Viết chương trình vẽ hoàn thiện tuyến hình tàu thủy, chương 2 ppsx

Chương 2:
Sự cần thiết của việc nghiên cứu
hàm hoá đường h
ình tàu thuỷ
Tàu thuỷ là một công cụ hoạt động thực tiễn làm việc nổi trên
m
ặt nước, mang tải trọng lớn và hoạt động theo sự điều khiển của
con người, trong những điều kiện sông biển phức tạp,
thậm chí
nguy hiểm.
Đầu tư chế tạo v
à khai thác tàu thuỷ, đặc biệt những tàu có
kích thước lớn, trang bị hiện đại, hoạt động trên các vùng biển và
đại dương xa xôi thuộc loại đầu tư lớn và rất lớn, thêm vào đó, với
điều kiện l
àm việc, như nhận xét ở trên rất khắc nghiệt, nguy hiểm,
chứa đựng nhiều rủi ro.
Những đặc điểm như vậy giải thích sự quan tâm đáng kể của
mọi người, đặc biệt là các nhà khoa học, nhằm đảm bảo cho con
tàu những chất lượng kinh tế - kỹ thuật cần thiết mà quan trọng
hơn cả l
à an toàn cho con tàu và thuỷ thủ đoàn.
Thông thường, vỏ tàu là một vật thể có cấu tạo, hình dáng
ph
ức tạp, đây là trở ngại lớn nhất và là đối tượng được quan tâm từ
rất sớm nhưng những bài toán biểu diễn giải tích đường hình lý
thuy
ết tàu vẫn chưa được giải quyết một cách hoàn chỉnh, thoả
đáng.
Trước đây, khi tính toán các tính năng hàng hải của tàu
thường dẫn đến việc phải tính một tích phân xác định, trong đó cận

dưới dấu tích phân thường liên quan đến các kích thước của t
àu,
còn hàm d
ưới dấu tích phân liên quan đến toạ độ đường hình tàu.
Các tích phân xác định này được xây dựng trên cơ sở logic toán
học, nhưng hàm dưới dấu tích phân chưa được xây dựng dưới dạng
toán học cụ thể. Trong thực tế, đường hình lý thuyết tàu được cho
dưới dạng bản vẽ, bảng toạ độ đường
hình, nên việc tính toán các
tích phân xác định tr
ên không thể tiến hành liên tục đựơc mà chỉ có
thể tính gần đúng theo các phương pháp như: Phương pháp hình
thang, phương pháp simson, phương pháp chebưsev, trong đó
phương pháp được d
ùng phổ biến là phương pháp hình thang.
Phương pháp hình thang khá đơn giản, dễ sử dụng, giải quyết
được nhiều bài toán liên quan đến h
ình cong, dặt biệt là trong tính
toán thi
ết kế tàu thuỷ. Tuy nhiên khi sử dụng phương pháp hình
thang, v
ới đầu vào là kết quả của phép đo, sau đó sử dụng công
thức gần đúng nên chắc chắn kết quả sẽ kém hơn nhiều, theo [2],
tích phân xác định

2
0
1
dx
x

, tính theo công thức hình thang, phải được
cho với 1000 giá trị gián đoạn của x mới được độ chính xác đến
con số lẻ thứ 3. Áp dụng trong tính toán với các số liệu lấy được từ
một bản vẽ ĐHLT tàu thông thường với 5- 6 MĐN và 11 MCN đối
với các tàu vừa và nhỏ, độ chính xác đạt được chắc chắn sẽ thua
kém hơn nhiều.
Một khó khăn có tính đặc thù khác, đó là số lượng lớn các
đường cong đường
hình tàu bao gồm các các MĐN phía mũi và
phía đuôi, các MCN ở khu vực đáy tàu thường cong nhiều, xấp xỉ
hình thang ở những trường hợp như vậy tất nhiên sẽ phạm sai số,
chưa kể các trường hợp khi mà các đường cong tính toán, do cách
chuẩn bị lưới vẽ cố định, sẽ bắt đầu hoặc kết thúc không trùng với
các lưới mạng. Để duy tr
ì mức độ chính xác tính toán, các động tác
hiệu đính như sử dụng các toạ độ quy đổi, phương pháp bù diện
tích … trong nhiều trường hợp trở nên rất cần thiết và gây trở ngại
không nhỏ trong việc lập trình.
Trước tình hình đó, khi ứng dụng thuật toán Spline trong tính
toán hình học hình cong phẳng lại cho kết quả khá tốt. Khi tính
toán các đường h
ình lý thuyết, các thông số đầu vào là những bản
vẽ, bảng toạ độ đường hình được xấp xỉ bằng một phương trình
gi
ải tích toán học cụ thể, tức là các đường cong đã được hàm hoá.
Vi
ệc tính toán các yếu tố hình cong phẳng, ta chỉ cần lấy tích phân
các hàm giải tích toán học đó, các cận dưới dấu tích phân là các toạ
độ đường h
ình.

Vi
ệc mô tả các đường cong tuyến hình tàu thuỷ dưới dạng
toán học đã được nghiên cứu và phát hiện bởi PGS.TS NGUYỄN
QUANG MINH, với việc hàm hoá bề mặt tàu thuỷ, bài toán về
thiết kế tàu đã được giải quyết một cách thoả đáng. Tuy nhiên, hiện
nay, các đường h
ình thông thường được cho dưới dạng các bản vẽ
và bảng toạ độ đường hình, nên các thông số đầu vào dùng cho
hàm x
ấp xỉ chưa được tính toán chính xác, xấp xỉ Spline được kỳ
vọng là phương pháp chính xác cao để có thể giải quyết vấn đề
trên.
Mô t
ả đường hình lý thuyết tàu mà đề tài này trình bày là sự
kết hợp hai phương pháp: phương pháp xấp xỉ Spline và phương
pháp hàm hoá.
1.3. Giới hạn nội dung và phương pháp nghiên cứu
Đã từ lâu, có rất nhiều nhà khoa học đi tìm hướng giải quyết
bài toán tĩnh học trong thiết kế tàu thủy. Nhưng do không quản lý
được đường h
ình tàu thủy bằng các hàm toán học cụ thể mà chỉ
thiết kế theo kinh nghiệm là chính, vì vậy khi tính toán các bài toán
liên quan đến đường hình lý thuyết tàu thường sử dụng các phương
pháp gần đúng có độ chính xác không cao. Nghiên cứu hoàn thiện
bản vẽ tuyến hình lý thuyết tàu là một cách giải quyết mang tính cơ
bản và lâu dài, nhằm đạt được độ chính xác cao khi tính toán các
yếu tố hình học như đã nói ở trên.
Tuy v
ậy, do thời gian thực hiện đề tài và khả năng bản thân
còn hạn chế, đề tài chỉ giới hạn trong những nội dung chính sau:

- Bài toán về hàm xấp xỉ theo phương pháp của PGS.TS
NGUYỄN QUANG MINH.
- Cơ sở lý thuyết về mô hình đường cong và thuật toán
Spline.
- So sánh kết quả tính toán các yếu tố hình học hình cong
ph
ẳng theo phương pháp xấp xỉ Spline, phương pháp hình
thang và phương pháp hàm hóa.
- So sánh kết quả với các công cụ đồ họa của AUTOCAD.
- Ứng dụng kết quả để vẽ hoàn thiện bản vẽ tuyến hình tàu
trên ba hình chi
ếu.
- Viết chương trình vẽ bản vẽ tuyến hình từ điều kiện đầu
vào là Bản vẽ mẫu và bảng tọa độ đường hình.
M
ột số nội dung đã được thực hiện trong đề tài nghiên cứu
khoa học “ Viết chương trình vẽ hoàn thiện tuyến hình tàu thủy”
với cùng tác giả, các kết quả được sử dụng mang tính kế thừa. Ở
đề t
ài này, ta tiếp tục nghiên cứu và hoàn thiện bản vẽ. Tập trung
khắc phục tất cả những tồn tại của đề tài trước để đạt được sản
phẩm tốt hơn. Tuy nhiên, với kỹ thuật tin học không chuyên của
bản thân, nhiều ý tưởng vẫn chưa thực hiện được. Mong được sự
góp ý của các thầy và các bạn, đồng thời, rất cần có sự hợp tác làm
vi
ệc theo nhóm để chương trình hoàn thiện thêm.