Thiết kế sơ bộ mẫu tàu du lịch chở 50 khách bằng vật liệu composite hoạt động ở vịnh Nha Trang

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG
= = =







= = =






MAI ĐÌNH NAM





THIẾT KẾÂ SƠ BỘ MẪU TÀU DU LỊCH CHỞ 50
KHÁCH BẰNG VẬT LIỆU COMPOSITE HOẠT
ĐỘNG Ở VỊNH NHA TRANG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

CHUYÊN NGÀNH: ĐÓNG TÀU THỦY





GVHD: ThS. HUỲNH VĂN NHU




NHA TRANG - 2013

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG
= = =







= = =

MAI ĐÌNH NAM





THIẾT KẾÂ SƠ BỘ MẪU TÀU DU LỊCH CHỞ 50
KHÁCH BẰNG VẬT LIỆU COMPOSITE HOẠT
ĐỘNG Ở VỊNH NHA TRANG





ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

CHUYÊN NGÀNH: ĐÓNG TÀU THỦY





GVHD: ThS. HUỲNH VĂN NHU

NHA TRANG - 2013

ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: MAI ĐÌNH NAM MSSV: 51130952 Lớp: 51ĐT1
Địa chỉ liên hệ: Phòng 116- KTX K5, Trường ĐHNT
Tên đề tài: Thiết kế sơ bộ tàu du lịch trở 50 khách bằng vật liệu Composite (FRP)
hoạt động ở Vịnh Nha Trang .
Cán bộ hướng dẫn: ThS. HUỲNH VĂN NHU
I. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI:
1. Đối tượng nghiên cứu: Tàu chở 50 khách, vỏ Composite.
2. Phạm vi nghiên cứu: Lập hồ sơ thiết kế sơ bộ cho tàu chở 50 khách, vật liệu Composite.
3. Mục tiêu của đề tài: Củng cố kiến thức cho sinh viên, giúp sinh viên nắm bắt
được quá trình thiết kế một con tàu, từ đó nâng cao kiến thức bản thân.
II. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU.
LỜI NÓI ĐẦU.
Chương 1: ĐẶT VẤN ĐỀ.
Chương 2: YÊU CẦU KINH TẾ - KỸ THUẬT ĐỐI VỚI DU LỊCH.
Chương 3: XÂY DỰNG HỒ SƠ THIẾT KẾ SƠ BỘ TÀU CHỞ KHÁCH
BẰNG VẬT LIỆU FRP HOẠT ĐỘNG Ở VỊNH NHA TRANG.
Quá trình thiết kế sơ bộ bao gồm các công việc được tiến hành theo trình tự sau:
1. Xây dựng nhiệm vụ thư.
2. Từ yêu cầu của nhiệm vụ thư, trên cơ sở phương trình trọng lượng và phương
trình dung tích, xác định sơ bộ các kích thước chính như chiều dài, chiều rộng,
chiều cao, mớn nước.
3. Dựa trên cơ sở các kích thước chính và hệ số hình dáng đã được xác định trên
đây, tiến hành xây dựng bản vẽ đường hình xác định hình dáng vỏ tàu, tính và vẽ
đường cong thủy lực và tỉ lệ Bonjean.

4. Tính toán kết cấu, tính toán trang thiết bị và bố trí chung, tính trọng tâm trọng
lượng tàu, tính các trường hợp tải, kiểm tra ổn tính.
5. Tính sức cản, trên cơ sở đó lựa chọn máy chính, đảm bảo đạt tốc độ yêu cầu của
tàu (khoảng 9-11hl/h).
ii
Chương 4: THẢO LUẬN KẾT QUẢ.
III.KẾ HOẠCH THỜI GIAN:
1. Đi thực tế:
Tìm hiểu, khảo sát các mẫu tàu du lịch hoạt động tại vùng biển Nha trang:
Từ: 04/3/2013 Đến: 04/4/2013
2. Kế hoạch hoàn thành thiết kế:
Chương 1: Đặt vấn đề:
Từ: 04/04/2013 Đến: 11/04/2013
Chương 2: Yêu cầu kinh tế - kỹ thuật đối với tàu khách du lịch:
Từ: 11/04/2013 Đến: 18/04/2013
Chương 3: Xây dựng hồ sơ thiết kế sơ bộ tàu du lịch vật liệu FRP:
Xác định các đặc điểm hình học của tàu, vẽ đường hình tàu:
Từ: 18/04/2013 Đến: 05/05/2013
Tính và vẽ đường cong thủy lực và tỉ lệ bonjean:
Từ: 05/05/2013 Đến: 20/05/2013
Tính toán thiết kế bố trí chung, tính toán thiết kế kết cấu, tọa độ trọng tâm tàu, kiểm
tra ổn định:
Từ: 20/05/2013 Đến: 05/06/2013
Tính toán sức cản tàu, lựa chọn máy chính, tính toán hệ truc chân vịt:
Từ: 05/06/2013 Đến: 20/06/2013
Hoàn thành một số bản vẽ:
Từ: 20/06/2013 Đến: 30/06/2013
Chương 3: Thảo luận kết quả:
Từ: 30/06/2012 Đến: 7/07/2013
Hoàn thành bản thảo:

Trước ngày 12/07/2013

Nha Trang, ngày 04 tháng 03 năm 2013
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN


MAI ĐÌNH NAM
iii
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Họ tên sinh viên : Mai Đình Nam
MSSV : 51130952 Lớp : 51DT-1
Ngành : Kỹ Thuật Tàu Thủy Mã ngành : 18.06.10
Tên đề tài : Thiết kế sơ bộ tàu du lịch trở 50 khách bằng vật liệu
Composite(FRP) hoạt động ở Vịnh Nha Trang.
Số Trang Đồ Án : 80 Số Trang Phụ : 10
Số Chương : 04 Số Tài Liệu tham Khảo : 9
Hiện Vật : 03 CD + 3 bản thuyết minh
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
KếtLuận………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………

NhaTrang, ngày……tháng……năm 2013
Cán bộ hướng dẫn :


THS.Huỳnh Văn Nhu
iv
PHIẾU ĐÁNH GIÁ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên : Mai Đình Nam
MSSV : 51130952 Lớp : 51DT-1
Ngành : Kỹ Thuật Tàu Thủy Mã ngành : 18.06.10
Tên Đề tài : Thiết kế sơ bộ tàu du lịch trở 50 khách bằng vật liệu
Composite (FRP) hoạt động ở Vịnh Nha Trang.
Số Trang Đồ Án : 80 Số Trang Phụ: 10
Số Chương : 04 Số Tài Liệu tham Khảo: 9
Hiện Vật : 03 CD + 3 bản thuyết minh
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN.






Đánh giá chung:
……………………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………………

Nha Trang, ngày……tháng……năm 2013

CÁN BỘ PHẢN BIỆN CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

ĐIỂM CHUNG
Bằng số Bằng chữ



v
MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN iii
PHIẾU ĐÁNH GIÁ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iv
MỤC LỤC v
DANH MỤC BẢNG ix
DANH MỤC HÌNH x
LỜI NÓI ĐẦU 1
Chương 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 2
1.1. TỔNG QUAN 2
1.2. VẬT LIỆU COMPOSITE. 2
1.3. PHÂN LOẠI TÀU KHÁCH 7
1.4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 7
1.4.1. Đối tượng nghiên cứu: 7
1.4.2. Phạm vi nghiên cứu: 7
1.4.3. Mục đích nghiên cứu: 7
Chương 2: YÊU CẦU KINH TẾ - KỸ THUẬT ĐỐI VỚI DU LỊCH 8
2.1. YÊU CẦU KỸ THUẬT. 8
2.1.1. Các yêu cầu đối với kích thước chính 8
2.1.2.Các yêu cầu với đường hình 10
2.2. YÊU CẦU KINH TẾ 10
2.2.1. Tồng giá thành chế tạo con tàu. 10
2.2.2. Chi phí bảo dưỡng 11

2.2.3.Chi phí sử dụng thấp. 11
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỒ SƠ THIẾT KẾ SƠ BỘ TÀU CHỞ KHÁCH
BẰNG VẬT LIỆU FRP HOẠT ĐỘNG Ở VỊNH NHA TRANG 12
3.1. XÁC ĐỊNH SƠ BỘ KÍCH THƯỚC CHÍNH VÀ THIẾT KẾ ĐƯỜNG
HÌNH: 12
3.1.1. Xây dựng nhiệm vụ thư: 12
vi
3.1.1.1. Nhiệm vụ chung: 12
3.1.1.2. Các yêu cầu khi xây dựng nhiệm vụ thư: 12
3.1.1.3. Nhiệm vụ thiết kế: 12
3.1.2. Giải phương trình trọng lượng và phương trình dung tích xác định
sơ bộ kích thước tàu thiết kế : 13
3.1.2.1. Xác định sơ bộ lượng chiếm nước D: 13
3.1.2.2. Lựa chọn chiều chìm thiết kế T: 15
3.1.2.3. Lựa chọn tỷ số
T
H
: 15
3.1.2.4. Lựa chọn hệ số diện tích mặt đường nước
α
: 16
3.1.2.5. Lựa chọn hệ số diện tích mặt cắt ngang

β: 17
3.1.2.6. Tính, chọn các hệ số
,
δ
tỷ số
H
B

, và chiều dài tàu L: 17
3.1.3. Thiết kế đường hình tàu: 21
3.1.3.4. Tính và vẽ đường cong thủy lực và tỉ lệ Bonjean: 23
3.2. Thiết kế bố trí chung: 31
3.2.1. Giới thiệu chung: 31
3.2.1.1. Công dụng, vùng hoạt động, quy phạm áp dụng: 31
3.2.1.2. Các thông số cơ bản và tỉ số kích thước của tàu: 31
3.2.2. Lựa chọn hệ thống kết cấu: 32
3.2.3. Bố trí chung tàu thiết kế: 32
3.2.3.1. Đặc điểm bố trí tàu khách thiết kế: 32
3.2.3.2. Bố trí và phân chia các khoang: 33
3.3. Tính toán thiết kế kết cấu: 35
3.3.1. Vật liệu: 35
3.3.1.1. Đặc trưng vật lý của vật liệu FRP: 35
3.3.1.2. Trọng lượng riêng của nhựa và sợi: 36
3.3.1.3. Xác định chiều dày lớp FRP: 36
3.3.1.4. Xác định trọng lượng riêng của tấm FRP: 36
3.3.2. Độ bền vật liệu: 37
vii
3.3.3. Tính chọn kết cấu theo Qui Phạm: 38
3.3.3.1.Lớp vỏ: 38
3.3.3.2. Chiều dày tối thiểu của boong: 41
3.3.3.3. Sườn, dầm dọc mạn : 42
3.3.3.4. Đà ngang đáy: 44
3.3.3.5. Đà ngang buồng máy: 44
3.3.3.6. Dầm dọc đáy: 44
3.3.3.7. Xà boong: 45
3.3.3.8. Sống dọc dưới boong: 47
3.3.3.10. Vách kín nước: 48
3.3.3.11. Nẹp vách: 48

3.4. Tính ổn định tàu thiết kế: 51
3.4.1. Kiểm tra ổn tính ban đầu: 51
3.4.1.1. Trường hợp 1: 51
3.4.1.2. Trường hợp 2: 52
3.4.1.3. Trường hợp 3: 52
3.4.1.4. Trường hợp 4: 53
3.4.2. Kiểm tra ổn tính trong trường hợp góc nghiêng lớn có tính đến ảnh
hưởng của biên độ lắc: 54
3.4.2.1. Tính diện tích và tọa độ tâm chịu gió: 55
3.4.2.2. Xác định đồ thị ổn định tĩnh và động: 55
3.4.2.2.1. Trường hợp 1: Tàu đủ khách, 100% dự trữ: 58
3.4.2.2.2. Trường hợp 2: Tàu đủ khách , 10% dự trữ: 58
3.4.2.2.3. Trường hợp 3: Tàu không khách, 100% dự trữ: 59
2.4.1.4.4. Trường hợp 4: Tàu không khách,1 0% dự trữ: 59
3.4.3. Kiểm tra theo quy phạm đóng tàu việt Nam trong vùng hạn chế III: 62
3.4.4. Kiểm tra ổn định khi khách tập trung một bên mạn: 64
3.4.4. Kiểm tra ổn định khi tàu quay vòng: 64
3.5: Tính sức cản và chọn máy tàu: 65
viii
3.5.1. Lựa chọn phương pháp tính sức cản: 65
3.5.2. Tính sức cản vỏ tàu: 66
3.5.2.1. Các thông số chính của tàu: 66
3.5.2.2. Các thông số tính sức cản: 67
3.5.3.1. Các thông số của tàu: 73
3.5.3.2. Tính và chọn các thông số mở đầu: 74
3.5.3.3. Tính để chọn máy: 74
Chương 4: THẢO LUẬN KẾT QUẢ 78
TÀI LIỆU THAM KHẢO 80
ix
DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Bảng so sánh các tính năng chủ yếu giữa thép, nhôm, gỗ, vật liệu FRP 6
Bảng 3.1: Bảng tính các yếu tố tĩnh thủy lực 26
Bảng 3.2: Bảng công thức tính diện tích mặt cắt ngang và mômen diện tích 28
Bảng 3.3: Kết quả tính Bonjean. 29
Bảng 3.4 Trị số của C 40
Bảng 3.5: Tổng hợp kết cấu. 49
Bảng 3.6: Tính ổn tính ban đầu 54
Bảng 3.7: Diện tích và tọa độ tâm chịu gió 55
Bảng 3.8: Bảng giá trị hàm f
i
(
)
θ
56
Bảng 3.9: Bảng tính các giá trị hình học quy đổi 57
Bảng 3.10: Bảng tính cánh tay đòn ổn định tĩnh, động ứng với các trường hợp
tải trọng: 58
Bảng 3.11: Bảng xác định hệ số tải trọng động 63
Bảng 3.12: Bảng thông số sức cản 76




x
DANH MỤC HÌNH

Hình 1: Đồ thị thủy tĩnh. 27
Hình 2: Đồ thị bonjean 31
Hình 3: Đồ thị ổn định 60
Hình 4: Đồ thị sức cản 72

Hình 5 : Đồ thị Ne; D = f(n) 77


1
LỜI NÓI ĐẦU
Được thực hiện đồ án tốt nghiệp là mong ước của nhiều sinh viên trước khi
ra trường, nó giúp cho sinh viên có thể tổng hợp lại được rất nhiều kiến thức đã
được học ở nhà trường và giúp sinh viên có thêm nhiều kiến thức mới có thêm
nhiều kinh nghiệm hơn trong thực tế ngành nghề mình đã học. Để có được những
kiến thức mới, ôn lại được kiến thức cũ và có thêm kinh nghiệm quý báu thì đồ án
thực hiện phải đạt được chất lượng tốt nhất.
Thiết kế tàu là một công đoạn khó trong ngành tàu thủy, nó đòi hỏi người
thiết kế phải có kiến thức vững về các môn học: Lý thuyết tàu, sức bền tàu, kết cấu
tàu và có kinh nghiệm thực tế trong tính toán thiết kế.
Để tạo điều kiện cho sinh viên tiếp cận với thực tế, làm quen với việc giải
quyết những vấn đề cụ thể, sau thời gian học tập em đã được nhà trường giao cho
thực hiện đề tài với nội dung: “Thiết kế sơ bộ tàu du lịch trở 50 khách bằng vật
liệu Composite (FRP) hoạt động ở Vịnh Nha Trang”.
Qua thời gian tìm hiểu, được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo
ThS.Huỳnh Văn Nhu, cùng với sự động viên giúp đỡ của các thầy cô giáo và các
bạn, em đã hoàn thành nội dung đề tài.
Nội dung đề tài gồm bốn phần:
Chương 1: Đặt vấn đề.
Chương 2: Yêu cầu kinh tế - kỹ thuật đối với tàu du lịch.
Chương 3: Xây dựng hồ sơ thiết kế sơ bộ tàu chở khách bằng vật liệu
Composite hoạt động ở Vịnh Nha Trang.
Chương 4: Thảo luận kết quả.
Song với thời gian thực hiện không nhiều cùng với trình độ còn hạn chế nên
đề tài của em không tránh khỏi những thiếu sót, em mong nhận được những ý kiến
đóng góp của thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn tất cả thầy cô và các bạn đã động viên giúp đỡ
em trong quá trình thực hiện đề tài, đặc biệt em xin cảm ơn thầy giáo ThS.Huỳnh
Văn Nhu đã hướng dẫn em rất tận tình trong thời gian thực hiện đề tài.
2
Chương 1: ĐẶT VẤN ĐỀ.
1.1. TỔNG QUAN.
Như chúng ta đã biết những năm gần đây, ở nước ta nhu cầu thiết kế và
đóng mới các loại tàu khách bằng vật liệu Composite để phục vụ các nhu cầu tuần
tra, cứu hộ, du lịch…ngày càng tăng.
Nha Trang lại là một trong những vịnh đẹp nhất ở Viêt Nam. Nơi đây sở hữu
một hệ sinh thái đặc trưng của một vùng biển nhiệt đới, được bao quanh bởi nhiều
đảo lớn nhỏ tạo nên một điều kiện thuận lợi cho việc phát triển du lịch biển.
Hiện nay ở Nha Trang cũng đã có nhiều đội tàu phục vụ viêc du lịch biển,
nhưng phần lớn là các loại tàu gỗ với thiết kế đã lỗi thời. Vì thế việc phát triển đội
tàu bằng vật liệu Composite với nhiều kiểu dáng mới sẽ làm thu hút khách du lịch
hơn, làm cho ngành du lịch biển Nha trang phát triển mạnh mẽ.
Là sinh viên năm cuối em may mắn được nhà trường, khoa Kỹ Thuật Giao
Thông giao cho đề tài nghiên cứu: “Thiết kế sơ bộ tàu du lịch chở 50 khách bằng
vật liệu Composite (FRP) hoạt động ở vịnh NHA TRANG” với sự hướng dẫn của
thầy giáo ThS.Huỳnh Văn Nhu. Em hy vọng sẽ hoàn thành tốt và góp một phần
nhỏ vào giải pháp giúp phát triển ngành du lịch biển Nha Trang.
1.2. VẬT LIỆU COMPOSITE.
Vật liệu truyền thống làm vỏ tàu tại nước ta thường là gỗ và thép. Tuy nhiên,
hiện nay nguồn gỗ đang cạn kiệt, nếu đóng quá nhiều tàu bằng gỗ thì nguy cơ phá
rừng càng cao, gây hại cho môi trường. Tàu vỏ thép thì có khả năng đảm bảo nhiệm
vụ đặt ra, song thực tế sử dụng cho thấy tàu vỏ thép bị ăn mòn nhanh và việc bảo
dưỡng tàu vỏ thép vừa khó khăn vừa tốn kém.
Cả hai loại vật liệu truyền thống này khi làm vỏ tàu đòi hỏi quy trình bảo
dưỡng rất nghiêm khắc. Tàu vỏ gỗ thì phải kéo lên bờ định kỳ, với chu kỳ hết sức
ngắn tùy thuộc vào vùng biển, thông thường mỗi năm phải làm vỏ ít nhất hai lần.

Yêu cầu thường xuyên đưa tàu vào ụ hoặc lên đà để bảo dưỡng Sự phát triển mạnh
mẽ của công nghệ hiện đại dẫn đến nhu cầu to lớn về những vật liệu đồng thời có
nhiều tính chất cần thiết mà các vật liệu truyền thống khi đứng riêng rẽ không thể
3
có được. Vật liệu kết hợp hoặc vật liệu Composite ra đời vừa đáp ứng được nhu cầu
cấp bách đó vừa là sản phẩm của những công trình nghiên cứu trong nữa sau của
thế kỷ XX nhằm khai thác, phát triển quy luật kết hợp – một quy luật phổ biến
trong tự nhiên. Đồng thời với kết quả đó, ngành khoa học hiện đại về Composite
cũng xuất hiện.
1.2.1. Định nghĩa và phân loại.
a. Định nghĩa:
Composite là một hỗn hợp gồm ít nhất hai pha hay hai thành phần vật liệu.
Sự kết hợp này nhằm hạn chế nhược điểm của vật liệu này bằng ưu điểm của vật
liệu kia, tạo nên sản phẩm có cơ tính khác hẳn các vật liệu ban đầu. Tuy nhiên định
nghĩa này không đầy đủ. Vật liệu Composite phải được xác định theo ba tiêu chuẩn.
- Cả hai chất thành phần phải có tỷ lệ hợp lý (ví dụ như hơn 5%).
- Chỉ khi các pha thành phần có cơ tính khác nhau và cơ tính của vật liệu
Composite khác một cách đáng kể với cơ tính của vật liệu thành phần. Ví dụ như
chất dẻo, mặc dù trong thành phần có một lượng các chất bôi trơn, chất chống tia
cực tím, các chất vì mục tiêu thương mại như giảm giá thành và dễ chế biến…,
nhưng không thỏa mãn tiêu chuẩn thứ hai do vậy không được xem là vật liệu
Composite.
- Trong vật liệu Composite, các vật liệu thành phần không được hòa tan hẳn
vào nhau. Do vậy một hợp kim có vi kết cấu hai pha được tạo ra trong quá trình
đông rắn của kim loại nóng chảy đồng nhất không được xem là vật liệu Composite.
Tuy nhiên nếu các phần tử gốm, không biết vì một lý do nào đó được hòa trộn với
kim loại để tạo nên vật liệu bao gồm kim loại có chứa các phần tử gốm, thì vật liệu
đó chính là vật liệu Composite.
Về phương diện hóa học, Composite có hai pha (hoặc nhiều hơn) riêng biệt,
được phân ra bởi mặt phân cách riêng biệt. Thành phần liên tục tồn tại với khối

lượng lớn hơn trong Composite được gọi là nền. Theo quan điểm thông thường các
đặc tính của nền được cải thiện nhờ sự phối hợp với thành phần khác để tạo nên vật
liệu Composite. Composite có thể là nền gốm, kim loại hoặc polymer. Các polymer
4
có sức bền và môđun đàn hồi thấp; gốm cứng vững và giòn; kim loại có sức bền và
môđun đàn hồi trung bình, và có tính dễ kéo thành sợi.
Thành phần thứ hai được gọi là cốt, có tác dụng làm tăng cơ tính cho vật liệu
nền. Thông thường cốt cứng hơn, khỏe hơn và có độ cứng vững cao hơn vật liệu
nền. Cốt có ít nhất một kích thước rất bé (khoảng 500µm). Đặc trưng hình học của
pha gia cường là một trong những thông số chính để xác định tính có hiệu quả của
vật liệu gia cường; nói cách khác, cơ tính của vật liệu Composite là một hàm của
hình dáng và kích thước của sợi vật liệu gia cường. Vật liệu gia cường thường ở
dưới dạng sợi hay hạt.
b. Phân loại
 Theo bản chất vật liệu nền:
Theo bản chất nền, vật liệu Composite được chia làm 3 nhóm:
- Composite nền kim loại (như hợp kim nhôm, hợp kim titan) với cốt là các
dạng sợi: sợi kim loại (Bo), sợi khoáng (cacboon, silic).
- Composite nền khoáng (gốm) với cốt là các dạng: sợi kim loại (Bo), hạt
gốm (cacbua, nitơ).
- Composite nền polymer (nhựa, cao su).
Theo hình dáng vật liệu cốt:
- Vật liệu Composite cốt sợi: gồm các Composite có cốt sợi ở dạng sợi. Sợi
được sử dụng có thể ở dạng liên tục, có thể ở dạng gián đoạn (sợi ngắn, sợi
vụn).
- Vật liệu Composite cốt hạt: gồm các Composite có cốt ở dạng hạt.
Vật liệu Composite được sử dụng trong ngành công nghiệp tàu thủy là FRP.
FRP là một tổ hợp giữa cốt sợi thủy tinh với nhựa polyester không no tỉ
lệ trọng lượng nhựa trong thành phần vật liệu từ 50 đến 70% và sợi thủy tinh chiếm
tỉ lệ trọng lượng từ 30 đến 50% khác với vật liệu làm đồ gia dụng.

5
1.2.2. Ưu nhược điểm của vật liệu FRP.
a. Ưu điểm:
- Có độ bền vững cao, trọng lượng nhẹ.
- Có độ cứng hóa học tốt, tính cơ học cao.
- Chịu được biến dạng uốn, chịu tác dụng liên tục.
- Không thấm nước.
- Riêng nhựa polyester có độ bền chịu nhiệt cao, chịu ẩm và xâm thực của
môi trường.
b. Nhược điểm:
- Modun đàn hồi thấp.
- Sức chịu ma sát và va đập thấp.
- Bị giòn khi nhiệt độ thay đổi cao.
Do đó để khắc phục nhược điểm trong kết cấu vật liệu FRP người ta dùng các loại
nhựa polyester theo mục đích sử dụng, kết hợp các tỉ lệ pha trộn giữa nhựa và các
chủng loại vải sợi cốt thủy tinh. Sử dụng các loại cấu trúc chất làm độn vật liệu cốt
(các loại vải thủy tinh).
c. Ưu điểm của việc ứng dụng vật liệu FRP trong chế tạo tàu thủy.
Xét một trọng lượng vật tư cần đưa vào tàu cùng kích thước và tính năng có
thể nhận thấy nhờ tỉ trọng bản thân nhỏ, còn giới hạn bền không quá nhỏ so với
thép nên số lượng vật tư cần của FRP sẽ nhỏ hơn. Tính chất này cho phép làm giảm
lượng giãn nước của tàu FRP và điều này có lợi cho việc làm tăng tốc độ tàu hoặc
làm giảm công suất máy.
Vật liệu FRP ra đời đã 50 năm, những vỏ tàu đầu tiên bằng vật liệu FRP trong
những năm 1940 – 1950 trên cơ sở công nghệ chưa tiên tiến vẫn còn bền vững cho
đến ngày nay. Từ thực tế cho thấy vật liệu FRP phù hợp trong việc đóng mới tàu
thủy, FRP không bị thẩm thấu, không bị lão hóa nhanh, sinh vật biển không có khả

năng xâm thực và phá hoại vật liệu này. Nhờ tính chất này việc bảo dưỡng cỏ tàu
FRP dễ dàng hơn không cần lên đà vào ụ nếu vỏ chưa bị sự cố trầm trọng.
6
Thực tế sử dụng loại tàu đã có tại Việt Nam cho thấy vật liệu FRP có khả năng
giải quyết các vấn đề sau:
- Đảm bảo độ bền kết cấu cho tàu đi biển cở vừa và nhỏ.
- Khối lượng vật tư vỏ tàu FRP nhỏ, lượng chiếm nước tàu nhỏ vì vậy tốc độ
tàu được cải thiện theo hướng tăng lên.
- Chi phí bảo dưỡng tàu không đáng kể, công việc cạo hà, sơn lườn không
nhất thiết phải vào ụ.
- Quy trình công nghệ làm vỏ tàu FRP đơn giản, nhờ đó người ta có thể chế
tạo vỏ tàu đạt các tính năng cần thiết mà không sợ gặp khó khăn khi thi
công, với ưu điểm đó khả năng cải thiện tính đi biển rất rõ ràng, an toàn tàu,
tính ổn định có thể dự tính trước khi thi công và chế tạo.
- Qua thực tế sử dụng của một số đơn vị cho thấy tàu vỏ FRP có nhiều ưu
điểm hơn tàu vỏ thép.
Tổ hợp vật liệu FRP có một số tính năng sau:
- Độ bền cơ học (kéo, nén, uốn) tương đương với thép có cùng bề dày.
- Vật liệu FRP nhẹ gấp 4 – 5 lần so với thép.
- Sửa chữa đơn giản, nhanh chóng hơn nhiều so với các loại vật liệu khác.
- Không bị nước biển ăn mòn oxy hóa, đặc biệt là không bị hàu hà bám đục
phá.
- Dưới đây là bảng so sánh các tính năng chủ yếu giữa thép, nhôm, gỗ, vật
liệu FRP. Trọng lượng trên một m
2
diện tích vỏ tàu dài 14 (m) được tính như
sau cho các loại vật liệu khác nhau, trong đó đã tính cả vật tư làm các nẹp
gia cường kết cấu.
Bảng1.1: Bảng so sánh các tính năng chủ yếu giữa thép, nhôm, gỗ, vật liệu FRP.
Gỗ Thép

FRP XMLT
Trọng lượng riêng (t/m
3
) 0,78 – 0,82 7,8 1,6 – 1,7 2,6
Chiều dày vỏ (mm) 35 5 9 - 10 28
Trọng lượng vật liệu /m
2
(kg) 50 56 24 76


7
1.3. PHÂN LOẠI TÀU KHÁCH.
Theo quy định của “ Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép, phần IA
quy định chung về hoạt động và giám sát kỹ thuật ” tàu khách là tàu biển chở hơn
12 hành khách. Trong đó hàng khách là bất kì người nào có mặt trên tàu trừ thuyền
trưởng, thuyền viên hoặc những người có mặt trên tàu và trẻ em dưới một tuổi.
Nhóm 1: Tàu cỡ nhỏ hoạt động ở vùng biển gần bờ, sức chở không quá 50 khách.
Có kết cấu một boong , đơn giản, dùng để vận chuyển khách phục vụ du lịch biển
đảo và vận chuyển khách ở quãng đường gần.
Nhớm II: Tàu cao tốc có lượng chiếm nước lớn, sức chở 100 khách chạy với vận
tốc lớn ≥ 22hl/h. Có kết cấu và hình dáng đặc trưng và tương đối phức tạp.
Nhóm III: Tàu khách viễn dương, với sức chở có thể lên đến nghìn người vục vụ
việc du lịch và vận chuyển khách giữa các châu lục trên thế giới. Tàu được trang bị
hệ thống trang thiết bị và nội thất tương đối hiện đại.
1.4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU.
1.4.1. Đối tượng nghiên cứu:
Tàu chở 50 khách, vỏ Composite (FRP).
1.4.2. Phạm vi nghiên cứu:
Lập hồ sơ thết kế sơ bộ cho tàu chở 50 khách, vật liệu FRP.

1.4.3. Mục đích nghiên cứu:
Củng cố kiến thức cho sinh viên, giúp sinh viên nắm bắt được quá trình thiết
kế một con tàu, từ đó nâng cao kiến thức bản thân.










8
Chương 2: YÊU CẦU KINH TẾ - KỸ THUẬT ĐỐI VỚI TÀU DU LỊCH

Yêu cầu kinh tế - kỹ thuật đối với tàu khách du lịch là vấn đề được quan tâm
hàng đầu trong quá trình thiết kế tàu khách du lịch.
Đối với tàu khách du lịch thì quan trọng đó là mức độ tiện nghi, tính an toàn
và thẩm mỹ của con tàu là một số yêu cầu rất quan trọng, nó quyết định đến tính
kinh tế và hiệu quả hoạt động của con tàu.
2.1. YÊU CẦU KỸ THUẬT.
Đặc điểm hình học, bao gồm các kích thước chính của bản vẽ đường hình
(hình dáng, hình học), là yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến các tính năng hàng hải của
con tàu. Đối với tàu du lịch thì hình dáng hình học ảnh hướng rất lớn đến giá trị của
con tàu, do đó việc phân tích và lựa chọn họp lí đặc điểm hình học có vai trò và ý
nghĩa rất quan trọng.
2.1.1. Các yêu cầu đối với kích thước chính.
Để đáp ứng tốt yêu cầu kinh tế - kỹ thuật đối với tàu khách du lịch thì các
kích thước chính của tàu phải đảm bảo:

- Đảm bảo được diện tích và khoảng không gian cần thiết để bố trí chỗ ngồi
của hành khách và các thành phần tải trọng có mặt trên tàu như hàng hoá,
trang thiết bị, các dự trữ khác.
- Các kích thước chính của tàu nên có giá trị nhỏ nhỏ vừa phải nhằm đảm bảo
trọng lượng và giá thành tàu là thấp nhất.
- Tỷ số giữa các kích thước chính nằm trong giới hạn cho phép nhằm đảm bảo
các tính năng hàng hải của tàu, nhất là tính năng ổn định.
Chiều dài L của tàu có ảnh hưởng quyết định đến mọi công việc bố trí trên
tàu và có ảnh hưởng đến trọng lượng vỏ tàu được thiết kế. Chiều dài L lớn thì công
việc bố trí tàu, bố trí trang thiết bị trên tàu dễ dàng hơn, tuy nhiên sẽ làm tăng khối
lượng vỏ tàu ảnh hưởng đến tốc độ của tàu. Nếu chiều dài L của tàu nhỏ thì sẽ làm
cho công việc bố trí các phương tiện trên tàu trở nên khó khăn hơn. Vì vậy cần phải
9
lựa chọn chiều dài L của tàu một cách hợp lý, phải đảm bảo kết hợp hài hòa giữa
yêu cầu về sức chở của tàu và yêu cầu về tốc độ của tàu.
Chiều rộng B của tàu có ảnh hưởng quyết định đến tính năng của tàu. Chiều
rộng B lớn thì làm cho việc cân bằng dễ dàng hơn, ổn định động khá tốt, tuy nhiên
ổn định dọc và tính êm sẽ giảm. Chiều rộng B nhỏ đưa đến những điều tệ hại cho
phương tiện, B quá nhỏ sẽ không đảm bảo ổn định ban đầu như mong đợi, ổn định
động của tàu kém.
Đồng thời tỷ lệ L/B có ảnh hưởng lớn đến chọn chiều rộng B. Như vậy có
thể thấy được rằng chọn chiều rộng B cho tàu cỡ nhỏ chạy nhanh là công việc
mang tính chất dung hòa, theo đó B được chọn trên cơ sở thỏa mãn rất nhiều điều
kiện khá ngược nhau.
Tỷ lệ H/T có ảnh hưởng đến tính ổn định và sức cản của con tàu. Lựa chọn
tỷ lệ H/T phải đảm bảo đủ mạn khô theo yêu cầu của quy phạm, phải đủ lực nổi dự
trữ. Do vậy cần phải lựa chọn tỷ số H/T một cách hợp lý vì:
- Nếu mớn nước T không thay đổi, tăng chiều cao mạn H thì lúc này trọng
tâm tàu bị nâng cao, ổn định ban đầu của tàu giảm, giảm bớt tình trạng hắt sóng lên
mặt boong, làm tăng chiều cao kiến trúc thượng tầng, lực cản do gió tác dụng vào

tàu tăng, không có lợi về mặt tốc độ.
- Và nếu mớn nước T không thay đổi, giảm chiều cao mạn H thì lúc này
trọng tâm tàu tương đối thấp, ổn định ban đầu của tàu được tăng lên, lực cản do gió
tác dụng vào tàu giảm, tuy nhiên ổn định động của tàu giảm, sóng hắt lên mặt
boong. Các hệ số hình dáng của tàu cũng có ảnh hưởng đến các tính năng của tàu.
- Hệ số diện tích mặt đường nước α có ảnh hưởng nhiều đến một số tính
năng của tàu. Nếu hệ số α lớn, bán kính ổn định ngang ban đầu r
o
sẽ lớn, lúc này
tính ổn định của tàu sẽ tăng lên. Nếu α lớn diện tích mặt đường nước sẽ lớn, lúc này
mặt boong sẽ được mở rộng thuận tiện cho việc thao tác và đi lại trên tàu. Nếu α
quá bé, nguy hiểm nhất là tính ổn định của tàu giảm, điều này không thể cho phép
đối với tàu du lịch, α nhỏ diện tích mặt boong thu nhỏ đôi chút nhưng trên cơ sở
vẫn ổn định cho tàu.
10
- Hệ số thể tích chiếm nước δ có ảnh hưởng lớn đối với các tính năng của
tàu, đặc biệt đối với tàu cao tốc. Nếu hệ số δ lớn thì sức cản tác dụng vào tàu sẽ
lớn, công suất có ích của tàu bị giảm nhưng bù lại sức chở của tàu tương đối lớn.
Nếu hệ số δ lớn thì cũng làm giảm bán kính ổn định ngang của tàu, đồng thời làm
giảm độ cao tâm nổi ban đầu Z
Co
. Điều này làm cho chiều cao tâm ổn định ban đầu
h
o
giảm dẫn đến tính ổn định của tàu bị giảm. Ngược lại nếu hệ số δ nhỏ, lúc này
tính ổn định của tàu được tăng lên, đồng thời sức cản giảm nên tốc độ của tàu được
cải thiện, đáp ứng được yêu cầu của thiết kế.
Như vậy, trong quá trình thiết kế tàu thì ta cần phải lựa chọn các kích thước
chính, tỷ số giữa các kích thước chính và các hệ số hình dáng của tàu một cách hợp
lý sao cho phải đảm bảo được các yêu cầu kinh tế - kỹ thuật đối với tàu. Trong

phạm vi của đề tài này và ở khu vực Việt Nam, thì các kích thước chính, các tỷ lệ
giữa các kích thước chính và các hệ số hình dáng của tàu sẽ được lựa chọn trên cơ
sở xử lý số liệu thống kê các tàu mẫu đang hoạt động có hiệu quả đồng thời phân
tích các ưu nhược điểm của các mẫu tàu.
2.1.2. Các yêu cầu với đường hình.
Yêu cầu kỹ thuật đối với tàu bằng vật liệu FRP là đường hình tàu phải tạo
được lực nâng lớn khi chạy để có thể chuyển sang chế độ lướt nhanh chóng và
đường hình tàu phải đơn giản để quá trình chế tạo vỏ tàu dễ dàng hơn.
Đường hình tàu có ảnh hưởng rất lớn đến tính năng hàng hải của tàu, đặc
biệt là tính năng tốc độ. Vì vậy công việc quan trọng nhất của người thiết kế là phải
phân tích để lựa chọn được đường hình tàu phù hợp với yêu cầu của nhiệm vụ thư.
2.2. YÊU CẦU KINH TẾ.
2.2.1. Tồng giá thành chế tạo con tàu.
Tổng giá thành của con tàu phụ thuộc vào các giá thành thành phần như: giá
thành chế tạo vỏ tàu, giá thành máy chính và máy phụ cho tàu, giá thành các trang
thiết bị tàu.
Để tổng giá thành của tàu là thấp nhất thì cần phải giảm các giá thành thành
phần, hình dáng – kích thước của tàu là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến giá thành
11
thành phần. Vì vậy, ta cần phân tích lựa chọn các đặc điểm hình học của tàu hợp lý
để giảm vật liệu chế tạo vỏ tàu, giảm chi phí đóng mới.
Để giảm vật liệu chế tạo vỏ tàu thì cần phải lựa chọn đường hình đơn giản
và cần tính toán kết cấu sao cho vừa đủ bền để giảm vật liệu chế tạo kết cấu thân
tàu. Lúc này việc chế tạo vỏ tàu và các kết cấu thân tàu không mất nhiều thời gian,
tốn vật liệu ít hơn, vừa giảm được chi phí vật liệu vừa giảm được thời gian hoàn
thành con tàu, nâng cao hiệu quả kinh tế.
2.2.2. Chi phí bảo dưỡng.
Vật liệu làm vỏ tàu có ảnh hưởng đến quy trình bảo dưỡng vỏ tàu. Mỗi lần
bảo dưỡng rất tốn chi phí nhiều và tốn thời gian nên rất ảnh hưởng đến hiệu quả
kinh tế của tàu. Các vật liệu đóng tàu như gỗ và thép thường có khối lượng nặng và

rất dễ bị nước biển ăn mòn hoặc bị lão hóa vì thế quy trình bảo dưỡng đối với thân
tàu được đóng bằng hai loại vật liệu này là nghiêm khắc hơn, thường xuyên phải
được đưa vào ụ hoặc lên đà để kiểm tra phần vỏ. Công việc này rất tốn kinh phí và
thời gian, do đó sẽ không đảm bảo được yêu cầu kinh tế đối với tàu du lịch.
Vật liệu FRP có khối lượng nhẹ, đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật và chi
phí bảo dưỡng tàu không đáng kể, công việc cạo hà, sơn lườn không nhất thiết phải
vào ụ, vì vật liệu FRP không bị nước biển ăn mòn oxy hóa và không bị hàu hà bám
đục phá. Và như vậy sẽ đảm bảo tốt yêu cầu kinh tế đối với tàu du lịch.
2.2.3. Chi phí sử dụng thấp.
Chi phí sử dụng của tàu chủ yếu là chi phí cho nhiên liệu trong quá trình
khai thác, để chi phí sử dụng là thấp nhất thì cần phải chọn máy chính cho tàu có
lượng tiêu hao nhiên liệu thấp nhất. Tuy nhiên chi phí cho máy chính tàu phải thấp.
Để thỏa cả hai điều kiện này thì ngoài việc lựa chọn đường hình hợp lý ta còn phải
có lựa chọn phương án bố trí hệ trục và tính chọn chân vịt tối ưu nhất để tăng hiệu
suất đẩy của chân vịt cũng như tăng hiệu suất của động cơ, nhằm giảm công suất
của máy chính.
12
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỒ SƠ THIẾT KẾ SƠ BỘ TÀU CHỞ KHÁCH
BẰNG VẬT LIỆU FRP HOẠT ĐỘNG Ở VỊNH NHA TRANG
3.1. XÁC ĐỊNH SƠ BỘ KÍCH THƯỚC CHÍNH VÀ THIẾT KẾ ĐƯỜNG HÌNH:
3.1.1. Xây dựng nhiệm vụ thư:
3.1.1.1. Nhiệm vụ chung:
Nhiệm vụ thư thiết kế là tài liệu đầu tiên do người thiết kế xây dựng dựa trên
các yêu cầu chủ yếu của khách hàng và đảm bảo các tính năng của tàu thiết kế. Các
nội dung chính của nhiệm vụ thư thường được quy định cụ thể trong quy phạm bao
gồm: Các vấn đề như công dụng, vùng hoạt động, quy phạm áp dụng,…, một số
các yếu tố cần đảm bảo như trọng tải, tốc độ….
3.1.1.2. Các yêu cầu khi xây dựng nhiệm vụ thư:
Khi xây dựng nhiệm vụ thư cần phải dựa trên cơ sở mục đích công tác thiết kế:
+ Căn cứ vào yêu cầu khách hàng.

+ Căn cứ vào đặc điểm các khu du lịch và luồng lạch.
+ Căn cứ vào công dụng và cỡ loại.
+ Căn cứ vào yêu cầu qui phạm hiện hành.
3.1.1.3. Nhiệm vụ thiết kế:
Công dụng và loại hình tàu:
+Tàu được thiết kế chở 50 khách phục vụ du lịch biển tại vịnh NHA TRANG.
+Vật liệu : composite.
+Vùng hoạt động: Tàu được thiết kế cho phép hoạt động trong vùng hạn chế
III, cách nơi cư trú không quá 20 hải lý.
+Bố trí buồng máy: Phần đuôi tàu.
+Boong và thượng tầng : Tàu thiết kế có 2 lầu, buồng lái bố trí boong tầng
một phía mũi.
+Đuôi và mũi tàu: Đuôi kiểu đuôi tuần dương hạm, mặt cắt ngang mũi tàu
hình chữ V mũi tàu thông dụng hiện nay.


13
Qui phạm áp dụng:
+ Qui phạm kiểm tra và chế tạo các tàu làm bằng chất dẻo cốt sợi thủy tinh
TCVN 6282:2003.[1]
+ Qui phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép TCVN6259:2003.[2]
Tính năng kỹ thuật:
+ Sức chở: Khoảng 50 khách.
+ Tốc độ hành trình : 9- 11hl/g.
+ Trang bị : Trang bị cho tàu phương tiện tín hiệu, trang thiết bị hàng hải, vô
tuyến điện, trang bị cứu hỏa, cứu đắm đấy đủ…
Đặc điểm hệ động lực:
+ Máy chính : Dùng động cơ diesel.
+ Chân vịt: Tàu thiết kế bố trí 1 chân vịt.
Thiết bị sinh hoạt, thuyền viên:

+ Số lượng thuyền viên: Khoảng 6 người trong đó 1 thuyền trưởng, 1 máy
trưởng, 1 đầu bếp , 1 phụ bếp và 2 nhân viên phục vụ.
+ Thiết bị sinh hoạt: 1 nhà vệ sinh, 1 nhà bếp, 1 buồng lái.
3.1.2. Giải phương trình trọng lượng và phương trình dung tích xác định sơ bộ
kích thước tàu thiết kế :
3.1.2.1. Xác định sơ bộ lượng chiếm nước D:
Theo sổ tay kỹ thuật đóng tàu T
1
trang số 16

ta có :

η
W
D
D =

(3.1)
Trong đó: D
W
: trọng tải
η : hệ số tải trọng.
Sức chở của tàu, deadweight (viết tắt DWT hoặc DW) được coi là hiệu số
giữa lượng chiếm nước của tàu tại trạng thái đầy tải D = DT và trọng lượng tàu
không D
0
.
DWT = D
T
– D

0
.
Như vậy trong DWT có cả thành phần hành khách và hành lý mang theo