BÀI TẬP LỚN LÝ THUYẾT TÀU THUỶ 1 – TĨNH HỌC NỘI DUNG NỘP PHẦN I – THUYẾT MINH TÍNH TOÁN

Ngày nay ngành công nghiệp tàu thuỷ phát triển mạnh mẽ, các loại tàu hiện nay có kích cỡ vô cùng đa dạng, nhiều tính năng phục vụ cho nhu cầu của con người: tải trọng chịu được ngày càng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM 

BÀITẬP LỚN 

LÝTHUYẾT TÀU THUỶ 1 –  TĨNH HỌC 

 NỘI DUNG: NỘP PHẦN I –  THUYẾT MINH TÍNH TOÁN 

Thành phố Hồ Chí Minh- 2024

I Giới thiệu chung 

Tàu thuỷ ra đời cách đây khoảng ba ngàn năm Cuối năm 1999, người ta tìm được xác tàu gỗ, chôn vùi dưới đáy biển không dưới hai ngàn năm trăm năm, phần nào minh chứng điều đó Tàu thuỷ là công trình kỹ thuật hết sức đặc biệt là phương tiện hoạt động trên môi trường nước, di chuyển trên mặt nước, hay ngầm dưới nước và vận động theo sự điều khiển của con người Nó giữ vai trò cốt lõi trong hệ thống giao thông vận tải đường thuỷ Vì vậy, việc nghiên cứu và phát triển tàu thuỷ rất quan trọng. 

 Ngày nay ngành công nghiệp tàu thuỷ phát triển mạnh mẽ, các loại tàu hiện nay có kích

cỡ vô cùng đa dạng, nhiều tính năng phục vụ cho nhu cầu của con người: tải trọng chịu được ngày càng lớn, trang bị hiện đại, tốc độ cao,…

Lí thuyết tàu thuỷ là một trong những môn học chuyên ngành đầu tiên, cho sinh viên tiếp xúc và tìm hiểu về các đặc trưng của tàu thuỷ, qua đó sinh viên có thể hiểu được:

• Tính nổi và các đại lượng liên quan đến tính nổi của tàu thủy. 

• Tính ổn định nguyên vẹn và ổn định khi tàu bị tai nạn thủng các khoang. 

• Các yêu cầu và tiêu chuẩn nhằm đánh giá ổn định của tàu khi thiết kế.

Và từ những hiểu biết về môn học, sinh viên có thể: 

• Tự tính toán và biểu diễn các đồ thị tính nổi (thủy tĩnh). 

• Xây dựng bảng đánh giá cân bằng dọc và các đại lượng liên quan đến ổn định  ban đầu. 

• Đánh giá và kiểm tra khả năng ổn định của tàu khi hoạt động dựa trên các điều kiện của qui phạm chuyên ngành

Do đó, thông qua việc thực hiện các nội dung của bài tập lớn môn Lí thuyết tàu thuỷ, người sinh viên có thể vận dụng các kiến thức đã được học để thực hành tính toán các đại lượng tính nổi, tính ổn định,…của một bản vẽ tuyến hình tàu cho trước. 

Tóm tắt nội dung phần I của bài tập lớn: Trình bày lý thuyết, các kết quả tính toán và xuất ra đồ thị Hydrostatic, Bonjean, Cross-Curve của một bản vẽ tuyến hình tàu. 

II Tính toán các đại lượng tính nổi 

1 Tóm tắt lí thuyết các đại lượng tính nổi 

a Bản vẽ tuyến hình tàu thực hiện tính toán 

 Hình 1 Bản vẽ tuyến hình của tàu 

 b. Các đại lượng tính nổi và công thức tính toán 

TT  Tên gọi  Công thức & Ký hiệu  Đơn vị tính 

1  Thể tích phần

2  Lượng chiếm

3  Hoành độ tâm

∫ ..

∫   =       m 

4  Chiều cao tâm

nghiêng ngang  KM = KB + BM = KB + 

5  Hoành độ tâm

đường nước  LCF =∫ ..

6 

Momen làm

nghiêng dọc tàu

1cm 

MTcm = . 

7  Chiều cao tâm

nổi  KB = ZB =∫  ..

∫  . =      m 

8  Chiều cao tâm

nghiêng dọc  KML = KB + BML =

9  Các hệ số đầy 

Cw = 

∗ ;CM = 

∗

C p = 

 ; CB = 

∗∗ ;C pv = 



- 

10  Tấn trên 1cm

c Bảng tính các giá trị tính nổi và đồ thị Hydrostactic 

Dựa vào các kiến thức đã học, cũng như tìm hiểu về các phần mềm vẽ và tính toán trên máy tính, nhóm thực hiện đã vẽ lại bản vẽ tuyến hình của tàu trên phần mềm Maxsurf để tính toán được nhanh và chính xác hơn Dưới đây là hình chiếu bằng và cắt dọc của vỏ tàu

đã được vẽ lại trên phần mềm Maxsurf. 

 Hình 2 Hình chiếu bằng của thân tàu tính toán 

 Hình 3 Mặt cắt dọc của thân tàu 

Sau khi có được tuyến hình tàu, nhóm bắt đầu tính toán các giá trị của các đại lượng tính nổi theo từng đường nước : ĐN560, ĐN1120, ĐN1680, ĐN2240, ĐN2800 Được trình  bày dưới đây: 

TT  Tên gọi  ĐN560  ĐN1120  ĐN1680  ĐN2240  ĐN2800  Đơn vị

tính 

1  Thể tích phần

chìm  107.497  257.853  415.962  580.222  750.639  m3 

2  Lượng chiếm

nước  110.2  264.3  426.4  594.7  769.4  tấn 

3  Hoành độ tâm

nổi ( LCB )  -0.314  -0.383  -0.485  -0.645  -0.826  m 

4 

Chiều cao tâm

nghiêng ngang

( KMt) 

11.638  5.963  4.329  3.739  3.527  m 

5 

Hoành độ tâm

đường nước 

( LCF ) 

-0.239  -0.536  -0.805  -1.272  -1.570  m 

Momen làm

nghiêng dọc tàu

1cm ( MTcm ) 

5.443  6.637  7.451  8.425  9.347  Tm 

7  Chiều cao tâm

nổi ( KB )  0.330  0.630  0.923  1.217  1.513  m 

8 

Chiều cao tâm

nghiêng dọc 

( KML ) 

210.274  108.266  76.196  62.298  53.824  m 

9  Hệ số đầy thể tích

( CB)  0.673  0.741  0.757  0.754  0.759  - 

10  Hệ số đầy sườn

giữa tàu ( CM)  0.807  0.891  0.927  0.945  0.956  - 

11  Hệ số đầy đường

nước ( Cw )  0.892  0.890  0.879  0.870  0.876  - 

12  Bán kính tâm

nghiêng (BML)  209.944  107.636  75.273  61.081  52.310  m 

13  Hệ số đầy lăng

trụ ( C p )  0.839  0.832  0.817  0.798  0.794  - 

14  Tấn trên 1cm

chìm ( TPC )  2.609  2.835  2.946  3.065  3.169  Tấn/cm 

Từ những số liệu thu được, ta có thể lập đồ thị thuỷ tĩnh Hydrostatic của tàu Dưới đây là đồ thị được vẽ bởi phần mềm Maxsurf. 

 Hình 4 Đồ thị Hydrostatic 

2 Cơ sở lí thuyết, kết quả tính toán, xây dựng đồ thị Bonjean 

a Cơ sở lí thuyết 

Để xây dựng đồ thị Bonjean, ta phải xác định được 2 đại lượng: 

• Diện tích mặt sườn tính đến mớn nước Z: S(z) = 2.∫ .0   

• Momen tĩnh so với trục Oy của mặt sườn: m(z) = 2.∫ .. 0   

• Tâm diện tích mặt sườn thuộc phần chìm đến mớn nước Z tính theo công thức: 

VC(z) = ∫ .

∫ .  = 

Với mỗi sườn tàu, từ kết quả tính diện tích phần chìm và momen tĩnh phần chìm so với đáy, có thể vẽ hai đường cong miêu tả biến thiên của hai giá trị trên theo chiều chìm Z Tập hợp toàn bộ các đường cong kiểu này, lập cho tất cả sườn tính toán sẽ được đồ thị có tên gọi tỉ lệ Bonjean ( Bonjean Curves ). 

 b Trình bày tính toán 

Sử dụng phần mềm Autocad để tính diện tích của đường sườn ứng với từng đường nước xác định Sau khi có được diện tích của các mặt sườn, ta lấy kết quả nhân với cánh tay đòn ( khoảng cách từ đáy tàu đến trọng tâm của diện tích mặt sườn đang xét) Từ đó ta sẽ có được momen tĩnh so với trục Oy của mặt sườn. 

 Hình 6 Ví dụ một số phần diện tích mặt sườn của các sườn tính toán thực hiện trên

 Autocad ( 3 -> 10 ) 

c Kết quả tính toán trình bày theo bảng số liệu

Diện tích đường sườn 

S(z) = 2.∫ . 0   

Momen tĩnh 

m(z) = 2.∫ .. 0   

Sườn  ĐN560  ĐN1120  ĐN1680  ĐN2240  ĐN2800  ĐN560  ĐN1120  ĐN1680  ĐN2240  ĐN2800 

0  0.0000  0.0000  0.0000  0.0000  3.3475  0.0000  0.0000  0.0000  0.0000  9.3060 

1/2  0.0000  0.0000  1.1991  4.3272  7.8280  0.0000  0.0000  1.8214  7.9750  11.8907 

1  0.2458  3.0920  6.8892  10.8129  14.8571  0.0875  2.0283  6.4965  13.2782  22.4787 

11/2  

2.6208  6.8220  11.1115  15.4392  19.7899  0.8516  4.1955  10.0003  18.2028  28.9328 

2  3.4949  7.9999  12.5203  17.0459  21.5766  1.1219  4.8799  11.1806  20.1312  31.5449 

3  3.6116  8.1395  12.6755  17.2115  21.7475  1.1593  4.9650  11.3065  20.2063  31.6426 

4  3.6116  8.1395  12.6755  17.2115  21.7475  1.1593  4.9650  11.3065  20.2063  31.6426 

5  3.6116  8.1395  12.6755  17.2115  21.7475  1.1593  4.9650  11.3065  20.2063  31.6426 

6  3.6116  8.1395  12.6755  17.2115  21.7475  1.1593  4.9650  11.3065  20.2063  31.6426 

7  3.6116  8.1395  12.6755  17.2115  21.7475  1.1593  4.9650  11.3065  20.2063  31.6426 

8 3.3423  7.7058  12.0953  16.4972  20.9114  1.0929  4.7622  10.9099  19.5327  30.6770 

81/2   2.2358  5.9042  9.7330  13.6526  17.6631  0.7959  3.8909  9.2658  20.0284  27.0599 

9  0.8610  3.0035  5.5200  8.1572  10.9152  0.3332  2.1565  5.6856  10.8654  17.8245 

91/2   0.0803  0.5911  1.5229  2.6998  4.1064  0.0362  0.4877  1.8062  4.1253  7.6789 

10  0.0000  0.0000  0.0000  0.0000  0.0000  0.0000  0.0000  0.0000  0.0000  0.0000 

Đường Mép Boong 

Diện tích

đường sườn  5.2626  11.883  19.147  24.218  26.088  26.259  26.259  26.259 

Momen tĩnh  15.55  29.398  39.117  43.641  45.471  45.586  45.586  45.586 

Sườn  6  7  8  81/2  9  91/2  10 

Diện tích

đường sườn  26.259  26.259  25.188  21.174  14.09  6.084  0.2169 

Momen tĩnh  45.586  45.586  47.1  38.642  27.715  13.902  0.724 

 Hình 7 Đồ thị Bonjean 

3 Tính ổn định 

3.1 Cân bằng và ổn định ban đầu

a Bảng số liệu xây dựng họ đường cong Cross-Curves và xuất ra đồ thị từ phần mềm Maxsurf  

Lượng

chiếm nước

( tấn ) 

KN 

10° 

KN 

20° 

KN 

30° 

KN 

40° 

KN 

50° 

KN 

60° 

KN 

70° 

KN 

80° 

KN 

90° 

1  0.1000  3.453  3.374  3.181  2.935  3.017  2.562  2.006  1.396  1.901 

2  85.58  1.895  2.571  2.854  2.930  2.887  2.763  2.516  2.161  1.724 

3  171.1  1.377  2.176  2.590  2.824  2.864  2.733  2.479  2.129  1.706 

4  256.5  1.055  1.910  2.418  2.669  2.706  2.598  2.380  2.074  1.699 

5  342.0  0.871  1.698  2.247  2.471  2.516  2.440  2.267  2.014  1.694 

6  427.5  0.760  1.530  2.041  2.257  2.321  2.280  2.152  1.951  1.687 

7  513.0  0.694  1.380  1.814  2.034  2.124  2.122  2.041  1.891  1.681 

8  598.4  0.655  1.218  1.576  1.802  1.923  1.962  1.929  1.833  1.678 

9  683.9  0.622  1.046  1.344  1.565  1.716  1.798  1.817  1.776  1.679 

10  769.4  0.532  0.859  1.121  1.337  1.509  1.631  1.702  1.718  1.681 

 Hình 7 Đồ thị Cross-Curves 

 b Cân bằng dọc tàu

Tàu bị nghiêng dọc làm thay đổi mớn nước mũi và lái Ký hiệu độ chênh lệch giữa

nước mớn nước mũi và lái t = Tmũi - Tlái , góc ngiêng dọc liên hệ với t và chiều dài tàu L,

đo tại đường nước trùng với mặt thoáng sẽ là: 

 

Khi bị nghiêng dọc tâm quay tàu trùng với trục ngang đi qua trọng tâm đường nước,

độ thay đổi mớn nước t không chia đều cho mũi và lái Ký hiệu LCF – khoảng cách từ

tâm đường nước đến mặt cắt ngang giữa tàu, thay đổi mớn nước mũi và lái khi dịch

chuyển trọng lượng vật như sau: 

 Hình 8 Nghiêng dọc 

Để xác định độ chúi và góc chúi của tàu ta cần có bảng trạng thái tính toán trọng lượng, trọng tâm cho từng trường hợp Sau khi có các bảng trạng thái, ta dùng các công thức trong bảng cân bằng dọc để tính toán các đại lượng. 

Lập bảng trạng thái: 

Trạng thái 1 – Tàu toàn tải 

TT  Thành phần-hạng

mục 

Trọng lượng 

1  Tàu không  136.719  -0.421  0  1.033 

2   Nhiên liệu  12.25  -17.892  0  2.045 

5   Nước sinh hoạt  0.65  -19.047  0  3.729 

6  Thuyền viên 

( 2 người / 80kg )  0.16  -20  0  2.045 

Trong đó: 

• Tổng trọng lượng của tàu = Lượng chiếm nước D = 769.4 tấn

• Trọng lượng tàu không : D – Sức chở = 769.4 – 632.681 = 136.719 tấn 

• Sức chở bao gồm: 

- Trọng lượng hàng hóa: 620 tấn 

- Trọng lượng nhiên liệu ( 2 két ): đo từ thể tích két dầu đốt ( diện tích = 2.9953 m2, 

chiều cao khoảng 2.045 m) ≈ 2 * 2.9953 * 2.045≈ 12.25 tấn 

- Trọng lượng lương thực, thực phẩm: 1.5kg/ngày * 10 ngày = 150 kg = 0.015 tấn 

- Trọng lượng nước sinh hoạt (dự trữ ): 50lít/ngày * 10 ngày + 150lít dự trữ = 650lít 

- Trọng lượng thuyền viên ( 2 người, 80kg/người): 2 * 80 = 160 kg = 0.016 tấn 

- Trọng lượng dằn (thường bằng không khi tàu đầy tải). 

• Các toạ độ X, Y, Z ( Y = 0 do đang đang xét đến cân bằng dọc tàu), là khoảng cách từ sườn giữa đến trọng tâm của trọng lượng ví dụ: trọng tâm của trọng lượng hàng hoá, được xác định trong bản vẽ bố trí chung. 

Tiếp tục lập bảng tính toán cho các trạng thái khác: tàu 50% tải và 50% nhiên liệu, tàu 30% tải và 30% nhiên liệu. 

Trạng thái 2 – Tàu 50% tải và 50% nhiên liệu 

TT  Thành phần-hạng

mục 

Trọng lượng 

1  Tàu không  136.719  -0.421  0  1.0333 

2   Nhiên liệu  6.125  -17.892  0  1.0225 

5   Nước sinh hoạt  0.65  -19.047  0  3.729 

6  Thuyền viên 

( 2 người / 80kg)  0.16  -20  0  2.045 

Trạng thái 3 – Tàu 30% tải và 30% nhiên liệu 

TT  Thành phần-hạng

mục 

Trọng lượng 

1  Tàu không  136.719  -0.421  0  1.0333 

2   Nhiên liệu  3.675  -17.892  0  2.045 

5   Nước sinh hoạt  0.65  -19.047  0  3.729 

6  Thuyền viên 

( 2 người / 80kg)  0.16  -20  0  2.045 

d Kiểm tra cân bằng dọc 

Xác định độ chúi bằng cách lập bảng cân bằng dọc tàu 

TT  Tên gọi  Công thức & ký hiệu  Đơn vị

tính 

Tàu toàn tải 

Tàu 50% 

Tàu 30% 

1  Thể tích chiếm

2  Chiều chìm trung

3  Chiều cao trọng

tâm  KG hoặc ZG    2.394  1.254  0.908 

4  Hoành độ trọng

tâm  XG hoặc LCG    0.164  0.058  -0.041 

5  Tâm đường nước  LCF hoặc Xf  – đọc từ

đồ thị,=    -1.274  -0.727  -0.518 

6  Hoành độ tâm nổi  LCB hoặc XB – đọc từ

đồ thị,=    0.181  0.059  -0.041 

7  Chiều cao tâm nổi  KB hoặc Zc – đọc từ

đồ thị,=    1.525  0.974  0.746 

8  Bán kính tâm

nghiêng 

BM hoặc r – đọc từ đồ

9  Moment chúi 1 m  MTRIM – đọc từ đồ thị,

10  Moment chúi tàu    =∆−    -7.371  -2.541  -1.268 

11  Độ chúi của tàu   =         -0.817  -0.332  -0.179 

12  Góc chúi 

13  Thay đổi chúi mũi    = (2−)    0.321  0.346  0.179 

14  Thay đổi chúi lái    = (−2−)    -0.321  -0.346  -0.179 

15  Mớn nước mũi    =  +        2.716  1.952  1.432 

16  Mớn nước lái    =  +        2.395  1.606  1.253 

17  Chiều cao tâm ổn

định  GM = KM – KG   49.230  70.872  88.092 

 18  Momen nghiêng

tàu 1o     = ∆ 57.3    14.986  23.129  23.930 

 Nhận xét: 

• Đối với trạng thái 1, do đường mớn nước mũi lớn hơn so với đường mớn nước lái (2.716 so với 2.395 ) nên trong trạng thái này, tàu chúi mũi. 

• Đối với trạng thái 2, do đường mớn nước mũi lớn hơn so với đường mớn nước lái (1.952 so với 1.606 ) nên trong trạng thái này, tàu chúi mũi. 

• Đối với trạng thái 3, do đường mớn nước mũi lớn hơn so với đường mớn nước lái (1.432 so với 1.253 ) nên trong trạng thái này, tàu chúi mũi.