Trong những năm đầu của thế kỷ 20, hầu hết các phương tiện vận tải thủy vẫn có kết cấu đơn giản và không chuyên biệt (trừ tàu chở dầu tank vessels, xuất hiện từ những năm 1880). Điều này có nghĩa là mọi loại hàng hóa thường được vận chuyển chung trong hầm tàu hoặc trên boong. Tuy nhiên, theo sự phát triển không ngừng của ngành hàng hải, tàu chở hàng ngày càng trở nên hiện đại và tiện ích hơn. Mỗi loại tàu được thiết kế và xây dựng để đáp ứng nhu cầu chứa đựng các loại hàng hóa chuyên biệt, và tên của chúng thường thể hiện rõ loại hàng hóa mà tàu có khả năng vận chuyển.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ********** BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC LÝ THUYẾT TÀU THỦY – TĨNH HỌC Giảng viên hướng dẫn: Ths Trần Văn Tạo Sinh viên báo cáo: Đào Quốc Huy MSSV: 2113458 Nhóm: 10 Thành phố Hồ Chí Minh - 2023 MỤC LỤC I GIỚI THIỆU CHUNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT Thông số thủy tĩnh đồ thị Hydrostatic .2 Công thức Simpson Đồ thị Bonjean Trọng lượng trọng tâm tàu Thông số ổn định .6 III TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH TÀU Bảng vẽ tuyến hình Bản tính vẽ đường cong thủy lực Đồ thị Bonjean 13 Đồ thị Pantokaren 17 Các trạng thái tải trọng bố trí chung .19 Tính ổn định cho trạng thái tải trọng 22 IV ĐÁNH GIÁ 28 V TÀI LIỆU THAM KHẢO 28 VI PHỤ LỤC 28 I GIỚI THIỆU CHUNG Trong năm đầu kỷ 20, hầu hết phương tiện vận tải thủy có kết cấu đơn giản không chuyên biệt (trừ tàu chở dầu - tank vessels, xuất từ năm 1880) Điều có nghĩa loại hàng hóa thường vận chuyển chung hầm tàu boong Tuy nhiên, theo phát triển không ngừng ngành hàng hải, tàu chở hàng ngày trở nên đại tiện ích Mỗi loại tàu thiết kế xây dựng để đáp ứng nhu cầu chứa đựng loại hàng hóa chuyên biệt, tên chúng thường thể rõ loại hàng hóa mà tàu có khả vận chuyển Trong báo cáo hơm nay, nói đến loại tàu vận tải hàng rời (bulk cargo), loại tàu có cơng suất hoạt động lớn việc vận chuyển hàng hóa giới, vận chuyển hàng hóa dạng thơ, khơ ( bulk cargo) than đá, quặng sắt, ngũ cốc, lưu huỳnh, phế liệu đóng thùng hay bao kiện chứa trực tiếp khoang hàng chống thấm nước tàu II CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chúng ta tìm hiểu nguyên lý Archimedes, cân trọng lượng lực tàu, vai trò trọng tâm tàu tâm Để tính cho tàu, ta cần quan tâm tới điều kiện cân tàu trạng thái nổi, đại lương tàu đặc trưng hình học tàu thủy Thông số thủy tĩnh đồ thị Hydrostatic 1.1 Đại lượng hình học vỏ tàu 1.1.1 Các phép tính đường nước b Diện tích đường nước: AW =2∫ ydx a b Momen tĩnh so với trục Oy:mOy =∫ xydx a b ∫ xydx a Momen tĩnh so với trục Ox: LCF = b ∫ ydx a b Momen quán tính so với trục Oy: I L =∫ x ydx a Momen tính mặt đường nước so với trục O’y’ cách Oy đoạn LCF tính theo cơng thức trên: I 'L =I L −( LCF )2 A W b Momen quán tính mặt đường nước so với trục ngang: I t= ∫ y dx 3a Trong biểu thức y mang giá trị ½ chiều rộng vỏ tàu vị trí xét 1.1.2 Các mặt cắt ngang tàu z Diện tích mặt sườn (tính đến mớn nước): S( z )=2∫ ydz z Momen tĩnh so với trục Oy: m(z )=2∫ yzdz z Tâm diện tích mặt sườn (thuộc phần chìm): C ( z )= ∫ yzdz z ∫ ydz 1.1.3 Thể tích đại lượng liên quan đến thể tích (chìm) z Thể tích phần chìm: V =∫ A W ( z)dz L/2 Sử dụng tỉ lệ Bonjean tính thể tích phần chìm: V = ∫ S ( x )dx −L/ Momen thể tích phần chìm so với mặt phẳng đáy qua tàu: z M XOY =∫ A w ( z) zdz Tọa độ tâm phần chìm: z Chiều cao tâm nổi: KB= ∫ A W ( z )zdz z ∫ AW ( z) dz L/2 Hoành độ tâm nổi: LCB= ∫ S( x ) xdx ∫ S( x )dx − L/2 L/2 −L/ 1.2 Các hệ số béo Các hệ số béo có cơng thức sau: Hệ số béo mặt đường nước CW: C W = Hệ số béo mặt cắt ngang CM: C M = Hệ số béo thể tích Cb: C b= AW L× B AM với d chiều cao mớn nước xét b×d V L× B × d Hệ số béo lăng trụ Cp: C p= Cb Cm 1.3 Các đường cong tính Bán kính tâm nghiêng ngang BML: BM L = IL' V Cao độ tâm nghiêng ngang KML: KM L =KB+ BM L Bán kính tâm nghiêng dọc BMt: BM t = It V Cao độ tâm nghiêng ngang KMt: KM t =KB+ BM t Độ chìm tàu TPc (t/cm): TPc=γ A w /100 Momen chúi tàu MTc (t.m): MTc=γ I L Hình Đường cong Hydrostatic Hình Họ đường cong Bonjean Công thức Simpson b Dùng để tính tốn tích phân xác định dạng: A y =∫ ydx a Hình Khi áp dụng simpson tính tốn tính nổi, ta có dạng: h Dạng – Simpson I: A y = ( y + y + y 3) Dạng – Simpson II: A y = h( y +3 y +3 y 3+ y ) h Dạng – Simpson III: A y = 12 (5 y 1+ y 2− y 3) Áp dụng để tính đại lượng tính tàu thủy: diện tích tâm mặt đường nước, thể tích tâm tàu, tính moment quán tính diện tích mặt đường nước Ví dụ áp dụng để tính diện tích đường nước, ta có: ( b y2 n y0 AW =∫ ydx= d +2 y + y +2 y 3+ …+2 y n−1 + 2 a ) Đồ thị Bonjean Từ kết tính tốn diện tích phần chìm mơment tĩnh phần chìm so với đáy cho sườn tàu, biểu diễn biến đổi hai giá trị theo chiều chìm Z Bằng cách tổng hợp tất đường cong này, thu đồ thị quan trọng gọi tỉ lệ Bonjean Những đường cong đồ thị đại diện cho giả định thể tích phần chìm, với tâm theo chiều dọc chiều cao trước tàu hạ thủy Các đường cong đồ thị tỉ lệ Bonjean không sở cho tính tốn thể tích phần chìm giả định, mà cịn sở để xác định tâm chống chìm phân phối trọng tâm tàu Những thông số đóng vai trị quan trọng việc đảm bảo an tồn ổn định tàu hoạt động biển Việc hiểu nắm vững đồ thị tỉ lệ Bonjean giúp kỹ sư nhà thiết kế tàu có nhìn tổng quan tính chất chìm ổn định tàu nước Đồng thời, cơng cụ hữu ích q trình tối ưu hóa thiết kế chọn lựa vật liệu để đảm bảo hiệu suất tối ưu tàu biển Trọng lượng trọng tâm tàu Trọng lượng tàu xác định cách tổng hợp trọng lượng thành phần cấu thành tàu, bao gồm vỏ tàu, máy móc, thiết bị, hàng hóa, liệu lưu trữ hành khách Trọng lượng trọng tâm tàu tính theo cơng thức: W =∑ w i, KG ≡ Z G = ∑ wi zi , LCG ≡ X = ∑ wi x i G ∑ wi ∑ wi Quá trình xác định trọng lượng trọng tâm tàu đòi hỏi thực loạt phép tính phức tạp đơi u cầu chi tiết cụ thể trình phân tích Trọng lượng tàu thơng dụng chia thành nhóm nhỏ sau: Trọng lượng vỏ tàu Trọng lượng máy chính, máy phụ Trọng lượng tồn hệ thống tàu Trọng lượng hành hóa: ví dụ tàu hàng container, dầu thô,… Trọng lượng nhiên liệu: thường dầu nằm két nước két nước Trọng lượng trang thiết bị nội thất Trọng lượng đoàn thủy thủ, khách trự; phổ thơng, trọng lượng trung bình người lớn thường dao động từ khoảng 50 kg đến 90 kg Trọng lượng vật dằn phần khác Thông số ổn định Đối với trình kiểm tra đánh giá ổn định tàu, ta thực đánh giá thơng qua hai phần chính: Tiêu chuẩn ổn định Tiêu chuẩn ổn định bổ sung cho loại tàu cụ thể Trong trình này, yếu tố quan trọng cần xem xét momen ngoại lực có tác động lên tàu, bao gồm sức gió, sóng, dây giật, yếu tố khác Để xây dựng đồ thị ổn định cách thuận tiện nhanh chóng, ta sử dụng phần mềm Maxsurf Stability Thơng tin cung cấp Quy phạm sử dụng để tính tốn momen ngoại lực tác động cho trường hợp cụ thể Quá trình giúp đảm bảo momen ngoại lực tác động lên tàu không vượt giới hạn cho phép, đồng thời sử dụng công nghệ phần mềm thực đánh giá ổn định cách xác hiệu III TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH TÀU Bảng vẽ tuyến hình Bảng thơng số tàu Chiều dài lớn nhất: 45,0 m Chiều dài đường nước toàn tải: 44,0 m Chiều dài hai trụ: 43,0 m Chiều rộng lớn nhất: 9,2 m Chiều rộng thiết kế: 9,0 m Chiều cao mạn: 3,1 m Lượng chiếm nước: 868 Chiều chìm: 2,75 m Hình Bảng vẽ tuyến hình tàu