lập trình khai triển các tấm thép vỏ tàu theo thuật toán hàm hóa đường hình, chương 1 pps

TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH TÀU THỦY: Tàu thủy là một công trình hoạt động trên biển, trong những điều kiện rất phức tạp.Vì thế vấn đề là phải đảm bảo cho con tàu một số các tính năng đặc biệt

CHƯƠNG 1:

ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1 TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH TÀU THỦY:

Tàu thủy là một công trình hoạt động trên biển, trong những điều kiện rất phức tạp.Vì thế vấn đề là phải đảm bảo cho con tàu một số các tính năng đặc biệt nhất định trước khi cho con tàu ra biển gọi chung là các tính năng hàng hải bao gồm: tính nổi, tính ổn định, tính chống chìm, tính lắc, tính giữ hướng và quay trở, tốc độ

…

Một vấn đề rất quan trọng trong mục đích phòng tránh được càng nhiều càng tốt các tai nạn lật tàu, một trong những tai nạn triệt để và khủng khiếp nhất, diễn ra trong giây lát và kéo theo hàng loạt các hậu quả to lớn vô phương khắc phục, đó chính là tính năng ổn định của tàu thủy Và đây cũng là cả một quá trình nghiên cứu hàng trăm năm nay của các nhà khoa học trên thế giới

Tính ổn định là khả năng tàu có thể khôi phục lại vị trí cân bằng ban đầu khi mômen ngoại lực tác dụng lên tàu làm nghiêng tàu ra khỏi vị trí cân bằng Lý thuyết ổn định đi nghiên cứu các ngoại lực tác dụng lên tàu dưới dạng mômen nghiêng làm tàu nghiêng ngang hoặc nghiêng dọc trên nước trong phạm vi lượng nước giãn của tàu không đổi (nghiêng đẳng tích), từ đó có thể tính

một cách chính xác các thông số ảnh hưởng đến vị trí cân bằng của tàu, đặc biệt là yếu tố tâm nổi cùng với các tọa độ hình học của nó Tính ổn định là một trong những tính năng hàng hải quan trọng của tàu thủy, đặc biệt là đối với tàu cá Giữ gìn và duy trì nó

là nhiệm vụ quan trọng bậc nhất của các thủy thủ trên tàu Hiện nay với trình độ và năng lực đóng tàu của nước ta thì việc đảm bảo cho con tàu có thể nổi được trên mặt biển không còn là vấn đề khó khăn nữa, nhưng việc đóng một con tàu để cho nó đảm bảo tính ổn định thì không đơn giản chút nào Nếu tàu mất ổn định sẽ dẫn đến nguy cơ lật tàu, gây nhiều thiệt hại về người và của Còn nếu tàu

có tính ổn định thấp nghĩa là không đạt được yêu cầu của các tiêu chuẩn ổn định hoặc là không đáp ứng hoàn toàn các yêu cầu đó sẽ làm cho tàu không thể hoạt động an toàn trên biển trong những điều kiện thời tiết phức tạp hơn, làm giảm thời gian hàng hải trên biển Ngược lại, nếu tàu có tính ổn định quá cao (cao hơn nhiều so với các định mức ổn định ban đầu hoặc ở các góc nghiêng lớn) sẽ ảnh hưởng đến một số đặc tính khác của tàu, làm cho thủy thủ trên tàu khó có thể thao tác thuận tiện trên boong, trong các khoang trong điều kiện tàu lắc lớn, phủ sóng mạnh, mặc dù không có nguy

cơ lật tàu

Vì vậy, đảm bảo ổn tính cho tàu đi biển trước hết không những phải làm sao cho tàu không bị lật và tránh dẫn đến nguy cơ

lật tàu, mà còn đảm bảo cho tàu và đội thủy thủ làm việc an toàn, thuận tiện trong những điều kiện sóng gió nhất định

Ổn tính cho tàu đi biển mang tính lý thuyết cao và tính thực tiễn lớn Vấn đề này chưa được giải quyết toàn diện và còn nhiều tồn tại trong lĩnh vực tàu thuyền nói chung và đặc biệt là trong nghề cá nước ta hiện nay

1.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TAY ĐÒN ỔN ĐỊNH TÀU

THỦY:

1.1 Biểu thức tổng quát tính mômen hồi phục và tay đòn

ổn định tàu thủy:

Ở đây ta chỉ xét đến ổn định ngang

Tại vị trí cân bằng góc nghiêng θ = 0o ÷ 900 thì tổng các mômen bằng 0 M0  0

Suy ra: Mng + P.sinθ.Zg – D.cosθ.Yc – D.sinθ.Zc = 0

Vì cân bằng nên: P = D

 Mng = P( cosθ.Yc + sinθ.Zc – sinθ.Zg )

 Mng = Mhp = P.lhp = P( cosθ.Yc + sinθ.Zc – sinθ.Zg )

Suy ra biểu thức tính tay đòn ổn định là:

Lhp = cosθ.Yc + sinθ.Zc – sinθ.Zg

Trong đó:

 Lhd = cosθ.Yc + sinθ.Zc : Là cánh tay đòn ổn định

hình dáng, phụ thuộc vào hình dáng con tàu

 Ltl = sinθ.Zg : Là cánh tay đòn ổn trọng lượng, phụ

thuộc vào sự phân bố tải trọng trên tàu

 Cánh tay đòn ổn định tĩnh:

Những công thức ổn tính ban đầu chỉ được áp dụng khi góc nghiêng nhỏ Vì vậy, trong nhiều trường hợp thực tế quan trọng khác không thể dùng chúng để xác định góc nghiêng, đặc biệt khi cần giải thích tàu có nguy cơ bị lật hay không, tức là khi đánh giá mức độ an toàn đi biển

Độ nghiêng dọc lớn thường ít xảy ra, do đó để xác định độ nghiêng dọc của tàu chỉ cần dùng công thức tính ổn tính ban đầu

Chúng ta cố gắng giải thích vì sao những công thức tính ổn tính ban đầu không thể áp dụng được cho những góc nghiêng lớn

Một trong những nguyên nhân cơ bản của lý thuyết ổn tính là thể tích bằng nhau của góc nghiêng: khi nghiêng thể tích phần dưới

C

G

E NC1

K

D

W 1

L 1

nước của tàu không thay đổi, mặc dù hình dáng của nó thay đổi Trong trường hợp nghiêng cân bằng thể tích nhỏ, những đường cắt nhau theo trục đi qua trọng tâm F của đường ban đầu Trong trường hợp đó tâm đẩy dịch chuyển theo cung đường tròn với tâm tại điểm gọi là tâm ổn định

Ở những góc nghiêng lớn, những đường nước cân bằng thể tích không đi qua trọng tâm của đường nước ban đầu Điều đó được thấy rõ trên đường nước W2L2 miêu tả ở hình sau và ứng với góc nghiêng 900

Từ đó ta rút ra rằng: khi tàu nghiêng tâm đẩy không dịch chuyển theo đường tròn mà theo đường cong phức tạp hơn (CC1C2) Tức là những công thức ổn tâm ban đầu chỉ đúng với các góc nghiêng nhỏ

W 1

L 1

L 2

W 2

Để nghiên cứu ở những góc nghiêng lớn, ta phải đứng ở gốc

độ khác để xem xét vấn đề một cách thiết thực hơn Tàu chịu tác dụng của trọng lượng D và lực đẩy γ.V Lực đẩy đó không thay đổi

do nghiêng cân bằng thể tích Những lực có giá trị bằng nhau và hướng ngược chiều nhau đó tác dụng vuông góc với đường nước

và tạo ra ngẫu lực phục hồi với mômen: M0 = D.l0

Trong đó: l0 là cánh tay đòn ổn tính tĩnh

Từ hình vẽ ta thấy rõ cánh tay đòn ổn tính tĩnh bằng hiệu hai đoạn thẳng CN và CE Đoạn thẳng CN là đường vuông góc hạ từ tâm đẩy khi tàu thẳng đứng đến đường tác dụng của lực đẩy khi tàu nghiêng Giá trị của đoạn thẳng đó, ngoài góc nghiêng ra còn phụ thuộc vào hình dáng và kích thước của con tàu Do đó nó được gọi

là tay đòn hình dáng lhd Giá trị đoạn thẳng CE là cánh tay đòn

C

G

E NC1

K

D

trọng lượng ltl phụ thuộc vào vị tương quan giữa trọng tâm và tâm đẩy Từ tam giác CEG rút ra được: ltl = a.sin θ

Trong đó: a – chiều cao trọng tâm so với tâm đẩy khi tàu thẳng đứng Sau khi ký hiệu tung độ của chúng tương ứng là Zc và

Zg ta có:

a = Zg – Zc

Khi sử dụng các ký hiệu đưa ra đối với các cánh tay đòn ổn tính hình dáng và ổn tính trọng lượng ta viết: lθ = lhd - ltl

Cùng một lượng nước đẩy, vị trí trọng tâm của tàu ( phụ thuộc vào sự sắp xếp hàng hóa ) có thể thay đổi theo chiều cao Và

vì vậy ổn tính của tàu sẽ khác nhau Trọng tâm của tàu càng nâng cao thì cánh tay đòn ổn định tĩnh sẽ thấp đi

 Giản đồ ổn tính tĩnh:

Giản đồ ổn tính tĩnh là đồ thị biểu thị mối quan hệ phụ thuộc

của cánh tay đòn ổn tính tĩnh vào góc nghiêng θ Đồ thị cũng được

mang tên là đồ thị Rid ( tên nhà bác học về tàu thuyền nổi tiếng của Anh ) Để đạt được một kết quả như nhau người ta có thể thay thế trên giản đồ ổn tính tĩnh bằng mômen phục hồi ( sau khi đã đổi

tỷ lệ cho tương ứng ):

1rad

A C

0

l0

Chúng ta sẽ đánh dấu những đặc trưng của giản đồ ổn tính tĩnh Điểm A tương ứng với cánh tay đòn ổn tính tĩnh lớn nhất lmax,

góc nghiêng ứng với nó ký hiệu là θ max

Tại điểm B giản đồ cắt trục hoành và cánh tay đòn ổn tính tĩnh bằng 0 Điểm B gọi là điểm lặng của giản đồ ổn tính tĩnh và

góc θ được gọi là góc lặn.

Phần đầu của giản đồ dễ dàng gắn liền với công thức ổn tâm

mà tương ứng với nó mômen hồi phục bằng: M θ = D.h θ

Từ đó cánh tay đòn ổn tính tĩnh có thể xác định theo công

thức: l θ = h θ Đồ thị cánh tay đòn ổn tính tĩnh được biểu thị bằng

công thức là đường thẳng ở những góc nghiêng nhỏ trùng với giản

đồ tính khi công thức ổn tâm còn đúng, hay chính xác hơn đường thẳng đó là tiếp tuyến OC với đoạn đầu của giản đồ Đường thẳng

OC có thể dựng được dễ dàng nếu như từ điểm D trên trục góc nghiêng ứng với góc bằng 1 radian (tức là 57,30) ta đặt đoạn DC

thẳng đứng bằng độ cao ổn tâm theo tỷ lệ của giản đồ Xuất phát từ công thức việc dựng đó là đúng

Thật vậy, nếu coi θ = 1 thì cánh tay đòn ổn tính tĩnh sẽ bằng

độ cao ổn tâm

Đặc tính phần đầu của giản đồ ổn tính tĩnh của giản đồ có thể khác nhau Dạng phổ biến nhất giản đồ với nhánh lồi ban đầu được chỉ trên hình