Lập trình tính toán tính năng tàu trên phần mềm rhinoceros

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG TRẦN VĂN CỦA LẬP TRÌNH TÍNH TỐN TÍNH NĂNG TÀU TRÊN PHẦN MỀM RHINOCEROS LUẬN VĂN THẠC SĨ KHÁNH HÒA - 2019 BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG TRẦN VĂN CỦA LẬP TRÌNH TÍNH TỐN TÍNH NĂNG TÀU TRÊN PHẦN MỀM RHINOCEROS LUẬN VĂN THẠC SĨ Ngành: Mã số: Quyết định giao đề tài: Quyết định thành lập HĐ: Ngày bảo vệ: Người hướng dẫn khoa học: TS HUỲNH LÊ HỒNG THÁI Chủ tịch Hội đồng: TS HUỲNH VĂN VŨ Phòng ĐT Sau Đại học: KHÁNH HỊA - 2019 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng với hướng dẫn thầy TS Huỳnh Lê Hồng Thái Mọi kết nghiên cứu đề tài “Lập trình tính tốn tính tàu phần mềm Rhinoceros” chưa công bố công trình khoa học khác thời điểm Khánh Hòa, ngày tháng năm 2019 Tác giả luận văn Trần Văn Của iii LỜI CẢM ƠN Sau thời gian thực đề tài đến hoàn thành Trong suốt thời gian thực hiện, xin gửi lời cảm ơn đến quý phòng ban Trường Ðại học Nha Trang, Khoa Kỹ thuật giao thông, Khoa Sau đại học tạo điều kiện tốt cho tơi hồn thành đề tài Ðặc biệt xin cảm ơn thầy TS Huỳnh Lê Hồng Thái trực tiếp giúp đỡ, hướng dẫn suốt thời gian thực đề tài Cuối xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình tất bạn bè giúp đỡ, động viên tơi suốt q trình học tập thực đề tài Mặc dù nỗ lực cố gắng để hoàn thành tốt đề tài, trình độ chun mơn cịn hạn chế nên thiếu sót điều khó tránh khỏi, mong đánh giá góp ý q thầy Tơi xin chân thành cảm ơn! Khánh Hòa, ngày tháng năm 2019 Tác giả luận văn Trần Văn Của iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM ƠN iv MỤC LỤC v DANH MỤC KÝ HIỆU viii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT xi DANH MỤC BẢNG xii DANH MỤC HÌNH xiv TRÍCH YẾU LUẬN VĂN xvi LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGỒI NƯỚC 1.2.1 Tình hình nghiên cứu giới 1.2.2 Tình hình nghiên cứu nước 1.3 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu 1.3.2 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 1.3.2.1 Đối tượng nghiên cứu 1.3.2.2 Phạm vi nghiên cứu 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH CHO RHINOCEROS 2.1.1 Ngơn ngữ lập trình VBScript 2.1.2 Các kiểu liệu 2.1.3 Các toán tử VBScript 2.1.4 Các cấu trúc điều kiện 10 2.1.4.1 Lệnh If 10 2.1.4.2 Lệnh Case 11 2.1.5 Câu lệnh lặp 12 v 2.1.5.1 For Next 12 2.1.5.2 Do … Loop 12 2.1.6 Thủ tục (Procedure) 13 2.1.6.1 Sub Procedure 14 2.1.6.2 Function Procedure (Hàm) 14 2.2 TÍNH TỐN TÍNH NĂNG 14 2.2.1 Khai báo liệu đầu vào 15 2.2.2 Tính tốn thủy tĩnh 19 2.2.2.1 Đọc liệu 23 2.2.2.2 Tạo mặt đường nước 23 2.2.2.3 Xác định yếu tố mặt đường nước 24 2.2.2.4 Tạo khối 3D phần chìm thân tàu 26 2.2.2.5 Xác định yếu tố thể tích 28 2.2.2.6 Xây dựng liệu, vẽ đồ thị xuất kết 30 2.2.3 Tính tốn Bonjean 33 2.2.3.1 Đọc liệu 35 2.2.3.2 Tạo mặt sườn tạo mặt đường nước 35 2.2.3.3 Xác định phần chìm mặt sườn 36 2.2.3.4 Xác định yếu tố Bonjean theo đường nước mạn tàu 37 2.2.4 Tính tốn Pantokaren 38 2.2.5 Tính tốn ổn định tàu thủy 46 2.2.5.1 Ổn định ban đầu 47 2.2.5.2 Ổn định góc nghiêng lớn 48 2.2.5.3 Ổn định động 49 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 51 3.1 CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN TÍNH NĂNG 51 3.1.1 Tổng quan chương trình 51 3.1.2 Trình tự sử dụng chương trình 52 3.2 KẾT QUẢ CHẠY CHƯƠNG TRÌNH 52 3.2.1 Mẫu tàu số 52 3.2.1.1 Tính tốn thủy tĩnh mẫu tàu số 53 3.2.1.2 Tính tốn Bonjean mẫu tàu số 54 vi 3.2.1.3 Tính tốn ổn định ban đầu mẫu tàu số 57 3.2.1.4 Tính tốn Pantokaren mẫu tàu số 58 3.2.1.5 Tính tốn ổn định mẫu tàu số 59 3.2.1.6 So sánh kết tính với phần mềm DelftShip Maxsurf 65 3.2.2 Mẫu tàu số 68 3.2.2.1 Tính tốn thủy tĩnh mẫu tàu số 69 3.2.2.2 Tính tốn Bonjean mẫu tàu số 70 3.2.2.3 Tính tốn ổn định ban đầu mẫu tàu số 72 3.2.2.4 Tính tốn Pantokaren mẫu tàu số 74 3.2.2.5 Tính tốn ổn định mẫu tàu số 74 3.3.2.6 So sánh kết tính tốn với phần mềm Maxsurf 80 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 84 4.1 KẾT LUẬN 84 4.1.1 Ưu điểm 85 4.1.2 Nhược điểm 85 4.2 ĐỀ XUẤT 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 vii DANH MỤC KÝ HIỆU Lmax: Chiều dài tàu lớn Bmax: Chiều rộng tàu lớn H: Chiều cao mạn tàu L: Chiều dài tàu B: Chiều rộng tàu Lf: Chiều dài đường nước Bf: Chiều rộng đường nước d: Chiều chìm trung bình D: Lượng chiếm nước V: Thể tích chiếm nước Sf: Diện tích mặt đường nước Xf: Hồnh độ tâm diện tích mặt đường nước XB: Hồnh độ tâm ZB: Cao độ tâm α: Hệ số mặt đường nước β: Hệ số mặt cắt ngang δ: Hệ số béo thể tích r: Bán kính nghiêng ngang R: Bán kính nghiêng dọc Ix: Mơmen qn tính riêng diện tích mặt đường nước lấy trục dọc Iy: Mơmen qn tính riêng diện tích mặt đường nước lấy trục ngang SB: Diện tích mặt biên mặt đường nước VB: Thể tích hộp biên phần chìm tàu ω: Diện tích mặt cắt ngang viii Mω: Mơ men diện tích mặt cắt ngang Zω: Cao độ trọng tâm diện tích mặt cắt ngang f: Hàm số φ: Góc nghiêng ngang ψ: Góc nghiêng dọc G: Trọng tâm tàu XG: Hoành độ trọng tâm tàu ZG: Cao độ trọng tâm tàu S: Diện tích hứng gió cabin AV: Diện tích hứng gió tàu PV: Áp lực gió ZV: Chiều cao tâm hứng gió MV: Mơ men nghiêng gió θr, θ1r: Góc lắc θf: Góc vào nước lw1: Tay địn nghiêng gió lw2: Tay địn nghiêng gió giật T: Chu kỳ lắc ΔTm: Nghiêng dọc mũi ΔTl: Nghiêng dọc lái P: Khối lượng tải trọng B: Tâm ix B’: Tâm tàu nghiêng Mhp: Mô men hồi phục Lφ = GZ : Cánh tay đòn ổn định tĩnh GM = ho : Chiều cao tâm nghiêng ngang ban đầu KG = ZG : Chiều cao trọng tâm tàu so với mặt phẳng qua đáy tàu KB = ZB : Chiều cao tâm tàu không nghiêng BM = r0 : Bán kính tâm nghiêng ngang tàu khơng nghiêng BR = Lk : Cánh tay địn ổn định hình dáng LG: Cánh tay địn ổn định trọng lượng KG = ZG: Cao độ trọng tâm tàu Ahp: Cơng mơ men hồi phục Lđ: Cánh tay địn ổn định động KHC: Vùng hoạt động không hạn chế HC1: Vùng hoạt động hạn chế HC2: Vùng hoạt động hạn chế HC3: Vùng hoạt động hạn chế SB: Vùng hoạt động SB SI: Vùng hoạt động SI SII: Vùng hoạt động SII x NƯỚC (TẤN) 118.5 - Kiểm tra ổn định thời tiết theo Quy chuẩn Việt Nam QCVN 21 Bảng 3.19 Bảng tính ổn định theo tiêu chuẩn thời tiết mẫu tàu số STT Đại Lượng Diện tích hứng gió Áp lực gió Chiều chìm trung bình Chiều cao tâm hứng gió Lượng chiếm nước Tay địn nghiêng gió Tay địn nghiêng gió giật Chiều rộng tàu Diện tích vây giảm 10 lắc Hệ số béo thể tích Chiều cao tâm 11 12 nghiêng ban đầu Chiều dài tàu 13 Tỉ số B/d 14 Cao độ trọng tâm 15 Hệ số c 16 Chu kỳ lắc 17 Hệ số S 18 Hệ số X1 19 Hệ số X2 20 Hệ số r 21 (Ak/LB)% 22 Hệ số k 23 Góc lắc 24 Góc vào nước Diện tích gió gây 25 Diện tích dự trữ ổn 26 định Hệ số an tồn Kết luận 27 28 76 - Kiểm tra ổn định theo tiêu chuẩn đồ thị Bảng 3.20 Bảng kiểm tra ổn định theo tiêu chuẩn STT Đại Lượng Diện tích tính đến góc nghiêng 30o yêu cầu Diện tích S1 thực tế Diện tích phạm vi 3040o u cầu Diện tích S2 thực tế Diện tích tính đến góc nghiêng 40o u cầu Diện tích S0 thực tế Cánh tay địn lớn Góc nghiêng cánh tay địn lớn Kết luận - Kết đồ thị ổn định Hình 3.14 Đồ thị ổn định TH1 mẫu tàu số Hình 3.15 Đồ thị ổn định TH2 mẫu tàu số Hình 3.16 Đồ thị ổn định TH3 mẫu tàu số 78 Hình 3.17 Đồ thị ổn định TH4 mẫu tàu số Hình 3.18 Đồ thị ổn định TH5 mẫu tàu số 79 3.3.2.6 So sánh kết tính tốn với phần mềm Maxsurf Từ kết tính tốn chương trình phần mềm Maxsurf mẫu tàu số Tôi tiến hành so sánh số kết sau: Kết so sánh thể bảng 3.21 3.22 - Thủy tĩnh Bảng 3.21 So sánh kết thủy tĩnh mẫu tàu số Đường nước 0.6 Đại lượng Lượng chiếm nước Thể tích chiếm nước Chiều dài đường nước Chiều rộng đường nước Diện tích mặt đường nước Hệ số béo thể tích Hệ số mặt cắt ngang Hệ số mặt đường nước Hoành độ tâm Hoành độ mặt đường nước Cao độ tâm Bán kính nghiêng ngang Bán kính nghiêng dọc Đường nước 1.1 Đại lượng Lượng chiếm nước Thể tích chiếm nước Chiều dài đường nước Chiều rộng đường nước Diện tích mặt đường nước Hệ số béo thể tích Hệ số mặt cắt ngang Hệ số mặt đường nước Hoành độ tâm Hoành độ mặt đường nước Cao độ tâm Bán kính nghiêng ngang Bán kính nghiêng dọc 80 Đường nước 1.6 Đại lượng Lượng chiếm nước Thể tích chiếm nước Chiều dài đường nước Chiều rộng đường nước Diện tích mặt đường nước Hệ số béo thể tích Hệ số mặt cắt ngang Hệ số mặt đường nước Hoành độ tâm Hoành độ mặt đường nước Cao độ tâm Bán kính nghiêng ngang Bán kính nghiêng dọc Đường nước 2.1 Đại lượng Lượng chiếm nước Thể tích chiếm nước Chiều dài đường nước Chiều rộng đường nước Diện tích mặt đường nước Hệ số béo thể tích Hệ số mặt cắt ngang Hệ số mặt đường nước Hoành độ tâm Hoành độ mặt đường nước Cao độ tâm Bán kính nghiêng ngang Bán kính nghiêng dọc - Ổn định Bảng 3.22 So sánh kết ổn định mẫu tàu số Trường hợp Đại lượng Chiều cao tâm nghiêng ban đầu GZ max Góc ứng với GZmax o GZ góc nghiêng 30 o GZ góc nghiêng 60 o GZ góc nghiêng 90 Trường hợp Đại lượng Chiều cao tâm nghiêng ban đầu GZ max Góc ứng với GZmax o GZ góc nghiêng 30 o GZ góc nghiêng 60 o GZ góc nghiêng 90 Trường hợp Đại lượng Chiều cao tâm nghiêng ban đầu GZ max Góc ứng với GZmax o GZ góc nghiêng 30 o GZ góc nghiêng 60 o GZ góc nghiêng 90 Trường hợp Đại lượng Chiều cao tâm nghiêng ban đầu GZ max Góc ứng với GZmax o GZ góc nghiêng 30 o GZ góc nghiêng 60 o GZ góc nghiêng 90 Trường hợp Đại lượng Chiều cao tâm nghiêng ban đầu GZ max Góc ứng với GZmax o GZ góc nghiêng 30 o GZ góc nghiêng 60 o GZ góc nghiêng 90 82 Từ kết so sánh cho hai mẫu tàu, hầu hết kết tính tốn điều có sai lệch định Nguyên nhân dẫn đến sai lệch số nguyên nhân sau: + Chương trình tính tốn theo mơ hình vật rắn 3D, dạng khối solid, cịn phần mềm Maxsurf DelftShip tính tốn theo mơ hình mặt (surface) + Phần mềm Maxsurf tính tốn u cầu xác định vị trí trụ mũi, trụ lái, đồng thời xác định khoảng cách sườn tính tốn Đây nguyên nhân dẫn đến sai lệch kết tính tốn Vì khoảng cách sườn nhỏ kết xác, ngược lại thời gian tính diễn lâu Cịn chương trình tính tốn trực tiếp tồn mơ hình vật rắn 3D Nhìn chung, sai lệch khơng vượt q 5% Vì vậy, kết tính tốn chương trình chấp nhận 83 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 4.1 KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu với hướng dẫn tận tình thầy TS Huỳnh Lê Hồng Thái, tơi hồn thành đề tài với nội dung: “Lập trình tính tốn tính tàu phần mềm Rhinoceros” Về bản, đề tài hoàn thành mục tiêu ban đầu đề nghiên cứu xây dựng thuật tốn lập trình tính tốn tính tàu thủy phần mềm Rhino ngôn ngữ RhinoScript tính tốn thủy tĩnh, Bonjean, ổn định… Chương trình tính tốn thủy tĩnh thực tính toán nhằm xác định yếu tố liên quan đến tính tàu trạng thái cân bằng, xuất liệu kết sang định dạng mẫu theo yêu cầu xây dựng đồ thị thủy tĩnh Các bước tính tốn thực cách độc lập, hồn tồn khơng có can thiệp tự bên ngồi Chương trình tính tốn Bonjean giống chương trình thủy tĩnh xác định yếu tố diện tích phần chìm, mơ men diện tích phần chìm sườn, xuất liệu xây dựng đồ thị Chương trình tính ổn định tương đối phức tạp hơn, thực qua nhiều bước tính tốn xác định hồnh độ cao độ tâm thể tích chiếm nước tàu nghiêng ngang, tính tốn cánh tay địn ổn đình hình dáng Lk, tay đòn ổn định tĩnh Lφ, ổn định động Lđ, xuất liệu xây dựng đồ thị Pantokaren, đồ thị ổn định Đồng thời, chương trình cịn thực bước tính kiểm tra đánh giá ổn định tàu theo tiêu chuẩn ổn định thời tiết vào quy định quy chuẩn QCVN21, TCVN7111, QCVN72 cho nhiều quy chuẩn khác Ngồi mơ đun tính tốn tính năng, chương trình cịn xuất vẽ đường hình 2D, xây dựng bảng tọa độ nhằm phục vụ cho cơng tác phóng dạng Từ kết so sánh chương trình với hai phần mềm Maxsurf Delftship nhận thấy rằng: kết tính tốn chương trình điều có sai lệch so với kết phần mềm sai lệch không lớn chấp nhận Vì vậy, chương trình tính tốn tính mang lại kết đáng tin cậy 84 Nhìn chung, chương trình tính tốn tính tàu Rhino có số ưu điểm nhược điểm cụ thể sau: 4.1.1 Ưu điểm - Chương trình tính tốn tính tàu Rhinoceros cho kết nhanh phần mềm Maxsurf delftship q trình tốn tốn khơng có can thiệp người sử dụng (Tính cho tổng thời gian tính tốn tính tàu) - Tất bảng tính, đồ thị thủy tĩnh, Bonjean, ổn định xây dựng cách tự động theo mẫu lập sẵn, dễ dàng sử dụng liệu từ bảng tính đồ thị cho công việc sau - Dữ liệu đầu vào tương đối đơn giản cần nhập tất liệu lần Chương trình tương đối dễ hiểu sử dụng - Tính tốn tính tàu nhanh chóng, đảm bảo độ xác đánh giá theo quy định đăng kiểm 4.1.2 Nhược điểm Chương trình chạy phần mềm Rhino, u cầu liệu đầu vào mơ hình tàu 3D thông số liên quan đến thiết kế tính tốn tính tàu thủy vậy: + Máy tính sử dụng phải cài đặt phần mềm Rhino Đặc biệt để cài đặt gói chương trình u cầu máy tính phải cài microsoft visual studio 2010 phát triển phần mềm Rhino SDK + Người sử dụng phải biết sử dụng số lệnh Rhino phải có mơ hình tàu 3D + Mơ hình tàu 3D u cầu tất cạnh biên chung mặt phải kín 4.2 ĐỀ XUẤT Từ phân tích, so sánh, đánh giá khẳng định chương trình tính tốn tính tàu phần mềm Rhino chương trình tính tốn tính mới, hợp lý mang lại kết đáng tin cậy Ngồi chương trình đáp ứng phần tự động tính tốn tính tàu cịn phần xây dựng mơ hình vỏ 3D tàu chưa đề cập đến Vì vậy, tơi xin có số đề xuất cụ thể sau: 85 + Có thể ứng dụng chương trình q trình tính tốn thiết kế tàu đào tạo + Xây dựng thêm mơ đun xây dựng mơ hình vỏ 3D tàu + Bổ sung vài mẫu tàu 3D để làm thư viện tàu mẫu nhằm phục vụ tốt việc thiết kế tính tốn tính Trong tương lai, xây dựng thêm nhiều mơ đun để hỗ trợ cơng việc tính tốn thiết kế tàu tính tốn thiết kế kết cấu tàu, tính tốn sức cản… 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Bộ Giao Thông Vận Tải (2010), Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia (QCVN21: 2010) Quy phạm phân cấp đóng tàu biển vỏ thép Bộ Giao Thông Vận Tải (2013), Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia (QCVN72: 2013) Quy phạm phân cấp đóng phương tiện thủy nội địa Bộ Giao Thông Vận Tải (2000), Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 6718: 2000) Quy phạm phân cấp đóng tàu cá biển (Tàu có chiều dài 20 m) Bộ Giao Thông Vận Tải (2002), Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 7111: 2002) Quy phạm phân cấp đóng tàu cá biển cỡ nhỏ Trần Công Nghị (2009), Lý thuyết tàu thủy, NXB Đại học Giao Thơng Vận Tải TP Hồ Chí Minh Trịnh Thị Ngọc Linh (2010), Giáo trình lập trình Visual Basic.Net, NXB thông tin truyền thông Bùi Công Lộc (2012), Viết chương trình vẽ đường hình tính tốn tính mẫu tàu đánh cá khác theo mẫu truyền thống tỉnh Ninh Thuận, Luận văn đại học, Trường Đại học Nha Trang Nguyễn Xuân Hải (2015), Nghiên cứu tính tốn cánh tay địn ổn định tĩnh theo mơ hình vật rắn 3D, Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học Nha Trang Nguyễn Công Chánh (2019), Nghiên cứu sử dụng ngơn ngữ lập trình RhinoScript vẽ hệ lái tàu cá theo thông số cho trước, Luận văn đại học, Trường Đại học Nha Trang 10 Trần Văn Của (2016), Tính tốn tính tàu lưới rê vỏ composite mẫu Khánh Hòa phần mềm Delftship, Luận Văn đại học, Trường Đại học Nha Trang 11 Trần Gia Thái , Tự động hóa thiết kế đường hình tàu đáp ứng nhu cầu đa dạng tàu nghề cá Việt Nam, Tiếng Anh 12 RhinoScript Programmer's Reference 87 Các trang web 13 https://www.rhino3d.com/ (Rhinoceros 3D), truy cập ngày 20/7/2019 14 https://www.Rhinocentre.com/shop/software/companies-individuals/orca3d/ ( Tính gói phần mềm Orca3d), truy cập ngày 23/7/2019 15 https://www.seanaptic.com/ ( Tính gói phần mềm Seanaptic), truy cập ngày 25/7/2019 16 https://www.rhino3d.com/nurbs (Định nghĩa cụm từ NURBS), truy cập ngày 27/7/2019 17 https://www.techopedia.com/definition/3878/software-development- kit-sdk ( Bộ công cụ phát triển phần mềm), truy cập ngày 28/7/2019 88 ... tự động hóa tính tốn tính tàu Đề tài: ? ?Lập trình tính tốn tính tàu phần mềm Rhinoceros? ?? đề xuất khơng ngồi mục đích nói Mục tiêu đề tài lập trình tính tốn tính tàu thủy phần mềm Rhinoceros ngôn... pháp tính tốn tính tàu phần mềm Rhino ngơn ngữ lập trình cho phần mềm Rhino Chương 3: Trình bày kết nghiên cứu bao gồm mơ đun tính tốn tính tính ổn định chương trình tính tốn tính tàu phần mềm. .. trình tính tốn cách tự động, nhanh chóng xác Từ thực tế tơi lựa chọn thực đề tài: ? ?Lập trình tính tốn tính tàu phần mềm Rhinoceros? ?? Mục tiêu đề tài lập trình tính tốn tính tàu chạy phần mềm Rhinoceros