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

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.V
ì thế vấn đề là phải đảm bảo cho con tàu
m
ột số các tính năng đặc biệt nhất định trước khi cho con tàu ra
bi
ển gọi chung là các tính năng hàng hải bao gồm: tính nổi, tính ổn
định, tính chống ch
ìm, tính lắc, tính giữ hướng và quay trở, tốc độ
…
M
ột 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 lo
ạt 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
c
ứu 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 kh
ỏi 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 ho
ặc nghiêng dọc trên nước trong phạm vi lượng
nước gi
ãn 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 l
à 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 nhi
ệm 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 th
ì không đơn giản chút nào. Nếu tàu mất ổn định sẽ dẫn đến
nguy cơ lật t
àu, 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
chu
ẩn 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 h
àng hải trên
bi
ển. 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 t
àu, làm cho thủy thủ trên
tàu khó có th
ể 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 v
ậy, 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,
thu
ận tiện trong những điều kiện sóng gió nhất định.
Ổn tính cho tàu đi biển mang tính lý thuyết cao v
à 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
ngh
ề cá nước ta hiện nay.
1.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TAY ĐÒN ỔN ĐỊNH TÀU
TH
ỦY:
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 = 0
o
÷ 90
0
thì tổng các
mômen bằng 0

 0
0
M
Suy ra: M

ng
+ P.sinθ.Zg – D.cosθ.Yc – D.sinθ.Zc = 0
Vì cân b
ằng nên: P = D

M
ng
= P( cosθ.Yc + sinθ.Zc – sinθ.Zg )

M
ng
= M
hp
= P.l
hp
= P( cosθ.Yc + sinθ.Zc – sinθ.Zg )
Suy ra bi
ểu thức tính tay đòn ổn định là:
L
hp
= cosθ.Yc + sinθ.Zc – sinθ.Zg
Trong đó:
 L
hd
= cosθ.Yc + sinθ.Zc : Là cánh tay đòn ổn định
hình dáng, phụ thuộc vào hình dáng con tàu.
 L
tl
= 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 nghi
êng 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 nghi
êng lớn.
Một trong những nguyên nhân cơ bản của lý thuyết ổn tính là
th
ể tích bằng nhau của góc nghiêng: khi nghiêng thể tích phần dưới
C
G
E
N
C
1
a
K
D
W1
L1
W0
L0
nước của tàu không thay đổi, mặc dù hình dáng của nó thay đổi.
Trong trường hợp nghi

êng 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 tr
òn với tâm
tại điểm gọi là tâm ổn định.
Ở những góc nghi
êng lớn, những đường nước cân bằng thể
tích không đi qua trọng tâm của đường nước ban đầu. Điều đó
được thấy r
õ trên đường nước W
2
L
2
miêu tả ở hình sau và ứng với
góc nghiêng 90
0
.
T
ừ đó ta rút ra rằng: khi tàu nghiêng tâm đẩy không dịch
chuyển theo đường tròn mà theo đường cong phức tạp hơn
(CC
1
C
2
). Tức là những công thức ổn tâm ban đầu chỉ đúng với các
góc nghiêng nhỏ.
C
C1
W1
L1

W0
L0
F
C2
L2
W2
Để nghiên cứu ở những góc nghiêng lớn, ta phải đứng ở gốc
độ khác để xem xét vấn đề một cách thiế
t 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: M
0
= D.l
0
Trong đó: l
0
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 t
àu thẳng đứng đến đường tác dụng của lực đẩy khi tàu
nghiêng. Giá tr
ị 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 đ
òn hình dáng l
hd
. Giá trị đoạn thẳng CE là cánh tay đòn

C
G
E
N
C
1
a
K
D
W1
L1
W0
L0
trọng lượng l
tl
phụ thuộc vào vị tương quan giữa trọng tâm và tâm
đẩy. Từ tam giác CEG rút ra được: l
tl
= a.sin θ
Trong đó: a – chiều cao trọng tâm so với tâm đẩy khi tàu
th
ẳng đứng. Sau khi ký hiệu tung độ của chúng tương ứng là Zc và
Zg ta có:
a = Zg – Zc
Khi s
ử dụng các ký hiệu đưa ra đối với các cánh tay đòn ổn
tính hình dáng và ổn tính trọng lượng ta viết: l
θ
= l
hd

- l
tl
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 v
ậy ổn tính của tàu sẽ khác nhau. Trọng tâm của tàu càng nâng
cao thì cánh t
ay 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 ( t
ên 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
O
D B
0m
h
0
lmax
l
0
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 l
max

,
góc nghiêng
ứng với nó ký hiệu là θ
max
.
T
ại 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 c
òn 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 57,3
0
) 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.