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 giáo
Chu 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
Cơ trong bộ mơn Đóng Tàu thuộc Khoa Kỹ Thuật Tàu Thủy Trường Đại Học Nha
Trang đã tận tình chỉ dạy, truyền đạt kiến thức cũng như tạo điều kiện thuận lợi cho em
trong quá trình học tập vừa qua.
Ngoài ra em xin gửi lời cảm ơn đến các Thầy Cô quản lý thư viện trường đã tạo
điều kiện cho em được sử dụng tài liệu một cách tốt nhất Trong quá trình làm đề tài
này nếu khơng có sự giúp đỡ của bạn bè và người thân thì em khơng thể hồn thành
được cơng 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 đã
giúp đỡ em hoàn thành đề tài này!


2

LỜI NĨI ĐẦU
Việt Nam có đường bờ biển dài chạy dọc từ Bắc đến Nam, có nguồn thuỷ sản
vơ 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 cũng
như các loại tàu chở hàng…
Trong những năm gần đây, ngành cơng nghiệp đóng tàu ở nước ta phát triển rất
mạnh mẽ. Nó tác động rất lớn đến sự phát triển kinh tế xã hội, đồng thời có ý nghĩa
cực kì quan trọng về an ninh quốc phịng. 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 con
tàu lớn hơn khơng chỉ phục vụ sự phát triển kinh tế, quốc phòng mà còn cho xuất khẩu
thu nguồn ngoại tệ lớn.
Trước những nhu cầu đó, trường đại học Nha Trang là một trong những trung
tâm đào tạo lớn của khu vực Nam Trung bộ và của cả nước, trong đó có ngành cơ khí

đóng tàu với đội ngũ cán bộ nghiên cứu và giảng dạy sáng tạo đầy nhiệt huyết đã đào
tạo 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 cơng
nghiệp đóng tàu, đặc biệt là tính tốn 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. ”
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:


3

Chương 1: Đặt vấn đề
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 3: Phân tích và lựa chọn thuật tốn 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 cơng 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 hiện
theo yêu cầu của đề tài. Song, do điều kiện thời gian và kiến thức có hạn nên q trình
nghiên cứu khơng tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong đón nhận những ý kiến đóng
góp của các thầy, cùng bạn bè để đề tài ngày càng hoàn thiện hơn và rút ra kinh
nghiệm 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 cơ, những người làm việc ở các phịng 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


4

CHƯƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ


5

1.1. TỔNG QUAN
Như chúng ta đã biết tàu thủy là cơng trình kỹ thuật phức tạp bao gồm ba hệ
thống 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 tốn quan trọng trong q trình thiết kế tàu thuỷ, nhằm mục
đích xác định kích thước, hình dáng, mối liên kết giữa các kết cấu v.v…Để có thể tạo
nên 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 theo
Quy phạm, thiết kế bằng tính tốn lý thuyết v.v... Nhưng phổ biến nhất là thiết kế kết
cấu thân tàu theo các yêu cầu của Quy phạm. Phương pháp này cho phép người thiết kế
tính chọn tồn bộ kết cấu tàu đang xét mà khơng cần phải thực hiện mơ hình hố kết
cấu hoặc giải những bài toán cơ học kết cấu phức tạp. Việc lựa chọn được thuật tốn
tính tốn kết cấu tàu nhằm đơn giản q trình tính tốn, 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 lý
thuyết về độ bền, tuy nhiên trong q trình xây dựng cơng thức, Quy phạm cịn đưa
vào những hệ số để hiệu chỉnh công thức về dạng phù hợp với thực tế sử dụng tàu. Cần

lưu ý rằng các yêu cầu của Quy phạm thật nghiêm ngặt song nó cũng tồn tại hạn chế
như chưa phản ánh đầy đủ các điều kiện của môi trường thiên nhiên và con người hoạt
động trong đó nên gây sự tốn kém về vật liệu, công sức thực hiện, không đảm bảo tính
kinh tế vì bản thân kết cấu chưa phải ở dạng tối ưu.
Việc nghiên cứu và ứng dụng thuật tốn để khắc phục hạn chế của cơng thức tính
kết cấu theo Quy phạm nhằm đưa ra đựợc kết cấu thân tàu ở dạng tối ưu là mong muốn
của những người làm công tác thiết kế. Kết cấu thân tàu ở dạng tối ưu, đủ bền đồng
thời thỏa mãn tính kinh tế.


6

Từ những phân tích trên, em được giao thực hiện đề tài “Phân tích và lựa chọn
thuật tốn 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 Quy
phạm Việt Nam và đề xuất giải pháp khắc phục hạn chế của công tác thiết kế và nâng
cao hiệu quả thiết kế kết cấu theo Quy phạm.
1.2. TÌM HIỂU KHÁI QT VỀ THUẬT TỐN
1.2.1. Khái niệm thuật tốn
Chúng ta đã làm quen với khái niệm về thuật toán trong giáo trình tốn học và
các giáo trình khác như thuật tốn giải phương trình bậc hai, hệ phưong trình. Ví dụ
như thuật tốn 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) vơ nghiệm

Bước 2: nếu a # 0 thì P(x) có duy nhất một nghiệm x = ( c-b)/a
Có nhiều quan điểm về thuật tốn, nơm na thuật tốn 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 tốn là một
trình tự các bước tính tốn biến đổi đầu vào thành kết xuất.
Cũng có thể xem một thuật tốn như một cơng cụ để giải quyết một bài tốn thật
cụ thể. Phát biểu của bài toán sẽ chỉ định tổng qt mối quan hệ nhập/xuất cần thiết.
Thuật tốn mơ tả một thủ tục tính tốn cụ thể để đạt được mối quan hệ nhập/xuất đó.
Khái niệm thuật tốn đầu tiên do nhà toán học Ả Rập Kharezmi nêu ra từ cuối
thế 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 tốn để
giải quyết các cơng việc cụ thể. Bất kỳ một hình thức lao động chân tay nào cũng gồm


7

một số thao tác cụ thể theo một trật tự nhất định, ta gọi lao động chân tay là hoạt động
theo thuật tốn.
Tóm lại có thể nói thuật tốn hay còn gọi là thuật giải là một tập hợp hữu hạn
các 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 dẫn
đến kết quả sau cùng đã dự đốn. Nói cách khác, thuật tốn là một bộ các qui tắc hay
qui trình cụ thể nhằm giải quyết một vấn đề trong một số bước hữu hạn, nhằm cung cấp
một kết quả từ một tập hợp của các dữ kiện đưa vào.
Lưu ý: Khi một thuật tốn đã hình thành thì ta khơng xét đến việc chứng minh
thuật tốn đó mà chỉ chú trọng đến việc áp dụng các bước theo sự hướng dẫn sẽ có kết
quả đúng. Việc chứng minh tính đúng và tính đầy đủ của các thuật tốn phải đựơc tiến
hành xong trước khi có thuật tốn. Nói rõ hơn, thuật tốn có thể chỉ là việc áp dụng các

cơng thức hay qui tắc, qui trình đã được cơng nhận là đúng hay đã được chứng minh về
mặt toán học.
1.2.2. Những đặc trưng cơ bản của thuật tốn là:
- Tính chính xác: Để đảm bảo kết quả tính hay các thao tác mà máy tính thực hiện
được là chính xác.
- Tính tổng qt: Thuật tốn khơng đề cập chỉ một bài toán riêng lẻ mà bao hàm một
lớp 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 tốn, q trình biến
đổi từ thơng tin ban đầu đến kết quả cuối cùng qua một số giới hạn các biến đổi.
- Tính duy nhất: Tồn bộ q trình biến đổi, cũng như trật tự thực hiện phải được xác
định là duy nhất. Như vậy khi dùng thuật toán cùng một tin tức ban đầu phải cho cùng
một kết quả. Thuật toán ở mỗi giai đoạn phải nêu chính xác các bước tiếp theo, có
nghĩa là thứ tự thực hiện, các thao tác và quyết định phải được quy định rõ ràng.
- Tính rõ ràng: Thuật tốn phải được thể hiện bằng các câu lệnh minh bặch, các câu
lệnh được sắp xếp theo một thứ tự nhất định.


8

1.2.3 Phân loại thuật tốn: Theo cấu trúc có thể phân loại thuật tốn như sau :
- Thuật tốn khơng phân nhánh.
- Thuật tốn có phân nhánh.
- Thuật tốn theo chu trình có bước lặp xác định.
- Thuật tốn theo chu trình có bước lặp khơng xác định.
Thuật tốn khơng phân nhánh là thuật toán đơn giản nhất Trong thực tế thường
gặp thuật toán phân nhánh theo các diều kiện so sánh đúng hoặc sai. Phổ biến nhất
trong các bài tốn thực tế là thuật tốn gồm nhiều chu trình, theo nhiều nhánh, đó là
đặc trưng của thuật tốn 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 hợp
được 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 cấu
thân 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. Phương
pháp này được áp dụng rộng rãi trong thiết kế tàu dân dụng. Tuy nhiên, đối với tàu có
kích thước và tính năng đặc biệt vẫn phải xét riêng. Điều kiện cần thiết để có thể áp
dụng phương pháp này là kích thước chính của tàu, tỷ lệ kích thước, các đặc trưng kỹ
thuật, loại tàu… nằm trong phạm vi mà Quy phạm đóng tàu chấp nhận.
- Thiết kế kết cấu thân tàu theo tính tốn lý thuyết: Do hình dáng thân tàu, các
loại máy và bố trí trên tàu …khơng giống nhau, đặc biệt đối với tàu cỡ lớn, các loại tàu
đặc biệt, Quy phạm không thể bao gồm tất cả các đặc trưng đó. Do đó phải vận dụng
kiến thức và cơ học kết cấu, dùng phương pháp tính tốn sức bền để thiết kế kết cấu
thân tàu. Theo đà phát triển của khoa học kỹ thuật hiện nay nhất là nhờ có máy tính
điện tử cho phép giải những bài tốn lớn, và việc ứng dụng phương pháp tính tốn sức


9

bền trong thiết kế kết cấu thân tàu đang ngày một hồn thiện. Dựa vào tính tốn độ bền
thân tàu chọn kết cấu chịu được độ bền chung và tải trọng cục bộ. Trước khi thiết kế
kết 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 tốn 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 tốn nhất thiết
tính đến ổn định kết cấu nhằm đạt yêu cầu không một chi tiết nào mất ổn định khi làm
việc. Ngoài các phép tính thuần túy cơ học trên, độ tin cậy kết cấu là việc không tránh
được khi thiết kế kết cấu tàu. Thông thường bằng cách này, người thiết kế có thể chọn

được kết cấu vừa đủ bền đồng thời đạt giá trị tối ưu về tính kinh tế.
Tính tốn thiết kế kết cấu tàu là q trình cân nhắc, đối chiếu, so sánh nhằm tìm
phương án tốt nhất cho kết cấu, thỏa mãn yêu cầu bền, ổn định phù hợp với môi trường
làm việc và điều kiện làm việc.
Nhìn chung đối với tàu dân dụng thơng thường, chủ yếu dựa vào Quy phạm, để
thiết kế kết cấu thân tàu, khi cần thiết dùng phương pháp tính tốn sức bền để nghiệm
lại, nhằm bổ sung những chỗ chưa hoàn hảo của quy phạm. Quy phạm kết cấu thân tàu
tập 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 đối
đơn giản, thực dụng, thường đảm bảo được sức bền. Phương pháp này cho phép người
thiết kế tính chọn tồn bộ kết cấu tàu đang xét mà khơng cần phải thực hiện mơ hình
hố 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 tồn: 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. Khơng vì sức bền khơng đủ


10

hoặc kết cấu mất ổn định mà gây lên sự phá hủy kết cấu, hoặc biến dạng vượt quá
phạm vi cho phép.
- Tính năng sử dụng: Việc bố trí và lựa chọn kích thước kết cấu phải phù hợp với
yêu cầu kinh doanh. Ví như, đối với khoang chở hàng bao kết cấu được bố trí sao cho
thuận tiện xếp dỡ hàng, buồng ở của hành khách và thuyền viên phải có lối đi thuận
tiện và độ cao thích đáng.
- Tính hồn chỉnh: Tàu thủy là một cơng trình kiến nổi trên mặt nước bố trí phức
tạp, 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 nên
một cấu trúc hoàn chỉnh, đảm bảo sự hoạt động bình thường của tất cả các bộ phận trên

tàu.
- Tính cơng nghệ: Việc lựa chọn hình thức kết cấu, hình thức liên kết các bộ phận
kết cấu của thân tàu phải đảm bảo thi công dễ dàng, giảm nhẹ cường độ lao động và
nâng cao năng suất lao động. Mặt khác, khi lựa chọn vật liệu phải chú ý đến vật tư có
thể khai thác trong nước, giảm bớt quy cách vật liệu một cách thích đáng, tiện cho việc
mua, dự trữ vật liệu và quy trình cơng nghệ của nhà máy. Phải căn cứ vào đặc điểm của
nhà máy, tình hình thiết bị của nhà máy để chọn phương án công nghệ hợp lý, áp dụng
những biện pháp cơng 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 gắng
giảm 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 cơng tác tính tốn 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:


11

Từ những thơng số hình học của tàu cụ thể như: chiều dài, chiều rộng, chiều
cao, mớn nước v.v… người thiết kế tiến hành tính tốn kích thước các kết cấu thân tàu
theo 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 chọn
kích thước thực tế cho kết cấu đang tính, thường là có giá trị lớn hơn so với kết quả
tính theo quy phạm tuỳ theo ý kiến chủ quan của người thiết kế hoặc theo kết cấu tiêu
chuẩn 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 q
khơng, kết cấu có q nặng nề và có kinh tế khơng ?

Từ đó nảy sinh vấn đề cần thiết phải phân tích, đánh giá, tìm ra các thuật tốn
tính tốn thiết kế kết cấu tàu thỏa mãn các yêu cầu của Quy phạm nhằm đảm bảo cho
việc 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 toán
thiết kế kết cấu tàu vỏ thép cũng như cách thức xây dựng công thức của Quy phạm
Việt Nam. Trên cơ sở đó có thể đánh giá hoặc hiệu chỉnh được các yêu cầu của Quy
phạm nước ta hiện nay.
1.4.2. Phương pháp nghiên cứu
Để thực hiện nội dung đề tài, chúng tơi sẽ tiến hành phân tích cơ sở lý thuyết của
các thuật toán và nghiên cứu thực tế khi xây dựng các cơng thức tính kết cấu tàu vỏ
thép của Quy phạm Việt Nam và từ đó chọn lựa được thuật tốn tính kết cấu thỏa mãn
Quy phạm.


12

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 thuật
phổ 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:
1. Đặt vấn đề

2. Cơ sở lý thuyết
3. Phân tích và lựa chọn thuật tốn thiết kế kết cấu tàu vỏ thép theo yêu
cầu của Quy phạm Việt Nam.
4. Thảo luận kết quả và đề xuất ý kiến.


13

CHƯƠNG II : CƠ SỞ LÝ
THUYẾT


14

2.1. CƠ SỞ LÝ THUẾT CỦA CÁC THUẬT TOÁN
Theo khái niệm thì thuật tốn là một bộ các qui tắc hay qui trình cụ thể nhằm
giải quyết một vấn đề trong một số bước hữu hạn, nhắm cung cấp một kết quả từ một
tập hợp của các dữ kiện đưa vào.
Khi một thuật tốn đã hình thành thì ta khơng xét đến việc chứng minh thuật
tốn đó mà chỉ chú trọng đến việc áp dụng các bước theo sự hướng dẫn sẽ có kết quả
đúng. Việc chứng minh tính đúng và tính đầy đủ của các thuật tốn phải đựơc tiến hành
xong trước khi co thuật tốn. Nói rõ hơn, thuật tốn có thể chỉ là việc áp dụng các cơng
thức hay qui tắc, qui trình đã được cơng nhận là đúng hay đã được chứng minh về mặt
toán học
Phổ biến nhất trong các bài toán thực tế là thuật tốn gồm nhiều chu trình, theo
nhiều nhánh, đó là đặc trưng của thuật toán giải các bài toán khoa học kỹ thuật. Có rất
nhiều thuật tốn để giải quyết một bài tốn cụ thể, một thuật tốn tốt thì nó thực hiện
công việc với một thời gian, công sức tối thiểu và cho ra kết quả chính xác. Nhưng
ngược lại dùng một thuật tốn sai thì phải tốn nhiều cơng sức và thời gian, tuy nó cũng
cho ra được một kết quả nhưng khơng đựơc chính xác. Do vậy ta phải thực hiện q

trình phân tích thuật tốn, nhờ phân tích một vài thuật tóan ứng tuyển của một bài tốn,
ta có thể dễ dàng nhận ra thuật tốn nào là hiệu quả nhất. Kiểu phân tích như vậy có thể
nêu rõ nhiều ứng viên tồn tại, song một vài thuật toán kém hơn thường bị loại trong khi
tiến hành. Q trình phân tích thuật tốn ln là một thách thức, thậm trí với một thuật
tốn đơn giản. Các cơng cụ tốn học cần thiết có thể gồm cả tốn học tổ hợp trừu tượng
lý thuyết xác suất căn bản, kỹ năng về đại số, và khả năng định danh các số hạng quan
trọng nhất trong một công thức. Do cách ứng xử của một thuật tốn có thể khác nhau
đối với từng đầu vào khả dĩ, nên ta cần có một biện pháp tóm lược cách ứng xử thành
các cơng thức đơn giản và dễ hiểu. Ngồi ra, ta cũng cần quan tâm tới thời gian thực
hiện 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.


15

Trình tự thuật tốn để giải một bài tốn có thể thực hiện theo các bước sau :
1- Đặt bài tốn và xây dựng mơ hình tốn của bài tốn thực tế. Giai đoạn này bao
gồm việc biểu diễn bài toán thực tế bằng các biểu thức toán học, xác định các ràng
buộc, các điều kiện ban đầu, giới hạn của nghiệm.
2- Chọn phương pháp số thích hợp. Để giải các mơ hình tốn xây dựng ở bước trên
cần 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 tốn bằng lưu đồ. Lưu đồ thể hiện rõ rang các bước tính quan
trọng và điều kiện để thu được kết quả cuối cùng. Để mơ tả q trình tính tốn một
cách hệ thống và rõ ràng người ta thường thể hiện thuật tốn bằng lưu đồ, đó là sự biểu
diễn bằng đồ thị tồn bộ tồn bộ q trình tính tốn. Việc vẽ lưu đồ khơng những giúp
cho q trình thảo chương trình dễ dàng mà cịn giúp ta phát hiện sai sót trong chương
trình. Những bài tốn phức tạp nhất thiết phải lập lưu đồ tính tốn, xây dựng lưu đồ
chính xác đảm bảo 90% kết quả tính tốn.
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% 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 sốt 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


16

carbon trong sắt là 1.7% theo trọng lượng xảy ra ở 1130°C, nếu lượng carbon cao hơn
hay nhiệt độ hòa tan thấp hơn trong quá trình sản xuất, sản phẩm sẽ là cementite (xêmen-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 khơng có carbon,
thường là ít hơn 0.035%. Ngày nay, người ta gọi ngành công nghiệp thép (không gọi là
ngành công nghiệp sắt và thép), nhưng trong lịch sử, đó là 2 sản phẩm khác nhau. Ngày
nay, có một vài loại thép mà trong đó carbon được thay thế bằng các hổn hợp vật liệu
khác và carbon nếu có, chỉ là khơng được ưa chuộng.
Trước thời kì Phục Hưng người ta đã chế tạo thép với nhiều phương pháp kém
hiệu quả, nhưng đến thế kỉ 17 sau tìm ra các phương pháp có hiệu quả hơn thì việc sử
dụng 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. Trong
q trình sản xuất càng tinh luyện tốt hơn như phương pháp thổi Oxy, thì giá thành sản
xuất càng thấp đồng thời tăng chất lượng của kim loại. Ngày nay, thép là một trong
những vật liệu phổ biến nhất trên thế giới và là thành phần chính trong xây dựng, đồ
dùng, cơng nghiệp cơ khí. Thông thường thép được phân thành nhiều cấp bậc và được

các tổ chức đánh giá xác nhận theo chuẩn riêng.
Cũng như hầu hết các kim loại, về cơ bản, sắt khơng tồn tại ở vỏ trái đất, nó chỉ
tồn tại khi kết hợp với oxy hoặc lưu huỳnh. Sắt chứa các khống bao gồm Fe2O3-một
dạng của oxid sắt có trong khoáng Hematite, và fe s2 - quặng sunphit sắt. Sắt được lấy
từ quặng bằng cách khử oxy hoặc kết hợp sắt với một ngun tố hố học như cacbon.
Q trình này được gọi là luyện kim, được áp dụng lần đầu tiên cho kim loại với điểm
nóng chảy thấp hơn. Đồng nóng chảy ở nhiệt độ hơn 1000 °C, trong khi thiếc nóng
chảy 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


17

ít nhất 6000 năm trước. Khi tỉ lệ oxy hố tăng nhanh khoảng 800 °C thì việc luyện kim
phải diễn ra trong mơi trường có oxy thấp. Trong q trình luyện thép việc trộn lẫn
cacbon và sắt có thể hình thành nên rất nhiều cấu trúc khác nhau với những đặc tính
khác 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 BCC
sang 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 sắt
nguyên chất ở dạng ferite và tạo ra hỗn hợp cementit-ferrit. Cementit là một hợp chất
hố học có cơng thức là Fe3C.
Thép hiện đại được chế tạo bằng nhiều các nhóm hợp kim khác nhau, tùy theo
thành phần hóa học của các nguyên tố cho vào mà cho ta các sản phẩm phù hợp với
công dụng riêng rẽ của chúng. Thép carbon bao gồm hai nguyên tố chính là sắt và
cacbon, chiếm 90% tỷ trọng các sản phẩm thép làm ra. Thép hợp kim thấp có độ bền
cao 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 các
nguyên tố khác, thông thường mô lip đen, mangan, crom, hoặc niken, trong khoảng
tổng cộng không quá 10% trên tổng trọng lượng. Các loại thép khơng gỉ và thép khơng
gỉ chun dùng có ít nhất 10% crom, trong nhiều trường hợp có kết hợp với niken,
nhằm mục đích chống lại sự ăn mịn. Một vài loại thép khơng gỉ có đặc tính khơng từ
tính. Thép hiện đại cịn có những loại như thép dụng cụ được hợp kim hóa với số lượng
đáng kể bằng các nguyên tố như volfram hay coban cũng như một vài nguyên tố khác
đạt đến khả năng bão hoà. Những cái này là tác nhân kết tủa giúp cải thiện các đặc tính
nhiệt luyện của thép. Thép dụng cụ được ứng dụng nhiều vào các dụng cụ cắt gọt kim


18

loại, như mũi khoan, dao tiện, dao phay, dao bào và nhiều ứng dụng cho các vật liệu
cần độ cứng cao.
Thép là loại vật liệu đựơc sử dụng rộng rãi nhất trong đóng tàu. Nhờ 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 tàu có chiều dài trên dưới 60m.
Mặc dù có những thành cơng rực rỡ trong việc sử dụng thép để đóng tàu, đặc biệt
là cùng với sự tiến bộ mạnh mẽ của cơng nghệ hàn. Nhưng hàng nghìn trường hợp tai
nạn vẫn xảy ra đối với tàu thép như nứt, nứt giòn, ăn mịn, có khi tự nhiên gãy đơi cả
con 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 mơi 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 cơng nghiệp đóng tàu, để đảm bảo những u cầu ở trên, người ta cần
quan tâm đến các vấn đề sau:
1- Phương pháp chế tạo ra thép.
2- Sức bền ( cơ, lý tính của các loại thép ).
3- Thành phần hoa học trong thép.
Để giải quyết các vấn đề ở trên ta thực hiện theo những nội dung chính sau :


19

- 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 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 đong tàu
khối 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 tế
sản xuất cũng như khai thác, do đó người ta chỉ nghiên 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 ( % )

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 ( % )
Công thức dùng cho thép cacbon – mangan với ch < 390 MPa, tính năng
hàn tốt khi Ceq < 0,45 %.

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


20

cho KD 32; KD 36 hoặc KE 36 có thể thay thế cho KA 36; và KE 36 có thể thay thế
cho KD 36.
Bảng 2-A/1.1 Danh mục sử dụng thép đóng tàu thơng thường

Tên

Khu vực

cơ cấu

sử dụng

Tơn

Phạm vi L1 £ 250

mép

0,4L

mạn

giữa tàu

L1 >

Chiều dày tôn t (mm)
t£ 15

A

15 < t

20 < t

25 < t

30 < t

40 < t

£20

£25

£30

£40

£50

B

D

D

E
E

250

kề với

boong Phạm vi 0,6L giữa
tính tàu ngồi khu vực

A

B

D

E

trên

tốn

Ngồi khu vực nêu

A

B

D

trên
Tơn mạn Phạm vi 0,1 D trở

A

B

D

E

ở phạm xuống tính từ mặt
vi 0,4L

dưới của boong

giữa tàu

tính tốn
Ngồi khu vực nêu

A

B

trên
Dải
tơn

0,4L

Tàu có

giữa tàu L1 > 150

A

B

D

E

D