Phân tích và lựa chọn thuật toán thiết kế kết cấu tàu vỏ thép theo yêu cầu của Quy phạm Việt Nam, chương 3 pot

Chương 3: MỤC TIÊU, PHƯƠNG PHÁP VÀ GIỚI HẠN NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.4.1. Mục tiêu Như đã trình bày, mục tiêu của đề tài nhằm phân tích và lựa chọn được thuật toán thiết kế kết cấu tàu vỏ thép, cũng như tìm hi ểu cách thức xây dựng của Quy phạm Việt Nam. Trên cơ sở đó, có thể đánh giá hoặc hiệu chỉnh được các yêu cầu của Quy phạm nước ta hiện nay. Xa hơn, có thể áp dụng thuật toán để lập tr ình chương trình tính toán thiết kế kết cấu tàu theo Quy phạm trên máy tính. 1.4.2. Phương pháp nghiên cứu Để thực hiện nội dung đề tài, tôi sẽ tiến hành phân tích cơ sở lý thuyết của các thuật toán và nghiên cứu thực tế khi xây dựng các công thức tính kết cấu tàu vỏ thép, yêu cầu của Quy phạm Việt Nam và từ đó chọn lựa được thuật toán tính kết cấu thỏa mãn yêu c ầu Quy phạm. 1.4.3. Giới hạn nội dung Nội dung Quy phạm rất rộng, tính toán rất nhiều kết cấu tàu khác nhau. Vì vậy trong đề tài này, chúng ta chỉ áp dụng lựa chọn thuật toán thiết kế một số kết cấu cơ bản: Khoảng cách sườn, sườn thường, sống chính, đ à ngang đáy đặc, tôn vỏ, xà ngang boong, vách h ầm hàng… Quy ph ạm đựợc áp dụng trong đề tài là “Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép Việt Nam 2003 – TCVN 6259” Tìm hiểu cách thức thiết kế kết cấu thân tàu thông dụng theo Quy phạm Việt Nam là một vấn đề rất hay, giúp sinh viên tiếp cận với tài liệu kỹ thuật phổ biến và rất quan trọng trong ngành đóng tàu, đó là các Quy phạm. Với đề tài: “Phân tích và lựa chọn thuật toán thiết kế kết cấu tàu vỏ thép theo yêu cầu của Quy phạm Việt Nam”. Đề tài được thực hiện theo những nội dung sau: 1. Đặt vấn đề 2. Cơ sở lý thuyết 3. Phân tích và lựa chọn thuật toán thiết kế kết cấu tàu v ỏ thép theo yêu cầu của Quy phạm Việt Nam. 4. Thảo luận kết quả và đề xuất ý kiến. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CÁC THUẬT TOÁN Theo khái niệm thì thuật toán là một bộ các quy tắc hay quy trình cụ thể nhằm giải quyết một vấn đề trong một số bước hữu hạn, nhằm cung cấp một kết quả từ một tập hợp của các dữ kiện đưa vào. Thuật toán (Algorithms) cùng với Cấu trúc Dữ liệu (Data Structure) được xem là những tri thức quan trọng hàng đầu và không th ể thiếu để hình thành của bất kỳ một chương trình máy tính: Programs = Algorithms + Data Structure. Khi m ột thuật toán đã hình thành thì ta không xét đến việc chứng minh thuật toán đó mà chỉ chú trọng đến việc áp dụng các bước theo sự hướng dẫn sẽ có kết quả đúng. Việc chứng minh tính đúng và tính đầy đủ của các thuật toán phải đựơc tiến h ành xong trước khi có thuật toán. Nói rõ hơn, thuật toán có thể chỉ là việc áp dụng các công thức hay quy tắc, quy trình đã được công nhận là đúng hay đã được chứng minh về mặt toán học. Phổ biến nhất trong các bài toán thực tế là thuật toán gồm nhiều chu trình, theo nhiều nhánh, đó là đặc trưng của thuật toán giải các bài toán khoa học kỹ thuật. Có rất nhiều thuật toán để giải quyết một bài toán cụ thể, một thuật toán tốt thì nó thực hiện công việc với một thời gian, công sức tối thiểu và cho ra kết quả chính xác. Ngược lại, d ùng một thuật toán sai thì phải tốn nhiều công sức và thời gian tuy nó cũng cho ra được một kết quả nhưng không đựơc chính xác. Do vậy, ta phải thực hiện quá tr ình phân tích thuật toán, nhờ phân tích một vài thuật toán ứng tuyển của một bài toán, ta có th ể dễ dàng nhận ra thuật toán nào là hiệu quả nhất. Kiểu phân tích như vậy có thể n êu rõ nhiều ứng viên tồn tại song một vài thuật toán kém hơn thường bị loại trong khi tiến hành. Khi tiến hành phân tích thuật toán nghĩa là chúng ta tìm ra một đánh giá về thời gian và không gian cần thiết để thực hiện thuật toán. Không gian ở đây được hiểu là các yêu cầu về bộ nhớ, thiết bị lưu trữ, của máy tính để thuật toán có thể làm việc. Việc xem xét về không gian của thuật toán phụ thuộc phần lớn vào cách tổ chức dữ liệu của thuật toán. Phân tích thuật toán là một công việc rất khó khăn, đòi hỏi phải có những hiểu biết sâu sắc về thuật toán và nhiều kiến thức toán học khác. Ðây là công việc mà không phải bất cứ người nào c ũng làm được. Quá trình phân tích thuật toán luôn là một thách thức thậm trí với một thuật toán đơn giản. Các công cụ toán học cần thiết có thể gồm cả toán học tổ hợp trừu tượng lý thuyết xác suất căn bản, kỹ năng về đại số và khả năng định danh các số hạng quan trọng nhất trong một công thức. Do cách ứng xử của một thuật toán có thể khác nhau đối với từng đầu vào khả dĩ, nên ta cần có một biện pháp tóm lược cách ứng xử thành các công thức đơn giản và dễ hiểu. Ngoài ra, ta cũng cần quan tâm tới thời gian thực hiện của thuật toán, thời gian thực hiện của một thuật toán trên một đầu v ào cụ thể chính là số lượng các phép toán nguyên tố hoặc các bước được thi hành. Trình tự thuật toán để giải một bài toán có thể thực hiện theo các bước sau: - Đặt bài toán và xây dựng mô hình toán của bài toán thực tế: Giai đoạn n ày bao gồm việc biểu diễn bài toán thực tế bằng các biểu thức toán học, xác định các ràng buộc, các điều kiện ban đầu, giới hạn của nghiệm. - Chọn phương pháp số thích hợp: Để giải các mô hình toán xây d ựng ở bước trên cần chọn một trong các phương pháp số theo tiêu chu ẩn sau đây: Độ chính xác cao, tốc độ tính nhanh, quá trình tính đơn giản … - Diễn tả thuật toán bằng lưu đồ: Lưu đồ thể hiện rõ ràng các bước tính quan trọng và điều kiện để thu được kết quả cuối cùng. Để mô t ả quá trình tính toán một cách hệ thống và rõ ràng người ta thường thể hiện thuật toán bằng lưu đồ, đó là sự biểu diễn bằng đồ thị toàn b ộ toàn bộ quá trình tính toán. Việc vẽ lưu đồ không những giúp cho quá trình thảo chương trình dễ dàng mà còn giúp ta phát hiện sai sót trong chương tr ình. Những bài toán phức tạp nhất thiết phải lập lưu đồ tính toán, xây dựng lưu đồ chính xác đảm bảo 90 % kết quả tính toán. - Viết chương trình: Là hệ thống các câu lệnh có cấu trúc theo lưu đồ. - Giải chương trình và phân tích kết quả. 2.2. ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU THÂN TÀU 2.2.1. Đặc điểm chung Kết cấu thân tàu có dạng vỏ mỏng gồm phần tôn bao bên ngoài và ph ần gia cường bên trong tạo thành khung xương đảm bảo độ bền, giữ tàu nổi và vận động trên nước. - Tôn bao: Gồm các tấm vỏ mỏng bằng vật liệu kim loại hay phi kim. - K ết cấu gia cường: Hệ thống các dầm trực giao bố trí vuông góc với nhau và được liên kết bằng các mã. Hình 2.1: Các b ộ phận kết cấu thân tàu 1. M ũi tàu 7. Mạn giả 13. Thành hầm bên 2. Boong m ũi 8. Lan can 14. Sống mũi 3. Lầu giữa 9. Tôn mạn 15. Sống lái 4. Buồng lái 10. Đáy tàu 16. Boong 5. L ầu lái 11. Miệng hầm 17. Đường hàn dọc 6. Vòm lái 12. Thành hầm sau 18. Đường hàn ngang 2.2.2. Đặc điểm, vai trò của các bộ phận kết cấu trong đảm bảo độ bền thân t àu - Các kết cấu thân tàu được lựa chọn và bố trí trên cơ sở đảm bảo độ bền thân t àu khi uốn chung và độ bền cục bộ dưới tác dụng của tải trọng riêng. - Theo quan điểm này, thân tàu xem như dầm tổng hợp thành m ỏng, chịu tác dụng hai lực ngược chiều là trọng lượng thân tàu và l ực đẩy của nước, kết quả thân tàu bị cong lên hoặc võng xuống, xuất hiện ứng suất, biến dạng làm phá hủy kết cấu tàu. - Để đảm bảo độ bền chung và độ bền cục bộ nói trên, kết cấu thân tàu được chia th ành hai hệ thống chính. 2.2.2.1. Hệ thống các kết cấu dọc Hệ thống các kết cấu dọc để đảm bảo độ bền chung gồm các kết cấu chạy dọc tàu từ mũi đến đuôi như sống chính, đà dọc đáy, xà dọc mạn, xà dọc boong… V ề mặt độ bền, các kết cấu dọc có vai trò: - S ống chính, xà dọc đáy, xà dọc boong chịu ứng suất kéo hoặc ứng suất nén lúc tàu bị uốn chung và bị uốn cục bộ của khung giàn đáy, khung giàn boong. - Tôn mạn và vách dọc đóng vai trò thành đứng dầm chịu lực, chịu toàn bộ lực cắt khi tàu uốn. Tôn mạn còn chịu tác dụng cục bộ của áp lực hàng hóa từ bên trong và áp lực nước ngoài mạn tàu. - T ấm đáy và tấm boong chịu ứng suất kéo, nén lớn nhất lúc tàu bị uốn chung do nằm cách xa trục trung hòa nhất, chịu tải trọng cục bộ do áp lực nước hoặc hàng hóa tác dụng vuông góc tấm. - Sống dọc mạn chủ yếu chỉ chịu tác dụng của uốn cục bộ. . tính kết cấu tàu vỏ thép, yêu cầu của Quy phạm Việt Nam và từ đó chọn lựa được thuật toán tính kết cấu thỏa mãn yêu c ầu Quy phạm. 1.4 .3. Giới hạn nội dung Nội dung Quy phạm rất rộng, tính toán. liệu kỹ thuật phổ biến và rất quan trọng trong ngành đóng tàu, đó là các Quy phạm. Với đề tài: Phân tích và lựa chọn thuật toán thiết kế kết cấu tàu vỏ thép theo yêu cầu của Quy phạm Việt Nam”. Đề. hiện theo những nội dung sau: 1. Đặt vấn đề 2. Cơ sở lý thuyết 3. Phân tích và lựa chọn thuật toán thiết kế kết cấu tàu v ỏ thép theo yêu cầu của Quy phạm Việt Nam. 4. Thảo luận kết quả và đề