Trờng Đại học Hàng Hải Khoa Đóng tàu thiết kế tàu Chơng IV Bài 4.1 Tổ môn: Lý thuyết Tính CHống Chìm Các định nghĩa yêu cầu 4.1.1 Định nghĩa Tính chống chìm: Là khả tàu giữ đợc tính tính ổn định bị tai nạn thủng vỏ bao, nớc ngập một nhóm khoang tàu Xét tính chống chìm xét tính tính ổn định tàu bị thủng khoang Nó đợc đảm bảo nhờ dự trữ tính tàu, thể tích kín nớc nằm đờng nớc chở hàng boong kín nớc Để sử dụng đợc dự trữ tính phục vụ cho tính chống chìm ngời ta chia tàu làm nhiều khoang kín nớc vách ngăn kín nớc hợp lý Đờng chìm giới hạn: đờng song song với mép boong kín nớc cách mép boong kín nớc khoảng 76 mm Boong kín nớc boong có vách ngăn kín nớc kết thúc 4.1.2 Yêu cầu Yêu cầu cao tính chống chìm tàu khách, chặt chẽ đội tàu hàng vận tải Nếu tính tàu bị tai nạn đợc đảm bảo dự trữ tính tính ổn định cần sau tính Theo A.N.Krlốp tàu cần chìm mà cha lật Đối với tàu hàng, yêu cầu giữ đợc tính ngập khoang Đối với tàu khách yêu cầu giữ đợc tính ngập hai ba khoang tùy thuộc vào vùng hoạt động, kích thớc số ngời tàu Khi ngập khoang hay nhóm khoang, tính chống chìm đợc coi đảm bảo đờng nớc tai nạn không cắt đờng chìm tới hạn ổn định tàu dơng Khi bị tai nạn, khoang bị ngập nớc nên t tàu thay đổi (thay đổi chiều chìm trung bình, góc nghiêng chúi), thay đổi chiều cao tâm nghiêng, chiều cao tâm chúi Các thông số đợc xác định trị số trình tính toán chống chìm 1,2 3 Môn học: tĩnh học tàu Chuyên ngành: vỏ tàu thủy 3 121 Trờng Đại học Hàng Hải Khoa Đóng tàu thiết kế tàu Tổ môn: Lý thuyết Hình 4.1 Sơ đồ khoang chống chìm Đờng mép boong vách ngăn kín nớc Đờng chìm giới hạn Các vách kín nớc 4.1.3 Phân loại khoang chìm Khoang ngập hoàn toàn: Đó khoang đợc giới hạn phía boong kín nớc hay sàn tàu Nớc ngập vào khoang không mặt thoáng Khoang ngập phần, mực nớc khoang không mực nớc mạn tàu Khoang có mặt thoáng ảnh hởng xấu đến ổn định tàu Khoang ngËp mét phÇn, mùc níc khoang b»ng víi mực nớc mạn tàu Khoang có mặt thoáng ảnh hởng xấu đến ổn định tàu mực nớc khoang thay đổi Theo quan điểm xét t ổn định tàu, khoang nguy hiểm khoang loại a b c Hình 4.2 Các dạng khoang bị ngập: a Khoang bị ngập hoàn toàn b Khoang bị ngập phần không thông biển c Khoang ngập phần thông biển Sàn Mức nớc Bài 4.2 Tính toán chống chìm tàu Ngời ta thờng áp dụng hai phơng pháp để tính toán chống chìm, là: phơng pháp nhận hàng lỏng (phơng pháp lợng chiếm nớc thay đổi) phơng pháp cắt bỏ khoang (phơng pháp lợng chiếm nớc không đổi) Trong phơng pháp đầu, khối lợng nớc ngập vào khoang đợc xét nh khối lợng hàng lỏng đợc nhận vào khoang Trong trờng hợp này, lợng chiếm nớc, tọa độ trọng tâm tàu tâm nổi, chiều cao tâm nghiêng, Môn học: tĩnh học tàu Chuyên ngành: vỏ tàu thủy 122 Trờng Đại học Hàng Hải Khoa Đóng tàu thiết kế tàu Tổ môn: Lý thuyết chiều cao tâm chúi, chiều chìm trung bình, góc nghiêng góc chúi tàu thay đổi Khi tính toán theo phơng pháp thứ hai, thể tích nớc ngập vào khoang bị loại trừ thể tích tàu đờng nớc ban đầu đờng nớc tai nạn thể tích loại trừ Bởi vậy, thể tích phần ngâm nớc tàu không thay đổi tức lợng chiếm nớc tàu không đổi Khi có hình dáng phần ngâm nớc tàu thay đổi dẫn đến vị trí tâm thay đổi Nếu giả thiết rằng, trình tai nạn, tải trọng tàu không đổi, tất hàng hóa cố định, trờng hợp tọa độ trọng tâm tàu không đổi Phơng pháp nhận hàng lỏng thờng áp dụng cho khoang loại loại 2, phơng pháp lợng chiếm nớc không đổi áp dụng cho khoang loại loại khoang nguy hiểm Tính toán chống chìm theo hai phơng pháp đợc tiến hành gần với giả thiết phần thay đổi chiều chìm có mạn thẳng, góc nghiêng chúi tàu đợc tính theo công thức tâm nghiêng ổn định, nghĩa mô men hồi phục tàu phụ thuộc tuyến hình theo góc nghiêng chúi Mh = Dh Mh = DHCũng coi ban đầu tàu t thẳng Đối với khoang ngập không lớn, tính toán gần với giả thuyết đủ xác Các bớc tiến hành theo trình tự nh sau: 4.2.1 Xác định yếu tố khoang ngập Để giải toán chống chìm xác định t ổn định tàu trờng hợp ngập khoang hay nhóm khoang ta cần tìm thông số sau: Thể tích nớc ngập vào khoang v1 Tọa độ trọng tâm thể tích x p, yp Diện tích mặt thoáng S Tọa độ trọng tâm diện tích mặt thoáng x s, ys Mô men quán tính diện tích mặt thoáng lấy trục thân ix, iy ixy Việc tính toán yếu tố nói hoàn toàn đợc thực nh việc tính toán yếu tố phần thủy lực trớc Để xét cụ thể ta giới hạn khoang bị ngập đờng bao sờn mạn phải, vách dọc thẳng đứng hai vách ngang, sàn tàu Môn học: tĩnh học tàu Chuyên ngành: vỏ tàu thủy 123 Trờng Đại học Hàng Hải Khoa Đóng tàu thiết kế tàu Tổ môn: Lý thuyết Hình 4.3 Để chứng minh công thức tính yếu tố khoang ngập Sàn; Vách dọc; Vách ngang Chiều dài khoang x1 x2, x1 hoành độ vách phía mũi x2 hoành độ vách phía lái Còn y tung độ đờng bao sờn mạn phải, y2 tung độ đờng vách dọc Tính yếu tố diện tích (y1 y2)dx; mô men yếu tố diện tích trục toạ độ Ox Oy lµ: y1 y 22 dx y1 y2 x dx tơng ứng Mô men quán tính diện tích trục thân song song với Ox Oy b»ng: y1 y dx vµ (y1 – y2 )( x – xs )2dx 12 Tích phân yếu tố diện tích mô men tĩnh, mô men quán tính theo chiều cao khoang z ta cã thÓ tÝch khoang v b»ng z x1 v1 ( y1 y )dxdz (4.1) x2 Tọa độ trọng tâm xp, yP : z x1 y y x dxdz xP x2 z x1 y yP y dxdz z x1 y x2 z x1 y x2 y 22 dxdz y dxdz (4.2) x2 Diện tích mặt thoáng cđa khoang víi z = const b»ng x2 s y1 y dx (4.3) x1 Täa ®é trọng tâm diện tích mặt thoáng bằng: x x1 y1 xS y2 xdx x2 x1 yS y1 y2 dx x2 1 y1 y 22 xdx x2 x1 y1 y dx (4.4) x2 Mô men quán tính diện tích trục thân qua x x tâm diện tÝch 1b»ng : ix y1 y2 dx 12 x2 i y y1 y2 x xs dx x2 Môn học: tĩnh học tàu Chuyên ngành: vỏ tàu thủy (4.5) 124 Trờng Đại học Hàng Hải Khoa Đóng tàu thiết kế tàu Tổ môn: Lý thuyết Tất đại lợng từ công thức (4.1) (4.5) ngêi ta tÝnh t¹i mét sè møc níc cã độ cao z khác khoang, kết xây dựng đồ thị biểu diễn hàm v1(z), xp(z), yp(z), s(z), xs(z), ys(z), ix(z), iy(z) Các đờng cong đồ thị đợc gọi đờng cong yếu tố khoang Dựa vào nó, độ cao mức nớc khoang z cho xác định yếu tố khoang 4.2.2 Phơng pháp nhận hàng lỏng (phơng pháp lợng chiếm nớc thay đổi) Phơng pháp đợc áp dụng cho khoang chìm loại hai loại khoang có mực nớc khoang không mực nớc mạn có mặt thoáng (khoang không ăn thông với nớc mạn tàu) Nếu thể tích khoang bị ngập v 1, tọa độ trọng tâm thể tích xP, yP, zP mô men quán tính diện tích mặt thoáng khoang trục dọc ngang thân i y ix Với phơng pháp ta coi nh tính cho trờng hợp nhận hàng nhỏ Các thông số cần tìm - Biến lợng chiều ch×m trung b×nh : d p1 v1 S S (4.6) - Biến lợng tọa độ trọng tâm : p1 xP x f xG D p p1 yP yG D p1 p xG z P zG D p1 (4.7) - Biến lợng tọa độ tâm nổi: p1 x f xB x B D p1 z p1 d d z B B D p1 (4.8) - Biến lợng chiều cao tâm nghiêng chiều cao tâm chói : i p1 d d h0 z P x D p1 p1 i y p1 d d H H zP D p1 p1 (4.9) h Môn học: tĩnh học tàu Chuyên ngành: vỏ tàu thñy i p1 H y p1 D p1 (4.10) 125 Trờng Đại học Hàng Hải Khoa Đóng tàu thiết kế tàu Tổ môn: Lý thuyết Trong đó: p1 trọng lợng khối nớc ngập vào khoang, xác định với tính toán hệ số ngập nớc Trong công thức (4.9) (4.10) khoang loại mặt thoáng bỏ thành phần ix, iy Chiều cao tâm nghiêng bằng: h1 = h0 + h H1 = H0 + H (4.11) BiÕn lỵng gãc nghiêng góc chúi : p1 y P D p h 1 p1 x P x f D p1 H (4.12) Biến lợng chiều chìm mũi đuôi : L d m d x f d d L x f d (4.13) 4.2.3 Phơng pháp loại trừ khoang (phơng pháp lợng chiếm nớc không đổi) Phơng pháp đợc áp dụng cho khoang chìm loại ba loại khoang có mực nớc khoang ăn thông với nớc mạn có mặt thoáng khoang ngập không tham gia vào tính tàu Ta coi nh loại bỏ khoang khỏi thể tích ngâm nớc tàu Cơ sở lý thuyết phơng pháp - Theo phơng pháp thể tích nớc ngập vào khoang bị loại trừ lợng chiếm nớc không đổi nên thể tích khoang chìm bị cắt bỏ đợc bù vào thể tích ngâm nớc tàu (khoảng không gian đờng nớc ban đầu đờng nớc tai nạn) Môn học: tĩnh học tàu Chuyên ngành: vỏ tàu thủy 126 Trờng Đại học Hàng Hải Khoa Đóng tàu thiết kế tàu Tổ môn: Lý thuyết Hình 4.4 Tính toán chống chìm theo phơng pháp cắt bỏ khoang (phơng pháp lợng chiếm nớc không đổi) - Giả thiết tất hàng hóa tàu đợc cố định trọng tâm tàu không đổi, mạn tàu vùng thay đổi chiều chìm thẳng - Giả thiết ban đầu tàu t thẳng Các thông số ban đầu tàu khoang ngập đợc xác định Các thông số cần tìm Việc tính toán đợc thực với điều kiện: hình dáng phần thể tích ngâm nớc tàu thay đổi, lợng chiếm nớc tàu không đổi - Biến lợng chiều chìm: d - Tọa độ tâm đờng nớc cè: x f1 y f1 x f xs x f ys p S s v S s s S s (4.14) (4.15) s S s - Momen quán tính diện tích đờng nớc cố trục Ox Oy qua t©m F1: I x1 I f1 s I x ix s y s2 1 S s I f i y s xs x f s 1 S s (4.16) - Bán kính tâm nghiêng bán kính tâm chúi tàu sau bị ngập khoang: I x1 1 s r r1 ix s y s 1 V V S s I f1 1 s R R i s x x y s f V V S s (4.17) - Biến lợng tọa độ tâm tàu sau bị ngập khoang: Bao gồm hai thành phần: biến lợng tọa độ tâm cha kể đến tàu bị nghiêng chúi, biến lợng tọa độ tâm tàu nghiêng chúi gây Môn học: tĩnh học tàu Chuyên ngành: vỏ tàu thủy 127 Trờng Đại học Hàng Hải Khoa Đóng tµu thiÕt kÕ tµu xB y B z B Tỉ m«n: Lý thut I s I f1 p x1 f1 x p x f xs x f D V S s V Ix s I x1 f1 p y p y s D V S s V p d z p d0 D (4.18) - Chiều cao tâm nghiêng tàu sau bị ngập khoang: h zB r H zB R s ix s y s2 1 S s p d zp d0 D p is s x s x f p d zp d0 D p (4.19) s 1 S s - Biến lợng hệ số ổn định tàu sau bị ngập khoang: Nhận đợc cách lấy biến lợng chiều cao tâm nghiêng chiều cao tâm chúi vừa nhận đợc nhân với trọng lợng tàu trớc lúc bị tai nạn - Góc nghiêng góc chúi tàu sau bị ngập khoang: nhận đợc cách coi trục tâm đờng nớc tai nạn // trục Ox Oy, hoành độ trọng tâm khoang cắt bỏ nằm đờng thẳng đứng với tâm mặt thoáng khoang ngập ta cã: p yp s 1 D h1 S s vµ p x p x f s 1 D H1 S s (4.20) So sánh kết tính toán hai phơng pháp nêu So sánh kết tính toán theo hai phơng pháp nói ta nhận thấy rằng: Các trị số đặc trng cho vị trí tàu sau bị ngập khoang nh chiều chìm trung bình, góc nghiêng, góc chúi, hệ số ổn định, momen hồi phục không phụ thuộc vào phơng pháp Môn học: tĩnh học tàu Chuyên ngành: vỏ tàu thủy 128 Trờng Đại học Hàng Hải Khoa Đóng tàu thiết kế tàu Tổ môn: Lý thuyết tính Chỉ có giá trị chiều cao tâm nghiêng chiều cao tâm chúi khác Đặc biệt lu ý: Hệ số ổn định tính theo hai phơng pháp giống Từ suy chiều cao tâm nghiêng tính theo hai phơng pháp lại khác H1 h1 xác định theo phơng pháp nhận hàng lỏng nhỏ H h2 xác định theo phơng pháp lợng chiếm nớc không đổi Bài 4.3 Tính toán chống chìm ngập nhóm khoang Phân tích tai nạn tàu bị thủng vỏ bao thấy nhiều trờng hợp cã thĨ ngËp c¶ nhãm khoang Trong thùc tÕ sư dụng hai phơng pháp tính chống chìm tàu ngập nhóm khoang phơng pháp khoang tơng đơng phơng pháp xếp chồng 4.3.1 Phơng pháp khoang tơng đơng Thực chất phơng pháp việc thay nhóm khoang b»ng mét khoang thay thÕ Khi ngËp khoang nµy thay đổi t ổn định tàu giống nh ngập nhóm khoang Khoang thay đợc gọi khoang tơng đơng Phơng pháp áp dụng cho khoang khác Các yếu tố khoang - Trọng lơng khối níc trµn vµo : n (4.21) p p i - Toạ độ trọng tâm khối nớc : n xP n pi xi ; yP n p p i - pz i ; zP n n pi y i n p i i (4.22) i DiÖn tÝch mặt thoáng : n s s i (4.23) - Toạ độ tâm diện tích : n xs - Si xi n Si n S y i i ; ys n S i (4.24) Diện tích đờng nớc tai nạn : S1 s n S i M«n häc: tĩnh học tàu Chuyên ngành: vỏ tàu thủy (4.25) 129 Trờng Đại học Hàng Hải Khoa Đóng tàu thiết kế tàu - Tổ môn: Lý thuyết Mô men quán tính phần diện tích phần nớc bị cắt bá : n i x ixi n i i yi y (4.26) - Phơng pháp khoang tơng đơng cho kết xác đợc sử dụng sổ tay tính toán chống chìm dạng bảng Thiếu sót phơng pháp trờng hợp cần thay đổi thành phần nhóm khoang, tất tính toán chống chìm phải lặp lại, tính yếu tố khoang tơng đơng 4.3.2 Phơng pháp xếp chồng Nguyên tắc phơng pháp là: thay đổi chiều chìm ổn định tàu bị ngập nhóm khoang đợc xác định tổng đặc trng riêng biệt cho khoang bị ngập Nghĩa sử dụng phơng pháp xếp chồng tuyến tính Sử dụng phơng pháp đơn giản tính toán chống chìm ngập nhóm khoang Trong trờng hợp đó, xác định ổn định t tàu bị ngập khoang nhóm đợc tiến hành với giả thiết khoang lại không bị ngập Phơng pháp xét hầu nh gần không kể đến trạng thái ban đầu tàu, t ổn định tàu hàng loạt trờng hợp cho sai số kết Thực tế sử dụng phơng pháp để so sánh kết tính ổn định t tàu cho loại tàu định với phơng pháp khoang tơng đơng Nếu kết thực tế giống phơng pháp xếp chồng áp dụng đợc cho tất tàu loại Bài 4.4: Đờng cong chiều dài khoang giới hạn Chiều dài khoang giới hạn khoảng cách vách ngăn kín nớc mà khoảng cách cần thỏa mãn điều kiện ngập khoang đờng nớc tai nạn tiếp xúc với đờng chìm tới hạn Trình tự tính toán xây dựng đờng cong chiều dài khoang giới hạn Tính xây dựng đờng cong thể tích khoang giới hạn vi(xi) Xây dựng đờng cong diện tích đờng sờn đờng chìm tới hạn Xây dựng đờng cong chiều dài khoang giới hạn Bớc 1: Xây dựng đờng cong thể tích khoang giới hạn - Vẽ đờng nớc tai nạn tỷ lệ Bonjean, thờng đờng Môn học: tĩnh học tàu Chuyên ngành: vỏ tàu thủy 130 Trờng Đại học Hàng Hải Khoa Đóng tàu thiết kế tàu Tổ môn: Lý thuyết Hình 4.7 Đờng cong thể tích giới hạn đờng cong chiều dài khoang giới hạn Đờng cong diện tích đờng sờn ứng với đờng chìm giới hạn Đờng cong tích phân Đờng cong chiều dài khoang giới hạn Đờng cong thể tích khoang giới hạn Đối với tàu chuyên dùng ký hiệu phân cấp có ghi chở quặng tàu khác thờng xuyên chở quặng, hệ số ngập nớc phải đợc xác định cụ thể cho trờng hợp đặc biệt lúc xếp dỡ hàng, có xét đến tỷ dung hàng thể tích tự khoang Đối với tàu khách, hệ số ngập nớc đợc hớng dẫn cách tính Qui phạm (Phân khoang) Khi tính toán chiều dài khoang giới hạn có kể đến hệ số ngập nớc chiều dài khoang giới hạn đợc tăng lên Lúc chiều dài khoang l it = li/ Vì nhỏ nên lit > li Khi thiết kế tàu vách ngang kín nớc đợc bố trí theo tính toán thiết kế tàu, nhng tất trờng hợp chiều dài khoang tức khoảng cách vách ngang kín nớc không đợc lớn chiều dài khoang giới hạn Trên trục hoành đặt chiều dài khoang, xây dựng tam giác cân có chiều cao chiều dài khoang Nếu đỉnh tam giác nằm dới tiếp xúc với đờng cong chiều dài khoang giới hạn tàu bị tai nạn ngập khoang, đờng nớc tai nạn nằm dới tiếp xúc với đờng chìm giới hạn Trờng hợp ngợc lại, cần thay đổi khoảng cách vách ngang kín nớc Từ đờng cong chiều dài khoang giới hạn xây dựng đờng cong chiều dài khoang cho phép Các tung độ đờng cong có đợc cách nhân tung độ đờng cong chiều dài khoang giới hạn với hệ số phân chia F nhỏ Hệ số phân chia phụ thuộc vào chiều dài tàu đặc tính khai thác Trong trờng hợp hệ số phân chia F 1; 0,5; 0,33 tàu bị tai nạn tiếp xúc với đờng chìm giới hạn Môn học: tĩnh học tàu Chuyên ngành: vỏ tàu thủy 134 Trờng Đại học Hàng Hải Khoa Đóng tàu thiết kế tàu Tổ môn: Lý thuyết Đờng cong chiều dài khoang giới hạn thực tế có kể đến hình 4.7 Bài 4.5 Phơng pháp tính toán đờng cong ổn định tĩnh tàu bị tai nạn Để tính toán xây dựng đờng cong ổn định tĩnh tàu tai nạn có tính đến khoang ngập có phơng pháp khác Vlaxốp đa hai phơng pháp tính lợng nớc chảy vào khoang bị ngập Cả hai dựa vào hai phơng pháp tính toán chống chìm biết phơng pháp nhận hàng lỏng phơng pháp cắt bỏ khoang (phơng pháp lợng chiếm nớc không đổi) Phơng pháp thứ Vlaxốp, lợng nớc chảy vào khoang bị ngập đến đờng nớc ban đầu tính theo phơng pháp nhận hàng lỏng, lợng nớc bổ sung vào khoang gây thay đổi t tàu làm tàu nghiêng chúi tính theo phơng pháp cắt bỏ phần khoang Z yf G B R D lB WL1 CB Zg B ZC C0 ZCB WL A yCB - yf y Hình 4.8 Xác định tay đòn ổn định tĩnh tàu bị tai nạn Phơng pháp thứ hai Vlaxốp, tính lợng nớc chảy vào khoang bị ngập hoàn toàn theo phơng pháp lợng chiếm nớc không đổi (là dạng phơng pháp Krlốp Darnhi) Cả hai phơng pháp xét khoang ăn thông với nớc bên mạn hở có mặt thoáng Theo phơng pháp loại trừ cắt bỏ khoang bị ngập, lợng nớc chảy vào khoang ABD không thuộc tàu, tàu không đối xứng qua mặt phẳng dọc tâm Nếu B0 tâm tàu cắt bỏ khoang, phơng pháp coi lợng chiếm nớc không đổi, tất hàng hóa đợc cố định nên bị tai nạn trọng tâm tàu không thay đổi Điểm G nằm mặt phẳng dọc tâm không nằm đờng thẳng đứng với tâm Trên hình vÏ ngÉu lùc cđa träng lùc vµ lùc nỉi cã tay đòn l : Môn học: tĩnh học tàu Chuyên ngành: vỏ tàu thủy 135 Trờng Đại học Hàng Hải Khoa Đóng tàu thiết kế tàu Tổ môn: Lý thuyÕt l = (yB – yG)cos + (zB – zG)sin =yB (zB – zB0)sin-(zG – z0 )sin – yG (z0 zB)sin (4.28) Trong : zB0 cao độ tâm tàu vị trí thẳng z cao độ tâm tàu trớc bị tai nạn Tọa độ tâm B tÝnh theo c«ng thøc : (4.29) y B r cos d vµ z B z B r sin d 0 a = zG – ZB0 Ta lại có : Theo hình vẽ : y B z B s p y p ys D S s p d zp d D (4.30) T yG = - yB ; zB – z0 = zB (4.31) Trªn sên lý thuyết, nhờ phơng pháp Krlốp Darnhi, vạch đờng nớc phụ đờng nớc tơng đơng ứng với góc nghiêng , đo tung độ phần chìm phần đờng nớc, tính diện tích đờng nớc tai nạn, mô men quán tính diện tích trục dọc qua tâm diện tích đờng nớc tai nạn Tung độ tâm diện tích đờng nớc tai n¹n: yf1 = - yS S (S – s) (4.32) Sau ta tính bán kính tâm nghiêng tay đòn ổn định tĩnh Tính toán đờng cong ổn định tĩnh đợc tiến hành cho trờng hợp nguy hiểm khoang không đối xứng nằm vùng tàu Chú ý vài điểm đặc biệt tính toán liên quan đến phần bị cắt bỏ đờng nớc Tung độ chìm y1 y2 đo từ sờn lý thuyết tàu tai nạn, theo tung độ tính đợc diện tích S, mô men tĩnh Mx mô men quán tính Ix Hiệu chỉnh trị số có kể đến phần diện tích c¾t bá cđa khoang ngËp cã diƯn tÝch c¾t bá: s = l S bS (4.33) Z Trong ®ã : lS,bS lµ chiỊu dµi vµ chiỊuB réng cđa khoang ngËp D yf1 G Szc F1 f yD M«n häc: tÜnh học tàu Chuyên ngành: vỏ tàu thủy C0 zD T 136 C yc A y Trờng Đại học Hàng Hải Khoa Đóng tàu thiết kế tàu Tổ môn: Lý thuyết Hình 4.9 Biến lợng tọa độ tâm cắt bỏ thể tích khoang bị ngập - Mô men tĩnh diện tích s trục nghiêng : với y1 tung độ ng với phần ch×m b mS s y1 S (4.34) l b3 - Mô men quán tính cđa diƯn tÝch i X s S: S 12 (4.35) Tính toán đờng nớc tai nạn có hiệu chỉnh phần c¾t bá : S1 = S – s ; MX1 = MX – mS ; M y X 1f1 = IX1 b = IX – iXy-1 s S S1 y12 2 (4.36) S1 (4.37) - ChiÒu dày lớp hiệu chỉnh đờng nớc phụ đờng nớc tơng đơng tính theo công thức : - 2S L/2 y ph ytr2 dxd L/2 M x d S (4.38) Tay đòn ổn định tÜnh : I I l X cos cos d X sin sin d a sin D D 0 - P s P d y P yS cos z P d sin D S s D (4.39) T¬ng øng cã : M h Dl I X cos cos d I X sin sin d Da sin Bµi 4.6 s d p y P y S cos p z P d sin s cña qui Yêu Scầu phạm2chống chìm (4.40) Giới thiệu phơng pháp xác suất qui phạm Môn học: tĩnh học tàu Chuyên ngành: vỏ tàu thủy 137 Trờng Đại học Hàng Hải Khoa Đóng tàu thiết kế tàu Tổ môn: Lý thuyết Điều 1.1.1 Qui phạm Phân khoang ĐKVN (TCVN 6259-9) áp dụng cho tàu có công dụng kích thớc dới đây: Những tàu chở khách Các tàu Ro-ro có chiều dài LS lớn 100 mét Các tàu đánh cá có chiều dài L1 lớn 100 mét Các tàu có công dụng đặc biệt (kể ụ nổi, tàu chế biến cá, cần cẩu nổi) Các tàu kéo có chiều dài L1 lớn 40 mét Tàu cuốc có L1 lớn 40 mét, tàu cuốc có hầm chứa đất có L1 lớn 60 mét Tàu cứu hộ Các đèn Các tàu chở dầu 10 Các tàu chở hóa chất 11 Các tàu chở khí hóa lỏng 12 Các tàu dùng để chở chất phóng xạ 13 Các tàu cung ứng dịch vụ 14 Các tàu ký hiệu cấp tàu có dấu chạy băng 15 Các tàu hàng khô có LS lớn 80 mÐt 16 Tµu kiĨu A vµ tµu kiĨu B cã mạn khô đợc giảm nh quy định 4.1.3-3 Phần 11-Mạn khô-TCVN6259-11:2003 Mô hình xác suất Chống chìm tàu đợc biểu diễn đơn giản cho biết số lợng khoang liền kề bị ngập thủng tàu trì ổn định, từ biết tàu có khả chống chìm một, hai ba khoang (phụ thuộc vào số lợng khoang bị ngập nói trên) Thực đặc tính nêu cha đợc hoàn hảo phụ thuộc vào số yếu tố khác nh trạng thái chở hàng, loại hàng v v Mô hình xác suất chống chìm tàu: Nếu giả sử phần vỏ tàu bị ngập thủng xác suất chịu đựng tai nạn tàu phụ thuộc vào trạng thái chở hàng (chiều chìm, trọng tâm), loại hàng chở (vì gắn với hệ số ngập nớc khoang hàng bị thủng) điều kiện thời tiết Tất giá trị thông số xác suất Giả thiết ta biết đợc xác suất chịu đựng tàu phần bị ngập thủng tàu Xác suất tàu chịu đựng đợc va thủng xảy tổng tích xác suất khoang riêng biệt bị h hại nhóm khoang liền kề xác suất tàu chịu đựng đợc ngập Môn học: tĩnh học tàu Chuyên ngành: vỏ tàu thủy 138 Trờng Đại học Hàng Hải Khoa Đóng tàu thiết kế tàu Tổ môn: Lý thuyết thủng không gian ấy, tổng tất tổ hợp ngập thủng Mặc dầu lý thuyết đề đơn giản nhng ứng dụng thực tế gặp phải nhiều khó khăn Sự miêu tả gần vệt thủng gồm có: tung độ hoành độ tâm lỗ thủng, chiều dài, chiều cao, chiều sâu tàu vết thủng Với thông số xác suất chiều nh hầu nh xác định đợc phân bố xác suất, mật độ xác suất nã dùa trªn viƯc cung cÊp sè liƯu thèng kª thực tế tàu bị va thủng ứng dụng thực tế ý tởng mô hình xác suất đặc tính chống chìm tàu thủy đợc triển khai đơn giản so với thực tế Bằng cách tính toán xác suất chịu đựng va đụng tàu, mà cho ta số đo tổng hợp tơng đối hữu ích để phân chia không gian thân tàu vách kín nớc Mô hình chống chìm đơn giản mô hình với giả thiết tàu có vách ngang kín nớc Các khoang khoang sau đuôi tàu với kí hiệu j = 1, 2, n n số lợng khoang kín nớc thân tàu Trong trờng hợp nhóm khoang liền kề miêu tả hai số ij, đây: i số khoang liền kề nhóm đồng thời bị ngập thủng: i = 1, 2, , n (khái niệm nhóm bao gồm ®iỊu kiƯn mét khoang) j – chØ sè thÊp nhÊt khoang (khoang gần đuôi nhất) nhóm khoang liền kề bị ngập thủng Ta nhận khoang kí hiƯu sau: Pij – x¸c st cđa sù h háng đồng thời tất khoang nhóm ij (sự h hỏng không lan nhóm) Sij xác suất có điều kiện để tàu không chìm không lật ngập thủng khoang nhóm ij, xác suất tàu chịu đựng đợc h hỏng vỏ tàu biểu thị công thức: A (4.41) n n i 1 P ij i 1 S ij j Đây xác suất đầy đủ Thực tế công thức cần thiết xem xét sù ngËp thđng tèi ®a khoang liỊn kỊ nhau, thông số Pij/i > = 0, tức xác suất ngập thủng khoang liền không Mô hình hoàn toàn liên quan đến tàu có vách ngang Trong thực tế tàu nh hầu nh Các tàu Môn học: tĩnh học tàu Chuyên ngành: vỏ tàu thủy 139 Trờng Đại học Hàng Hải Khoa Đóng tàu thiết kế tàu Tổ môn: Lý thuyết thông thờng có đáy đôi Việc lu ý đến gây phức tạp nhóm khoang đợc ghi số ij phân nhóm nhỏ bao gồm: có đáy đôi, có không gian đáy đôi, đồng thời không gian đáy đôi đáy đôi Xác suất ngập thủng nhóm nhỏ khác xác suất chịu đựng tàu h hỏng nhóm nhỏ khác Để giải thích toán xác vấn đề đòi hỏi phải có phân bổ xác suất thông số xác suất chiều tức thêm vào tọa độ tâm điểm h hỏng chiều cao h hỏng Phân bổ nh đợc Mô hình chống chìm xác mô hình lu ý đến vách kín nớc dọc, bên cạnh vách kín nớc ngang Xác suất A thớc đo tơng đối an toàn chống chìm tàu với phân chia cách tinh tế không gian thân tàu đồng thời cho phép so sánh chống chìm tàu có kích thớc khác nhau, loại tàu khác dới điều kiện biết đợc phơng pháp tính toán xác suất Pij Sij Nguồn thông tin phân bổ mật độ xác suất biến cố ngẫu nhiên xác định vị trí kích thớc tai nạn thống kê kiện tai nạn Một tập hợp thống kê phong phú đợc thực IMO năm 1973, bao gồm 811 báo cáo va thủng, nhng đáng tiếc có 296 trờng hợp báo cáo đầy đủ, tức bên cạnh thông số tàu có chiều dài vết thủng l, hoành độ tâm thủng x chiều sâu h hỏng y Các thông số thống kê thực tế khiêm tốn để sở suy phân bố xác suất biến cố (thông số) ngẫu nhiªn chiỊu thËm chÝ chØ chiỊu Chóng chØ cho ta thông số chiều dài h hỏng, vị trí trọng tâm chiều sâu h hỏng Khi thông số ngẫu nhiên l,x,y không phụ thuộc lẫn nhau, phân bổ biên hoàn toàn đáp ứng đầy đủ cho việc xác định phân bổ xác suất biến cố ngẫu nhiên chiều Thực tế vậy, h hỏng chiều dài l xuất chỗ vỏ tàu, hoàn toàn trọng tâm phải đảm bảo điều kiện x l ; Ls l (4.42) Cũng giống nh vậy, tâm điểm h hỏng x, có chiều dài bất kỳ, có nghĩa phải thỏa mãn điều kiÖn: � 2x � � 200 th×: l NÕu k �48 : v (4.62) l NÕu k 48 v : l p k v W 4.46 200 k v l 6.20 200 k v � � � kv � l l p kv W � 1, 072 0, 086 � 0, 24 � � 200kv 13 �200kv � � � (4.63) W 184 LS 16 Trong đó: l Chiều dài khoang nhóm khoang kỊ tÝnh b»ng mÐt kv – HƯ sè kĨ đến ảnh hởng tốc độ chạy tàu chiều dài lỗ thủng đợc lấy l tàu khách, tàu lại: V � kv 0, � �khi V 38,5 km/h (hoặc 21 hải lý/h) 14 � kv = 1,0 V > 38,5 km/h hc (hoặc > 21 hải lý/h) V tốc độ chạy tàu định mức, km/h (hải lý/h) LS Chiều dài lớn phần thân tàu nằm thấp đờng chìm giới hạn Đối với tất tàu, trừ tàu khách tàu dầu, trị số c đợc tính 1,0 cho khoang (nhóm khoang) mà ngập chúng thoả mãn yêu cầu ổn định tai nạn Môn học: tĩnh học tàu Chuyên ngành: vỏ tàu thủy 146 Trờng Đại học Hàng Hải Khoa Đóng tàu thiết kế tàu Tổ môn: Lý thuyết Đới với tàu khách tàu dầu trị số S đợc tính theo công thức sau: S = 0,45 S1 + 0,33 S2 + 0,22 S3 (4.64) Trong ®ã: S1, S2, S3 đợc xác định từ chiều chìm khởi đầu (cha bị ngập dj (d1,d2,d3)) theo công thức: S j 4,9 F1 tg hab B2 (4.65) Trong (và cho công thức sau) Sj không đợc lớn số nhân dới có giá trị âm lấy F1 Chiều dài mạn khô tính toán tai nạn tàu khách, diện tích hình chiếu phần khô tàu chia cho 2/3 LS (xem Quy phạm 1997) - góc nghiêng tĩnh khoang xét bị ngập hab Chiều cao tâm nghiêng tai nạn, tính theo phơng pháp thể tích chìm cố định ls chiều dài khoang (hoặc nhóm khoang kề nhau) vách ngăn khoang (hoặc nhóm khoang đó) có bậc chỗ thụt ls phải lấy khoảng cách vách phẳng tơng ứng lj Chiều dài ngập tới hạn đợc xác định theo = 0,8 điểm ứng với tâm cđa ls - hƯ sè ngËp níc cđa khoang DW - trọng tải tàu chiều chìm phân tàu thành khoang kín nớc (không tính khối lợng nớc dằn vào trọng tải) - Lợng chiếm nớc tàu chiều chìm phân khoang k DW DWbd DWbd trọng lợng định mức tàu tiếp nhận vận tải rời ng trờng (không tính nớc dằn vào trọng tải) Để lấy Sj làm trị số tính toán cần phải lấy số nhỏ trị số S j tính theo trờng hợp ngập bất lợi khoang nhóm khoang kề chiều chìm dj Các trị số F1, hab tính theo chiều chìm ban đầu dj cho giai đoạn ngập nớc cuối sau rút số nớc ngập để đạt đợc lợng tăng trọng tâm mà yêu cầu ổn định tai nạn thỏa mãn Chiều chìm dj xác định theo công thức sau: Môn học: tĩnh học tàu Chuyên ngành: vỏ tàu thủy 147 Trờng Đại học Hàng Hải Khoa Đóng tàu thiết kế tàu Tỉ m«n: Lý thut d1 d s ds d0 ds d0 (4.66) d1 d s d s d d1 d s Hình 4.12 đây: ds Chiều chìm ứng với đờng phân khoang tàu d0 Chiều chìm ứng với tải trọng nhỏ tàu có khai thác, có xét đến hàng lỏng bao gồm vật dằn để đảm bảo tốt t ổn định tàu Môn học: tĩnh học tàu Chuyên ngành: vỏ tàu thủy 148