carbon cao có thể tăng cường độ cứng

và cường lực kéo đứt so với sắt, nhưng lại giòn và dể gãy hơn Tỷ lệ hòa tan tối đa của

15

carbon trong sắt là 1.7% theo trọng lượng xảy ra ở 1130°C, nếu lượng carbon cao hơnhay nhiệt độ hòa tan thấp hơn trong quá trình sản xuất, sản phẩm sẽ là cementite (xê-men-tít) có cường lực kém hơn, pha trộn với carbon cao hơn 1.7% sẽ được gang Thép cũng được phân biệt với sắt rèn, vì sắt rèn có rất ít hay không có carbon,thường là ít hơn 0.035% Ngày nay, người ta gọi ngành công nghiệp thép (không gọi làngành công nghiệp sắt và thép), nhưng trong lịch sử, đó là 2 sản phẩm khác nhau Ngàynay, có một vài loại thép mà trong đó carbon được thay thế bằng các hổn hợp vật liệukhác và carbon nếu có, chỉ là không được ưa chuộng.

Trước thời kì Phục Hưng người ta đã chế tạo thép với nhiều phương pháp kémhiệu quả, nhưng đến thế kỉ 17 sau tìm ra các phương pháp có hiệu quả hơn thì việc sửdụng thép trở nên phổ biến hơn Với việc phát minh ra quy trình Bessemer vào giữa thế

kỷ 19, thép đã trở thành một loại hàng hoá được sản xuất hàng loạt ít tốn kém Trongquá trình sản xuất càng tinh luyện tốt hơn như phương pháp thổi Oxy, thì giá thành sảnxuất càng thấp đồng thời tăng chất lượng của kim loại Ngày nay, thép là một trongnhững vật liệu phổ biến nhất trên thế giới và là thành phần chính trong xây dựng, đồdùng, công nghiệp cơ khí Thông thường thép được phân thành nhiều cấp bậc và đượccác tổ chức đánh giá xác nhận theo chuẩn riêng

Cũng như hầu hết các kim loại, về cơ bản, sắt không tồn tại ở vỏ trái đất, nó chỉtồn tại khi kết hợp với oxy hoặc lưu huỳnh Sắt chứa các khoáng bao gồm Fe2O3-mộtdạng của oxid sắt có trong khoáng Hematite, và fes2 - quặng sunphit sắt Sắt được lấy

từ quặng bằng cách khử oxy hoặc kết hợp sắt với một nguyên tố hoá học như cacbon.Quá trình này được gọi là luyện kim, được áp dụng lần đầu tiên cho kim loại với điểmnóng chảy thấp hơn Đồng nóng chảy ở nhiệt độ hơn 1000 °C, trong khi thiếc nóngchảy ở 250 °C Pha trộn với carbon trong sắt cao hơn 1.7% sẽ được gang, nóng chảy ở

1370 °C Tất cả nhiệt độ này có thể đạt được với các phương pháp cũ đã được sử dụng

ít nhất 6000 năm trước Khi tỉ lệ oxy hoá tăng nhanh khoảng 800 °C thì việc luyện kimphải diễn ra trong môi trường có oxy thấp Trong quá trình luyện thép việc trộn lẫncacbon và sắt có thể hình thành nên rất nhiều cấu trúc khác nhau với những đặc tínhkhác nhau Hiểu được điều này là rất quan trọng để luyện thép có chất lượng Ở nhiệt

độ bình thường, dạng ổn định nhất của sắt là sắt ferrite có cấu trúc body-centered cubic(BCC) hay sắt, một chất liệu kim loại mềm, có thể phân huỷ một lượng nhỏ cacbon(không quá 0.021% ở nhiệt độ 910 °C) Nếu trên 910 °C thì ferrite sẽ chuyển từ BCCsang FCC, được gọi là Austenit, loại này cũng là một chất liệu kim loại mềm nhưng nó

có thể phân huỷ nhiều cacbon hơn (khoảng 2.03% cacbon nhiệt độ 1154 °C) Một cách

để loại bỏ cacbon ra khỏi astenite là loại xementit ra khỏi hỗn hợp đó, đồng thời để sắtnguyên chất ở dạng ferite và tạo ra hỗn hợp cementit-ferrit Cementit là một hợp chấthoá học có công thức là Fe3C

Thép hiện đại được chế tạo bằng nhiều các nhóm hợp kim khác nhau, tùy theothành phần hóa học của các nguyên tố cho vào mà cho ta các sản phẩm phù hợp vớicông dụng riêng rẽ của chúng Thép carbon bao gồm hai nguyên tố chính là sắt vàcacbon, chiếm 90% tỷ trọng các sản phẩm thép làm ra Thép hợp kim thấp có độ bềncao được bổ sung thêm một vài nguyên tố khác (luôn <2%), tiêu biểu 1,5% mangan,đồng thời cũng làm giá thành thép tăng thêm Thép hợp kim thấp được pha trộn với cácnguyên tố khác, thông thường mô lip đen, mangan, crom, hoặc niken, trong khoảngtổng cộng không quá 10% trên tổng trọng lượng Các loại thép không gỉ và thép không

gỉ chuyên dùng có ít nhất 10% crom, trong nhiều trường hợp có kết hợp với niken,nhằm mục đích chống lại sự ăn mòn Một vài loại thép không gỉ có đặc tính không từtính Thép hiện đại còn có những loại như thép dụng cụ được hợp kim hóa với số lượngđáng kể bằng các nguyên tố như volfram hay coban cũng như một vài nguyên tố khácđạt đến khả năng bão hoà Những cái này là tác nhân kết tủa giúp cải thiện các đặc tínhnhiệt luyện của thép Thép dụng cụ được ứng dụng nhiều vào các dụng cụ cắt gọt kim

17

loại, như mũi khoan, dao tiện, dao phay, dao bào và nhiều ứng dụng cho các vật liệucần độ cứng cao.

Thép là loại vật liệu đựơc sử dụng rộng rãi nhất trong đóng tàu Nhờ có những đặctính ưu việt của thép về tính năng cơ học, giá thành hợp lý…mà người ta có thể đóngtàu dài đến 500m với tải trọng trên dưới nửa triệu tấn, trong khi đó vật liệu cổ điển là

gỗ chỉ đóng những tàu có chiều dài trên dưới 60m

Mặc dù có những thành công rực rỡ trong việc sử dụng thép để đóng tàu, đặc biệt

là cùng với sự tiến bộ mạnh mẽ của công nghệ hàn Nhưng hàng nghìn trường hợp tainạn vẫn xảy ra đối với tàu thép như nứt, nứt giòn, ăn mòn, có khi tự nhiên gãy đôi cảcon tàu Vì vậy yêu cầu kỹ thuật đặt ra cho thép đóng tàu cơ bản như sau :

1- Đảm bảo sức bền cơ lý tính với ch = 235- 390 Mpa

2- Chịu đựng được cao hiện tượng nứt giòn ở nhiệt độ 0°C hoặc thấp hơn đến -40°C.3- Tính năng hàn tốt ở mọi nhiệt độ môi trường xung quanh

4- Có khả năng gia công nguội mà không bị giảm nhiều đi cơ lý tính của nó sau khi

đã biến dạng dẻo, và không cần phải gia công nhiệt trở lại

5- Khả năng chống gỉ trong môi trường nước bẩn cũng như hàng hóa vận chuyển.6- Có sức bền tốt trong môi trường gỉ, đặc biệt mỏi ở chu kỳ thấp của các mối hàn.7- Giá cả tương đối hợp lý

Trong công nghiệp đóng tàu, để đảm bảo những yêu cầu ở trên, người ta cầnquan tâm đến các vấn đề sau:

- Trong đóng tàu hầu như chỉ dùng thép được khử oxy mà tiêu chuẩn của Nga dùng

kí hiệu CT3c Thép cácbon là loại thép thường với thành phần nguyên tố cacbon khôngvượt quá 0,23 %

- Phương pháp chế tạo ra thép cũng như phương pháp cán thành thép tấm hoặc théphình phải được cơ quan Đăng kiểm chấp nhận và cấp giấy chứng chỉ Trong đong tàukhối lượng thép chế tạo bằng thép cán chiếm khoảng 98%, còn lại là thép rèn và đúc

- Dung sai âm cho phép đối với thép tấm theo yêu cầu của các cơ quan đăng kiểm,nếu vượt quá giới hạn này thép sẽ bị loại ra

- Tính năng chống nứt khi hàn

Xác định tính năng chống nứt khi hàn rất phức tạp mà cũng không phù hợp với thực tếsản xuất cũng như khai thác, do đó người ta chỉ nghiên cứu đề ra các chỉ tiêu để xácđịnh 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 ( % ) C : cacbon % , Mn : mangan %

Một số quy định về sử dụng thép theo Đăng Kiểm

1- Thép dùng cho kết cấu thân tàu phải là các cấp thép như qui định ở Phần 7-A phù hợp với các yêu cầu ở Bảng 2-A/1.1 và 2-A/1.2 Theo các yêu cầu này cấp thép KB,

KD hoặc KE có thể thay thế cho KA; KD hoặc KE có thể thay thế cho KB; KE có thểthay thế cho KD; KD 32 hoặc KE 32 có thể thay thế cho KA 32; KE 32 có thể thay thế

19

cho KD 32; KD 36 hoặc KE 36 có thể thay thế cho KA 36; và KE 36 có thể thay thếcho KD 36.

Bảng 2-A/1.1 Danh mục sử dụng thép đóng tàu thông thường

hông có kết

cấu đáyđơn hoặcđáy đôiTàu cóL1 £ 150

có kếtcấu đáyđôi

trênDải tôn

khoang mở rộng

thì phải theo qui

định đối với khu

Phạm vi 0,4 L giữa tàu của

dải tôn trên cùng kề với

boong tính toán của vách

dọc

Phạm vi 0,4 L giữa tàu dải

tôn dưới cùng kề với đáy

của vách dọc

Phạm vi 0,4 L giữa tàu của

dải tôn trên cùng kề với

boong tính toán của vách

nghiêng của két đỉnh mạn

Phạm vi 0,4 L giữa tàu của

cơ cấu dọc nằm phía trên

của boong tính toán kể các

Bảng 2-A/1.2 Danh mục sử dụng thép có độ bền cao

Tên Khu vực sử dụng Chiều dày tôn t ( mm )

23