Thiết kế và chế tạo thử nghiệm mô hình tàu 3 thân phục vụ du lịch biển bằng vật liệu Composite (Thiết kế kết cấu, tính toán bền và quy trình công nghệ chế tạo tàu 3 thân vỏ FRP)

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

…………………………







NGUYỄN CÔNG LUẬT




ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM MÔ HÌNH TÀU 3 THÂN
PHỤC VỤ DU LỊCH BIỂN BẰNG VẬT LIỆU COMPOSITE
(THIẾT KẾ KẾT CẤU, TÍNH TOÁN BỀN VÀ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ
TẠO TÀU 3 THÂN VỎ FRP)



CHUYÊN NGÀNH:
ĐÓNG TÀU THUỶ

Nha Trang, tháng 7 năm 2013.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

…………………………

NGUYỄN CÔNG LUẬT



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM MÔ HÌNH TÀU 3 THÂN
PHỤC VỤ DU LỊCH BIỂN BẰNG VẬT LIỆU COMPOSITE
(THIẾT KẾ KẾT CẤU, TÍNH TOÁN BỀN VÀ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ
TẠO TÀU 3 THÂN VỎ FRP)


CHUYÊN NGÀNH:
ĐÓNG TÀU THUỶ









GVHD:
TS.HUỲNH VĂN VŨ

Nha Trang, tháng 7 năm 2013.

1

MỤC LỤC
Số thứ tự nội dung Nội dụng tiêu mục Trang


Nhận xét của cán bộ hướng dẫn.
II
Phiếu đánh giá chất lượng LVTN.
III
Lời cảm ơn.
IV
Lời cam đoan.
V
Đề cương đồ án tốt nghiệp.
VI
Mục lục.
1
Danh mục các chữ viết tắt sử dụng trong đồ án.
4
Danh mục bảng.

5
Danh mục hình.
5
Lời nói đầu
7
CHƯƠNG 1 ĐẶT VẤN ĐỀ
8
1.1. Tổng quan đề tài nghiên cứu
8
1.2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu.
9
1.2.1. Nội dung nghiên cứu 9
1.2.2. Phương pháp nghiên cứu 9
1.3. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 10
1.3.1. Tình hình nghiên cứu trong nước. 10
1.3.2. Tình hình nghiên cứu nước ngoài. 11
1.4. Cơ sở lý thuyết. 11
CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ KẾT CẤU, TÍNH TOÁN BỀN
VÀ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ
TẠO.
13
2.1. Thiết kế kết cấu, tính toán bền.
13
2.1.1. Thiết kế bố trí chung 13
2.1.1.1. Phân khoang theo chiều dài tàu. 14
2.1.1.2. Phân khoang theo chiều cao tàu. 15
2.1.2. Thiết kế kết cấu và tính bền. 17
2

2.1.2.1. Giới thiệu chung. 17

2.1.2.2. Sơ đồ phân khoang. 20
2.1.1.3. Thiết kế kết cấu 21
2.1.1.3.a. Tính toán lớp vỏ. 21
2.1.1.3.b. Tính toán boong. 23
2.1.1.3.c. Vách kín nước. 25
2.1.2.4. Tính toán kết cấu gia cường. 25
2.1.2.5. Tính toán dàn mạn. 28
2.1.2.6. Tính toán dàn đáy. 31
2.1.2.7. Tính toán dàn boong trên 3 thân (trừ phần cầu
nối)
33
2.1.2.8. Tính toán kết cấu gia cường vách kín nước.
35
2.1.2.9. Tính toán kết cấu gia cường thượng tầng. 37
2.1.2.10. Tính toán kết cấu cầu nối. 38
2.1.2.11. Tính sức bền dọc thân tàu. 40
2.2. Quy trình công nghệ chế tạo tàu thiết kế. 47
2.2.1 Chế tạo khuôn mẫu. 48
2.2.1.1. Vật liệu chế tạo. 48
2.2.1.2. Các bước chế tạo. 49
2.2.2. Thi công vỏ tàu. 49
2.2.3. Quy cách thi công các chi tiết và khu vực còn lại
của tàu.
50
CHƯƠNG 3 CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM MÔ HÌNH. 52
3.1. Chế tạo mô hình. 52
3.1.1. Thông số chủ yếu của tàu. 52
3.1.2. Công tác chuẩn bị. 52
3.1.2.1. Chuẩn bị bản vẽ. 52
3.1.2.2. Nguyên vật liệu. 53

3.1.2.3. Năng lượng tàu và hệ thống điều khiển mô hình. 54
3.1.3. Chế tạo khuôn. 54
3

3.1.3.1. Chế tạo thân tàu. 54
3.1.3.2. Chế tạo ca bin. 59
3.1.3.3. Mô hình tàu hoàn chỉnh. 60
3.2. Thử nghiệm mô hình và kết quả đạt được. 60
3.2.1. Công tác kiểm tra mô hình trước khi thử. 60
3.2.2. Thử nghiệm mô hình và kết quả đạt được. 61
3.2.2.1. Điều kiện thử nghiệm. 61
3.2.2.2. Các giai đoạn thử nghiệm. 61
3.2.2.3. Kết quả thử nghiệm. 61
CHƯƠNG 4 THẢO LUẬN KẾT QUẢ 62
4.1. Kết luận. 62
4.2. Đề xuất ý kiến. 63
Tài liệu tham khảo 64

4

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN
L
max
: Chiều dài lớn nhất toàn tàu.
L
tk
: Chiều dài thiết kế toàn tàu.
B
max
: Chiều rộng lớn nhất toàn tàu.
B
tk
: Chiều rộng thiết kế toàn tàu.

B1
max
: Chiều rộng lớn nhất thân chính.
B1
tk
: Chiều rộng thiết kế thân chính.
B2
max
Chiều rộng thiết kế thân phụ.
B2
tk
: Chiều rộng lớn nhất thân phụ.
D : Chiều cao mạn.
v : Tốc độ khai thác.
d : Chiều chìm trung bình.
P: Trọng tải.
C
B
: Hệ số béo.
S : Khoảng cách sườn.
h: Khoảng cách sống dọc tàu.
R: Phản lực.
Z : Môđun chống uốn của tiết diện ngang thân tàu
Z
i
: Mô dun chống uốn.
t
tt
: Chiều dày tấm thành.
t

tm
: Chiều dày tấm mặt.
t: Chiều dày vỏ tàu.
b: Chiều rộng lớp vỏ giữa đáy.
FRP: Vật liệu composite (Fibeglass Reinfored Platic)
M300: Sợi thuỷ tinh dạng matting có trọng lượng 300/m
2

M225: Sợi thuỷ tinh dạng matting có trọng lượng 225g/m
2
.
WR800: Sợi thuỷ tinh dạng woven roving có trọng lượng 800g/m
2





5

DANH MỤC BẢNG

Số thứ tự bảng

Tên bảng Trang
Bảng 2.1. Bố trí trang thiết bị boong lầu lái. 16
Bảng 2.2. Độ bền vật liệu chế tạo. 21
Bảng 2.3. Trị số của C (hệ số cho theo công thức). 23
Bảng 2.4. Trị số tối thiểu của gia tốc thẳng đứng ở mút
nước.

26
Bảng 2.5. Tính momen quán tính mặt cắt ngang sườn mạn. 30
Bảng 2.6. Tính momen quán tính mặt cắt ngang đà ngang
đáy.
32
Bảng 2.7. Tính momen quán tính mặt cắt ngang xà ngang
boong
34
Bảng 2.8. Tính momen quán tính mặt cắt ngang nẹp vách. 36
Bảng 2.9. Tính momen quán tính mặt cắt ngang nẹp gia
cường thượng tầng.
37
Bảng 2.10. Tính kiểm tra kết cấu nẹp cầu nối 39
Bảng 2.11. Bảng tổng hợp chiều dày lớp vỏ tàu. 47
Bảng 2.12. Bảng tổng hợp quy cách kết cấu 47

6

DANH MỤC HÌNH
Số thứ tự hình Tên hình Trang
Hình 1.1. Tàu Thanh Vân 05 - Tàu hai thân vỏ composite
đầu tiên do Việt Nam (UNINSHIP) Thiết kế và
chế tạo.
10
Hình 1.2. Tàu Long Phú 17 - Tàu khách hai thân vỏ
composite.
10
Hình 1.3. Du thuyền Dolphin Ulsan được thiết kế tại Mỹ 11
Hình 1.4. Du thuyền Benchijigua express trimaran thiết kế
tại Úc.

11
Hình 2.1. Tuyến hình tàu thiết kế. 18
Hình 2.2. Sơ đồ phân khoang. 20
Hình 2.3. Phân bố gia tốc thẳng đứng. 27
Hình 2.4. Mặt cắt ngang sườn. 28
Hình 2.5. Ký hiệu kết cấu sườn. 30
Hình 2.6. Mô hình tính toán xà ngang boong. 38
Hình 2.7a. Vị trí phần tử tham gia sức bền uốn dọc thân tàu 41
Hình 2.7b. Vị trí phần tử tham gia sức bền uốn dọc thân tàu 45
Hình 2.8. Quy trình công nghệ chế tạo tàu FRP 48
Hình 2.9. Nối đầu tấm FRP 50
Hình 3.1. Mặt cắt ngang dưỡng làm sườn sau khi được
phóng dạng theo tỉ lệ 1:1 trên giấy.
54
Hình 3.2. Sườn bằng gỗ sau khi phóng dạng. 55
Hình 3.3. Khung sườn thực sau khi gá cố định lên tấm ván. 56
Hình 3.4. Phân biệt ván ốp vùng mũi và vùng giữa tàu. 57
Hình 3.5. Mô hình thân tàu sau khi ốp xong ván. 57
Hình 3.6. Thân tàu sau khi bọc composite. 58
Hình 3.7. Thân tàu sau khi được sử lý bề mặt. 58
Hình 3.8. Phần cabin sau khi được chế tạo và sử lý bề mặt 59
Hình 3.9-a), b). Hình ảnh mô hình tàu sau khi hoàn thiện 60

7

LỜI NÓI ĐẦU

Nói tới các điểm du lịch nổi tiếng của nước ta hiện nay thì không ai có thể bỏ qua
các địa danh du lịch biển đảo, các vũng vịnh đẹp mà thiên nhiên ban tặng cho nước ta:
Vịnh Nha Trang, Vịnh Vân Phong, Vịnh Hạ Long, Đảo Hòn Mun, Hòn Tre,…Sự nổi bậc

và sức hấp dẫn của các địa danh này đã thu hút không ít khách du lịch trong và ngoài
nước dù vậy việc khai thác hết tiềm năng hay đáp ứng nhu cầu cho khách du lịch sẽ đem
lại doanh thu lớn cho đất nước.
Đa số các công ty du lịch thường sử dụng tàu, thuyền để chở khách tới các điểm du
lịch biển đảo. Nếu chúng ta nắm bắt được thực trạng hiện nay về nhu cầu sử dụng thuyền
trong ngành du lịch, cùng với sự phát triển không ngừng trong ngành đóng tàu nước ta thì
trong thời gian không xa Việt Nam sẽ có những đội tàu được trang bị đầy đủ tiện nghi,
tính thẩm mỹ cao, sẽ đáp ứng việc thiết kế và chế tạo phục vụ trong nước hay xa hơn nữa
là đóng mới cho nước ngoài.
Sức cạnh tranh mạnh nhất bao giờ cũng nằm trong thiết kế mới, chúng ta sẽ thu hút
được nhiều khách du lịch nếu họ được đi trên những con tàu sang trọng đầy đủ tiện nghi
nhưng giá thành vận chuyển không quá cao. Bài toán đặt ra lúc này phải thiết kế và chế
tạo một con tàu mang tính chất mới mẻ đáp ứng hết tính năng của một con tàu du lịch và
thu hẹp chi phí thiết kế, chế tạo cho chủ tàu cũng như người đóng mới.
Qua hiểu biết và sự hướng dẫn tận tình của Thầy Huỳnh Văn Vũ tôi đã mạnh dạn
đăng ký đề tài tốt nghiệp: “Thiết kế và chế tạo thử nghiệm mô hình tàu 3 thân phục vụ du
lịch biển bằng vật liệu Composite”. Sau 4 tháng làm việc với tinh thần nghiêm túc và học
hỏi tôi đã hoàn thành xong đề tài với những nội dung như sau:
1. Đặt vấn đề.
2. Thiết kế kết cấu, tính toán bền và quy trình công nghệ chế tạo.
3. Chế tạo thử nghiệm mô hình.
4. Thảo luận kết quả.

Nha Trang, ngày…….tháng,……năm…
Sinh viên thực hiện.

NGUYỄN CÔNG LUẬT
8

CHƯƠNG 1

ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU.

Những năm gần đây, ngành du lịch biển đảo nước ta phát triển nhanh, mở ra
hướng phát triển mới cho ngành đóng tàu trong nước, việc thiết kế một con tàu phục vụ
du lịch như câu cá, ngắm san hô, vận chuyển khách du lịch là cần thiết đối với các nhà
máy đóng mới. Sự đóng mới không chỉ dừng lại ở những thiết kế có sẵn hay phải mua từ
nước ngoài mà đòi hỏi các nhà máy đóng mới tàu thuỷ phải mở rộng thêm sự đa dạng các
mẫu tàu mang tính thẩm mỹ và có ứng dụng cao. Việt Nam đã đóng mới được tàu 2 thân
bằng vật liệu FRP (Fibeglass Reinfored Platic) và đây được xem như một bước cải tiến
cho đội tàu du lịch nước ta, với đặc điểm 2 thân tàu hoạt động ổn định hơn, khắc phục
được bài toán vận tốc vì sức cản tàu 2 thân sẽ nhỏ hơn tàu 1 thân có cùng kích thước. Đây
là loại tàu khá mới nên công tác thiết kế và chế tạo gặp nhiều khó khăn, tàu có đặc điểm
cầu nối giữa hai thân nhỏ và khi hoạt động thì vị trí cầu nối xem như là kết cấu quan
trọng, chịu lực tác dụng lớn nhất khi tàu vận hành.
Từ những sản phẩm đóng mới thành công của Viện nghiên cứu và chế tạo tàu
thuỷ- Trường Đại Học Nha Trang, tôi và nhóm thiết kế đã đề xuất thiết kế một mẫu tàu 3
thân để mang lại tính ổn định cao hơn vì yếu tố này rất quan trọng không chỉ đối với tàu
du lịch mà còn cho các loại tàu có ứng dụng khác nhau. Về cơ bản tàu 2 thân và 3 thân
hay dùng cho tàu tàu nhiều thân khi hoạt động là giống nhau, vị trí cầu nối giữa các thân
là vùng kết cấu quan trọng chịu lực lớn nhất.
Ở Việt Nam, nghiên cứu và thiết kế cho tàu 3 thân vỏ composite vẫn còn ít được
quan tâm, chưa một cơ sở trong nước nào công bố thiết kế cũng như đóng mới về loại tàu
này, Quy phạm Việt Nam chưa có hướng dẫn đóng mới tàu 3 thân nên việc tính toán cầu
nối gặp nhiều khó khăn, các cầu nối trên tàu 2 thân của nước ta hiện nay vẫn còn dựa vào
kinh nghiệm làm tàu composite và các mẫu của nước ngoài, các số liệu sẽ không phù hợp
nếu đóng cho tàu có chiều dài khác nhau. Việc thiết kế và tính toán cầu nối cho tàu 3 thân
nói riêng và tàu nhiều thân nói chung là rất cần thiết.
Là một sinh viên chuẩn bị ra trường, được trang bị đầy đủ kiến thức về chuyên

ngành, cùng với sự hướng dẫn của TS. Huỳnh Văn Vũ tôi sẽ giải quyết bài toán kết cấu ,
9

độ bền và quy trình công nghệ chế tạo cho tàu 3 thân thuộc đề tài tốt nghiệp “Thiết kế và
chế tạo thử nghiệm mô hình tàu 3 thân phục du lịch biển bằng vật liệu composite”

1.2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.
1.2.1. Nội dung nghiên cứu.
Theo như sự chỉ định của Khoa Kỹ thuật Giao thông-Trường Đại Học Nha Trang
về công tác nhận và triển khai đề tài cho nhóm thiết kế thì tôi được phụ trách phần thiết
kết cấu , tính độ bền, quy trình công nghệ chế tạo tàu 3 thân và chế tạo mô hình tàu 3
thân thuộc đề tài “Thiết kế và chế tạo thử nghiệm mô hình tàu 3 thân phục du lịch biển
bằng vật liệu composite”

+ Từ bản vẽ tuyến hình đi xây dựng bố trí chung và hệ thống kết cấu theo Quy
phạm. Kết cấu tàu nhiều thân chuyển thành các thân riêng biệt và theo Quy phạm để xây
dựng kết cấu cho từng thân.
+ Tính và kiểm tra độ bền kết cấu toàn tàu trừ phần cầu nối. Rút ra kết luận từ kết
quả tính.
+ Tính và kiểm tra độ bền kết cấu cầu nối tàu nhiều thân theo đề xuất của TS.
Nguyễn Văn Đạt. Tàu sẽ chịu uốn ngang nhiều nhất, giả thiết rằng 2 mạn tàu đủ cứng và
kết cấu ngang cầu nối sẽ tựa trên hai mạn, xác định mođun chống uốn mặt cắt ngang để
xây dựng kết cấu cầu nối, kiểm tra kết quả tính.
+ Tính toán và kiểm tra độ bền uốn chung thân tàu.
+ Đề xuất quy trình chế tạo tàu 3 thân thiết kế.
+ Chế tạo thử nghiệm mô hình tàu 3 thân thiết kế theo tỷ lệ 1:10.

1.2.2. Phương pháp nghiên cứu.
+ Khảo sát kết cấu vỏ tàu composite thực tế cùng với sử dụng quy phạm “Quy
phạm kiểm tra và chế tạo các tàu làm bằng chất dẻo cốt sợi thủy tinh TCVN 6282:2003.”,

“Quy phạm phân cấp và đóng tàu thủy cao tốc TCVN 6451:2004” tính kết cấu và bố trí
chung.
+ Xác định tải trọng tác dụng lên cầu nối từ đó tính toán mômen uốn ngang cầu nối
và đi xây dựng hệ thống kết cấu cầu nối phù hợp.
10

+ Tham khảo quy trình làm vỏ tàu thực tế để đề xuất quy trình công nghệ chế tạo
và áp dụng vào chế tạo trực tiếp mô hình theo tỷ lệ 1:10


1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC.
1.3.1. Tình hình nghiên cứu trong nước.
Hiện nay nước ta chưa có cơ sở đóng mới tàu công bố sản phẩm độc quyền hay hồ
sơ thiết kế tàu 3 thân vỏ composite. Nên việc vận dụng các kết quả có được từ thiết kế tàu
2 thân là phù hợp bởi vì trong nước đã đóng mới sản phẩm tàu hai thân và thử nghiệm
thành công.

Hình 1.1: Tàu Thanh Vân 05 - Tàu hai thân vỏ composite đầu tiên do Việt Nam
(UNINSHIP) Thiết kế và chế tạo.
[15]

Hình 1.2: Tàu Long Phú 17 - Tàu khách hai thân vỏ composite.
[15]

1.3.2. Tình hình nghiên cứu nước ngoài.
11

Trên thế giới hiện nay tập trung ở các nước lớn: Trung Quốc, Mỹ, Anh,… sử dụng
tàu 3 thân trong lĩnh vực quân sự, du lịch,…ngoài ra một số thuyền buồm 3 thân vẫn đang
sử dụng. Hầu hết các sản phẩm này thuộc sở hữu bản quyền và nó vẫn là một bí mật công

nghệ.

Hình 1.3. Du thuyền Dolphin Ulsan được thiết kế tại Mỹ
.[15]


Hình 1.4. Du thuyền Benchijigua express trimaran thiết kế tại Úc.
[15]

1.4. CƠ SỞ LÝ THUYẾT.
+ Sử dụng quy phạm “Quy phạm kiểm tra và chế tạo các tàu làm bằng chất dẻo
cốt sợi thủy tinh TCVN 6282:2003.”[9], “Quy phạm phân cấp và đóng tàu thủy cao tốc
TCVN 6451:2004”[8] để bố trí chung và thiết kế kết cấu cho tàu trừ phần cầu nối.
12

+ Việc xác định cơ tính vật liệu của composite vì không có điều kiện xác định nên
tôi sử dụng các kết quả từ tài liệu tham khảo [12] của TS. Nguyễn Văn Đạt-Giám đốc
Viện nghiên cứu chế tạo tàu thủy, Đại Học Nha Trang.
+ Việc tính toán sức bền cầu nối cho tàu 3 thân sẽ sử dụng đề xuất tính kết cấu cầu
nối của TS. Nguyễn Văn Đạt. Các kết quả này đã được ứng dụng cho tính kết cấu tàu 2
thân được chế tạo tại Viện nghiên cứu chế tạo tàu thủy Trường Đại Học Nha Trang.

13

CHƯƠNG 2
THIẾT KẾ KẾT CẤU, TÍNH TOÁN BỀN VÀ QUY TRÌNH CÔNG
NGHỆ CHẾ TẠO.

2.1. THIẾT KẾ KẾT CẤU, TÍNH TOÁN BỀN.
2.1.1. Thiết kế bố trí chung.

Bố trí chung là công đoạn quan trọng trong quá trình thiết kế. Nó ảnh hưởng đến
tính năng hoạt động và tính thẩm mỹ của một con tàu.Việc bố trí chung phải tuân theo
quy phạm hoặc dựa vào các tàu mẫu để đảm bảo tính an toàn cho con tàu và người trên
tàu.
Bản vẽ bố trí chung toàn tàu có hình chiếu đứng toàn tàu, mặt chiếu phẳng của các
tầng boong, khoang đáy, bản vẽ bố trí chung toàn tàu thể hiện sự phân bố của các khoang,
các buồng, lối đi lại, cửa ra vào, cầu thang và vị trí lắp đặt, các thiết bị trên tàu.
Nguyên tắc bố trí chung phải xét đến.
+ Tuân thủ các quy định của quy phạm: tính ổn định, tính chống cháy ,sức bền tàu,
+ Đảm bảo dung tích các khoang
+ Đản bảo cân bằng tàu.
+ Các lối đi lại phải an toàn.
+ Yêu cầu chủ tàu.
+ Tính khai thác và tính kinh tế đối với các loại tàu riêng biệt.
Tùy từng loại tàu cụ thể, mà cách bố trí chung có những hình thức riêng của nó.
Nhưng nói chung việc bố trí chung của tàu nhất là các tàu cao tốc phải được tuân thủ các
qui định của qui phạm của các cơ quan phân cấp cho nó và các công ước hiện hành, cũng
như luật lệ của các nước mà nó treo cờ.
* Phân khoang.
Tàu thiết kế theo dạng 3 thân ( trimaran ), 2 thân phụ chỉ có nhiệm vụ tăng tính ổn
định cho tàu nên việc bố trí chung toàn tàu sẽ trên thân chính. Vị trí các sườn, vách trên
cả thân chính và 2 thân phụ sẽ giống nhau.
14

2.1.1.1. Phân khoang theo chiều dài tàu
Phân khoang là bước đầu tiên trong quá trình thiết kế bố trí chung. Phân khoang

nhằm mục đích.
- Cách ly giữa các khoang với chức năng khác nhau.
- Đảm bảo sức bền ngang và sức bền dọc cho tàu.
- Đảm bảo tính năng chống chìm cho tàu.
Đề phòng nguy hiểm do cháy lan tràn trên toàn tàu khi một khoang nào bị cháy.
Để định được chiều dài khoang và vị trí của các khoảng sườn, trước tiên chúng ta
xác định "khoảng sườn tiêu chuẩn" theo qui phạm.
Chọn khoảng cách sườn thực tế cho tàu được thiết kế ở vùng giữa tàu, vùng
buồng máy, vùng khoang mũi, lái.
Chọn khoảng cách sườn theo tiêu chuẩn S = 500 mm (điều 9.3.1 trang 36 quy
phạm TCVN 6282:2003)
Từ lái đến mũi , thân tàu được chia làm các khoang như sau:
a. Khoang mũi.
Có tác dụng chống va, đảm bảo mũi tàu khi bị va thủng không ảnh hưởng tới an
toàn tàu.Khoang mũi được bố trí làm hầm xích neo, hầm dụng cụ cơ khí, các tạp vật khác
và không chứa nước dằn.
Khoang mũi: từ sườn 23 đến sườn 32 (4,5m), gồm hầm tạp vật từ sườn 23 đến
sườn 26 (1,5m), hầm xích neo từ sườn 26 đến sườn 32 (3m).
b. Khoang máy.
Tàu 3 thân có kích thước thân chính nhỏ hơn so với các tàu khác có cùng kích
thước và việc bố trí buồng máy sẽ phải dựa và đặc điểm tuyến hình thiết kế sao cho đảm
bảo được không gian vận hành buồng máy.
Ở đây tàu thiết kế có dạng tuyến hình nhọn góc ở mũi và vát bằng ở đuôi nên
không gian phần đuôi là đủ rộng cho bố trí buồng máy, đồng thời giảm được rung động
buồng máy ảnh hưởng tới khách du lịch trên tàu.
Trong khoang máy được bố trí một máy chính, một cụm máy phát và các trang
thiết bị buồng máy. Lên xuống buồng máy bằng cầu thang bố trí ngay sát vách trước
buồng máy.
Khoang máy từ sườn 0 đến sườn 8 (4m)
15

c. Các khu vực khác.
Khoang chứa dầu đốt được bố trí từ sườn 8 đến sườn 11 (1,5m)
Khoang chứa lương thực thực phẩm từ sườn 11 đến sườn 23 (6m) . Theo chiều cao
tàu khoang này gồm 2 két, phía dưới chứa nước sinh hoạt đủ cho hành khách trong suốt
đoạn hành trình, phía trên chứa lương thực thực phẩm.
Trên tàu bố trí 2 phòng vệ sinh phía đuôi tàu cho hành khách và thủy thủ trên tàu.
Cabin từ sườn 4 đến sườn 22 (9,1m)
Khu vực mặt mũi boong từ sườn 24 đến sườn 32 (4m), chứa hệ thống neo và hệ
thống chằn buộc.

2.1.1.2. Phân khoang theo chiều cao tàu.
Theo chiều cao tàu được phân ra làm 4 sàn : sàn IV, sàn III, sàn II (boong chính), sàn I
(dưới boong chính).
a. Dưới boong chính.
+ Từ mút đuôi tàu tới sườn 8: bố trí máy chính, thiết bị lái, máy phát,…
+ Từ sườn 8 đến sườn 11: khoang chứa nhiên liệu.
+ Từ sườn 11 đến sườn 23: khoang chứa thực phẩm và nước sinh hoạt.
+ Từ sườn 23 đến sườn 26: khoang chứa tạp dụng.
+ Từ sườn 26 đến sườn 29: khoang chứa xích neo.
b. Boong chính.
+ Từ mút đuôi đến sườn 5: sàn cho khách tắm biển.
+ Từ sườn 5 đến sườn 11: Khu vệ sinh, khu nhà bếp, cầu thang lên nóc lầu lái bố
trí bên tái, nấp hầm xuống khoang máy bố trí bên phải.
+ Từ sườn 11 đến sườn 22: Khu sinh hoạt chung cho 10 người, bar, bàn ghế sofa.
c. Boong thời tiết.
Bố trí lối đi, lan can, cột bích, tời neo, đèn mạn, cầu thang lên xuống boong chính.
d. Boong lầu lái .[7],[9].
Buồng lái bố trí các trang thiết bị cần thiết để đảm bảo tàu an toàn hàng hải như
sau:

16

Bảng 2.1: Bố trí trang thiết bị boong lầu lái.
Tên trang thiết bị. Số lượng
Thiết bị lái bán tự động . 1
La bàn. 1
Bảng điện điều khiển. 1
Máy đo sâu. 1
Điện thoại. 3
Máy điện báo. 2
Máy lái. 1
Các tủ chứa vật dụng. 4
Bộ phận chỉ định góc lái. 1
Đồng hồ đo vòng quay. 2
Còi hơi. 2
Ống truyền lệnh. 2
Đồng hồ đo hành trình và các
trang thiết bị khác.
1

+ Từ sườn 6 đến sườn 11: bố trí buồng ngủ của thuyền trưởng và quản lý chung.
Ngoài ra còn có những thiết bị cứu sinh, bình CO2 cứu hoả, bình ắc quy, ống khói, cầu
thang từ dưới boong chính lên.

e. Nóc lầu lái. [7], [9].
Trên nóc boong lái bố trí 1 sàn gồm những thiết bị sau:
+ 1 đèn mạn phải ( xanh ve ),


= 112
0
30, l = 1 km (l khoảng cách nhìn thấy tối
thiểu ánh sáng đèn hiệu)
+ 1 đèn mạn trái ( đỏ ),

= 112
0
30, l = 1 km
+ 1 đèn hành trình ( trắng ),

= 225
0
, l = 1.5 km
+ 1 đèn đỉnh cột ( trắng, nhấp nháy được ),

= 360
0
, l = 1.5 km
+ 1 đèn đỉnh cột ( đỏ, nhấp nháy được ),

= 360
0
, l = 1.5 km
+ 1 đèn ( xanh ve, treo dây ),

= 360
0
, l = 1 km
+ 1 đèn ( màu vàng, treo dây ),


= 360
0
, l = 1 km
17

2.1.2. Thiết kế kết cấu và tính bền.
Hiện nay phương pháp tính kết cấu tàu ba thân được giới thiệu trong một số tài
liệu nước ngoài, tuy nhiên rất ít tài liệu công bố về phương pháp thiết kế và hướng dẫn
thiết kế chi tiết. Các mẫu tàu đang được sử dụng đều là độc quyền của các công ty, tại
Việt Nam vẫn chưa sản xuất được mẫu tàu 3 thân theo thiết kế của mình, chưa có cơ quan
thiết kế tàu nào của nước ta đưa ra một thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh về loại tàu này. Thực
tế này đã gây không ít khó khăn tới các cơ sở đóng tàu của nước ta.
Đăng kiểm Việt Nam cũng chưa ban hành tiêu chuẩn quy phạm thiết kế tàu 3 thân.
Việc lựa chọn tàu mẫu, tính toán cần nhiều thời gian và sự phối hợp của các nhà chuyên
môn mới có được những kết quả chính xác nhất.
Về cơ bản dành cho thiết kế tàu nhiều thân là giống nhau, đặc biệt đối với tàu làm
bằng vật liệu composite, vấn đề đặt ra đối với phần kết cấu ở đây là chúng ta phải đi giải
quyết bài toán sức bền vỏ tàu, sức bền cầu nối và thiết kế kết cấu hợp lý.
Vì chưa có Quy phạm đóng tàu nhiều thân mà cụ thể ở đây là tàu 3 thân nên việc
tính độ bền cho kết cấu phải được tiến hành từ mô hình thử độ bền kết cấu hoặc giải trực
tiếp độ bền kết cấu trên cơ sở sơ đồ lực tác dụng vào kết cấu cụ thể. việc này tốn nhiều
thời gian nhưng trong thời giới hạn làm đề tài tôi không thể thực hiện để có kết quả chính
xác được nên việc vận dụng các kết quả đạt được từ thiết kế kết cấu và tính bền tàu hai
thân của Viện nghiên cứu chế tạo tàu thuỷ-Trường Đại Học Nha Trang là phù hợp nhất.
Bằng cách vận dụng các kết quả có được từ TS. Nguyễn Văn Đạt [12] để giải
quyết bài toán sức bền cầu nối vì đây là vùng chịu lực phức tạp đối với tàu nhiều thân và
sử dụng quy phạm “Quy phạm kiểm tra và chế tạo các tàu làm bằng chất dẻo cốt sợi thủy
tinh TCVN 6282:2003.”, “Quy phạm phân cấp và đóng tàu thủy cao tốc TCVN
6451:2004” tính kết cấu mạn, đáy, vách, boong,…

2.1.2.1. Giới thiệu chung.
a. Đặc điểm tuyến hình.
- Đặc điểm tuyến hình: có mũi và đáy nhọn hình chữ V, có đuôi dạng vát phẳng.
- Hai thân phụ nằm về hai bên làm nhiệm vụ tăng tính ổn định cho tàu.


18






Hình 2.1: Tuyến hình tàu thiết kế.

19

b. Công dụng, vùng hoạt động, quy phạm áp dụng.

- Tàu thiết kế thuộc loại du thuyền du lịch, vỏ composite, kết cấu đáy đơn, mạn
đơn, buồng máy được đặt ở đuôi tàu.
- Vùng hoạt động là vùng không hạn chế (hoạt động cách bờ trên 200 hải lý)
- Phương pháp tính kết cấu thân tàu: chúng ta xem mỗi thân của tàu 3 thân là một
con tàu độc lập và được liên kết với nhau bằng kết cấu boong nối. Ngoài ra thân phụ chỉ
thực hiện tăng tính ổn định cho tàu vì thế sẽ chịu các tải trọng nhỏ hơn so với thân chính.
Thiết kế kết cấu thân phụ sẽ được lấy từ kết quả thiết kế kết cấu thân chính như vậy đã đủ
bền.
- Quy phạm áp dụng: tàu được thiết kế phù hợp với:
+ Qui phạm phân cấp và đóng tàu (sông) biển vỏ thép, TCVN 6259 :
2003.[7]
+ Qui phạm kiểm tra và chế tạo các tàu làm bằng chất dẻo cốt sợi thủy tinh
(TCVN 6282 : 2003).[9]
+ Quy phạm phân cấp và đóng tàu thủy cao tốc TCVN 6451:2004.[8]
-Việc tính toán kết cấu cho tàu 3 thân được tiến hành theo 2 giai đoạn.
+Tính kết cấu mỗi thân tàu và thượng tầng (ngoại trừ kết cấu boong nối 2
thân tàu) được tính theo Quy phạm kiểm tra và chế tạo các tàu làm bằng cốt sợi thủy tinh
TCVN 6282:2003, Quy phạm phân cấp và đóng tàu thủy cao tốc TCVN 6451:2004.
+ Tính kết cấu boong nối giữa 2 thân tàu theo phương pháp ứng suất cho
phép.
- Vật liệu dùng đóng tàu là vật liệu composite quy định tại Quy phạm TCVN
6282:2003.

c. Các thông số cơ bản và hệ số hình dáng của tàu.
- Chiều dài lớn nhất toàn tàu: L
max

= 16,0 m
- Chiều dài thiết kế toàn tàu: L
tk
= 15,7 m
- Chiều rộng lớn nhất toàn tàu: B
max
= 8 m
- Chiều rộng thiết kế toàn tàu: B
tk
= 7,1 m
- Chiều rộng lớn nhất thân chính: B1
max
= 3,5 m
20

- Chiều rộng thiết kế thân chính: B1
tk
= 2.4 m
- Chiều rộng lớn nhất thân phụ: B2
max
= 1.4 m
- Chiều rộng lớn nhất thân phụ: B2
tk
= 0.6 m
- Chiều cao mạn: D = 3 m
- Chiều chìm: d = 1,58 m
- Trọng tải P = 38 t
- Tốc độ tàu v = 25 hl/h
- Hệ số béo C
B

= 0,52

d. Lựa chọn hệ thống kết cấu
- Tàu được thiết kế theo hệ thống kết cấu ngang
- Khoảng cách sườn s = 500 mm. Khoảng cách nẹp dọc h = 600 mm. Khoảng cách
giữa các dầm dọc cầu nối chọn b = 500 mm.

2.1.2.2. Sơ đồ phân khoang.
Trên cơ sở khoảng sườn đã được xác định, chia tàu thành 32 khoảng sườn thực.
Theo quy định về phân khoang của quy phạm, phân tàu thành 5 vách ngăn kín
nước với chiều dài các khoang như sau
Khoang số (1) gồm 8 khoảng sườn, từ sườn số 0 đến sườn số 8. L1 = 4 m
Khoang số (2) gồm 3 khoảng sườn, từ sườn số 8 đến sườn số 11. L2 = 1,5 m
Khoang số (3) gồm 6 khoảng sườn, từ sườn số 11 đến sườn số 17. L3 = 3 m
Khoang số (4) gồm 6 khoảng sườn, từ sườn số 17 đến sườn số 23. L4 = 3,0 m
Khoang số (5) gồm 3 khoảng sườn, từ sườn số 23 đến sườn số 26. L5 = 1,5 m
Khoang số (6) gồm 6 khoảng sườn, từ sườn số 26 đến sườn số 32. L6 = 3,0 m

Hình 2.2: Sơ đồ phân khoang
21

2.1.2.3. Thiết kế kết cấu.
-Quy phạm áp dụng:
+ Quy phạm kiểm tra và chế tạo các tàu làm bằng chất dẻo cốt sợi thủy tinh
TCVN 6282:2003.[9]
+ Quy phạm phân cấp và đóng tàu thủy cao tốc TCVN 6451:2004 -phạm vi
áp dụng.[8]
+ Áp dụng cho tàu FRP có vùng hoạt động không hạn chế, có chiều dài nhỏ
hơn 35m, được tạo hình bằng phương pháp thủ công hoặc phương pháp phun, dùng nhựa
polyester bão hòa và cốt sợi thủy tinh.

+ Tàu cao tốc là các tàu có vận tốc lớn hơn trị số tính theo công
thức:
V≥7,1922.


0,1667
(hl/h) (2.1)
Trong đó:

= 38 tấn - lượng chiếm nước tại đường nước thiết kế.
Với tàu thiết kế: V = 25 > 7,1922.38
0,1667
= 13,188 (hl/h).
+ Vật liệu
Vỏ tàu được chế tạo từ vật liệu FRP (Fiberglass Reinforced Plastic), trong đó:
- Vật liệu cốt là sợi thủy tinh dạng Matting và Roving sắp xếp xen kẽ nhau.
- Vật liệu nền là nhựa Polyester không no, loại được Đăng kiểm Lloyd cho phép sử
dụng.
Độ bền của vật liệu được xác định tại Phòng thí nghiệm VIỆN NGHIÊN CỨU CHẾ
TẠO TÀU THỦY - VR LAB. 02, trên máy kiểm nghiệm vật liệu loại Hounsfield của
Anh quốc, có các giá trị cơ bản sau :
Bảng 2.2: Độ bền vật liệu chế tạo.
STT Đại lượng Gía trị theo qui phạm Giá trị theo thực tế
1 Độ bền kéo (kG/mm2) 10 19
2 Độ bền uốn (kG/mm2) 15 21
3 Mođun đàn hồi kéo (kG/mm2) 700 900

a. Tính toán lớp vỏ [9].
a.1. Lớp vỏ giữa đáy
22

- Theo điều 7.2.1 chiều dày lớp vỏ giữa đáy trên suốt chiều dài tàu phải không nhỏ
hơn trị số tính theo công thức: t = 9+0,4L (mm) (2.2)

t ≥ 9+0,4.16 = 15,4 (mm)

Chọn t = 16 (mm)
- Chiều rộng lớp vỏ giữa đáy trên suốt chiều dài tàu phải không nhỏ hơn trị
số tính theo công thức: b = 530+14,6L (mm) (2.3)

b ≥ 530+14,6.16= 763,6 (mm)

Chọn b = 800 (mm)
- Lớp vỏ giữa đáy phải cố gắng liên tục từ mũi tới đuôi tàu.
a.2. Lớp vỏ bao ở đoạn giữa tàu.
a.2.1. Lớp mạn.
Theo điều 7.3.1 chiều dày của lớp mạn phải không nhỏ hơn trị số tính theo công
thức sau đây:
t=15S
Ld 026,0
(mm) (2.4)



t≥15.0,5.
16.026,058,1 
=10,6 (mm)



Chọn t = 11 (mm)
a.2.2. Lớp đáy.
Theo điều 7.3.2 chiều dày của lớp đáy phải không nhỏ hơn trị số tính theo công thức sau
đây:
t = 15,8S
Ld 026,0
(mm) (2.5)
trong đó: L - Chiều dài tàu.
d - Chiều chìm.

t ≥ 15,8.0,5.
16.026,058,1 
=11,16 (mm)

Chọn t = 12 (mm)
a.2.3. Lớp vỏ bao ở các đoạn mút.
- Theo điều 7.4.3 chiều dày lớp vỏ bao đoạn đáy gia cường mũi tàu không nhỏ hơn
trị số tính theo công thức sau đây: t = CS
L
(mm) (2.6)
Trong đó:
L: Chiều dài tàu.
23

C: Hệ số được cho ở bảng 3.1. với các trị số trung gian của α thì C được tính theo
phép nội suy tuyến tính.
Bảng 2.3 : Trị số của C [8]

S: Khoảng cách sườn, khoảng cách các sống hoặc khoảng cách các nẹp dọc của vỏ
bao, lấy trị số nào nhỏ hơn. (m)

α : Khoảng cách sườn, khoảng cách các sống hoặc khoảng cách các nẹp dọc của vỏ
bao, lấy trị số nào lớn hơn chia cho S.
Ta có S = 0,5 (m); α =
2,1
5,0
6,0



C = 5,98

t ≥ 5,98.0.5
16
= 11,96

chọn t = 12 (mm)
a.2.4. Lớp vỏ bao mạn của thượng tầng.
Theo điều 7.5.1 lớp vỏ bao mạn của thượng tầng phải tuân theo các yêu cầu (1) và
(2) sau đây:
(1) Chiều dày của lớp vỏ bao mạn thượng tầng ở 0,25L tính từ mũi tàu phải
không nhỏ hơn chiều dày của vỏ bao mạn tại vùng đó.
(2) Chiều dày của vỏ bao mạn thượng tầng không quy định ở (1) có thể bằng 0,8
chiều dày vỏ mạn tại vùng đó


Với tàu thiết kế chọn t
TT
= 0,8t
man
= 0,8.11 = 8,8


Chọn t
TT
= 9 (mm).
a.2.5. Gia cường cục bộ lớp vỏ bao.
Gia cường cục bộ lớp vỏ bao có lỗ luồn neo và lớp vỏ bao kề cận đó: lớp vỏ
bao mạn và các lớp vỏ khác có nguy cơ tiếp xúc với neo và xích neo….phải được
gia cường thích đáng.
b. Tính toán boong [8].
b.1. Phạm vi áp dụng.
Áp dụng cho kết cấu và kích thước của boong được tạo hình bằng FRP.
Kết cấu và kích thước được áp dụng cho kết cấu một lớp.