phân tích đánh giá kết quả tính diện tích mặt ướt vỏ tàu đánh cá theo công thức hàm hóa và các công thức gần đúng

MỤC LỤC Trang Trong đó: 8 LỜI CẢM ƠN Qua thời gian hơn ba thang thực hiện đề tài với sự cố gắng của bản thân và sự giúp đỡ tận tình của các thầy trong bộ môn tàu thuyền Trường Đại Học Nha Trang, đến nay đề tài: “ Phân tích đánh giá kết quả tính diện tích mặt ướt vỏ tàu đánh cá theo công thức hàm hóa và các công thức gần đúng” đã hoàn thành Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến toàn thể quý thầy, cô trong bộ môn và các bạn đồng nghiệp cùng người thân, đã góp ý, ủng hộ và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài này. Qua đây tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo: TS - Trần Gia Thái. Người đã trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo hết sức tận tình cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn nhà trường cùng các thầy giáo trong bộ môn đã ủng hộ, giúp đỡ và tạo điều kiện để sinh viên có điều kiện học tạp và nghiên cứu khoa học Nha Trang, ngày… tháng… năm 2007 Sinh viên thực hiện Nguyễn Văn Tình - 1 - LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay ngành giao thông đường thủy nói chung hay tàu thuyền nói riêng đóng một vai trò hết sức quan trọng trong phát triển kinh tế của đất nước. Thật thế từ rất xa xưa con người đã biết dùng những con thuyền bằng lau, sậy, thân gỗ .v.v. để làm phương tiện giao thông đi lại trên sông, biển, để đánh đuổI giặc ngoại xâm bảo vệ tự do cho đất nước. Ngày nay trong giai đoạn kinh tế đang phát triển, tàu thuyền được dùng làm phương tiện giao thông đường thủy để trao đổi hàng hóa, phục vụ du lịch…Đặc biệt tàu thuyền còn đóng vai trò thiết yếu trong nền kinh tế biển, cụ thể là phục vụ cho việc khai thác – đánh bắt thủy hải sản. Đây là một trong những ngành kinh tế được xem là mũi nhọn của đất nước ta trong giai đoạn nay và cả trong tương lai. Vì vậy có thể nói rằng tàu thuyền là một phương tiện không thể thiếu được trong công cuộc xây dựng, phát triển của đất nước, nó không đơn thuần là phục vụ nhu cầu của con người mà còn kích thích tạo đà cho nền kinh tế phát triển. Tuy vậy do tính chất công việc nhu cầu của con người và xã hội ngày càng thay đổi nên ngành đóng tàu cũng ngày càng hoàn thiện hơn đây là vẫn đề đặt ra cho nhà nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và sửa chứa tàu thuyền, cụ thể khi một con tàu được vào họat động trước hết phải đảm bảo đầy đủ các tính năng đi biển, đặc biệt là đảm bảo yêu cầu về tính mạng con người. Ngoài ra muốn con tàu hoạt động trên biển thì tàu thuyền được thiết kế, chế tạo phải có tính năng, công dụng phù hợp với đối tượng và tính chất công việc. Đứng trước những thách thức đó, nhiệm vụ của người nghiên cứu chế tạo tàu thủy phải cho ra đời con tàu tối ưu nhất để đáp ứng được nhu cầu thực tế, đây - 2 - cũng chính là mục tiêu đào tạo cơ bản nhất của ngành cơ khí tàu thuyền - trường ĐHNT Từ những yêu cầu mang tính thiết thực và cũng không ngoài mục tiêu đào tạo của trường, nay tôi được giao thực hiện đề tài tốt nghiệp: “Phân tích và đánh giá kết quả diện tích mặt ướt vỏ tàu đánh cá theo công thức hàm hóa và công thức gần đúng” Nội dung đề tài gồm 04 chương CHƯƠNG 1 ĐẶT VẤN ĐỀ CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH – ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ TÍNH TOÁN CHƯƠNG 4 NHẬN XÉT - ĐỀ XUẤT Ý KIẾN Trong thời gian thực hiện đề tài được sự hướng dẫn chỉ bảo tận tình của thầy TS. Trần Gia Thái cùng với sự giúp đỡ của các thầy trong bộ môn nay tôi đã hoàn thành xong đề tài. Mặc rù rất cố gắng nhưng do trình độ và khả năng có hạn nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong quý thầy, cô cùng các bạn đồng nghiệp góp ý và bổ sung thêm cho đề tài được hoàn thiện hơn. Một lần nữa tôi xin tỏ lòng biết ơn chân thành. Nha Trang, ngày tháng 06 năm 2007 Sinh viên thực hiện Nguyễn Văn Tình - 3 - - 4 - CHƯƠNG 1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI. Tàu thủy là một công trình kỹ thuật phức tạp, hoạt động trong môi trường khắc nghiệt, chịu tác động của nhiều yếu tố như: sóng, gió.v.v., nên yêu cầu về mặt tốc độ của tàu đóng vai trò rất quan trọng trong thiết kế hình dáng thân tàu. Sức cản thân tàu là một yếu tố quan trọng, nó ảnh hưởng rất lớn đến việc thiết kế hình dáng thân tàu và tốc độ của tàu thiết kế. Nếu ta tính được bài toán sức cản thân tàu một cách chính xác thì ta nhận được những số liệu tối ưu. Dựa trên kết quả đó ta tính toán thiết kế hình dáng thân tàu, đảm bảo được tốc độ yêu cầu . Như chúng ta đã biết việc xác định, tính toán chính xác sức cản tàu thủy phụ thuộc vào việc tính diện tích mặt ướt vỏ tàu. Nếu diện tích mặt ướt vỏ tàu càng lớn thì sức cản ma sát sinh ra càng lớn và tốc độ tàu chạy sẽ càng chậm và ngược lại. Vì vậy việc tính diện tích mặt ướt là vấn đề đặt ra và được rất nhiều nhà thiết kế quan tâm. Nó có một ý nghĩa to lớn trong việc tính chính xác sức cản thân tàu. Thông thường từ trước tới nay các nhà thiết kế, khi khảo sát bài toán tính diện tích mặt ướt vỏ tàu đều dựa vào phương pháp gần đúng: phương pháp hình thang, phương pháp dùng công thức thực nghiệm (gồm công thức Taylor, công thức hải quân Anh, công thức Muragin…) và phương pháp hàm hóa. Mỗi phương pháp có một phạm vi ứng dụng khác nhau. Với yêu cầu của đề tài “ Phân tích đánh giá kết quả tính diện tích mặt ướt vỏ tàu đánh cá theo các công thức gần đúng và công thức hàm hóa”. Do đó tôi chỉ có thể chọn một số công thức như: công thức hàm hóa và các công thức gần đúng (công thức hình thang, công thức Muragin, công thức Võ Văn Trác, công - 5 - thức Cemeki) để tính, nhằm chọn ra một số công thức tính chính xác diện tích mặt ướt vỏ tàu đánh cá. 1.2 Mục đích, phương pháp nghiên cứu Mục đích: Từ những kết quả thu được khi tính diện tích mặt ướt vỏ tàu đánh cá theo các công thức gần đúng và công thức hàm hóa trên cơ sở các mẫu tàu cụ thể ta phải: - Xác định, đánh giá lại các công thức tính diện tích mặt ướt hay dùng cho tàu đánh cá vỏ gỗ - Từ đó lựa chọn ra công thức phù hợp khi tính diện tích mặt ướt vỏ tàu đánh cá Phương Pháp Nghiên Cứu: Với mục đích và ý nghĩa của đề tài yêu cầu “ Phân tích và đánh giá kết quả tính diện tích mặt ướt vỏ tàu đánh cá theo công thức hàm hóa và các công thức gần đúng ” Trình tự tính diện tích mặt ướt vỏ tàu bằng các công thức thực nghiệm gần đúng, phương pháp hình thang, phương pháp hàm hóa. Nhưng do thời gian có hạn nên tôi chỉ tiếp nhận một số kết quả hàm hóa cùng với các công thức gần đúng mà không đi sâu vào vấn đề hàm hóa để tính toán diện tích mặt ướt vỏ tàu đánh cá. 1.3 Nội dung nghiên cứu và giới hạn. Nội dung nghiên cứu: nghiên cứu và so sánh kết quả tính diện tích mặt ướt theo các công thức gần đúng và công thức hàm hóa. Từ đó nhằm chọn ra một số công thức tối ưu khi tính toán thiết kế. Nội dung giới hạn đề tài. Do thời gian thực hiện đề tài và khả năng bản thân còn nhiều hạn chế. Nên đề tài chỉ giới hạn trong những nội dung chính sau : 1. Đặt vấn đề 2. Cơ sở lý thuyết 3. Phân tích và đánh giá kết quả tính toán - 6 - 4. Nhận xét và đề xuất ý kiến - 7 - CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT Diện tích mặt ướt vỏ tàu: là diện tích mặt vỏ tàu tiếp xúc với nước khi tàu nổi ở trạng thái tĩnh. 2.1 Tính diện tích mặt ướt vỏ tàu theo công thức gần đúng Mặt ngoài thân tàu là một mặt cong trơn tru và phức tạp; khó khai triển một cách chính xác, khi tính toán người ta thường dùng các phương pháp gần đúng và hai phương pháp chủ yếu thường dùng tính diện tích mặt ướt vỏ tàu là: 2.1.1 Tính diện tích mặt ướt vỏ tàu theo các công thức thực nghiệm Một số công thức tính diện tích măt ướt vỏ tàu thủy Tên tác giả Công thức tính diện tích mặt ướt vỏ tàu Đơn vị Phạm vi ứng dụng Công thức Taylor Ω = C L∆ (fit 2 ) Tàu có hình dáng gầy Công thức hải quân Anh Ω =           + 3 1 3 2 09,2 3,3 V L V (m 2 ) Công thức Muragin Ω =       + T B TL 13,136,1. δ (m 2 ) Dùng cho tàu có vòm đuôi và vòm đuôi vuông Công thức Karpou Ω =       + 1,5074,0 3 2 T L V (m 2 ) Thích hợp sử dụng cho tàu sông không có vòm đuôi Công thức Võ Văn Trác Ω =       + T B TL 25,116,1. δ (m 2 ) Được áp dụng cho các loại tàu cá ven ven bờ Công thức Cemeki Ω =       −+ T B TL )274,0(37,12. δ (m 2 ) Tương đối chính xác Trong đó: C: Là hệ số thay đổi theo B/T và β D: Là lượng chiếm nước (tấn Anh) - 8 - L: Chiều dài mặt ướt của thân tàu (m, fit) V: Là thể tích chiếm nước (m 3 ) T: Là mớn nước (m) B: Chiều rộng thân tàu (m) δ: Hệ số thể tích chiếm nước Ngoài ra còn một số công thức khác thích hợp với loại tàu hình dáng gầy và sử dụng cho loại tàu đường cong diện tích mặt cắt ngang với trị số hai đầu bằng không. loại tàu Công thức Hệ số béo δ Tàu kéo Ω = C (0,5β + 0,272)(B + 2T) δ < 0,5 Tàu cá Ω = (0,7δ + 0,33)(B + 2T) L 0,3 < δ < 0,51 Xuồng máy Ω = (0,76δ + 0,28)(B + 2T) L 0,29 < δ < 0,55 Tàu chuyên dùng Ω = (0,6δ + 0,33)(B + 2T) L 0,35 < δ < 0,57 Các công thức khác có thể quy nạp về dạng công thức sau: Ω = L ( C 1 T + C 2 B) (m 2 ) Trong đó : C 1 , C 2 : Cho trong bảng sau: Số thứ tự Hệ số C 1 Hệ số C 2 Phạm vi sử dụng công thức 1 δ −625,1 2 δ −625,1 5,0 Tương đối chính xác 2 2 1,37(δ - 0,274) Tương đối chính xác 3 1,5 0,09 + δ Hơi nhỏ 4 1,36 1,13 + δ Thường hơi nhỏ đối với tàu ngư lôi và tàu tuần dương hạm đáy nhọn tương đối chính xác 5 1,80 δ Thích hợp với tàu sông không có vòm đuôi 6 2,05 )1(51,0 L l + Hơi lớn là chiều dài đoạn thân ống 7 1,7 ϕ Hơi lớn đặc biệt đối với tàu - 9 - có hệ số β tương đối nhỏ 8 1,52 0,374 + 0,85δ 2 Hơi nhỏ 9 2C 2 a x b 10 2C 2 ab(0,8δ + 0,2) 11 2 – Tàu không lắp máy đáy phẳng 1,8 – Tàu đáy phẳng cắt trơn tru 1,5 – Tàu kéo có chân vịt 0,5αC 1 Chỉ dùng cho tàu lắp máy và không lắp máy đáy phẳng 2.1.2 Tính diện tích mặt ướt vỏ tàu theo đường hình hình dáng thân tàu Đo chiều dài của nửa đường bao sườn từ mặt đường nước chở xuống sau đấy lấy tích phân theo hướng dọc thân tàu từ mớn nước trở xuống nhưng do chiều dài thân tàu tính toán và chiều dài khai triển không bằng nhau, vì có độ cong hướng dọc thân tàu, diện tích tính ra cần được hiệu chỉnh. Thường tính tăng thêm 1% hoặc căn cứ vào các tỷ số B L và T B và các đường cong trên hình sau để hiệu chỉnh Tính tích phân gần đúng theo phương pháp hình thang a. Giới thiệu chung về thuật toán hình thang Hình dáng hình học của thân tàu là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến tính năng hàng hải của tàu. Như ta đã biết tàu thủy là một công trình nổi, chịu tải trọng phức tạp, vì vậy vỏ tàu cũng có hình dáng phức tạp tương ứng. Việc nghiên cứu, chế tạo vỏ tàu có hình dáng hợp lý và tìm ra những tiêu chuẩn kiểm tra là vẫn đề đang được quan tâm rất nhiều trong đó có bài toán tính toán các yếu tố đường hình lý thuyết tàu. Trước đây việc tính toán các tích phân xác định không thể tiến hành một cách liên tục được, nên để tính toán các yếu tố đường hình lý thuyết tàu nói chung và diện tích mặt ướt vỏ tàu nói riêng, phương pháp truyền thống đã chuyển việc tính diện - 10 - [...]... kế tàu Ngoài ra còn có thể tự động hóa trong quá trình tính toán cùng với sự hỗ trợ của máy tính và công nghệ tin học CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ TÍNH TOÁN - 25 - 3.1 CHỌN MẪU TÀU CỤ THỂ Để tìm ra được một phương pháp tính toán có độ chính xác cao khi tính diện tích mặt ướt vỏ tàu đánh cá ta tiến hành so sánh kết quả thu được từ các công thức gần đúng và công thức hàm hóa trên cơ sở tính. .. của tàu đo tại các độ cao, chẳng hạn theo các MĐN tương ứng yinh(zinh) trong trường hợp mặt cắt ngang hàm hoá theo toạ độ các điểm Đối với trường hợp hàm hoá mặt cắt ngang theo các thông số hình học xác định, thay vì toạ độ điểm, có thể chọn thông số này là diện tích mặt cắt ngang (h) trong phạm vi chiều cao tính toán h và các momen diện tích theo các trục m oz, moy, tương ứng là hệ số diện tích mặt. .. đều nhau b Tính diện tích mặt ướt vỏ tàu theo phương pháp hình thang được xác định theo công thức sau: l0 + l n  L n  (m2) Ω = 2  ∑ li − n  i =0 2  Trong đó li: Là nửa chiều dài ngâm nước của sườn thứ i n: Số khoảng cách các sườn lý thuyết L: Chiều dài tàu 2.2 Tính diện tích mặt ướt vỏ tàu theo công thức hàm hóa 2.2.1.Mô hình toán mới hàm hoá đường hình lý tshuyết tàu thuỷ Bài toán về hàm xấp xỉ... so sánh kết quả thu được từ các công thức gần đúng và công thức hàm hóa trên cơ sở tính toán cho các tàu mẫu cụ thể sau: Các thông số kỹ thuật chính của các tàu mẫu cụ thể Tên Tàu cá vỏ gỗ 155Hp Tàu cá vỏ gỗ 110cv Tàu cá vỏ gỗ 160CV Tàu cá vỏ gỗ 100CV Tàu cá vỏ gỗ 60CV Tàu cá vỏ gỗ 180CV Tàu cá vỏ gỗ 165CV Tàu 0002AN002 – 001TC Lmax Ltk Bmax Btk D d W Ne (m) (m) (m) (m) (m) (m) (T) (CV) 17,50 16,31 5,00... ban đầu Nếu toàn bộ bề mặt thân tàu được hàm hóa thì việc khảo sát các yếu tố đường hình nói chung và diện tích mặt ướt vỏ tàu nói riêng thật đơn giản, bởi vậy việc tìm kiếm xây dựng được các hàm đó là một công việc tương đối khó Tuy nhiên cũng nhờ trên kết quả hàm hóa đó mà bài toán khảo sát các yếu tố đường hình được thuận lợi Chủ động trong tính toán, mang tính khoa học cao Tính toán nhanh chóng,... biểu thức hàm hoá nghiệm đúng các đại lượng thứ cấp như diện tích và momen của nó theo các trục oy, oz Cũng như vậy các điều kiện về tính biến đổi đều, tính lồi tính lõm hoặc uốn sẽ không áp dụng khi xác định bậc của đa thức luỹ thừa (2.1.2), mà để giải quyết các vấn đề nảy sinh khác nhau, dù do những yêu cầu lập trình máy tính, hoặc do các đặc điểm khu vực, như vùng mũi qủa lê, vùng đuôi các tàu nhiều... 2,50 1,51 17,76 15,98 5,38 5,11 2,5 1,3 18,50 17,00 5,35 4,87 2,10 1,60 73,7 7 93,8 6 0,69 0,81 4 0,87 3.2 Tính diện tích mặt ướt theo các công thức gần đúng trên các tàu cụ thể Tàu mẫu 1 :Tàu đánh cá vỏ gỗ 155Hp ∗ Phương pháp hình thang: Theo bản vẽ đường hình, nửa chiều dài ngâm nước có các giá trị sau: l0 = 1600 (mm) l5 = 3400 (mm) - 26 - l10 = 0 (mm) l1 = 2200 (mm) l6 = 3480 (mm) l2 = 2800 (mm)... thêm một ẩn số, và làm tăng thêm một số hạng trong các biểu thức nhận được Theo logic diễn biến như vậy, một mặt kết quả trong bài toán hàm hoá có thể tăng lên, mặt khác có thể nảy sinh những trở ngại không những chỉ cản trở, có khi còn không vượt qua được, trong quá trình tìm kiếm các biểu thức nghiệm, mà cả trong quá trình áp dụng các kết quả như vậy trong các mục đích thiết kế tàu, theo các yêu cầu... đặc trưng gián tiếp không được đo đạt từ đường hình mà chỉ có thể xác định qua tính toán, chẳng hạn như diện tích và trọng tâm của hình cong, giới hạn đường cong hàm hoá với các trục toạ độ nếu không nghiệm đúng các giá trị của chúng, sẽ không thể có một kết quả hàm hoá đúng Đơn cử, hàm hoá một mặt cắt ngang với các điều kiện : a) Toạ độ gốc z0nh : giao điểm giữa MCN đang xét với sống chính và kích thước... hyt và các toạ độ trọng tâm của diện tích E của mặt cắt ngang zE = moy/ , yE = moz / Ngoài các điều kiện có nguồn gốc hình học như thế còn có các điều kiện ràng buộc về mặt toán học, chẳng hạn: - 13 - f) Điều kiện về tính liên tục đến đạo hàm bậc nhất y’(z) và đạo hàm bậc hai y”(z) của biểu thức toán trong toàn miền xác định, tương ứng với tính liên tục có trong bề mặt vỏ tàu g) Điều kiện về tính . “ Phân tích và đánh giá kết quả tính diện tích mặt ướt vỏ tàu đánh cá theo công thức hàm hóa và các công thức gần đúng ” Trình tự tính diện tích mặt ướt vỏ tàu bằng các công thức thực nghiệm gần. Phân tích đánh giá kết quả tính diện tích mặt ướt vỏ tàu đánh cá theo các công thức gần đúng và công thức hàm hóa . Do đó tôi chỉ có thể chọn một số công thức như: công thức hàm hóa và các công thức. những kết quả thu được khi tính diện tích mặt ướt vỏ tàu đánh cá theo các công thức gần đúng và công thức hàm hóa trên cơ sở các mẫu tàu cụ thể ta phải: - Xác định, đánh giá lại các công thức tính