THEO PHƯƠNG PHÁP CỦA GIÁO SƯ VLAXƠP TRÊN MÁY TÍNH
Chương trình được viết trên ngơn ngữ Visual Basic 6.0. Đây là ngơn ngữ
lập trình của MicroSoft nên nĩ cĩ khá nhiều ưu điểm so với các ngơn ngữ lập trình khác chẳng hạn cĩ thể dễ dàng kết nối với các phần mềm khác của MicroSoft như Word, Excel, Access…Ngồi ra nĩ cịn cĩ một số ưu điểm khác như cĩ ngơn ngữ lập trình tương đối giống với Pascal - một ngơn ngữ đã được
năng bổ trợ và dị lỗi do đĩ thuận tiện cho những sinh viên khơng thuộc chuyên ngành tin hoặc những người mới tiếp cận với việc lập trình.
Với thuật tốn đã được trình bày ở phần 3.1, chương trình cũng được xây dựng theo trình tựđĩ.
Sơđồ khối chương trình tính chính xác tay địn ổn định theo phương pháp của GS Vlaxơp. KHỐI NHẬP LIỆU Bảng tọa độđường hình Các kích thước cơ bản KHỐI TÍNH TỐN KHỐI KẾT QUẢ
Hàm hĩa sườn tàu
Hàm hĩa boong tàu
Tính tay địn ổn định (lq)
Bảng giá trị lhd, ltl, lq
Đồ thị lhd, ltl, lq
Với một khối lượng tính tốn tương đối lớn như vậy, tơi đã xây dựng chương trình tính tốn theo năm bước, năm bước cơng việc này được lần lượt
được thực hiện trên năm giao diện. - Nhập dữ liệu đầu vào.
- Hàm hố sườn tàu theo thuật tốn Spline rồi tính diện tích và mơmen đối với trục oy của từng MCN.
- Hàm hố lại sườn tàu theo phương pháp của PGS TS Nguyễn Quang Minh, hàm hố đường cong boong, tính thể tích chiếm nước V, tính mơmen thể
tích đối với các trục ở gĩc nghiêng 0o và 90o, tính toạ độ tâm nổi, tính cao độ
trọng tâm tàu.
- Hàm hĩa MĐN thiết kế, tính Jxở gĩc nghiêng q =0o, tính bán kính tâm ổn
định ban đầu r0. Tính Jx ở gĩc nghiêng q = 90o, tính bán kính tâm ổn định r90. - Tất cả các kết quả tính ở các phần trên được xuất qua giao diện “Chương trình tính tay địn ổn định tàu thủy theo phương pháp của GS Vlaxơp”. Tại đây các giá trị tay địn ổn định hình dáng, tay địn ổn định trọng lượng và tay địn ổn
định được tính và vẽ trên đồ thị.
3.3 TÍNH CHÍNH XÁC TAY ĐỊN ỔN ĐỊNH THEO PHƯƠNG PHÁP CỦA GS VLAXƠP CHO TÀU CỤ THỂ
Nhằm đánh giá chính xác kết quả tính, tơi tiến hành tính tốn thử cho một số tàu mẫu. Sau khi tìm hiểu một số tàu, tơi quyết định chọn tính thử cho ba tàu,
đĩ là tàu KH 9136, tàu MDG 301 ĐNA và tàu BTh 400-BTS.
Ởđây do cả ba tàu được tính theo một trình tựđồng thời cũng do giới hạn chiều dài luận văn nên tơi chỉ tiến hành tính chi tiết với đầy đủ các bước tính cho một tàu. Hai tàu cịn lại sẽ chỉ được giới tiệu dữ liệu đầu vào rồi cho ra kết quả
tính tốn và vẽđồ thị cánh tay đồn ổn định. Kết quả tính của hai tàu này sẽ được trình bày trong phần phụ lục.
3.3.1 Phân tích tàu mẫu
1) Tàu KH 9136 sẽđược chọn để trình bày chi tiết quá trình tính, tàu cĩ các kích thước chính như sau:
- Chiều dài lớn nhất: Lmax = 18.4 m - Chiều dài thiết kế: LTK = 17.2 m - Chiều rộng lớn nhất: Bmax = 5.39 m - Chiều rộng thiết kế: BTK = 5.2 m - Chiều cao đến mạn: H = 2.19 m - Mớn nước thiết kế: T = 1.575 m - Khoảng cách MĐN: DT = 1.72 m - Khoảng sườn lý thuyết: DL = 0.315 m - Số thuyền viên: n = 10 người - Cơng suất máy chính: Ne = 140 HP
Đây là tàu đánh cá vỏ gỗ theo tiêu chuẩn tàu vỏ gỗ và theo mẫu dân gian,
được thiết kế và tính chọn theo quy phạm:
-“Quy phạm phân cấp và đĩng tàu biển vỏ thép” do đăng kiểm Việt Nam ban hành năm 1997.
-“Quy phạm đĩng tàu vỏ gỗ TCVN -1984”.
Tàu làm nhiệm vụ khai thác và đánh bắt cá trong vùng biển Việt Nam, hoạt động xa bờ và thuộc vùng hạn chế cấp II cách nơi trú ẩn khơng quá 50 hải lý, điều kiện hoạt động trên sĩng cĩ chiều cao khơng lớn hơn 6 m, trong điều kiện giĩ cấp 6 – 7.
2) Tàu MDG 301 ĐNA là tàu vỏ gỗ được thiết kế bởi Cơng ty cung ứng và PTKT thủy sản Đà Nẵng. Đây là loại tàu câu, hoạt động trong vùng biển Việt Nam thuộc vùng hạn chế cấp II, trong điều kiện sĩng giĩ khơng quá cấp 8.
Tàu MDG 301 ĐNA đã được sinh viên Ngơ Quang Ánh tính kiểm tra ổn
định trong điều kiện hoạt động trên sĩng, nay tơi tiến hành tính kiểm tra chính xác tay địn ổn định của tàu trên nước tĩnh.
3) Tàu BTh 400-BTS là tàu được thiết kế và đĩng theo mẫu giân gian khu vực tỉnh Bình Thuận, tàu được sinh viên Phùng Tấn Đạt chọn tính ổn định theo phương pháp của PGS TS Nguyễn Quang Minh. Do đĩ tơi chọn thực hiện tính lại theo phương pháp của GS Vlaxơp để kiểm tra sự sai khác của hai phương pháp.
3.3.2 Tính chính xác tay địn ổn định cho tàu KH 9136 theo phương pháp của GS Vlaxơp. pháp của GS Vlaxơp.
1) Hàm hĩa sườn tàu theo thuật tốn Spline sau đĩ tính chính xác diện tích MCN (tính đến mép boong) và mơmen diện tích của MCN đối với trục oy.
Đây chính là dữ liệu đầu vào cho thuật tốn hàm hĩa của PGS TS Nguyễn Quang Minh. Tuy nhiên như đã trình bày ở trên, phương trình của PGS TS Nguyễn Quang Minh được xậy dựng cho đường cong đi qua gốc tọa độ nên ởđây tơi phải tính diện tích phần lồi và mơmen phần diện tích này đối với trục o’y’ – đây là trục tọa độđi qua giao điểm của sườn với đường nước thấp nhất và song song với trục oy. Đối với những sườn đi qua gốc tọa độ thì diện tích và mơmen phần lồi
đối với trục o’y’ cũng chính là diện tích và mơmen đối với trục oy của nửa MCN.
Bảng 3.1 Bảng diện tích (w), diện tích phần lồi (wL), mơmen đối với trục oy (Moy), momen phần lồi đối với trục o’y’ (MLo’y’) của nửa MCN.
TT sườn w (mm2) wL (mm2) Moy(x109mm3) MLo’y’(mm3) Sườn 0 2606002 422152 5.55379 297355975 Sườn 1 3532719 390969 6.015837 360376920 Sườn 2 4706831 739531 6.205705 874772235 Sườn 3 5334060 907260 5.984464 1181386000 Sườn 4 5451526 940126 6.156463 1216480000 Sườn 5 5581628 1329128 6.498088 1714025500 Sườn 6 5240789 579414 7.292285 758646153 Sườn 7 5536279 862279 8.304571 1232283115 Sườn 8 5665449 1688574 9.453942 2648520878 Sườn 9 4731715 3432040 9.427676 6120889963 Sườn 10 1722319 1280544 4.601844 1955709498
2) Hàm hĩa lại sườn tàu theo thuật tốn của PGS TS Nguyễn Quang Minh, hàm hĩa đường cong boong, tính diện tích sườn ngâm nước w, momen diện tích sườn ngâm nước đối với trục oy (Moy) (tính đến mớn nước thiết kế T)
khi tàu chưa nghiêng, tính momen diện tích MCN tàu đối với trục oz (Moz90) và oy (Moy90)ở gĩc nghiêng q = 90ođến đường nước đẳng tích.
Bảng 3.2 Bảng giá trị w, Moy, Moy90, Moz90
TT sườn w (mm2) Moy0(x109mm2) Moy90(x109mm3) Moz90(x109mm3)
Sườn 0 0 0 0 0 Sườn 1 2869861 3.632855 6.042422 4.144578 Sườn 2 5917274 5.710285 6.725885 5.510741 Sườn 3 7564895 6.155639 7.214859 5.648065 Sườn 4 7670062 6.22374 7.36998 5.900368 Sườn 5 7611460 6.198547 7.525437 6.239176 Sườn 6 6106415 5.854388 7.661282 6.533726 Sườn 7 5804603 5.594244 8.558694 6.848406 Sườn 8 5046267 4.954469 9.615865 6.457184 Sườn 9 2812342 2.995781 8.970913 3.880782 Sườn 10 142952 0.203688 4.107661 0.3144262 3) Từ bảng trên ta xây dựng đường cong phân bố diện tích sườn ngâm nước, mơmen diện tích đối với trục oy của các MCN khi tàu chưa nghiêng (Moy0), mơmen diện tích đối với trục oy và mơmen diện tích đối với trục oz của các MCN khi tàu nghiêng gĩc q = 90o theo trục ox.
4) Từ các đường cong phân bố trên, ta tiến hành hàm hĩa theo thuật tốn Spline rồi dùng tích phân xác định để tính thể tích chiếm nước V, mơmen thể tích
đối với mặt phẳng tọa độ xoy khi tàu chưa nghiêng (MVxoy0), mơmen thể tích đối với mặt phẳng tọa độ xoy và mơmen thể tích đối với mặt phẳng tọa độ xoz khi tàu nghiêng gĩc q = 90o.
Bảng 3.3 Bảng giá trị V, MVxoy, MVxoy90, MVxoz90
V ( mm3) MVxoy0 (mm4) MVxoy90 (mm4) MVxoz90 (mm4)
5) Tính tọa độ tâm nổi ở các gĩc nghiêng q = 0o và q = 90o - Cao độ tâm nổi khi tàu chưa nghiêng:
V M
zc0 = Vxoy0 = 922.84 (mm)
- Cao độ tâm nổi khi tàu nghiêng gĩc q =90o
V M
zc90 = Vxoy90 = 1367.85 (mm)
- Tung độ tâm nổi khi tàu nghiêng gĩc q = 90o
V M
y Vxoz
c90 = 90 = 959.74 (mm)
6) Hàm hĩa MĐN thiết kế theo thuật tốn Spline sau đĩ tính giá trị Jx0
ị = m d x x x y dx J 3 0 3 2 = 156550.143 x 109 (mm4) = = Û V J r x0 0 1711.16 (mm)
6) Hàm hĩa MĐN khi tàu nghiêng gĩc q = 90o theo Spline sau đĩ tính giá trị Jx90 ị + = m d x x d t x y y dx J ( ). 3 1 90 = 15606.010 x 109 (mm4) V J r x90 90 = Û = 170.58 (mm)
7) Tính cao độ trọng tâm tàu
8) Từ các giá trị trên, cùng với bảng hệ số fi(q) ta tính được các giá trị tay địn ổn định lhd, ltl, lq Bảng 3.4 Bảng giá trịlhd, ltl, lq Gĩc q lhd ltl Lq 0 0 0 0 10 292.06 124.97 167.09 20 541.61 246.13 295.48 30 720.39 359.83 360.56 40 814.58 462.59 351.99 50 828.30 551.29 277.00 60 780.23 623.24 156.99 70 690.39 676.26 14.13 80 574.76 708.73 -133.97 90 445.01 719.66 -274.65
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 lhd, ltl, l0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 -100 -200 -300 lhd ltl l0 Hình 3.2 Đồ thị tay địn ổn định tàu KH 9136
9) Đánh giá kết quả tính cho tàu KH 9136 Tàu cĩ các thơng sốổn định như sau: - ho = 991.5 mm
- l30 = 360.6 mm - qm = 35o
- qv = 72o
Vậy theo hệ tiêu chuẩn IMO, tàu KH 9136 đủổn định trong điều kiện hoạt
3.4 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
3.4.1 Đánh giá mức độ chính xác của thuật tốn.
Phương pháp tính được xây dựng trên cơ sở thuật tốn Spline và thuật tốn hàm hĩa của PGS TS Nguyễn Quang Minh, do đĩ tất cả các giá trị V, MVxoy, MVxoz…đều được tính theo các tích phân xác định với độ chính xác tuyệt đối. Vậy mức độ chính xác của kết quả tính chỉ cịn phụ thuộc vào sự chính xác của các phương trình hàm hĩa. Thuật tốn Spline cho kết quả với độ chính xác rất cao nếu các điểm chia thích hợp, sai số về diện tích khơng vượt quá 0.8%, điều này đã được chứng minh trong nội dung đề tài của sinh viên Ngơ Đức Sinh. Tuy nhiên để khẳng định và minh họa trực quan cho kết quả này tơi đã xây dựng một chương trình vẽđường cong theo thuật tốn Spline và theo thuật tốn hàm hĩa của PGS TS Nguyễn Quang Minh. Việc kiểm tra sẽ được tiến hành trên 3 dạng
đường cong đặc trưng của đường hình tàu. Nội dung và kết quả của việc kiểm tra sẽđược trình bày trong phần phụ lục.
Tuy nhiên như vậy chưa cĩ nghĩa là kết quả tính tốn tay địn ổn định đảm bảo được mức độ chính xác cao như vậy nếu tồn bộ quá trình nhập liệu khơng
được thực hiện một cách chính xác và cẩn thận. Sau đây tơi xin nêu một sốđiểm cĩ thể dẫn đến sai số cho kết quả tính và cách giải quyết.
1) Phương pháp hàm hĩa đường cong bằng thuật tốn Spline yêu cầu phải nhập gĩc hợp bởi tiếp tuyến tại điểm đầu tiên của đường cong với trục oy. Gĩc tiếp tuyến này cĩ ảnh hưởng lớn đến kết quả hàm hĩa do đĩ nếu nhập khơng chính xác sẽ dẫn đến sai số cho kết quả tính diện tích và mơmen.
Cách giải quyết cho trường hợp này là phải tiến hành đo cẩn thận gĩc này bằng cách đo gián tiếp qua giá trị tg(gĩc) rồi từ đĩ mới suy ra giá trị gĩc cần nhập.
Tuy nhiên khơng phải lúc nào cũng cĩ thể xác định chính xác tg(gĩc), vậy cách giải quyết của tơi trong nội dung đề tài này là viết một chương trình vẽ lại sườn tàu theo thuật tốn Spline. Sau khi ta nhập các tọa độ của sườn và gĩc tiếp
tuyến bất kì (gĩc này được chọn trực quan sao cho gần đúng với gĩc cần nhập) sẽ
cho vẽ lại sườn. Nếu biên dạng đường cong khơng bị gãy khúc và trùng với sườn tàu thì gĩc nhập đĩ là chính xác, cịn nếu đường cong được vẽ lại khơng trơn đều nghĩa là gĩc nhập sai, tiến hành thử lại với giá trị khác cho đến khi cĩ được gĩc thích hợp.
Sau khi đã xác định được gĩc tiếp tuyến đúng thì gĩc này sẽ được nhập vào sườn tương ứng để tính diện tích và mơmen chính xác của sườn.
2) Nếu dữ liệu nhập vào là bảng tọa độ đường hình thì khi tính diện tích của những sườn khơng xuất phát chính xác từ một đường nước sẽ bị hụt đi một phần diện tích DS, điều này sẽ dẫn đến sai số về thể tích khi tích phân đường cong phân bố diện tích MCN. y z o 1 2 3 4 5 6 ĐN 6 ĐN 5 ĐN 4 ĐN 3 ĐN 2 ĐN 1 ĐN 0 Hình 3.3 Mơ tả phần bù diện tích
Để giải quyết cho vấn đề này theo tơi cĩ hai cách:
- Cách thứ nhất là ta cộng bù một phần diện tích thích hợp vào kết quả tính thể tích và các mơmen. Cách này đơn giản, dễ thực hiện song sẽ khơng đảm bảo
được mức độ chính xác cao cho kết quả tính.
DS
- Cách thứ hai là tiến hành đo trực tiếp giá trị chiều rộng và chiều cao tại
điềm đầu tiên của đường cong rồi nhập vào dữ liệu hàm hĩa cho Spline.
Ở nội dung đề tài này, tơi chọn phương pháp thứ nhất để giải quyết cho vấn đề này. Tuy nhiên nếu kết quả tính địi hỏi độ chính xác cao thì vẫn cĩ thể
thực hiện được bằng cách đo và sửa lại bảng tọa độ đường hình trước khi nhập liệu.
3) Ở những chỗ đường cong cĩ bán kính cong nhỏ, nếu ta chia các điểm với khoảng cách khơng đổi (chẳng hạn chia theo MĐN) thì sẽ bị sai số cho thuật tốn hàm hĩa Spline, điều này sẽ dẫn đến sai số về diện tích và mơmen khi tiến hành tính tích phân các hàm khơng chính xác này.
Cách giải quyết là ở những chỗ cĩ biên dạng đường cong phức tạp, ta tiến hành chia nhỏ đường cong thành nhiều điểm (khoảng cách giữa các điểm khơng nhất thiết phải bằng nhau). Với nhiều tọa độ nhập ta sẽ đảm bảo được mức độ
chính xác cần thiết của thuật tốn hàm hĩa Spline. Tuy nhiên với sai số cho phép của bài tốn kỹ thuật, đặc biệt khi Spline được sử dụng để hàm hĩa đường sườn tàu cá - sườn cĩ độ cong khơng quá phức tạp, thì giải pháp trên là khơng cần thiết.
3.4.2 Đánh giá mức độ chính xác của phương pháp tính.
Phương pháp tính tay địn ổn định theo GS Vlaxơp là tương đối đơn giản tuy nhiên nĩ cũng chưa cĩ độ chính xác cao, sai số cĩ thể xuất phát từ bảng hệ số
fi(q). Rõ ràng các tàu cĩ kích thước và các hệ số béo hồn tồn khác nhau nhưng lại được dùng chung một bảng hệ số, điều đĩ cĩ nghĩa là bảng hệ số này phải
đảm bảo phù hợp cho nhiều loại tàu nhưng như thế cũng cĩ nghĩa là nĩ khơng thể
cĩ độ chính xác cao cho mỗi con tàu nhất định.
Trước đây, quá trình tính tay địn ổn định theo phương pháp của GS Vlaxơp sử dụng tồn bộ là các cơng thức tính gần đúng. Để kiểm tra mức độ sai khác giữa cách tính gần đúng và cách tính chính xác theo hàm hĩa, chương trình của tơi được xây dựng theo cả hai cách tính. Các cơng thức tính gần đúng được
- Tọa độ tâm nổi ở gĩc nghiêng q = 90ođược tính theo cơng thức của PGS TS Nguyễn Quang Minh.
4 ) ( ) 2 )( 1 ( ) 1 2 ( 2 2 90 B