TÍNH VÀ KIỂM TRA ỔN ĐỊNH CHO TÀU HAI THÂN

Tàu thuỷ nói chung và tàu hai thân nói riêng là một công trình kỹ thuật nổi phức tạp , có thể di chuyển được trên nước , có kết cấu phức tạp và hoạt động trong môi trường khác nghiệt , chịu tác động của nhiều yếu tố như : sóng ,gió , va đập … do vậy việc tính và kiểm tra ổn định với tàu hai thân là hêt sức quan trọng đẻ đảm bảo tàu hoạt động an toàn trên biển. Trong quá trình thực hiện chuyên đề do thiếu về tài liệu và thời gian còn hạn chế nên không thể tránh những thiếu xót nên chúng em rất mong sự đóng góp của thầy và các bạn để chuyên đề của chúng em được hoàn thiện tố nhất .

CHUYÊN ĐỀ : TÍNH VÀ KIỂM TRA ỔN ĐỊNH

CHO TÀU HAI THÂN

SVTH:

+ DƯƠNG TẤT THẮNG

+ VŨ MẠNH TRUNG + NGUYỄN VĂN ĐỨC

LỜI NÓI ĐẦU

Tàu thuỷ nói chung và tàu hai thân nói riêng là một công trình kỹ

thuật nổi phức tạp , có thể di chuyển được trên nước , có kết cấu phức tạp và hoạt động trong môi trường khác nghiệt , chịu tác động của

nhiều yếu tố như : sóng ,gió , va đập … do vậy việc tính và kiểm tra ổn định với tàu hai thân là hêt sức quan trọng đẻ đảm bảo tàu hoạt động an toàn trên biển

Trong quá trình thực hiện chuyên đề do thiếu về tài liệu và thời gian còn hạn chế nên không thể tránh những thiếu xót nên chúng em rất

mong sự đóng góp của thầy và các bạn để chuyên đề của chúng em

được hoàn thiện tố nhất

bước phát triển nhảy vọt ngày nay tàu hai thân trở lên quá quen thuộc với thế giới

Một số loại tàu hai thân :

Tàu hai thân thế hệ mới Iris 6.1

So với trên thế giới thì ở Việt Nam tàu Hai Thân vẫn còn tương đối mới lạ nhưng lác đác đã có nơi sản xuất đóng mới như ở Hải Phòng , Quang Ninh , Nha Trang ,TPHCM… Trên quy mô cấp nhà nước loại tàu này vẫn dừng lại ở óc độ hội thảo để tìm hiểu trong dự kiến nghành tàu thuỷ sẽ đưa loại tàu hai thân vào sử dụng phổ biến trong ngành du lịch và đánh bắt cá

Tiêu biểu ở Việt Nam là tàu Vinashin Rose (hinh dưới) đây là loại tàu chở khách cao tốc hai thân vỏ nhôm Sản phẩm đóng mới của nhà máy đóng tàu Tam Bạc

Một con tàu điển hình ở viêt nam Tàu Vinshin Rose

Thông số cơ bản : + Chiều dài toàn bộ: 30,04 m + Chiều dài có tải : 28,17 m

+ Chiều rộng : 8,50 m + Mớn nước : 1,20m + Sức chở : 200 khách + Thuyền viên : 02 người

Tàu Vinshin Rose

CHƯƠNG II : TÍNH VÀ KIỂM TRA ỔN ĐỊNH CHO

TÀU HAI THÂN

Tính toán cho tàu hai thân là một phần việc hết sức quan trọng trong

thiết kế hoàn chỉnh tàu hai thân

Khi tính toán và kiểm tra thi ở đây chúng tôi đã đưa va một con tàu

thực để tính toán và kiểm tra sự ổn định của con tàu đó

Tính toán tàu hai thân tàu du lịch vỏ composite

Kích thước chủ yếu của tàu là :

Chiều dài lớn nhất : Lmax = 7,7 m

Chiều dài thiết kế : Ltk = 6,656 m

Chiều rộng lớn nhất : Bmax = 3,2 m

Chiều rộng thiết kế : Btk = 3, m

Chiều cao boong : 08 H = 1 m

Mớnmạn : D = 1 m

Chiều chìm trung bình : d = 0,6 m

- tải trọng và sức nổi :Tải trọng: nhẹ nhất có thểSức chở: sức chở lớn nhất 2300 kgTrọng lượng khách: lớn nhất 700 kg (tương đương 7 hành khách)

- Cấp sóng gió, phạm vi hoạt động : Tàu được thiết kế hoạt động trong phạm vi vùng vịnh Nha Trang và

chịu được gió cấp 4Tốc độ chạy : Tàu đạt tốc độ 5 ÷ 6 hải lý/giờ

- Động lực :Trang bị hai máy Honda chạy bằng ga (dùng bình ga bếp thông thường

loại 12(kg/bình) hoặc một máy Honda có công suất tương đương

Có hộp số tiến lùi, chạy chung một chân vịt (nếu dùng hai máy Honda).Bàn điều khiển tận dụng tối đa phụ kiện xe máy: cần số, tay ga, hệ đèn

báo, hệđiện và khởi động

Có một số đèn hành trình tối thiểu (xanh, đỏ, …)

-Đặc điểm trung :Tàu có hai thân thuôn dài, khoảng cách hai thân tính từ mạn trong là 2,4

m, haithân liên kết bằng các đà ngang, đà dọc và đỡ sàn tàu

Mặt sàn là composite phẳng có gân chống trượt

Các trụ đỡ trần có thể làm bằng nhựa hoặc Inox Lan can Inox có thể gấp

mởđược, tạo mặt thoáng khi cần

Trần sàn tàu bố trí một bàn điều khiển, lái Ghế ngồi, bàn ăn di động

Có chỗ để treo phương tiện cứu sinh

Sàn tàu thoáng, thích ứng việc ngồi quây quần sinh hoạt ăn uống tập thể

Tính toán các yếu tố tĩnh thuỷ lực.

Đường cong thuỷ lực biểu diễn sự thay đổi các yếu tố tính nổi của tàu

theomớn nước Để thuận lợi trong tính toán mà vẫn đảm bảo chính xác các yếu tố tĩnh thuỷ lực của thân tàu ta sử dụng phương pháp gần đúng

(phương pháp hình thang)

Tính thuỷ lực của tàu bao gồm các yếu tố sau:

- a: hệ số diện tích mặt đường nước.

- b: hệ số diện tích mặt cắt ngang

- d: hệ số béo thể tích

- S : diện tích mặt đường nước

- V : thể tích chiếm nước

- Xc : hoành độ tâm nổi

- Xf : hoành độ trọng tâm mặt đường nước

- Zc : cao độ tâm nổi

- R0 : bán kính ổn định dọc

- r0: bán kính ổn định ngang

a.Diện tích mặt đường nước : S (m)

Diện tính mặt đường nước được tính theo công thức:

S

y

y y

y y

L ydx

l

n n

0 1

2

2

2 2

Trong đó : ∆L =0,6 (m)

Yn : nửa chiều rộng tại vị trí thứ n

n : số mặt cắt ngang lý thuyết

DS : hiệu đính diện tích ở hai đầu lái và mũi.

Để tính phần hiệu đính DS ta áp dụng công thức hình thang

để tính S ở trên bằng cách chia nhỏ phần diện tích hiệu đính thành nhiều phần bởi các đường song song với trục oy cách đều nhau, sao cho đường đầu tiên và cuối cùng trùng với điểm đầu và cuối

của diện tích hiệu đính (ở đây ta chia DS thành 10 phần) Khi đó

phải đo lại giá trị D L

Diện tích S tính theo công thức trên chỉ là diện tích một thân con của tàu Kết quả S có được được nhân với 2 để cho ra diện tích mặt đường nước toàn tàu và ta có kết quả tính diện tích S cho toàn tàu thể hiện ở bảng 1.1

S S S

S T

Sdz

0

1 0

2 (1.2)

y

y y

y y

T

ydz

0

0 1

0

2

2 2



Trong đó: DT = 0,1 (m) là khoảng cách mặt đường nước

n: số mặt đường nước

Kết quả tính thể tích chiếm nước (V) được thể hiện ở bảng 1.1

c.Diên tich mặt cắt ngang giữa tàu :

Diện tích mặt cắt ngang giữa tàu được tính theo công thức:

Kết quả w tính được theo công thức trên chỉ là diện tích của một thân con Lấy giá trị w tính được nhân 2 để có được diện tích mặt cắt ngang toàn tàu.

Kết quả tính w được thể hiện ở bảng 1.1

d Các hệ số hình dạng

Hệ số beo thể tích :

i i i

i

T B L

V



i i

i

B L

S





i i

i

T B

Trong đó: Vi, Si, w5i, Li, Bi, Ti lần lượt là thể tính, diện tích mặt

đường nước, diện tích mặt cắt ngang giữa tàu và các thông số

hình học của tàu trên mặt đường nước thứ i

Kết quả tính các hệ số hình dạng vỏ tàu được thể hiện ở bảng 1.1

3 7

2 8

1 9

0 10

2 2

/

2 /

2 4

6 8

5 2

Với MSioy là momen tĩnh hiệu đính

Để tính phần momen tĩnh hiệu đính MSioy ta đi tìm trọng tâm của phần diện tích hiệu đính bằng cách chia nhỏ diện tích này thành các hình tam

giác và hình chữ nhật để tìm trọng tâm Sau khi tìm được trọng tâm của các hình đơn vị ta tổ hợp trọng tâm của các hình này theo phương pháp cơ học

để có được trọng tâm

của phần diện tích hiệu đính Momen hiệu đính có được là kết quả của tích giữa khoảng cách từ trọng tâm diện tích hiệu đính tới trục oy và diện tích hiệu đính tính được từ phần tính diện tích mặt đường nước.

Kết quả tính Xf được thể hiện ở bảng 1.1

e Toạ độ tâm nổi (z c , x c (m))

Chiều cao tâm nổi được xác định theo công thức :

Trong đó : MVixoy là momen tĩnh của thể tích Vi đối với mặt phẳng toạ độ xoy và được tính theo công thức :

m V

S S

m mS

S m

S S

T Szdz

M

xoy

0

0 1

2 1

2

2

1

2

i

ixoy ci

V M

Trong đó :Trong đó: MViyoz là momen của thể tích Vi đối với mặt phẳng toạ

độ yoz và được tính theo công thức:

Kết quả tính Zc và Xc

f Bán kính ổn định ngang (r 0 (m))

Bán kính ổn định ngang được tính theo công thức:

Trong đó Ix là momen quán tính của diện tích mặt đường nước đối với trục ox và được tính theo công thức: được thể hiện ở bảng 1.1

F F

T

fm m

Viyoz

X S X

S X

S X

S X

S T

dz X

S M

m

x L

10

3 1

3 0

2 /

2 / 3

Với Ix là phần hiệu đính ở đầu mũi và lái

Để tính Ix ta chia diện tích hiệu đính thành 10 khoảng như đối với một đường nước sao cho điểm đầu và cuốicủa phần hiệu đính đều có đường thẳng qua như mô tả ở hình bên Sau đó áp dụng công thức tính Ix ở trên

để tính

Cần chú ý rằng chiều rộng tính toán của tàu hai thân là khoảng cách từ mép ngoài của mạn đến trục ox giữa tàu nên tung độ yêu cầu đo được trên mỗi thân con của tàu được cộng 1,2 m – là khoảng cách từ cắt dọc giữa của mỗi thân con đến mặt phẳng đối xứng của tàu chính

nước đối với trục oy và được tíng theo công thức:

            y

l

l

I y

y y

y y

y y

y y

y L

ydx x

3 7

2 2

8

2 1

9

2 0

10

2 2

2

Với Iy là phần hiệu đính ở đầu mũi và lái

Để tính Iy ta cũng chia phần hiệu đính thành các phần như tính Ix Sau đó áp dụng công thức tính Iy để tính Kết quả thu được phải cộng thêm với tích của kết quả đó với 1,2 m để thu được momen đối với trục

ox của tàu chính.Cần chú ý rằng chiều dài tính toán của mỗi thân con

cũng là chiều dài tính toán của tàu chính nên giá trị tung độ y đo được trên mỗi thân con dùng tính toán cũng là tung độ y của tàu chính

Kết quả tính bán kính ổn định dọc (R0) được thể hiện ở bảng 1.1

Từ công thức tính toán ở trên ta có bang 1.1

Bảng 1.1 : Các yếu tố tĩnh thuỷ lực

STT YẾU TỐ ĐƯỜNG NƯỚC

Đồ thị thị các yếu tố tĩnh thuỷ lực



 

2 Tính và vẽ đồ thị Bonjean

Với mỗi sườn tàu, từ kết quả tính diện tích phần chìm và momen tĩnh phầnchìm so với đáy, có thể vẽ hai đường cong miêu tả biến thiên của hai giá trị trêntheo chiều chìm T Tập hợp toàn bộ các đường cong kiểu

này,lập cho tất cả cácsườn tính toán có tên là đồ thị Bonjean

T i

y

y y

y y

T ydz

m



Trong đó: ωi là diện tích mặt cắt ngang thứ i.

Kết quả tính toán theo công thức trên cho ra diện tích mặt cắt

ngang của một thân con của tàu Để có được diện tích mặt cắt

ngang toàn tàu thì kết quả trên được nhân 2

Từ công thức tính được giá trị của w ở bảng 1.2.

Bảng 1.2 Diện tích mặt cắt ngang tàu

Từ bảng 1.2 và bảng 1.3 ta vẽ đươc đồ thị Bonjean

 

3 Tính toán các chi tiết kết cấu

Từ các quy pham đã đựợc xây dưng từ thực nghiêm ta tính toán các chi tiết kết cấu theo quy pham các kết cấu được tính toán sao cho vừa đảm bảo độ bền vừa dễ thi công chế tạo lại có tính thẩm mỹ cao

Vị trí và kích thước của các kết cấu quết định đến toạ độ trọng tâm của toàn tàu nó có ảnh hưởng trực tiếp đến tính ổn định của con tàu Vì vậy, các chi tiết kết cấu phải được tính toán và kiểm tra theo các yêu cầu của qui phạm

Hình dáng các chi tiết kết cấu có ảnh hưởng lớn đến quá trình thi

- Thân tàu kết cấu theo hệ thống kết cấu ngang

+ Lớp vỏ bao đoạn giữa tàu:

Lớp mạn : Chiều dày lớp mạn là kết cấu một lớp theo quy

phạm [11] phải không nhỏ hơn trị số tính theo công thức sau:

026 ,

S 0 , 026 8

,

15 





12 48

, 6

Vậy đoạn gia cường mũi tàu dài 0,3L tính từ đoạn mũi tàu Lớp

vỏ bao đoạn đáy gia cường mũi tàu dài 0,3L tính từ mũi tàu kết cấu một lớp có chiều dày phải không nhỏ hơn trị số tính theo công thức sau:

Trong đó: C được tra theo bảng 7.2 của tài liệu [11] Do a = 1 nên C = 5,36

α: khoảng cách của đà dọc đáy chia cho khoảng cách sườn

Thay số vào được: d ³ 6,8 (mm)

Chon δ = 8 mm

b tính toán các sườn ngang:

Khoảng cách sườn được chọn S = 500 mm - bằng khoảng sườn

tiêu chuẩn ghi trong quy phạm.

Môđun chống uốn tiết diện của sườn ngang ở phía sau của

0,15L tính từ mũi tàu phải không nhỏ hơn trị số tính theo

công thức sau: Wu = 32Shl 2

S = 0,5 (m): là khoảng cách sườn (m).

l = 0,88 (m): khoảng cách thẳng đứng từ mặt trên lớp đáy trên

h = 0,548 (m): là khoảng cách thẳng đứng từ mút dưới của l ở chỗ được đo đến điểm d + 0,026

Thay số: Wu = 37,5 x 0,5 x 0,548 x 0,882 = 7,964 (cm3)

Để đơn giản cho chế tạo ta chọn sườn từ mũi đến đuôi có cùng kích thước 40x50xδ4 (mm) (hình )và thoả mạn Wu ≥7,964 (cm3)

Kiểm tra kết cấu sườn theo quy phạm:

Để kiểm tra mô đun chống uốn củatiết

diện sườn, sử dụng phương pháp tính sức

bền Jx = J1 + J2 + J3

118 , 32 3

, 2 4 , 0 4

2 12

4 , 0 4

2 12

5 4 , 0 2 3 , 2 4 , 0 2 ,

3 12

4 , 0 2 ,

8 8

2.Jx

c Đối với các kết cấu đáy

- Để thuận lợi cho quá trình thi công và chế tạo, sườn và đà được đúc

liền và cùng có kích thước là: 40x50xδ4 (mm), có Wu = 8,029 (cm3) Theo quy phạm quy định môđun chống uốn tiết diện của đà ngang đáy không nhỏ hơn trị số tính theo công thức sau:

wu = 15,4SDb (cm3)

Có Mu max tại: bmax = 0,8 m; D = 1m; S = 0,8 m

Thay số vào được:

Chọn nẹp có kích thước 30x30xd3 (mm) (hình vẽ).

e Kết cấu boong :

Chiều dày tối thiểu của boong:

Chiều dày của lớp boong trên ở đoạn giữa tàu trong hệ thống kết cấu ngang:

h S

2 , 18

f Kết cấu xà boong:

Xà boong được đặt ở mỗi sườn với độ cong được chọn B:100

- Mođun chống uốn tiết diện của xà ngang boong:

Wu ≥ CShl2 (cm3)

lmax = 2,4 m: khoảng cách nằm ngang từ đỉnh trong của mã xà đến

đế tựa gần nhất của boong (m) l chính là khoảng cách ngang từ mã liên kết xà ngang boong với sườn tại mũi tàu (là giá trị lmax) của thân trái đến mã liên kết với thân phải

C = 28: hệ số xà ngang boong

Thay số: Wu ≥28 x 0,5x 0,46 x 2,42 = 37,09 (cm3)

Sau khi tính toán sơ bộ ta chọn tiết diện

ngang của xà ngang boong có kích thước:40x100xδ4 (mm)

g Kết cấu sống dọc dưới boong

Vị trí đặt các sống dọc dưới boong là các vị trí 1, 2, 3, 4 ở hình vẽ

- Mođun chống uốn của tiết diện sống:

Wu ≥ Cbhl2 (cm3)

C = 42: hệ số tính toán ở đoạn giữa tàu

l = 0,5 (m): khoảng cách giữa các đế tựacủa sống

b = 0,4 (m): khoảng cách giữa các trung điểm của các khoảng cách từ sống đến các sống lân cận hoặc đến đỉnh trong của mã (m).

Thay số: Wu ≥ 42 x 0,4 x 0,3 x 0,52 (cm3)

Dựa vào tính toán sơ bộ ta chon kết cấu xà dọc boong có kích

thước tiết diện 20x40xδ3

hình vẽ : xa dọc boong

4 kết quả tính toán của các kết cấu cơ bản của tàu :

từ kết quả tính toán ở phần trên tổng hợp lại ta được kích thước các kết cấu chính của tàu như bảng 1.4

SST Tên chi tiết Kích thước (mm)

14 Xà ngang boong khu vực hầm máy 70x170xδ5

Bảng 1.5: Tính trọng tâm trọng lượng tàu không

Khối lượng riêng 1600 Kg/m 3

Khối lượng riêng gỗ 850 Kg/m 3

SST Tên chi tiết T Tích

( m 3 )

T.Lưong ( Kg)

Xg(m 3 )

Mx(m.kg)

Zg(m)

Mz(m.kg)

1 Vỏ bao thân tàu 0,225 359,693 -0,116 -41,66 0,468 168,134

5 Tính trọng tâm , trọng lượng tàu

Từ bảng tính trọng lượng , trọng tâm tàu của các chi tiết ta lập được

bảng tính trọng tâm trọng lượng tàu (bảng 1.5 )

Trong đó toạ độ trọng tâm toàn tàu được tính theo công thức

Với:

Xg , Zg: là toạ độ trọng tâm tàu so với hệ toạ độ cơ bản của tàu

Xi, Zi : là toạ độ của chi tiết kết cấu thứ i đối với hệ toạ độ cơ bản

mi : là khối lượng của chi tiết kết cấu thứ i (KG)

g

i

i i

g

m

m

Z Z

m

m

X X

.

5 Tính toán kiểm tra ổn định tàu

Tính toán và kiểm tra ổn định tàu theo quy phạm

a Kiểm tra ổn định ban đầu

SST Đại lượng Ký hiệu ĐV Các trường hợp tải

5 Hoành độ tâm nổi Xc m -0,196 -0,194 -0,199 -0,185

6 Hiệu hai hoành độ Xg-Xc m 0,141 0,117 -0,057 -0,272

7 Độ cao trọng tâm Zg m 1,071 1,201 0,834 0,832

8 Bán kính ổn định tâm dọc R m 5,87 8,111 6,949 10,07

9 Cao độ tâm nổi Zc m 0,392 0,304 0,34 0,248

10 Chiều cao ổn định tâm dọc H=R+Zc-Zg m 5,191 7,214 6,455 10,07

11 Chiều dài tàu L m 6,656 6,346 6,428 6,106

Nhận xét : ho >0,35 trong cả 4 trường hợp vậy đảm bảo ổn định cho tàu

d Kiểm tra ổn đinh theo tiêu chuẩn cơ bản

Theo yêu cầu của quy phạm , tàu phải đảm bảo theo tiêu chuẩn

cơ bản sau M

chp ≥ MngTrong đó: Mng là mômen nghiêng do tác dụng của gió

Mng = 0,001.P.A (Z + d/2)

Với P: áp suất của gió, nội suy theo bảng 7/2.2, trang 444

(TCVN5801-1:2001)

A: diện tích mặt chịu gió

Z: chiều cao tâm hứng gió tính từ mặt đường nước

d: chiều chìm trung bình

Mchp: mô men cho phép giới hạn

Mchp = D.lchp

Với D : lượng chiếm nước (m3)

lchp: tay đòn cho phép giới hạn được xác định trên đồ thị ổn

định động tuỳ thuộc vào góc lặn θvhoặc góc vào nước qv (lấy góc nào vhoặc góc vào nước qv (lấy góc nào nhỏ hơn)