nghiên cứu thuật toán tính toán chính xác tay đòn ổn định tàu thủy theo phương pháp của pgs nguyễn quang minh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY SẢN KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN TÀU THUYỀN b PHÙNG TẤN ĐẠT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN TÍNH TOÁN CHÍNH XÁC TAY ĐÒN ỔN ĐỊNH TÀU THỦY THEO PHƯƠNG PHÁP CỦA PGS NGUYỄN QUANG MINH CHUYÊN NGÀNH: CƠ KHÍ TÀU THUYỀN GVHD: PGS.TS NGUYỄN QUANG MINH KS HUỲNH LÊ HỒNG THÁI NHA TRANG, 06 - 2006 NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Họ, tên SV : Phùng Tấn Đạt Lớp 43TT Ngành : Cơ khí tàu thuyền Mã ngành : 18.06.10 Tên đề tài : Nghiên cứu thuật toán tính toán chính xác tay đòn ổn định tàu thủy theo phương pháp của PGS Nguyễn Quang Minh. Số trang : 65 Số chương : 03 Số tài liệu tham khảo : 06 Hiện vật : NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Kết luận : Nha trang, ngày tháng năm 2006 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ( Ký, ghi rõ họ tên) PGS.TS NGUYỄN QUANG MINH PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG LVTN Họ, tên SV : Phùng Tấn Đạt Lớp 43TT Ngành : Cơ khí tàu thuyền Mã ngành : 18.06.10 Tên đề tài : Nghiên cứu thuật toán tính toán chính xác tay đòn ổn định tàu thủy theo phương pháp của PGS Nguyễn Quang Minh Số trang : 65 Số chương : 03 Số tài liệu tham khảo : 06 Hiện vật : NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN Điểm phản biện : Nha trang, ngày tháng năm 2006 CÁN BỘ PHẢN BIỆN ( Ký, ghi rõ họ tên) Nha trang, ngày tháng năm 2006 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG ( Ký, ghi rõ họ tên) ĐIỂM CHUNG Bằng số Bằng chữ LỜI CÁM ƠN Sau hơn 3 tháng tích cực tìm hiểu, xây dựng đề tài: “Nghiên cứu thuật toán tính chính xác tay đòn ổn định tàu thủy theo phương pháp của PGS.TS Nguyễn Quang Minh” cho đến nay đề tài đã được hoàn thành. Em xin chân thành cảm ơn: Ban chủ nhiệm khoa cơ khí – Trường Đại Học Thủy Sản; các thầy cô trong Bộ môn tàu thuyền đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để đề tài được triển khai. Đặc biệt em xin cảm ơn thầy PGS Nguyễn Quang Minh, người đã trực tiếp hướng dẫn tận tình em trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Cảm ơn KS Huỳnh Lê Hồng Thái, người đã đóng góp những ý kiến giúp em hoàn thành đề tài. Một lần nữa, em xin cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ của bố mẹ, anh, chị, em cùng tất cả các bạn bè đã dành những tình cảm động viên em vượt qua khó khăn để hoàn thành đề tài. Em thành thật biết ơn! Đ Đ Ề Ề C C Ư Ư Ơ Ơ N N G G L L U U Ậ Ậ N N V V Ă Ă N N T T Ố Ố T T N N G G H H I I Ệ Ệ P P Họ và tên sinh viên: PHÙNG TẤN ĐẠT Lớp: 43TT Địa chỉ liên hệ: 10A Nguyễn Đình Chiểu, Nha Trang, Khánh hòa. Tên đề tài: Nghiên cứu thuật toán tính toán chính xác tay đòn ổn định tàu thủy theo phương pháp của PGS.TS Nguyễn Quang Minh. Ngành: Cơ khí Tàu thuyền Mã ngành: 18.06.10 Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS NGUYỄN QUANG MINH KS. HUỲNH LÊ HỒNG THÁI I. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 1. Đối tượng nghiên cứu: Bài toán ổn định tàu thủy. 2. Phạm vi nghiên cứu: Xây dựng thuật toán tính tay đòn ổn định theo phương pháp của PGS Nguyễn Quang Minh 3. Mục tiêu nghiên cứu: Giải quyết vấn đề tính toán chính xác tay đòn ổn định theo phương pháp của PGS Nguyễn Quang Minh và hướng đến tự động hóa việc tính toán bằng chương trình máy tính. II. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Chương 1. ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1. Tổng quan về lý thuyết ổn định tàu thủy. 1.2. Cơ sở lý thuyết tính tay đòn ổn định tàu thủy. 1.3. Giá trị ứng dụng và nhu cầu hoàn thiện. 1.4. Giới hạn nội dung và phương pháp nghiên cứu. Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP VÀ THUẬT TOÁN 2.1. Phương pháp tính tay đòn ổn định theo PGS Nguyễn Quang Minh. 2.2. Phương pháp Spline ứng dụng trong bài toán xấp xỉ. 2.3. Thuật toán Spline ứng dụng trong tính toán các đại lượng hình học hình cong. Chương 3. TÍNH TAY ĐÒN ỔN ĐỊNH THEO PHƯƠNG PHÁP CỦA PGS NGUYỄN QUANG MINH 3.1. Qui trình tính tay đòn ổn định tàu thủy theo phương pháp của Pgs Nguyễn Quang Minh. 3.2. Quá trình và kết quả tính toán tay đòn ổn định trên một tàu cụ thể. NHẬN XÉT – KẾT LUẬN ĐỀ XUẤT Ý KIẾN III. KẾ HOẠCH THỜI GIAN 1. ĐI THỰC TẾ: 2. KẾ HOẠCH HOÀN THÀNH BẢN THẢO: Chương 1: ĐẶT VẤN ĐỀ. Từ: 15/03/2006 Đến: 30/03/2006 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁPVÀ THUẬT TOÁN Từ: 31/03/2006 Đến 30/04/2006 Chương 3: TÍNH TAY ĐÒN ỔN ĐỊNH THEO PHƯƠNG PHÁP CỦA PGS NGUYỄN QUANG MINH Từ:01/05/2006 Đến: 31/05/2006 NHẬN XÉT – KẾT LUẬN ĐỀ XUẤT Ý KIẾN Từ: 01/06/2006 Đến: 7/06/2006 Hoàn thành bản thảo: Trước ngày 14/06/2006. Nha Trang, ngày 10 tháng 03 năm 2006 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ, tên) PGS NGUYỄN QUANG MINH SINH VIÊN (Ký và ghi rõ họ, tên) PHÙNG TẤN ĐẠT MỤC LỤC LỜI CÁM ƠN Trang LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 01 1.1. Tổng quan về lý thuyết ổn định tàu thủy 02 1.2. Cơ sở lý thuyết tính tay đòn ổn định tàu thủy 03 1.2.1. Một số vấn đề về đường hình lý thuyết tàu 03 1.2.2. Biểu thức tính mômen hồi phục và tay đòn ổn định tàu thủy 07 1.2.3. Tiêu chuẩn ổn định 11 1.2.4. Cơ sở tính toán tay đòn ổn định theo các phương pháp truyền thống 13 1.3. Giới hạn nội dung và phương pháp nghiên cứu 21 1.4. Giá trị ứng dụng và nhu cầu hoàn thiện 22 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ CỦA LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP VÀ THUẬT TOÁN 24 2.1. Phương pháp tính tay đòn ổn định tàu thủy của PGS Nguyễn Quang Minh 25 2.2. Phương pháp Spline ứng dụng trong bài toán xấp xỉ 29 2.1.1. Khái niệm về đường cong bậc ba Spline 29 2.1.1. Phương pháp Spline ứng dụng trong bài toán xấp xỉ 30 2.3. Thuật toán Spline ứng dụng trong tính toán các đại lượng hình học hình cong.34 CHƯƠNG 3: TÍNH TAY ĐÒN ỔN ĐỊNH TÀU THỦY THEO PHƯƠNG PHÁP CỦA PGS NGUYỄN QUANG MINH 40 3.1. Qui trình tính tay đòn ổn định tàu thủy theo phương pháp của Pgs Nguyễn Quang Minh 41 3.1.1. Đọc bản vẽ đường hình và các thông số hình học của tàu 41 3.1.2. Xác định và vẽ đường hình qui đổi phần trên boong 41 3.1.3. Hàm hóa MCN giữa của tàu trên cơ sở của thuật toán Spline 41 3.1.4. Tính chính xác diện tích MCN giữa (ω) và mômen tĩnh của chúng đối với trục oy (M ωoy ) 42 3.1.5. Hàm hóa MCN giữa tàu theo phương pháp của PGS Nguyễn Quang Minh 42 3.1.6. Xác định và vẽ những đường thẳng biểu diễn các MĐN đẳng tích ứng với từng góc nghiêng tính toán 43 3.1.7. Tính diện tích và mômen tĩnh diện tích đối với các trục oy, oz theo các mớn nước đẳng tích 44 3.1.8. Tính tọa độ tâm nổi tại các góc nghiêng 44 3.1.9. Tính tay đòn ổn định của tàu l θ theo các giá trị Y C , Z C , Z g tính được 45 3.1.10. Biểu diễn đồ thị tay đòn ổn định tàu thủy l θ trên hệ trục (θ, l θ ) từ kết quả trên 45 3.2. Quá trình và kết quả tính tay đòn ổn định trên một tàu cụ thể 46 3.2.1. Đọc bản vẽ đường hình của tàu được chọn 46 3.2.2. Hàm hóa đường hình MCN giữa tàu theo thuật toán Spline 48 3.2.3. Hàm hóa đường hình MCN giữa tàu theo phương pháp của Pgs Nguyễn Quang Minh 50 3.2.4. Xác định và vẽ những đường thẳng biểu diễn các mặt đường nước đẳng tích 52 3.2.5. Tính tọa độ trọng tâm MCN giữa Y E , Z E ứng với các góc nghiêng 53 3.2.6. Tính tay đòn ổn định của tàu Bth 400 – BTS 58 3.2.7. Kết quả tính theo phương pháp của GS Vlaxov NHẬN XÉT - KẾT LUẬN 63 ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 65 LỜI NÓI ĐẦU Công nghiệp tàu thủy là một ngành đang phát triển rất mạnh ở nước ta trong những năm gần đây, rất nhiều tập đoàn nước ngoài đã đến và đầu tư xây dựng các nhà máy đóng tàu rất lớn. Riêng đối với nước ta cũng đã thiết kế và đóng thành công nhiều chiếc tàu trọng tải lên đến 65000 tấn và cũng đã nhận được nhiều đơn đặc hàng từ nước ngoài đóng những con tàu với trọng tải hàng chục nghìn tấn. Mặc dù vậy, như chúng ta đã biết nước ta có điều kiện địa lý rất thuận lợi với bờ biển dài trên 3200 km, chiếm phần lớn bờ phía Tây của Biển Đông cùng với một tiềm năng thủy sản khá phong phú, góp phần rất lớn vào việc phát triển nền kinh tế đất nước, đem lại nhiều nguồn thu có giá trị. Để đạt được điều đó thì một phương tiện không thể thiếu đó chính là đội tàu cá Việt Nam. Ta phải phát triển chúng thành một đội quân hùng mạnh phục vụ ngày càng nhiều hơn cho nhu cầu đánh bắt xa bờ của nhân dân ta nói riêng và đất nước ta nói chung. Một điều quan trọng hơn nữa cần nói đến đó là sự an toàn của con tàu cũng như thủy thủ khi hoạt động trong điều kiện hải dương khắc nghiệt . Lý thuyết hóa hiện tượng trên, trong mục đích phòng tránh càng nhiều càng tốt các tai nạn lật tàu, một trong những tai nạn triệt để và khủng khiếp nhất, diễn ra chỉ trong giây lát và kéo theo những hậu quả to lớn vô phương khắc phục. Lý thuyết tàu thủy định nghĩa tính năng ổn định là khả năng con tàu có thể chống lại các mômen ngoại lực để không bị lật trong các điều kiện nhất định, hình thành cả một chiến lược nghiên cứu đảm bảo ổn định cho tàu và thủy thủ nói chung. Đã có nhiều phương pháp tính toán ổn định tàu thủy do nhiều nhà khoa học nổi tiếng trên thế giới đề xuất nhưng vẫn chưa đem lại sự thỏa mãn trong giới chuyên môn, còn tồn tại nhiều nhược điểm. Phương pháp của PGS.TS Nguyễn Quang Minh áp dụng kết quả hàm hóa bề mặt lý thuyết tàu trong bài toán ổn định đã cho nhiều kết quả rất khả quan, khắc phục được nhiều nhược điểm của các phương pháp trước đây. Để tăng thêm độ chính xác cho phương pháp, ở đây chúng tôi đã đưa ra một thuật toán mới đó chính là thuật toán Spline với những đường cong xấp xỉ bậc ba ứng dụng trong tính toán các đại lượng hình học hình cong phẳng áp dụng trực tiếp trong bài toán ổn định tàu thủy. Phương pháp của PGS Nguyễn Quang Minh cùng với thuật toán mới này chúng tôi hy vọng sẽ giúp các bạn trong ngành có một cái nhìn mới về tính ổn định tàu thủy để từ đó có thể đi tính toán một cách chính xác tay đòn ổn định đồng thời mở ra một hướng mới trong bài toán thuận và nghịch cũng như bài toán thiết kế tàu, đem lại sự an toàn cho tàu và thủy thủ khi hoạt động ngoài biển khơi, góp phần vào việc thúc đẩy chiến lược phát triển nền kinh tế biển nước ta trong tương lai. Vì thời gian thực hiện đề tài có hạn cùng với lượng kiến thức còn hạn chế nên đề tài không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong được sự đóng góp ý kiến của quý Thầy giáo và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn. Nha Trang, tháng 06 năm 2006 Sinh viên thực hiện: Phùng Tấn Đạt [...]... động hóa việc tính tay đòn ổn định tàu thủy bằng những thuật toán chuẩn xác với các ngôn ngữ lập trình phù hợp, góp phần làm giảm khối lượng tính toán, nâng cao độ chính xác trong từng bước tính của bài toán ổn định -24- Chương II CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP VÀ THUẬT TOÁN -25- 2.1 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TAY ĐÒN ỔN ĐỊNH TÀU THỦY CỦA PGS. TS NGUYỄN QUANG MINH: Các phương pháp tính tay đòn ổn định có uy tín... hình lý thuyết tàu theo phương trình hàm xấp xỉ của thầy Nguyễn Quang Minh để xác định lại đường cong trên theo một phương trình xác định khác tiện lợi hơn cho việc -22- tính toán các yếu tố ổn định của tàu thủy theo một hướng mới một cách chính xác Kết quả nghiên cứu của đề tài cho phép đánh giá và nhận định lại bài toán ổn định theo một hướng mới Và kết quả này nếu như hoàn toàn chính xác, có thể hy... về phương pháp mới có thể tạm gọi là phương pháp giải tích tính tay đòn ổn định tàu thủy tập trung ở quan điểm tàu “tương đương” có định hướng và định tính ổn định không khác tàu tính toán Trong khi đó đường hình của nó đơn giản được biểu diễn chỉ bằng một đường cong tiết diện thân ống Nhờ mô hình tàu “tương đương”, việc tính toán tay đòn ổn định trở nên tiện lợi và chính xác hơn hẳn các phương pháp. .. hoàn toàn tương đương về ổn định với tàu tính toán, nghĩa là có tâm nổi trên mọi góc nghiêng 0 ≤ θ ≤ 900 trùng hoàn toàn với tâm nổi của tàu cho trước, có giá trị xấp xỉ bằng giá trị tay đòn ổn định của con tàu tính toán Khi đề xuất một phương pháp tính gần đúng tay đòn ổn định tàu thủy, mỗi tác giả đều hình dung và sử dụng một mô hình ổn định tương đương nào đó theo ý tưởng của họ Viện sĩ viện hàn... mới tính tay đòn ổn định tàu thủy, cho phép khắc phục được các nhược điểm nói trên, cho phép đạt được các kết quả chính xác hơn, tính toán đơn giản trong bài toán thuận và nghịch, đảm bảo hiệu quả hơn về tính an toàn cho tàu và người trên biển Thực chất của việc tính tay đòn ổn định là đi xác định chính xác tọa độ tâm nổi của tàu tại góc nghiêng đang xét mà tọa độ này phụ thuộc vào đặc điểm hình học của. .. bài toán ổn định, nâng cao độ chính xác cho phương pháp Với ưu thế vượt trội so với các phương pháp khác vì sự đơn giản của cách thức tiến hành và khối lượng công việc tính toán, phương pháp này chắc chắn sẽ được ứng dụng rộng rãi nếu như nó được các nhà chuyên môn quan tâm và biết đến Hơn thế nữa, phương pháp của Pgs Nguyễn Quang Minh đã giải quyết bài toán lý thuyết tàu đặc biệt là bài toán ổn định. .. con tàu nên việc xác định nó là rất khó khăn Đã có hàng chục phương pháp do các nhà khoa học trên thế giới đề xuất nhưng vẫn chưa đem lại sự thỏa mãn về mặt lý thuyết và thực tiễn Chính vì vậy đề tài tính tay đòn ổn định tàu thủy dựa trên đề xuất của thầy Nguyễn Quang Minh một người đặc biệt quan tâm đến các bài toán lý thuyết và thiết kế tàu sẽ đi tính khá chính xác giải quyết triệt để bài toán ổn định. .. toán tính tay đòn ổn định tàu thủy, gần đây áp dụng những kết quả nghiên cứu hàm hóa đường hình lý thuyết tàu của mình, Pgs. Ts Nguyễn Quang Minh đã đề xuất một phương pháp mới tính tay đòn ổn định tàu thủy trên cơ sở mô hình tàu ổn định tương đương dựa trên lý thuyết của phép biến hình đồng dạng và phép biến hình aphin Mô hình tàu ổn định tương đương là một mô hình ý tưởng không tồn tại trong thực tế,... tàu 1.2.4.2 Phương pháp của viện sĩ Crưlop: Phương pháp của viện sĩ hàn lâm khoa học người Nga Crưlov được coi là phương pháp tính dựa trên các số liệu đo trực tiếp từ ĐHLT tàu, hoàn thiện nhất về mặt lý thuyết đồng thời đảm bảo độ chính xác cao nhất Khi nghiên cứu ổn định của lý thuyết tàu thủy ông nhận thấy ,khi tàu nghiêng đến một góc θ thì tọa độ trọng tâm thể tích chiếm nước cũng sẽ thay đổi theo. .. và hàng chục phương pháp khác, tuy cho phép tính toán tay đòn ổn định tàu thủy với những mức độ chính xác khác nhau Nhưng tất cả đều không tránh được các nhược điểm và tồn tại căn bản đó là đòi hỏi thực hiện với khối lượng tính toán lớn, chứa nhiều nguồn sai số và không cho phép đánh giá được sai số Nhằm khắc phục những khó khăn nói trên hoàn thiện thêm bài toán tính tay đòn ổn định tàu thủy, gần đây . toán tính tay đòn ổn định theo phương pháp của PGS Nguyễn Quang Minh 3. Mục tiêu nghiên cứu: Giải quyết vấn đề tính toán chính xác tay đòn ổn định theo phương pháp của PGS Nguyễn Quang Minh. 10A Nguyễn Đình Chiểu, Nha Trang, Khánh hòa. Tên đề tài: Nghiên cứu thuật toán tính toán chính xác tay đòn ổn định tàu thủy theo phương pháp của PGS. TS Nguyễn Quang Minh. Ngành: Cơ khí Tàu. 43TT Ngành : Cơ khí tàu thuyền Mã ngành : 18.06.10 Tên đề tài : Nghiên cứu thuật toán tính toán chính xác tay đòn ổn định tàu thủy theo phương pháp của PGS Nguyễn Quang Minh. Số trang : 65