So sánh kết quả tính tay đòn ổn định bằng phương pháp lý thuyết và nhờ các đồ thị tính nổi chuyên dụng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CƠ KHÍ



PHẠM CHÍ TÍN


SO SÁNH KẾT QUẢ TÍNH TAY ĐÒN ỔN ĐỊNH THEO
CÁC PHƯƠNG PHÁP LÝ THUYẾT VÀ NHỜ CÁC ĐỒ THỊ
TÍNH NỔI CHUYÊN DỤNG


Chuyên ngành: Kỹ thuật tàu thủy


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN: PGS-TS NGUYỄN QUANG MINH




NHA TRANG - NĂM 2011

i

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Họ và tên SV : Phạm Chí Tín Lớp : 49 ĐT-1
Ngành: Đóng Tàu. Khoa: Kỹ Thuật Tàu Thủy
Tên đề tài: “So sánh kết quả tính tay đòn ổn định theo các phương pháp lý
thuyết và nhờ các đồ thị tính nổi chuyên dụng”.
Số trang: 72 Số chương: 04 Số tài liệu tham khảo: 07
Hiện vật: Toàn bộ đề tài gồm có: + 02 cuốn báo cáo tốt nghiệp
+ 02 đĩa CD

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN.








Kết luận:

Nha Trang, ngày …… tháng…… năm 2011.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Ký ghi rõ họ tên)




PGS.TS Nguyễn Quang Minh
.
ii

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.

Họ và tên SV : Phạm Chí Tín Lớp : 49 ĐT-1
Ngành: Đóng Tàu. Khoa: Kỹ Thuật Tàu Thủy
Tên đề tài: “So sánh kết quả tính tay đòn ổn định theo các phương pháp lý
thuyết và nhờ các đồ thị tính nổi chuyên dụng”.
Số trang: 72 Số chương: 04 Số tài liệu tham khảo: 07
Hiện vật: Toàn bộ đề tài gồm có: + 02 cuốn báo cáo tốt nghiệp
+ 02 đĩa CD

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN.







Điểm phản biện:

Nha Trang, ngày ……. tháng ……. năm 2011.
(Ký và ghi rõ họ tên)


ĐIỂM CHUNG
Bằng số Bằng chữ


Nha Trang, ngày …… tháng …… năm 2011.
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
(Ký và ghi rõ họ tên)



iii

ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Họ và tên: Phạm Chí Tín
MSSV: 4913091108
Lóp: 49DT

Tên đề tài: “So sánh kết quả tính tay đòn ổn định theo các phương pháp lý
thuyết và nhờ các đồ thị tính nổi chuyên dụng”.
Ngành: Đóng tàu thủy.
Cán bộ hướng dẫn: PGS- TS Nguyễn Quang Minh
1. Phạm vi và mục đích nghiên cứu.
- Tính tay đòn ổn định cho tàu theo các phương pháp.
- Xây dựng đồ thị tính nổi tổng hợp. Tính tay đòn ổn định và so sánh kết
quả tính tay đòn ổn định tàu theo các phương pháp.
- Mục đích tìm hiểu phương pháp tính tay đòn ổn định, xây dựng đồ thị
tính nổi tổng hợp và khắc phục sai số để giải quyết bài toán ổn định chính xác hơn.
2. Nội dung thực hiện.
- Đặt vấn đề
+ Sơ lược về ngành đóng tàu và các yếu tố ảnh hưởng tới sự hoạt động của
tàu thủy.
+ Ý nghĩa của đề tài: Ổn định như một tính năng chủ yếu của tàu thủy.
+ Cơ sở lý thuyết tính tay đòn ổn định tàu thủy.
+ Các phương pháp tính tay đòn ổn định đặc trưng.
- Cơ sở lý thuyết các phương pháp tính tay đòn ổn định và tính toán tính tay
đòn ổn định theo các phưong pháp lựa chọn.
+ Cơ sở lý thuyết của các phương pháp.
+ Các thuật toán.
+ Lựa chọn tàu mẫu.
+ Xây dựng đồ thị tính nổi tỏng hợp cho tàu mẫu
+ Tính toán tay đòn ổn định.

iv

- Kết quả tính toán tay đòn ổn định.
+ Kết quả tính của từng phương pháp.
+ Phân tích kết quả tính của từng phương pháp.

+ So sánh kết quả tính của từng phương pháp.
+ Nhận xét, kết luận, đề xuất ý kiến.
3. Kế hoạch thực hiện.
- Đặt vấn đề: Thời gian (15/03/2011 - 25/03/2011)
+ Nghiên cứu lý thuyết ổn định.
- Tính toán tay đòn ổn định theo các phương pháp: Thời gian ( 26/03/2011
– 20/05/2011)
+ Cơ sở lý thuyết của các phương pháp tính. Thời gian (26/03/2011 -
15/04/2011)
+ Xây dựng đồ thị tính nổi tổng hợp cho tàu mẫu (16/04/2011 -
15/05/2011)
+ Tính toán tay đòn ổn định theo các phương pháp lựa chọn. Thời gian
(16/5/2011 – 20/5/2011)
- Kết quả Thời gian (21/05/2011 - 30/05/2011)
+ Phân tích,so sánh kết quả của các phương pháp. Thời gian
(21/05/2011 - 25/05/2011)
+ Nhận xét, kết luận, đề xuất ý kiến. Thời gian (25/05/2011 -
30/05/2011)
- Hoàn chỉnh bản thảo Thời gian ( Trước ngày 15/06/2011)
Nha Trang, ngày 15 tháng 03 năm 2011
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN


PGS- TS Nguyễn Quang Minh Phạm Chí Tín


v

LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian hơn ba tháng thực hiện đề tài, cùng với sự cố gắng của bản

thân đến nay đề tài của tôi là: “So sánh kết quả tính tay đòn ổn định theo các
phương pháp lý thuyết và nhờ các đồ thị tính nổi chuyên dụng” đã hoàn thành.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến Ban chủ nhiệm Khoa Kỹ Thuật Tàu Thủy,
cùng toàn thể các quý Thầy, Cô trong bộ môn Đóng Tàu đã tạo điều kiện cho tôi
thực hiện đề tài này.
Đặc biệt, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS Nguyễn Quang
Minh, người đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình trong suốt thời gian thực hiện đề tài.
Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, người thân và các bạn bè
của tôi, những người đã tạo mọi điều kiện cho tôi ăn học, đã luôn bên tôi giúp đỡ,
động viên tôi trong suốt quá trình học tập cũng như thực hện đề tài này.
Tôi xin chân thành biết ơn!
Nha Trang, tháng 06 năm 2011
Sinh viên thực hiện

Phạm Chí Tín



vi

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN i

ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP iii

LỜI CẢM ƠN v

MỤC LỤC vi

DANH MỤC CÁC HÌNH ix

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ 3

I.1. TỔNG QUAN VỀ NGÀNH ĐÓNG TÀU. 3
I.1.1. Tình hình chung về ngành đóng tàu. 3
I.1.2. Tiềm năng phát triển ngành đóng tàu của việt nam. 3
I.2. TẦM QUAN TRỌNG CỦA TÍNH ỔN ĐỊNH 3
I.2.1. Ổn định, tính năng cần thiết của tàu thủy 3
I.2.2. Phương pháp tính tay đòn ổn định. 4
I.3. Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI. 6
I.4. GIỚI HẠN NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 7
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TAY
ĐÒN ỔN ĐỊNH 9

II.1. XÁC ĐỊNH CÁC YẾU TỐ ĐƯỜNG HÌNH LÝ THUYẾT 9
II.1.1. Bản vẽ đường hình lý thuyết tàu. 9
II.1.2. Các kích thước chủ yếu của tàu 9
II.1.2.1. Các yếu tố thuộc về các mặt đường nước (MĐN) của tàu 9
II.1.2.2. Các yếu tố thuộc về các mặt cắt ngang (MCN) của tàu. 11
II.1.2.3. Các yếu tố thuộc về thể tích chiếm nước. 13
II.2. ĐỒ THỊ TÍNH NỔI TRUYỀN THỐNG. 15
II.2.1. Đồ thị tĩnh thủy lực. 15
II.2.2. Đồ thị Boongien. 16
II.2.3. Đồ thị Phiaxop 16
II.3. Các biểu thức tổng quát tính tay đòn ổn định tàu thuỷ. 18
vii

II.4. Tiêu chuẩn ổn định 21
II.4.1. Tiêu chuẩn vật lý 21
II.4.2. Tiêu chuẩn thống kê 21
II.5. Các phương pháp tính tay đòn ổn định điển hình. 22
II.5.1 Phương pháp tính tay đòn ổn định của Viện Sỹ Crưlôp. 23
II.5.2. Phương pháp tính tay đòn ổn định theo Giáo sư Vlaxop. 26
II.5.3. Xây dựng đồ thị tính nổi tổng hợp theo đề nghị của PGS. TS Nguyễn Quang
Minh 29
II.5.3.1. Các yếu tố của đồ thị tính nổi tổng hợp và tính toán. 29
II.5.3.2. Phương pháp tính toán. 29
CHƯƠNG III TÍNH TOÁN VÀ VẼ ĐỒ THỊ TÍNH NỔI TỔNG HỢP CHO TÀU CHỞ
HÀNG VỎ THÉP 53000 TẤN VÀ ỨNG DỤNG CỦA ĐỒ THỊ TÍNH NỔI TỔNG
HỢP 41

III.1. Tàu mẫu 41
III.3. Tính và vẽ nhánh trái đồ thị tính nổi tổng hợp. 43
III.3.1 Bảng tính toán các giá trị V,
c
y ,
c
z theo các mớn nước 43
III.3.2.1. Góc nghiêng nhỏ 47
III.3.2.2. Góc nghiêng lớn 48
III.3.3. Dựng đồ thị thành phần 49
III.3.3.1 Góc nghiêng nhỏ 49
III.3.3.2. Kết hợp góc nghiêng nhỏ và góc nghiêng lớn. 51
III.3.4. Đồ thị tính nổi tổng hợp nghiêng ngang. 53
III.5. ĐỒ THỊ TÍNH NỔI TỔNG HỢP. 54
III.6. MỘT SỐ ỨNG DỤNG ĐỒ THỊ TÌNH NỔI TỔNG HỢP 55
III.6.1. Bài toán thêm bớt tải trọng. 57

III.6.2. Bài toán di chuyển tải trọng 58
III.6.3. Bài toán tính tay đòn ổn định 59
III.6.3.1. Thực trạng về các phương pháp tính tay đòn ổn định tàu thủy. 59
III.6.3.2. Tính tay đòn ổn định theo đồ thị tính nổi tổng hợp. 60
III.6.3.3. Tính tay đòn ổn định theo phương pháp Vlaxop. 62
CHƯƠNG IV: SO SÁNH, KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 67

viii

IV.1. SO SÁNH KẾT QUẢ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TAY ĐÒN ỔN ĐỊNH 67
IV.1.1. Nhận xét đồ thị tính nổi tổng hợp 67
IV.1.2. So sánh kết quả tính đạt được theo các phương pháp 67
IV.1.2.1. Về mặt phương pháp 68
IV.1.2.2. Về kết quả tính 68
IV.1.2.3. Về khả năng lập trình và ứng dụng công cụ máy tính để tính toán 69
IV.1.2.4. Ứng dụng và triển vọng của các phương pháp 69
IV.1.2.5. Nhận xét chung về các phương pháp 70
IV.2. KẾT LUẬN. 70
IV.3. ĐỀ XUẤT Ý KIẾN. 71
TÀI LIỆU THAM KHẢO 72

PHỤ LỤC

ix
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình II.1: Đường cong diện tích mặt đường nước 10
Hình II.2: Các kích thước chính của tàu. 10
Hình II.3: Mặt cắt ngang. 12
Hình II.4: Mặt cắt ngang. 12
Hình II.5: Thể tích chiếm nước 14
Hình II.6: Đồ thị tĩnh thủy lực. 15
Hình II.7: Đồ thi Bonjean 16
Hình II.8: Sơ đồ ngoại lực tác dụng lên tàu 19
Hình II.9 : Đồ thị ổn định Read 20
Hình II.10 : Mô hình tính ổn định theo Viện Sỹ Crưlôp 23
Hình II.11 : Xác định vết MĐN thể tích 25
Hình II.12 : Sơ đồ bài toán thuận và bài toán nghịch trong nghiên cứu ổn định tàu 26
Hình II.13 : Đồ thị Vlaxop 27
Hình II.14: Tính toán các yếu tố diện tích mặt cắt ngang 28
Hình II.15: Các trường hợp nghiêng dọc 30
Hình II.16: Khảo sát trường hợp nghiêng ngang 30
Hình II.17: MCN sườn số 8, mớn nước
tr
T
= ĐN 8000,
ph
T
= ĐN 16000 34
Hình II.18: MCN sau khi đã xén bỏ phần trên mớn nước 34
Hình II.19: Đường cong phân bố diện tích MCN 36
Hình II.20: Đường cong phân bố momen diện tích MCN đối với trục Oy 36
Hình II.21: Đường cong phân bố diện tích MCN đối với trục Oz 37
Hình II.22: Các mớn nước nghiêng ngang giả định 39

Hình II.23: Mớn nước nghiêng ngang ở góc nghiêng lớn giả định 40
Hình III.1: Mô hình minh họa thay đổi tải trọng. 57
Hình III.2 : Mô hình minh họa di chuyển tải trọng 58
Hình III.3: Ổn định tĩnh. 59


1

LỜI NÓI ĐẦU
Nước ta có đường bờ biển từ Bắc tới Nam với hàng ngang hòn đảo lớn nhỏ
khác nhau, với một vùng biển Đông rộng lớn, đó không chỉ là nơi khai thác và phát
huy ngành kinh tế biển của đất nước đã và đang được Đảng và nhà nước quan tâm
mà đó còn là chủ quyền, tài sản quý giá của quốc gia cần phải được bảo vệ. Để đáp
ứng nguyện vọng này thì ngành công nghiệp tàu thủy là ngành không thể thiếu, đi
đôi với ngành là đội ngũ cán bộ làm việc trong ngành và góp phần không nhỏ trong
việc phát triển kinh tế và bảo vệ đất nước
Trong những năm qua, đóng tàu nước ta đã có những bước phát triển nhất
định, tàu thuyền được dùng làm phương tiện giao thông đường thủy để trao đổi
hàng hóa, phục vụ du lịch, quân sự cũng như phục vụ cho việc khai thác, đánh bắt
thủy hải sản …
Với môi trường, điều kiện hoạt động của tàu thủy với nhiều yếu tố bên ngoài
tác động như: nổi trên mặt nước sông hoặc biển, chịu sóng gió vô cùng phức tạp.
Thông thường từ trước tới nay, các nhà thiết kế thường sử dụng những công cụ hỗ
trợ đắc lực cho tính toán thiết kế đó là các đồ thị truyền thống như: Đồ thị thủy tĩnh,
đồ thị Bonjean, đồ thị phiaxop … Tuy nhiên những đồ thị trên vẫn còn một số hạn
chế nhất định.
Vấn đề đặt ra là, cần phải có một đồ thị khắc phục được nhược điểm của đồ
thị hiện tại. “Đồ thị tính nổi tổng hợp” theo đề nghị của thầy PGS.TS Nguyễn
Quang Minh – Trường Đại Học Nha Trang sẽ khắc phục được những nhược
điểm đó. Dưới đây tôi xin trình bày về đồ thị tính nổi tổng hợp theo đề nghị của

PGS. TS Nguyễn Quang Minh, với đề tài: “So sánh kết quả tính tay đòn ổn định
theo các phương pháp lý thuyết và nhờ các đồ thị tính nổi chuyên dụng”, sẽ
cung cấp cho chúng ta một công cụ mới trong tính toán thiết kế. Nội dung của đề tài
gồm bốn chương:
Chương I: Đặt vấn đề.
Chương II: Cơ sở lý thuyết của các phương pháp tính cánh tay đòn ổn đinh.
2

Chương III : Xây dựng đồ thị tính nổi tổng hợp cho tàu chở hàng 53000
tấn vỏ thép và ứng dụng của đồ thị tính nổi tổng hợp.
Chương IV: So sánh kết quả của các phương pháp, kết luận và đề xuất ý kiến.
Do thời gian thực hiện đề tài không nhiều, kiến thức còn hạn chế nên không
thể tránh khỏi thiếu sót và sai số. Kính mong được sự góp ý của quý thầy cô và các
bạn để đề tài này được hoàn thiện hơn.
Nha Trang, tháng 06 năm 2011
Sinh viên thực hiện


Phạm Chí Tín

3

CHƯƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ

I.1. TỔNG QUAN VỀ NGÀNH ĐÓNG TÀU.
I.1.1. Tình hình chung về ngành đóng tàu.
Một quốc gia muốn phát triển về kinh tế xã hội thì cần phải có sự giao lưu,
trao đổi về kinh tế, văn hóa xã hội giữa các vùng miền trong nước và với các quốc
gia, khu vực khác nhau trên thế giới. Giao thông là hình thức chính trong giao lưu
và trao đổi. Ngày nay có rất nhiều loại hình giao thông vận tải đó là đường bộ,
đường sắt, đường hàng không, đường thủy. Cùng với các loại hình giap thông khác
thì đường thủy là loại hình giao thông góp phần quan trọng nhất trong sự phát triển
kinh tế hàng hóa của một quốc gia. Ngành vận tải biển không chỉ vận chuyển hàng
hóa với khối lượng lớn, có thể giao lưu trực tiếp giữa các quốc gia có biển mà nó
còn có một vị trí quan trọng trong ngành công nghiệp quốc phòng của một quốc gia.
Chúng ta cũng sẽ dễ dàng nhận thấy rằng các quốc gia đang đứng đầu thế giới về
kinh tế và quốc phòng hiện nay đều là những nước có ngành giao thông vận tải biển
phất triển nhất mà cụ thể đó chính là ngành công nghiệp đóng tàu phát triển nhất.
I.1.2. Tiềm năng phát triển ngành đóng tàu của việt nam.
Qua đó để thấy rằng Việt Nam có những điều kiện thuận lợi về địa lý với
đường bờ biển dài, có nhiều cảng nước sâu, đặc biệt là nằm trên đường giao thương
biển lớn của thế giới. Việt Nam rất có điều kiện để phát triển kinh tế và quốc phòng
dựa trên cơ sở của sự phát triển ngành vận tải biển. Ngành vận tải biển phát triển

được là phải dựa trên cơ sở có một ngành công nghiệp đóng tàu vững mạnh để đủ
sức cạnh tranh với các nước khác. Bên cạnh đó việc bảo vệ chủ quyền biển đảo luôn
là nhiệm vụ quan trọng của quốc gia. Do đó phải đầu tư, chế tạo và khai thác những
con tàu có kích thước lớn, trang thiết bị hiện đại và hoạt động trên những vùng biển
khác nhau.
I.2. TẦM QUAN TRỌNG CỦA TÍNH ỔN ĐỊNH.
I.2.1. Ổn định, tính năng cần thiết của tàu thủy .
Khi nói về hiệu quả của một con tàu hoạt động trên biển người ta phải nói
đến trước tiên đó chính là sự an toàn và làm việc tin cậy của con tàu. Tính an toàn ở
4

đây là tính nổi của tàu và khả năng chống lật của nó. Đó chính là bài toán mà các
nhà khoa học thuộc ngành thiết kế, chế tạo và khái thác tàu quan tâm nhất.
Tàu thủy là công trình nổi hoạt động trong điều kiện phức tạp vì vậy phải sự
đảm bảo được các tính năng hàng hải và khai thác khi hoạt động trên biển đó là điều
thiết yếu. Cho nên trong quá trình thiết kế, tính toán cần chính xác các yếu tố tính
nổi và tính ổn định của tàu để đảm bảo cho tàu có khả năng chống lại các tác dụng
phức tạp của ngoại lực. Vì vậy cần phải có một phương pháp mới chính xác hơn và
có thể áp dụng dễ dàng để xác định kết quả.
Ổn định là khả năng tàu có thể khôi phục lại vị trí cân bằng ban đầu khi
mômen ngoại lực làm nghiêng tàu khỏi vị trí cân bằng. Đây chính là tính năng hàng
hải quan trọng đã được nghiên cứu từ xưa tới nay.
Ổn định là tính năng không thể thiếu của một con tàu. Một con tàu hoạt động
an toàn hay không người ta thường nhắc đến tính ổn định của con tàu đó.
Một con tàu khi thiết kế có đảm bảo tính ổn định hay không thì đòi hỏi bài
toán ổn định phải được giải quyết thỏa mãn các tiêu chuẩn ổn định.
I.2.2. Phương pháp tính tay đòn ổn định.
Trước đây, với những khó khăn nhất định trong việc nghiên cứu tìm kiếm
các công cụ để giải quyết các vấn đề tính nổi của tàu, các đồ thị tính nổi truyền
thống đã trở thành công cụ hỗ trợ đắc lực, đóng vai trò không thể thiếu trong các

modun thiết kế tàu. Nhưng chúng ta cũng phải thấy rằng, kết quả nghiên cứu tính
nổi của tàu thủy cho đến nay mới chỉ dừng lại ở sự đánh giá khả năng nổi của tàu ở
trạng thái thuận lợi nhất, đó là tàu nổi ở trạng thái cân bằng (θ=0 và Ψ=0). Tiến bộ
hơn trên cơ sở đồ thị Bonjean và đồ thị Phiaxôp xét ở trạng thái tàu nghiêng thuần
túy (θ=0 và Ψ≠0). Trên thực tế, những gì giải quyết được mới chỉ xét đến trường
hợp tàu chịu nghiêng dọc đơn thuần, đánh giá sự thay đổi trạng thái nổi của tàu
trong các trường hợp thay đổi tải trọng, mới chỉ đưa về sự thay đổi mớn nước trung
bình, không thể coi là thoả mãn trong mọi bài toán.
Ổn định là một trong những yếu tố mà nhà thiết kế phải đưa vào làm nhiệm
vụ thư và làm thế nào đó để có con tàu có đầy đủ tính năng. Dựa vào cơ sở lý thuyết
5

ổn định phải làm thế nào đó không những đảm bảo khả năng chống lật của tàu mà
còn làm tăng tính ổn định cho tàu trong mọi trường hợp. Lý thuyết ổn định tàu thủy
nghiên cứu các ngoại lực tác dụng lên tàu dưới dạng momen nghiêng làm tàu
nghiêng ngang hoặc nghiêng dọc.
Các nhà khoa học đã đưa ra rất nhiều phương pháp tính tay đòn ổn định tàu
thủy. Cho đến nay đã có trên 60 phương pháp tính cánh tay đòn ổn định tàu thủy
được các nhà khoa học trên thế giới đề nghị. Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ
thuật, tất yếu các nhà khoa học đã và đang tìm ra những phương pháp mói tối ưu
hơn nhằm khắc phục những nhược điểm của các phương pháp truyền thống.
Trước đây các nhà khoa học tiếp cận bài toán tính tay đòn ổn định theo
phương pháp thuận. Đối với Giáo sư Vlaxop và PGS. TS Nguyễn Quang Minh thì
đưa ra hướng tiếp cận mới theo bài toán nghịch:
• Tạo cơ sở để giải quyết bài toán thiết kế tà chủ động theo các yêu cầu đặt ra.
• Đồ thị tính nổi tổng hợp thể hiện mối quan hệ giữa các yếu tố hình học và tải
trọng trên tàu nó giúp ta giải quyết nhiều vấn đề trong bài toán ổn định
Nhà bác học người Nga, GS Vlaxop đã đưa ra ý tưởng về phương pháp khảo
sát trường hợp nghiêng ngang của tàu và đưa ra ba đường cong thông qua việc đề
nghị tính và xây dựng đồ thị biến thiên diện tích, và momen tĩnh của phần nữa mỗi

mặt cắt ngang theo T. Các đường cong cho phép tính khá tiện lợi và chính xác thể
tích chiếm nước
θ
V
và các momen tĩnh
VxOyVOy
MM
,
của thể tích đó theo các mặt tọa
độ tương ứng. Tuy nhiên cho đến nay ba đường cong Vlaxop dường như không
được nhắc đến trong thiết kế tàu mà không rõ lý do.
Với cái nhìn tổng quan về các bài toán tính nổi cùng các phương pháp giải
truyền thống. Ý tưởng đi tìm công cụ mới thể hiện trạng thái nổi của tàu dựa trên đồ
thị nghiêng dọc của Phiaxop và đồ thị nghiêng ngang của Vlaxop đã được hình
thành. Mặc dù hai đồ thị này vẫn còn độc lập nhau và chỉ thể hiện được trạng thái
nổi của tàu.
Với mục đích tìm công cụ mới, phương pháp mới để xác định trạng thái nổi
của tàu. PGS. TS Nguyễn Quang Minh đã đưa ra một phương pháp mới xây dựng
6

đồ thị tính nổi tổng hợp dựa trên cơ sở kế thừa và phát triển phương pháp đồ thị
Phiaxop và đường cong Vlaxop kết hợp với sử dụng khoa học công nghệ đó là công
cụ AutoCAD trong máy tính.
AutoCAD là chương trình ứng dụng dành cho máy tính cá nhân dùng để làm
bản vẽ kỹ thuật bằng vectơ 2D hay 3D. Ngoài ra, AutoCAD còn có thể tính toán
một số đặc tính hình học của vật thể phẳng. Do đó, sử dụng phần mềm AutoCAD để
tính toán xác định các yếu tố tính nổi của tàu thủy có thể làm giảm được khối lượng
tính toán của bài toán đặt ra.
I.3. Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI.
Đồ thị tính nổi tổng hợp có khả năng giải quyết một số bài toán xác định

trạng thái nổi của tàu khi hoạt động.Đồ thị tính nổi nghiên cứu tính toán tính nổi,
xét trên nhu cầu của một bên là các vấn đề an toàn, một bên là hiệu quả sử dụng tàu
thủy, phải cho phép không chỉ khảo sát định tính và định lượng khả năng nỗi của
tàu đối với mọi chế độ tải trọng có thể gặp trong thực tế mà còn kiểm soát và điều
khiển tính nổi của tàu khi có nhu cầu.
Tính khoa học và thực tiễn của ý tưởng này còn thể hiện ở chỗ một mặt kế
thừa đước các kinh nghiệm tiên tiến của thế giới trong cách đặt vấn đề tìm kiếm xác
lập các điều kiện tối thiểu như các ý tưởng truyền thống mặt khác đặt và giải quyết
bài toán tính tay đòn ổn định của tàu trên mặt nước có sóng tạo cơ sở tin cậy cho
các phương pháp mang tính tình thế thiết thực hơn, đó là bù đắp cho những hao hụt
ổn định trên mặt nước có sóng so với mặt nước tĩnh.
 Biểu thức tổng quát tính momen hồi phục và tay đòn ổn định của tàu thủy
Khi chịu tác động của momen nghiêng thì tàu sẽ nghiêng tới một góc
θ
(
θ
=
0
0
90÷
) thì ngừng khi đó tổng momen và tổng ngoại lực tác dụng lên tàu bằng không.
)).().(.(
θθθ
SinzzSinzzyCosPM
cogcoccng
−−−+=⇒

 Để tàu có khả năng chống lại tác động bên ngoài thì bản than nó sinh ra
các nội lực có tác dung đưa tàu về vị trí ban đầu.






=
−+−−=
hphp
cogcogchp
lPM
zzSinzzSinyCosPM
.
)).()(.(
θθθ

7

θθθ
SinzzSinzzyCosl
cogcocchp
).().(. −−−+=⇒
: Tay đòn ổn định.
 Tiêu chuẩn ổn định
Tiêu chuẩn ổn đinh là những chỉ tiêu hoặc những định mức nhằm đảm bảo
tối đa cho con tàu về phương diện ổn định. Tất cả các loại tàu phải đảm bảo yêu cầu
cơ bản về ổn định chung, ngoài ra còn phải thỏa mãn các yêu cầu khác ứng với
riêng từng loại tàu, thường sử dụng hai tiêu chuẩn sau:
+ Tiêu chuẩn vật lý.
+ Tiêu chuẩn thống kê.
 Các phương pháp tính tay đòn ổn định điển hình.
Ổn định của tàu là tính năng hàng hải quan trọng nhất quyết định đến khả

năng di chuyển của tàucungx như thực hiện các chức năng khác. Đã có rất nhiều
phương pháp tính tay đòn ổn định của nhiều nhà khoa học trên thế giới. Trong đề tài
tôi đưa ra một số phương pháp sau:
+ Phương pháp tính tay đòn của Viện Sỹ Crưlop.
+ Phương pháp của GS Vlaxop.
+ Phương pháp của PGS. TS Nguyễn Quang Minh.
 So sánh kết quả giữa các phương pháp.
+ So sánh về phương pháp tính.
+ So sánh về kết quả tính.
+ So sánh về khả năng ứng dụng công nghệ máy tính.
+ So sánh về khả năng mở rộng và phát triển.
I.4. GIỚI HẠN NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI.
Mặc dù ngành thiết kế tàu đã đạt được nhiều thành công trong thời gian qua,
nhưng bài toán ổn định tàu, một trong những tính năng quan trọng nhất của tàu vẫn
chưa được giải quyết thỏa đáng. Đề tài này nhằm nghiên cứu phương pháp tối ưu
nhất để tính tay đòn ổn định tàu, cho phép khắc phục các nhược điểm của các
phương pháp truyền thống và trên hết đó là tạo sự tin cậy cao cho tàu khi hoạt động
trên biển.
Đề tài của tôi giới hạn trong những nội dung chính sau:
8

1. Đặt vấn đề.
2. Cơ sở lý thuyết và tính toán của các phương pháp.
3. Xây dựng đồ thị tính nổi tổng hợp. Cách sử dụng và ứng dụng đồ thị tính
nổi tổng hợp.
4. So sánh các kết quả của các phương pháp. Nhận xét và đề xuất ý kiến.
Phương pháp nghiên cứu:
 Chọn tàu mẫu, dùng AutoCAD tính và xây dựng đồ thị tính nổi tổng hợp.
 Đánh giá và nêu cách sử dụng đồ thị cụ thể.
Nội dung đề tài là đi so sánh các phương pháp, tư đó nêu ra các ưu nhược

điểm rồi đưa ra kết luận, mở ra chiều hướng nghiên cứu cho các nhà khoa học sau
này, tìm ra phương pháp tính tay đòn ổn định tàu thủy tối ưu hơn.











9

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC PHƯƠNG
PHÁP TÍNH TAY ĐÒN ỔN ĐỊNH

II.1. XÁC ĐỊNH CÁC YẾU TỐ ĐƯỜNG HÌNH LÝ THUYẾT.
II.1.1. Bản vẽ đường hình lý thuyết tàu.
Để mô tả hình dáng hình học của một con tàu người ta dựa vào ba hình chiếu
cơ bản trong không gian. Đây là yếu tố cơ bản nhất trong thiết kế tàu, nó được dùng
để tính toán các tính năng của tàu, để lập hồ sơ cho con tàu. Bản vẽ đường hình lý
thuyết bao gồm:
+ Hình chiếu đứng thể hiện mặt cắt dọc và phần boong tàu.
+ Hình chiếu bằng thể hiện các mặt đường nước và các mặt cắt dọc.
+ Hình chiếu cạnh thể hiện mặt cắt ngang tàu.
II.1.2. Các kích thước chủ yếu của tàu
• Chiều dài lớn nhất
max

L

• Chiều dài thiết kế
tk
L

• Chiều rộng lớn nhất
max
B

• Chiều rộng thiết kê
tk
B

• Chiều cao mạn
H

• Mớn nước thiết kế
tk
T

• Thể tích phần chìm V
II.1.2.1. Các yếu tố thuộc về các mặt đường nước (MĐN) của tàu.
 Diện tích mặt đường nước.
Xét một MĐN có diện tích S, chiều dài L và được chia đều n các mặt cắt
ngang đánh theo số thứ tự 0,1,2,3…, n tính từ đuôi cho tới mũi.

10

Hình II.1: Đường cong diện tích mặt đường nước.

S được tính theo công thức: S (m
2
).
S = 2
∫
−
2
2
L
L
y.dx = 2.∆L
















+

−
∑
=
n
i
n
i
yy
y
0
0
2

= 2.∆L ( y
0
+ y
1
+

y
2
+… + y
n
-
2
0
n
yy +
)
Trong đó:

+ ∆L:Khoảng cách đều giữa các mặt cắt ngang (khoảng cách sườn).
+ n : Số sườn lý thuyết y
i
.
+ y
i
: Tung độ của sườn.
 Hệ số diện tích MĐN : α hoặc C
w
.
Là tỷ số giữa diện tích MĐN đang xét S và diện tích hình chữ nhật ngoại tiếp
mặt đường nước đó.


Hình II.2: Các kích thước chính của tàu.

B
S
L
O

x


y

L/2
L/2
0 1
n-1 n

11

α = C
w
=
ii
i
BL
S
.

Trong đó :
+ S
i
: Diện tích MĐN thứ i.
+ L : Chiều dài HCN ngoại tiếp MĐN đang xét.
+ B : Chiều rộng HCN ngoại tiếp MĐN đang xét.

 Hoành độ trọng tâm diện tích MĐN X
f
.
X
f
được tính bằng tỉ số momen Moy với diện tích S
i
.
X
f
=

i
Sioy
S
M

Trong đó:
+ M
Sioy
: Momen tĩnh của diện tích đối với oy.
+ S
i
: Diện tích mặt đường nước thứ i.
M
Sioy
= 2
∫
−
2
2

L
L
dxyx
=2.∆L
2
(
)
(
)







−−−
∑
=
yyyy
m
m
ki
dimi
m
i
0
.
2
.

⇒
X
f
=
i
Sioy
S
M
=∆L.
(

)
(
)








+
−






−−−
∑
∑
=
n
i
n
i
ndimi
yy
y

yyyy
m
i
0
0
0
2
2
.

Trong đó y
mi
và y
di
là nửa tung độ của mặt đường nước phía mũi và phía đuôi.
II.1.2.2. Các yếu tố thuộc về các mặt cắt ngang (MCN) của tàu.
 Diện tích MCN.
Xét một mặt cắt ngang của tàu được chia cách đều bởi k mặt đường nước
đánh theo số thứ tự 0, 1, 2, … , k tính từ dưới lên đến mớn nước tàu T.


12

z

y
O
T
1

2

k

y
i

Zω

ω
B
T
ω = 2
∫
Tm
ydz
0
=2.∆L

















+
−
∑
=
k
i
k
i
yy
y
0
0
2

= 2 ∆T ( y
0
+ y
1
+ y
2
…+ y
k
-
2
0
y

y
k
+
).
Trong đó: y
i
là nửa tung độ mặt cắt
ngang.



Hình II.3: Mặt cắt ngang.
 Hệ số diện tích MCN : β hoặc C
M
.
Là tỷ số giữa giá trị diện tích MCN giữa tàu và hình chữ nhật ngoại tiếp
MCN đó.
β = C
M
=
ii
i
TB .
ω

Trong đó :
+ ω: Diện tích MCN giữa tàu.
+ B: Chiều rộng tàu.
+ T: Chiều cao mớn nước.

Hình II.4: Mặt cắt ngang.

 Toạ độ trọng tâm diện tích MCN.
Cao độ trong tâm được xác định theo công thức sau:
Zω =
ω
M
woy
=
∫
∫
T
T
dzy
dzzy
0
0
.

= ∆L.
∑
∑
=
=









+
−








+
−
k
i
k
i
k
i
k
i
yy
y
yy
y
k
i
0
0

0
0
2
22

13

Trong đó,
Oy
M
ω
là momen tĩnh của diện tích MCN
ω
đối với trục Oy.
∫∫
==
TT
OyOy
dzzydMM
00
22
ωω

II.1.2.3. Các yếu tố thuộc về thể tích chiếm nước.
 Thể tích chiếm nước V (m
3
).
- Tính theo diện tích MĐN:
V =
∫

Tm
Sdx
0
= ∆L





 +
−
∑
=
k
i
k
i
ss
s
0
0
2

= ∆T( S
0
+ S
1
+S
2
+ … + S

k
-
2
0
ss
k
+
)
Trong đó:
+ S
i
: Diện tích mặt đường nước tương ứng ( m
2
).
+ k: Số mặt đường nước.
- Tính theo diện tích MCN:
V =
dx
L
.
0
∫
ω
= ∆L





 +

−
∑
=
n
i
n
i
0
0
2
ω
ω
ω

= ∆T( ω
0
+ ω
1
+ ω
2
+ … + ω
n
-
2
0
ω
ω
n
+
).

Trong đó:
+ ω
i
: Diện tích MCN tương ứng (m
2
).
+ n: Số mặt cắt ngang.

 Hệ số thể tích chiếm nước δ hoặc C
b.

Là tỷ số giữa thể tích chiếm nước V (thể tích phần chìm dưới nước của tàu)
và thể tích hình hộp chữ nhật ngoại tiếp thể tích V. Biểu thị độ béo hay gầy của thân tàu.
δ = C
b
=
iii
i
TBL
V


14




Hình II.5: Thể tích chiếm nước.
Trong đó:
+ L

:Là chiều dài MĐN đang xét (m).
+ B: Là chiều rộng thân tàu MĐN đang xét.
+ T: Mớn nước.
+ V: Thể tích chiếm nước tương ứng với mớn nước.
 Tọa độ tâm nổi.
x
c
=
V
M
zVy
0
=
∫
∫
L
L
dx
dxx
0
0
.

ω
ω

z
c
=

V
M
Vxoy
=
∫
∫
L
L
oy
dx
dxm
0
0
.
.
ω
=
∫
∫
L
L
dx
dxz
0
0
.

ω
ω

y
c
=
V
M
Vxoz
=
∫
∫
L
L
oz
dx
dxm
0
0
.
.
ω
=
∫
∫
L
L
dx
dxy
0
0
.

ω
ω

Trong đó:
+ M
Vy0z
: Momen của thể tích V với trục 0X.
+ M
Vx0y
: Momen của thể tích V với trục 0Z.
+ M
Vx0z
: Momen của thể tích V với trục 0Y.
T
L
B
15

+ ω: Là diện tích MCN đang xét (m
2
).
+ x: Là khoảng cách từ sườn đang xét đến giữa tàu.
II.2. ĐỒ THỊ TÍNH NỔI TRUYỀN THỐNG.
II.2.1. Đồ thị tĩnh thủy lực.
- Đồ thị biểu diễn các yếu tố tính nổi theo mớn nước tàu : D, V, S, xc, xf,
zc, α, β, δ = f(T).
- Thường chia 3 nhóm đồ thị có cùng gốc tọa độ là nhóm đường V, D,
S=f(T), nhóm xc, xf, zc = f(T), nhóm α, β, δ = f(T), có ghi tỷ lệ xích trên các đường
cong. Chỉ dùng trong trường hợp tàu không có nghiêng ngang (θ = 0) và nghiêng
dọc (ψ = 0).

β α δ










Hình II.6: Đồ thị tĩnh thủy lực.
Trình tự xây dựng:
+ Tính giá trị các yếu tố tĩnh thủy lực ở các mớn nước tàu
I
T
khác nhau.
+ Trong hệ toạ độ Oxy, với trục Oy biểu diễn các mớn nước
I
T
và tương ứng
với các mớn nước lấy theo trục Ox giá trị các yếu tố tính nổi tính cho mớn nước đó
theo các tỷ lệ xích nhất định.
+ Giá trị các yếu tố tính nổi ở mớn nước bất kỳ sẽ được xác định bởi giao
điểm của mớn nước tính theo tỷ lệ xích của trục tung với các đường cong tính nổi,
tính theo tỷ lệ xích trục hoành.
Đ

N0

Đ
N1

Đ

N2
Đ

N3

Đ
N4
Đ
N5
Đ

N6
V
D

S

Zc
X
f

Xc