Nghiên cứu thiết kế tối ưu mẫu xuồng cứu sinh bằng vật liệu composite trang bị trên các tàu vận tải việt nam

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỐI ƯU MẪU XUỒNG CỨU SINH 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG PHẠM VĂN THU Đề tài: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỐI ƯU MẪU XUỒNG CỨU SINH BẰNG VẬT LIỆU COMPOSITE TRANG BỊ TRÊN CÁC TÀU VẬN TẢI VIỆT NAM. LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Ngành : Cơ Khí Tàu Thuyền Mã số : 60-52-32. Người hướng dẫn: PGS-TS Nguyễn Quang Minh Nha Trang – 5/2008 Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỐI ƯU MẪU XUỒNG CỨU SINH 2 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Đề tài: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỐI ƯU MẪU XUỒNG CỨU SINH BẰNG VẬT LIỆU COMPOSITE TRANG BỊ TRÊN CÁC TÀU VẬN TẢI VIỆT NAM. Ngành : Cơ Khí Tàu Thuyền Mã số : 60-52-32. Người hướng dẫn: PGS-TS Nguyễn Quang Minh Người thực hiện : Phạm Văn Thu. Nha Trang – 5/2008 Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỐI ƯU MẪU XUỒNG CỨU SINH 3 Cộng hòa xã hội chủ nghóa Việt Nam Cộng hòa xã hội chủ nghóa Việt Nam Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc o0o Nhận xét của giáo viên hướng đẫn: Nha Trang, Ngày tháng năm 2008 Giáo viên hướng dẫn PGS-TS Nguyễn Quang Minh Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỐI ƯU MẪU XUỒNG CỨU SINH 4 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Trang 06 Chương 1 – ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu 11 1.2. Ý nghóa lý thuyết và thực tiễn của vấn đề nghiên cứu 12 1.3. Các mẫu xuồng cứu sinh 12 1.4. Các yêu cầu về tính năng hàng hải. 16 1.5. Vật liệu và độ bền của xuồng cứu sinh. 17 1.6. Giới hạn nội dung và phương pháp nghiên cứu 22 Chương 2 – THIẾT KẾ TỐI ƯU MẪU XUỒNG CỨU SINH 2.1 Xây dựng nhiệm vụ thư 24 2.2 Xác đònh hàm mục tiêu tối ưu: 25 2.2.1. Luận cứ về các mục tiêu tối ưu. 25 2.2.2. Xây dựng các hàm tối ưu. 27 2.3 Xác đònh tối ưu các đặc điểm hình học của xuồng cứu sinh. 28 2.3.1 Phương pháp và thuật toán: 29 2.3.1.1 Luận cứ về phương pháp 29 2.3.1.2 Xây dựng thuật toán 35 2.4 Thiết kế đường hình xuồng cứu sinh 36 2.4.1. Luận cứ hàm giải tích miêu tả toàn bộ vỏ tàu 37 2.4.2. Xây dựng hàm giải tích miêu tả toàn bộ vỏ xuồng cứu sinh. 42 2.4.3 Thay đổi vò trí tâm nổi. 44 Chương 3 – ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT ĐỂ GIẢI QUYẾT MỘT BÀI TOÁN THỰC TẾ 3.1 Cơ sở giải quyết bài toán 48 3.2 Lựa chọn các thông số tối ưu. 48 Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỐI ƯU MẪU XUỒNG CỨU SINH 5 3.3 Thiết kế tối ưu đường hình lý thuyết mẫu xuồng cứu sinh. 48 3.4 Thiết kế xuồng cứu sinh vỏ Composite. 48 Chương 4 – THẢO LUẬN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 4.1. Thảo luận kết quả nghiên cứu lý thuyết 77 4.2. Thảo luận về kết quả tính 78 4.3. Ý kiến đề xuất 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỐI ƯU MẪU XUỒNG CỨU SINH 6 LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp đóng tàu, việc ứng dụng vật liệu Composite để chế tạo các loại tàu nói chung và xuồng cứu sinh nói riêng đã được phổ biến khá rộng rãi trên toàn thế giới. Với nhiều ưu điểm nổi bật như: nhẹ, bền, có khả năng chống thấm, chòu được nhiệt và nước biển, có độ bóng bề mặt cao, nên loại vật liệu này tỏ ra đáp ứng tốt yêu cầu về thẩm mỹ bề mặt vỏ xuồng cũng như độ bền kết cấu thân xuồng khi hoạt động. Mặc dầu vậy, hiện nay vẫn chưa có phương pháp thiết kế tối ưu mẫu xuồng cứu sinh, nên các kích thước và đường hình của xuồng được xây dựng dựa trên kinh nghiệm của người thiết kế. Chính vì vậy, không tránh khỏi xuồng có kích thước cồng kềnh, gây nhiều ảnh hưởng không tốt đến tính năng của xuồng, giá thành của sản phẩm cao. Để đảm bảo tốt các tính năng hàng hải của xuồng và giải quyết bài toán thiết kế tối ưu mẫu xuồng cứu sinh. Chúng tôi đề xuất đề tài: “Nghiên cứu thiết kế tối ưu mẫu xuồng cứu sinh bằng vật liệu composite trang bò trên các tàu vận tải Việt Nam” Hy vọng kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần vào sự nghiệp phát triển ngành công nghiệp đóng tàu nói chung và các tàu bằng vật liệu Composite nói riêng. Nhân đây tôi xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Nguyễn Quang Minh, thầy T.S Nguyễn Văn Đạt, cùng các thầy trong bộ môn và các bạn đồng nghiệp đã tận tình giúp đỡ. Qua đây, tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để vấn đề nghiên cứu được hoàn thiện hơn. Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỐI ƯU MẪU XUỒNG CỨU SINH 7 Nha Trang, ngày tháng năm 2008 Người thực hiện PHẠM VĂN THU Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỐI ƯU MẪU XUỒNG CỨU SINH 8 BẢNG KÝ HIỆU CHỮ CÁI VÀ VIẾT TẮT DÙNG TRONG LUẬN ÁN L max : Chiều dài lớn nhất L : Chiều dài thiết kế L for : Chiều dài đoạn mũi L aft : Chiều dài đoạn lái B max : Chiều rộng lớn nhất B : Chiều rộng thiết kế H : Chiều cao mạn T : Chiều chìm trung bình D : Lượng chiếm nước P tk : Trọng lượng tàu không P dt : Trọng lượng dự trữ P n : Trọng lượng người xuồng chở được α : Hệ số diện tích mặt đường nước for  : Hệ số diện tích mặt đường nước phía mũi xuồng aft  : Hệ số diện tích mặt đường nước phía đuôi xuồng β : Hệ số diện tích mặt cắt ngang δ : Hệ số béo thể tích γ : Trọng lượng riêng của nước biển h 0 : Chiều cao tâm ổn đònh ban đầu τ : Chu kỳ lắc v : Tốc độ xuồng N e : Công suất máy chính Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỐI ƯU MẪU XUỒNG CỨU SINH 9 r 0 : Bán kính ổn đònh ban đầu Z co : Tọa độ tâm nổi của tàu Z g : Độ cao trọng tâm của tàu ξ : Hệ số độ cao trọng tâm tương đối c : Hệ số quán tính C 0 : Hằng số hải quân t  : Hiệu suất tổng hợp x : Tọa độ bề mặt vỏ xuồng theo trục x ( dọc thân tàu ) y : Tọa độ bề mặt vỏ xuồng theo trục y ( nằm trong mặt cắt ngang giữa tàu) z : Tọa độ bề mặt vỏ xuồng theo trục z ( hướng lên trên ) m, n : Hệ số mũ S i(z) : Diện tích phần chìm M i(z) : Mô men tónh so với đáy V : Thể tích phần chìm của xuồng M b : Mô men thể tích phần chìm so với đáy M 0 : Mô men thể tích phần chìm so với mặt cắt ngang giữa tàu Z f : Chiều cao tâm nổi so với mặt đáy x f : Hoành độ tâm nổi tính từ mặt cắt ngang giữa tàu v : Tốc độ của xuồng tại thời điểm va đập vào mạn tàu v 0 : Tốc độ ban đầu của xuồng a : Gia tốc chuyển động của xuồng t : Thời gian từ khi xuồng dòch chuyển đến khi va đập g : Gia tốc trọng trường Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỐI ƯU MẪU XUỒNG CỨU SINH 10 P : Khối lượng của xuồng A, H : Năng lượng xuồng hấp thụ khi va đập vd  : Ứng suất va đập sinh ra trong vỏ xuồng   vd  : Ứng suất va đập cho phép của vật liệu chế tạo vỏ xuồng S : Diện tích chòu va đập của xuồng XCS : Xuồng cứu sinh Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m [...]... Ứng dụng kết quả nghiên cứu để nghiên cứu thiết kế một xuồng cụ thể 1.2 Ý NGHĨA LÝ THUYẾT VÀ THỰC TIỄN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU: Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là cơ sở ứng dụng vào thực tiễn để chế tạo XCS bằng vật liệu composite trang bò trên các tàu vận tải biển Việt nam Sự kết hợp chặt chẽ kết quả nghiên cứu vào thực tiễn có thể góp phần phát triển hơn nữa ngành khoa học đóng tàu bằng vật liệu composite. .. là hiệu quả Vì vậy việc nghiên cứu thiết kế tối ưu mẫu xuồng cứu sinh có vai trò và ý nghóa rất quan trọng trong thực tiễn Bài toán thiết kế tối ưu được thiết kế như sau: - Luận cứ hàm mục tiêu 11 c ! W O bu y N W O N lic k to Phương pháp và thuật toán c d o m o m w o ack C y bu to k lic C c u -tr er - w w d o w w w h a n g e Vi ew XC NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỐI ƯU MẪU XUỒNG CỨU SINH F ... mật thiết đến phương pháp thiết kế Do đó: bài toán thiết kế tối ưu mẫu xuồng cứu sinh rất quan trọng trong thực tiễn đóng tàu Nó quyết đònh toàn bộ đến các tính năng của xuồng, hiệu quả khai thác, tiết kiệm thời gian thiết kế, giảm giá thành sản phẩm Để giải quyết vấn đề trên: Nội dung đề tài tập trung làm sáng tỏ các vấn đề sau:  Xác đònh các mục tiêu tối ưu  Thiết kế tối ưu đường hình lý thuyết mẫu. .. 2.4 THIẾT KẾ ĐƯỜNG HÌNH XCS: w w d o w w w h a n g e Vi ew XC NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỐI ƯU MẪU XUỒNG CỨU SINH F -PD h a n g e Vi ew ! XC er PD F- c u -tr a c k Thiết kế đường hình là giai đoạn tiếp theo sau khi xác đònh tối ưu các đặc điểm hình học của xuồng cứu sinh Đường hình xuồng cứu sinh ảnh hưởng quyết đònh đến sức cản vỏ xuồng lúc xuồng. .. XÂY DỰNG NHIỆM VỤ THƯ Qúa trình thiết kế tàu nói chung và thiết kế xuồng cứu sinh nói riêng được bắt đầu từ việc xây dựng nhiệm vụ thư, gồm những yêu cầu đặt ra đối với xuồng thiết kế, thường do chủ tàu hoặc cơ quan thiết kế xây dựng dựa trên: yêu cầu sử dụng, yêu cầu thiết kế trang thiết bò và người thiết kế có trách nhiệm thực hiện đúng Do đó để giải quyết vấn đề thiết kế đường hình XCS phù hợp với... lý, trên cơ sở đảm bảo được các tính năng hàng hải, lại vừa tiết kiệm được nguyên vật liệu 1.3 CÁC MẪU XUỒNG CỨU SINH: Một số mẫu xuồng cứu sinh nước ngoài đang phổ biến 1.3.1 Xuồng cứu sinh có mái che một phần: 12 c ! W O bu y N W O N bu to k lic c d o m o w o c u -tr ack C m C lic k to Các xuồng cứu sinh có mái che một phần phải được trang bò các mái che cứng w w d o w w w er y h a n g e Vi ew XC NGHIÊN... tô, chế tạo tàu và trong đời sống Để có thể chế tạo tốt vật liệu và các kết cấu composite cần thiết phải hiểu rõ bản chất của vật liệu này Sau đây chúng ta sẽ tìm hiểu sơ bộ về nó + Đònh nghóa: Composite là một hỗn hợp ít nhất hai pha hay hai thành phần vật liệu Sự kết hợp này nhằm hạn chế nhược điểm của vật liệu này bằng ưu điểm của vật liệu kia tạo nên sản phẩm có cơ tính khác hẳn các vật liệu ban đầu... u -tr er Vật liệu cốt ( vật liệu gia cường) w w d o w w w h a n g e Vi ew XC NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỐI ƯU MẪU XUỒNG CỨU SINH F -PD h a n g e Vi ew ! XC er PD F- c u -tr a c k Vật liệu cốt trong GRP dùng cho đóng tàu là sợi thủy tinh ( Glass Fiber) với các dạng sau: 1 Mat: Mat được chế tạo bằng cách tạo ngẫu nhiên các sợi thủy tinh trên mặt... phần mềm thiết kế tối ưu mẫu XCS nên kích thước xuồng thường được chọn theo yêu cầu của khách hàng hoặc theo cảm tính, kinh nghiệm của người thiết kế, chính vì vậy xuồng thường có các đặc tính hình học chưa được hoàn thiện, ảnh hưởng đến tính năng hàng hải, làm tăng giá thành của sản phẩm Vì vậy kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần giải quyết bài toán thiết kế tối ưu mẫu xuồng cứu sinh một cách hoàn... NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỐI ƯU MẪU XUỒNG CỨU SINH F -PD h a n g e Vi ew ! XC er PD F- c u -tr a c k Mỗi xuồng cứu sinh có mái che toàn phần phải được trang bò mái che cứng kín nước che được toàn bộ xuồng Mái che phải được kết cấu sao cho: 1 Đảm bảo che chắn những người trên xuồng; 2 Lối ra vào xuồng cứu sinh phải được trang bò bằng các cửa xập . V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỐI ƯU MẪU XUỒNG CỨU SINH 5 3.3 Thiết kế tối ưu đường hình lý thuyết mẫu xuồng cứu sinh. 48 3.4 Thiết kế xuồng cứu sinh vỏ Composite. 48 Chương 4 – THẢO LUẬN KẾT. SỸ KỸ THUẬT Đề tài: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỐI ƯU MẪU XUỒNG CỨU SINH BẰNG VẬT LIỆU COMPOSITE TRANG BỊ TRÊN CÁC TÀU VẬN TẢI VIỆT NAM. Ngành : Cơ Khí Tàu Thuyền Mã số : 60-52-32 tài: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỐI ƯU MẪU XUỒNG CỨU SINH BẰNG VẬT LIỆU COMPOSITE TRANG BỊ TRÊN CÁC TÀU VẬN TẢI VIỆT NAM. LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Ngành : Cơ Khí Tàu Thuyền