Tài liệu Nghiên cứu xây dựng hệ thống các bài tập lớn cho môn học lý thuyết tàu

y o c u -tr a c k .c TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA KỸ THUẬT TÀU THỦY -----------PHẠM THÀNH TÍN NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG CÁC BÀI TẬP LỚN CHO MÔN HỌC LÝ THUYẾT TÀU ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: TS. TRẦN GIA THÁI NHA TRANG - 2008 .d o m o w w w .d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e w N y bu to w LỜI NÓI ðẦU Môn học Lý thuyết tàu là môn học ñược giảng dạy ở ñầu giai ñoạn chuyên môn, không chỉ cung cấp cho sinh viên những kiến thức chuyên ngành mà môn học còn là sơ sở cho những môn học chuyên môn khác trong chuyên ngành. Khoa Kỹ thuật tàu thuỷ trường ðại học Nha Trang ñã ñưa vào chương trình ñào tạo cho sinh viên ngành ñóng tàu môn học Lý thuyết tàu. Môn học này là một trong những môn học chuyên môn quan trọng. Việc xây dựng hệ thống bài tập lớn cho môn học Lý thuyết tàu ñã ñược nhiều thầy trong bộ môn ñóng tàu, trường ñại học Nha Trang bỏ công sức nghiên cứu. ðược sự hướng dẫn của thầy TS Trần Gia Thái, tôi ñã nhận thực hiện ñề tài “Nghiên cứu xây dựng hệ thống các bài tập lớn cho môn học Lý thuyết tàu”. Với những nội dung chính sau: 1-ðặt vấn ñề. 2 -Mục ñích, yêu cầu và lựa chọn phương án. 3 -Xây dựng hệ thống các bài tập lớn cho môn học Lý thuyết tàu. 4 -Kết luận, kiến nghị. Mục ñích của ñề tài là nghiên cứu nội dung môn học, tìm hiểu công tác thiết kế ở các nhà máy, xác ñịnh nhu cầu ñối với người kĩ sư thiết kế tàu, từ ñó xây dựng hệ thống các bài tập lớn cho môn học Lý thuyết tàu. Do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên ñề tài không tránh khỏi thiếu sót .Rất mong nhận ñược sự ñóng góp ý kiến của quý thầy và các bạn ñể ñề tài ñược hoàn thiện hơn. Nha Trang, ngày 08 tháng 11 năm 2008. Sinh viên thực hiện Phạm Thành Tín .d o m 1 o .c lic k c u -tr a c k C m o .d o w w w w w C lic k to bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e w N y bu to Chương 1 ðẶT VẤN ðỀ 1.1.TỔNG QUAN ðỀ TÀI: Môn học Lý thuyết tàu là môn học chuyên môn quan trọng hàng ñầu trong chương trình ñào tạo các cán bộ khoa học kỹ thuật và công nghệ chế tạo sửa chữa cũng như sử dụng, ñiều khiển tàu thuỷ. Môn học Lý thuyết tàu là môn học ñược giảng dạy ở ñầu giai ñoạn chuyên môn, mục ñích của môn học như sau: - Tính toán các tính năng hàng hải của tàu thuỷ bao gồm: tính nổi, tính ổn ñịnh, tính chống chìm, tính lắc, tính ñiều khiển. - Các tính năng này phụ thuộc kích thước và hình dáng vỏ bao. Bởi vậy trước khi tính toán chúng, cần xây dựng bản vẽ ñường hình. - Cung cấp những kiến thức cần thiết làm cơ sở cho phóng dạng tàu. Phóng dạng tàu là một trong những nội dung của môn học Công nghệ ñóng và sửa chữa tàu. Trong môn học Lý thuyết tàu chỉ yêu cầu: • ðọc hiểu bản vẽ ñường hình, phân biệt ñường hình các loại tàu. • Nắm ñược cách xây dựng bản vẽ ñường hình, mối quan hệ và sự phù hợp giữa ba hình chiếu. • Xây dựng ñường hình tàu từ những dữ liệu cho trước. ðể cho việc giảng dạy, học tập có hiệu quả thì yêu cầu ñặt ra là phải xây dựng bài tập thực hành nhằm giúp sinh viên cụ thể hoá những khái niệm trong lý thuyết, từ ñó nắm vững kiến thức môn học. 1.2 THỰC TRẠNG HIỆN NAY: 1.2.1 Những yêu cầu cơ bản của một kĩ sư thiết kế tàu: Người kĩ sư thiết kế tàu phải có ñược những yêu cầu cơ bản sau: - Kiến thức chuyên môn: người kĩ sư thiết kế tàu phải nắm vững kiến thức chuyên môn, ñể có thể phân tích, thiết kế ñường hình, từ ñó giải quyết các bài toán .d o m w o .c lic k c u -tr a c k C m 2 o .d o w w w w w C lic k to bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e w N y bu to Lý thuyết tàu như tính toán tính nổi, tính ổn ñịnh, tính chống chìm, tính hạ thuỷ, tính tốc ñộ, tính sức bền thân tàu… - Ngoại ngữ: việc ñọc hiểu các tài liệu tiếng Anh chuyên ngành rất cần thiết, quan trọng ñối với người kĩ sư thiết kế tàu. - Áp dụng tin học trong thiết kế tàu: trong ngành tàu thuyền thì kĩ thuật vi tính ñã ñược áp dụng khá sớm, hiện nay các kĩ sư thiết kế tàu thường dùng công cụ này ñể giải quyết các bài toán Lý thuyết tàu ñể ñược kết quả nhanh chóng, chính xác. - Các kĩ năng khác: người kĩ sư thiết kế tàu cần có những kĩ năng rất cần thiết cho công việc như khả năng học hỏi, tiếp thu kinh nghiệm, khả năng giao tiếp với các ñối tác và với khách hàng….. 1.2.2 Hệ thống các bài tập lớn của môn học Lý thuyết tàu hiện nay: - Hiện nay, sinh viên thực hiện các bài tập lớn sau: • Bài tập lớn số 1: Xây dựng bản vẽ ñường hình. • Bài tập lớn số 2: Tính toán tính nổi. • Bài tập lớn số 3: Tính toán tính ổn ñịnh của tàu.. • Bài tập lớn số 4: Tính toán sức cản tàu. - Số lượng mẫu tàu: hiện nay các mẫu tàu còn ít, ña số sinh viên ñược giao cho các bản vẽ tàu gổ ñể thực hiện các bài tập. - Trong bài tập xây dựng bản vẽ ñường hình thì sinh viên ñược cung cấp bản vẽ ñường hình của một mẫu tàu, từ ñó ñồ lại bản vẽ và tiến hành hiệu chỉnh cho bản vẽ ñường hình ñược cong trơn. 1.2.3 Thực trạng của sinh viên sau khi học môn học Lý thuyết tàu: ðể ñánh giá thực trạng của sinh viên sau khi học môn học Lý thuyết tàu tôi ñã lập phiếu ñiều tra về tình hình học tập của sinh viên ( nội dung phiếu ở phần phụ lục 1). .d o m w o .c lic k c u -tr a c k C m 3 o .d o w w w w w C lic k to bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e w N y bu to lic k c u -tr a c k Bảng1.1: Kết quả ñiều tra tình hình học tập của sinh viên Thứ tự 1 1 3 Kết quả ñiều tra Nội dung Bổ trợ Chỉ bổ trợ Chuẩn bị kiến thức cho những nhiều một số kiến môn học chuyên ngành kiến thức thức 80 % 20% 0% Nằm từ Nằm từ Dưới 75-90 % 50-75 % 50 % 25% 64 % 11 % 1-2 3-4 20 % 80 % Kiến thức tích luỹ Những bài tập làm ñược Không bổ trợ gì Kiến thức 4 Việc chuẩn bị kiến thức cho chuyên công việc sau này ngành 97 % Ngoại ngữ Tin học 35 % 50 % Nhận xét: Qua việc ñiều tra tình hình học tập của sinh viên ngành ñóng tàu sau khi học xong môn học Lý thuyết tàu tôi nhận thấy rằng: - ða số sinh viên nắm vững kiến thức môn học, tuy nhiên lượng kiến thức nắm ñược là chưa sâu, cụ thể là chưa xây dựng ñược bản vẽ ñường hình các mẫu tàu khác nhau và chưa áp dụng ñược các phương pháp khác nhau trong việc giải các bài tập lớn của môn học. - Môn học Lý thuyết tàu rất cần thiết và quan trọng cho chuyên ngành ñóng tàu, nó bổ trợ rất nhiều kiến thức cho các môn học chuyên môn trong chuyên ngành. - ða số sinh viên ngành ñóng tàu rất quan tâm ñến việc chuẩn bị kiến thức chuyên ngành cho công việc sau này. - Khả năng ngoại ngữ của sinh viên còn kém. - Khả năng tin học: sinh viên chủ yếu chỉ sử dụng các phần mềm tin học cơ bản ñể ứng dụng trong chuyên ngành. .d o m w o .c C m 4 o .d o w w w w w C lic k to bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e w N y bu to lic k c u -tr a c k 1.3 ðỀ XUẤT HỆ THỐNG BÀI TẬP: Sau khi nghiên cứu mục tiêu của học phần, kết hợp với khảo sát thực tế, tôi nhận thấy hệ thống bài tập lớn của môn học Lý thuyết tàu hiện nay: - Số lượng mẫu tàu còn ít, yêu cầu ñặt ra hiện nay là cần phải có một lượng cần thiết mẫu tàu vỏ gổ, vỏ thép, vỏ composite. - Cần xây dựng bản vẽ ñường hình dưới dạng 3D, ñể sinh viên có thể ñọc hiểu bản vẽ ñường hình, phân biệt ñường hình các loại tàu khác nhau, từ ñó xây dựng bản vẽ ñường hình. - Cần thiết phải có bài tập từ những dữ liệu cho trước xây dựng bản vẽ ñường hình, bài tập này cung cấp những kiến thức cần thiết làm cơ sở cho phóng dạng tàu. ðể ñáp ứng ñược mục tiêu của học phần, ñồng thời ñáp ứng ñược nhu cầu thực tế hiện nay tôi ñã ñề xuất hệ thống các bài tập lớn cho môn học, kèm theo ñó là hướng giải quyết tốt nhất cho từng bài tập phù hợp với thực tế hiện nay. Cụ thể là có 4 bài tập:
Bài tập lớn số 1: - Xây dựng bản vẽ ñường hình.
Bài tập lớn số 2: - Tính toán tính nổi.
Bài tập lớn số 3: - Tính toán tính ổn ñịnh của tàu..
Bài tập lớn số 4: - Tính toán sức cản tàu. Nhằm có cơ sở cho việc xây dựng hệ thống các bài tập lớn cho môn học Lý thuyết tàu tôi ñã lập phiếu thăm dò ý kiến của các kĩ sư thiết kế tàu ñang làm việc tại các cơ quan thiết kế ( nội dung phiếu ở phần phụ lục 2). Bảng 1.2: Kết quả thăm dò ý kiến của các kĩ sư thiết kế tàu Thứ tự Nội dung Ý kiến 1 Xây dựng bản vẽ ñường hình 100% 2 Tính toán tính nổi 100% 3 Tính toán tính ổn ñịnh 100% 4 Tính toán sức cản tàu 80% Nhận xét: Qua việc thăm dò ý kiến của các kĩ sư thiết kế tàu ñang làm việc tại các cơ quan thiết kế tôi nhận thấy ña số kĩ sư ñồng ý rằng các bài tập này là cần thiết cho công việc của người kĩ sư thiết kế tàu. .d o m w o .c C m 5 o .d o w w w w w C lic k to bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e w N y bu to Chương 2: MỤC ðÍCH, YÊU CẦU VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 2.1. BÀI TẬP LỚN SỐ 1: - XÂY DỰNG BẢN VẼ ðƯỜNG HÌNH. Bản vẽ ñường hình là bản vẽ biểu diễn hình dáng hình học bên ngoài của bề mặt vỏ tàu. Bản vẽ ñường hình là tài liệu thiết kế cơ bản. Nó là công cụ mô tả, thông tin và tính toán các tính năng hàng hải của tàu, ñể lập sơ ñồ bố trí chung v.v… Người kĩ sư thiết kế phải biết phân tích, thiết kế ñường hình sao cho phù hợp với yêu cầu thiết kế. 2.1.1 Mục ñích và yêu cầu của bài tập: 2.1.1.1. Mục ñích: - Giúp sinh viên bước ñầu làm quen với việc xây dựng bản vẽ ñường hình, làm cơ sở ñể phân tích lựa chọn thiết kế ñường hình mới. - Cung cấp những kiến thức cần thiết làm cơ sở cho phóng dạng tàu. 2.1.1.2. Yêu cầu: - ðọc hiểu bản vẽ ñường hình, phân biệt ñường hình các loại tàu. - Từ những dữ liệu cho trước sinh viên xây dựng ñược bản vẽ ñường hình các loại tàu vỏ gổ, vỏ thép, vỏ composite. 2.1.2 Lựa chọn phương án: - Dựa vào trình tự vẽ ñường hình tàu, kết hợp với tìm hiểu thực tế chúng tôi ñã phân tích và ñưa ra các dạng bài tập xây dựng ñường hình Lý thuyết tàu như sau: 1.Dạng1: Vẽ ñường hình tàu cho trước HCð, HCB (dạng này gồm 10 ñề). 2.Dạng2: Vẽ ñường hình tàu cho trước MCN, khoảng sườn và ñường bao trên HCð, HCB (dạng này gồm 10 ñề). 3.Dạng3: Vẽ ñường hình tàu cho trước bảng toạ ñộ, ô lưới và ñường bao trên HCð, HCB (dạng này gồm 10 ñề). 4.Dạng4: Vẽ ñường hình tàu bằng phương pháp vẽ ñồng dạng từ bản vẽ tàu mẫu (dạng này gồm 10 ñề). .d o m w o .c lic k c u -tr a c k C m 6 o .d o w w w w w C lic k to bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e w N y bu to - Trong các dạng bài trên thì dạng 1 và 3 là 2 dạng bài tập nhằm cung cấp những kiến thức cần thiết làm cơ sở cho phóng dạng tàu. 2.1.3 Cơ sở lý thuyết: 2.1.3.1. Khái niệm: -Bản vẽ ñường hình là bản vẽ biểu diễn hình dáng hình học bên ngoài của bề mặt vỏ tàu. - Bản vẽ ñường hình là tài liệu thiết kế cơ bản. Nó là công cụ mô tả, thông tin và tính toán các tính năng hàng hải của tàu, ñể lập sơ ñồ bố trí chung v.v… - Hình dáng bề mặt vỏ tàu ñược mô tả trên bản vẽ bằng cách chiếu thẳng góc lên các mặt phẳng chiếu cơ bản. 2.1.3.2. ðặc ñiểm: -Bản vẽ ñường hình ñược thể hiện trên 3 hình chiếu: + Hình chiếu ñứng: thể hiện các mặt cắt dọc trên mạng lưới gồm các ñường nước và ñường sườn. + Hình chiếu bằng: thể hiện các mặt ñường nước trên mạng lưới gồm các mặt cắt dọc và ñường sườn. + Hình chiếu cạnh (còn gọi là mặt mắt ngang): thể hiện các khung sườn trên mạng lưới gồm các ñường nước và ñường cắt dọc. -Khi thực hiện bản vẽ ñường hình, người ta phối hợp vẽ hình chiếu ñứng và hình chiếu bằng, sau ñó vẽ hình chiếu cạnh và ngược lại. -Theo nguyên tắc chiếu, mỗi ñiểm trên bề mặt vỏ tàu sẽ ñược thể hiện trên cả ba hình chiếu nên giữa ba hệ thống hình chiếu của bản vẽ ñường hình lý thuyết tàu phải tương ứng phù hợp lẫn nhau. Các hình chiếu chỉ thể hiện hình dáng thật của tàu trên các mặt phẳng chiếu song song với chính nó, còn trên hai hình chiếu còn lại sẽ chuyển thành các ñường thẳng, tạo thành lưới chữ nhật của bản vẽ. 2.1.3.3. Công cụ vẽ ñường hình tàu: Có thể vẽ ñường hình lý thuyết tàu bằng tay nhưng rất lâu và phức tạp mang lại hiệu quả không cao và không chính xác mất rất nhiều thời gian. Ngày nay công cụ máy tính hổ trợ rất ñắc lực cho việc vẽ ñường hình tàu. Nhờ phương pháp vẽ trên .d o m w o .c lic k c u -tr a c k C m 7 o .d o w w w w w C lic k to bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e w N y bu to máy mà làm nâng cao hiệu quả sử dụng lao ñộng, nâng cao năng suất lao ñộng, nâng cao ñộ tin cậy và ñộ chính xác. 2.1.3.4. Trình tự vẽ ñường hình tàu: - Sau khi thiết lập xong bản vẽ (tức là tạo khung bản vẽ, khung tên,tạo chữ,tạo lớp…..), ta tiến hành tạo mạng lưới, vẽ ñường cơ bản rồi phân chia sườn lý thuyết, mặt ñường nước và cắt dọc. Số sườn lý thuyết thường ñược bố trí cách ñều với số lượng 11 hoặc 21, phụ thuộc vào chiều dài tàu và sự phức tạp về hình dáng của tàu và ñược ñánh số theo thứ tự là 0, 1, 2 …, tính từ ñuôi ñến mũi. ðối với tàu vỏ thép thường có chiều dài lớn, tổng số sườn lý thuyết thường vào khoảng 21 sườn, có thể nhiều hơn hoặc ít hơn nhưng phải là số lẻ ñể luôn có một sườn trùng với mặt cắt ngang giữa tàu. ðối với tàu có chiều dài nhỏ như tàu vỏ gổ hay tàu composite, tổng số sườn lý thuyết vào khoảng từ 9 ñến 15 sườn. Do vỏ tàu tại mút mũi và ñuôi thay ñổi nhiều nên ñể biểu diễn chính xác sườn khu vực này dùng thêm các mặt cắt giữa các mặt cắt chính và ký hiệu thêm 1/2, ví dụ 1 1/2 (ñuôi) hoặc 91/2, 101/2 (mũi). Vị trí sườn giữa ñược kí hiệu bằng dấu . Các mặt ñường nước thường cũng hay ñược bố trí cách ñều nhau với số lượng khoảng từ 4 -10, phụ thuộc vào chiều cao tàu và sự phức tạp về hình dáng của tàu và ñược ký hiệu là ðN0, ðN1, ðN2 …,hay ðNa, ðN2a,…(a:khoảng cách mặt ñường nước) tính từ dưới ñáy lên. Mặt ñường nước trên cùng thường không vượt quá boong chính. Số lượng các mặt cắt dọc thường nằm trong khoảng từ 2 ñến 6, phụ thuộc vào chiều rộng tàu và sự phức tạp về hình dáng của tàu và thường ñược ký hiệu là CD0, CDI, CDII …, tính từ mặt cắt dọc giữa tàu ra hai bên mạn tàu. -Vẽ các ñường bao: Việc vẽ ñường bao của tàu nhằm ñịnh dạng hình dáng của tàu trước khi thực hiện các bước tiếp theo. Căn cứ vào các số liệu trong bảng toạ ñộ, vẽ ñường be chắn sóng và ñường dọc tâm ở hình chiếu ñứng, ñường be chắn sóng ở hình chiếu bằng, ñường be chắn .d o m w o .c lic k c u -tr a c k C m 8 o .d o w w w w w C lic k to bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e w N y bu to sóng và sườn giữa ở hình chiếu cạnh tương ứng theo các sườn, ñường nước và cắt dọc ñã phân chia. Sau ñó vẽ các ñường biên dạng ở mũi và ñuôi tàu theo tàu mẫu hoặc theo kinh nghiệm. -Vẽ các ñường còn lại: Có thể vẽ các ñường sườn trên bản vẽ chiếu cạnh, từ ñó khai triển các ñường cắt dọc trên bản vẽ chiếu ñứng và các ñường nước trên bãn vẽ chiếu bằng hay có thể thực hiện trên hình chiếu ñứng và hình chiếu bằng trước rồi suy ra hình chiếu cạnh. Do tính chất ñối xứng nên chỉ biểu diễn nửa mặt cắt ngang, bên trái bố trí các mặt cắt ngang ñuôi và bên phải bố trí các mặt cắt ngang mũi. Tương tự chỉ biểu diễn nửa mặt ñường nước . Tiến hành chỉnh sửa các ñường nét cho trơn ñều và kiểm tra ñộ chính xác của các giao ñiểm tương ứng trên ba hình chiếu. -Vẽ ñường kiểm tra: ðể kiểm tra biên dạng của vỏ tàu có trơn ñều hay không ta có thể vẽ ñường kiểm tra, thực hiện như sau: trên bản vẽ chiếu cạnh dựng ñường thẳng a và b bất kì cắt ñường DT và ðCB sao cho ñường thẳng a ñi qua nhiều sườn nhất và ñi qua ñoạn cong của các sườn (thường ñi qua hông tàu). Trên ñường thẳng a, b ño khoảng cách từ O (giao ñiểm của ñường kiểm tra và ñường DT) ñến giao ñiểm với các sườn và lấy các khoảng cách ñó làm chiều cao tương ứng trên các sườn ở hình chiếu ñứng, nối các ñiểm này lại ta ñược ñường kiểm tra trên hình chiếu ñứng. ðể biên dạng của vỏ tàu trơn ñều thì ñường kiểm tra cũng phải trơn ñều. Nếu ñường kiểm tra bị gãy khúc tại khoảng sườn nào ñó ta hiệu chỉnh lại cả ba hình chiếu tai khu vực khoảng sườn ñó cho ñến khi có ñược ñường kiểm tra theo ý muốn. -Ghi các chú thích cần thiết vào bản vẽ như: số sườn, ðN, CD, be chắn sóng, boong chính, boong dâng,… -Ghi các kích thước cần thiết như: khoảng cách sườn , ðN, CD, khoảng cách từ be chắn sóng ñến boong, từ vách ñuôi ñến sườn 0, từ mũi ñến sườn cuối cùng,… -ðo trên ñường hình ñã vẽ ñể xây dựng bảng toạ ñộ ñường hình và thường ñặt ở góc trên bên trái của bản vẽ. .d o m w o .c lic k c u -tr a c k C m 9 o .d o w w w w w C lic k to bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e w N y bu to lic k c u -tr a c k -Bảng ghi các thông số chủ yếu của tàu thường ñặt ở góc trên bên phải bản vẽ, nội dung của bảng này bao gồm: +Chiều dài lớn nhất :Lmax,m +Chiều dài thiết kế :LTK,m +Chiều rộng lớn nhất :Bmax,m +Chiều rộng thiết kế :BTK,m +Chiều cao mạn :D,m +Chiều chìm :d,m +Hệ số béo thể tích :Cb( δ ) +Lượng chiếm nước : W( ∆ ),Tấn +Trọng tải (ñối với tàu hàng) :Phh(Dw),Tấn +Hành khách(ñối với tàu khách) :người +Thuyền viên :người +Công suất máy chính :Ne,KW(HP,CV) +Quy phạm áp dụng,… .d o m w o .c C m 10 o .d o w w w w w C lic k to bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e w N y bu to lic k c u -tr a c k Thiết lập bản vẽ Tạo ô lưới Vẽ ñường bao, ñường boong Vẽ các mặt cắt dọc Vẽ các ñường nước Vẽ mặt cắt ngang Chỉnh sửa Vẽ ñường kiểm tra Không ñạt ðạt Hoàn chỉnh Bản vẽ ñường hình tàu Hình2.1:Sơ ñồ trình tự vẽ ñường hình tàu .d o m w o .c C m 11 o .d o w w w w w C lic k to bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e w N y bu to 2.2. BÀI TẬP LỚN SỐ2: TÍNH TOÁN TÍNH NỔI. Tính toán tính nổi rất quan trọng trong thiết kế tàu. Nó sẽ là tiền ñề ñể giải quyết các bài toán Lý thuyết tàu như tính ổn ñịnh, tính chống chìm, tính hạ thuỷ, tính sức bền thân tàu… Các ñồ thị xây dựng ñược khi tính toán tính nổi rất cần thiết cho người thiết kế tàu, cũng như người chủ tàu khi khai thác. 2.2.1 Mục ñích và yêu cầu của bài tập: 2.2.1.1. Mục ñích: - Bài tập này giúp cho sinh viên nắm ñược cách thức tính toán, xây dựng ñồ thị ñường cong các yếu tố tính nổi, ñồ thị Bonggien, ñồ thị Phiaxốp và biết cách sử dụng các ñồ thị này. - Chuẩn bị cho sinh viên những kiến thức cần thiết ñể có thể giải quyết các bài toán Lý thuyết tàu như tính ổn ñịnh, tính chống chìm, tính hạ thuỷ, tính sức bền thân tàu … 2.2.1.2.Yêu cầu: - Áp dụng ñược hai phương pháp tích phân gần ñúng là hình thang và Simpson trong việc tính toán, xây dựng các ñồ thị ñường cong các yếu tố tính nổi, ñồ thị Bonggien, ñồ thị Phiaxốp. - Biết cách sử dụng các ñồ thị ñường cong các yếu tố tính nổi, ñồ thị Bonggien, ñồ thị Phiaxốp. 2.2.2. Lựa chọn phương án: -Trong phần tính toán tính nổi sẽ tính toán, xây dựng các ñồ thị: 1.Xây dựng ñồ thị ñường cong các yếu tố tính nổi. 2.Xây dựng ñồ thị Bonggien. 3.Xây dựng ñồ thị Phiaxốp. -Trong phần bài tập này có hướng dẫn áp dụng hai phương pháp tích phân gần ñúng là hình thang và Simpson trong việc tính toán các yếu tố tính nổi của tàu. .d o m w o .c lic k c u -tr a c k C m 12 o .d o w w w w w C lic k to bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e w N y bu to lic k c u -tr a c k 2.2.3 Cơ sở lý thuyết: 2.2.3.1. Khái niệm: Tính nổi là khả năng tàu nổi cân bằng ở vị trí xác ñịnh ứng với chế ñộ tải trọng ñang xét. Khi nổi trên mặt nước tàu chịu tác dụng của hai ngoại lực chính là: - Trọng lượng tàu P (Trọng lượng vỏ tàu, máy móc, thiết bị trên tàu…). - Lực ñẩy Ácsimec D = γ.V (γ là trọng lượng riêng của tàu). 2.2.3.2. Các phương pháp tính tích phân gần ñúng: 1) Phương pháp hình thang: ðể tính diện tích mặt phẳng ñược giới hạn bởi ñường cong y = f(x) trong phạm vi từ 0 ñến n, ta tiến hành chia diện tích S thành các diện tích thành phần Si bằng các ñường song song cách ñều. y y=f(x) S yo O 0 y y 1 1 y 2 2 3 3 y 4 4 y 5 5 yn-1 n-1 yn n x Hình 2.2: Tính diện tích theo phương pháp hình thang Chấp nhận sai số nhất ñịnh ta thay ñường cong y = f(x) bằng các ñường gẫy khúc ñi qua ñỉnh các tung ñộ kế tiếp nhau y0, y1, y2, …yn. Ta có: L S = ∫ 0 L ydx = ∫ f ( x ) dx ≅ 0 .d o m w o .c C m 13 o .d o w w w w w C lic k to bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e w N y bu to lic k c u -tr a c k y 0 + y1 y + yn y + y2 + ∆ L. 1 + ....... + ∆ L . n − 1 ) 2 2 2 y + yn ≅ ∆ L .( y 0 + y 1 + .......... + y n − 0 ) 2  n  y + y n  ≅ ∆L ∑ y i −  0  2    i =1 ≅ (∆ L. Trong ñó: L n ∆L = khoảng cách cách ñều giữa các tung ñộ. n ∑y i =1 tổng các tung ñộ kế tiếp nhau. i y0 + y n 2 ñộ hiệu chỉnh tung ñộ. 2) Phương pháp Simpson: Trong phương pháp Simpson chiều dài L ñược chia nhỏ thành n/2 cặp ñoạn bằng nhau, mỗi phân ñoạn có chiều dài 2d=2L/n. Trong mỗi phân ñoạn có ñường cong y = f(x) ñược thay bằng ñường parabol bậc hai, ñi qua 3 ñiểm, dạng ñường y=ax2+bx+c. y y=f(x) C B D A y y y 1 o E F S 2 d d Oxo x1 x2 x 2n-2 x2n-1 x2n Hình 2.3: Tính diện tích theo phương pháp Simpson Công thức tính diện tích phần dưới ñường cong, gạch chéo theo Simpson: x2 S= 2d ∫ ydx = ∫ (ax x0 0 2 + bx + c)dx = d (8ad 2 + 6bd + 6c) 3 x .d o m w o .c C m 14 o .d o w w w w w C lic k to bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e w N y bu to lic k c u -tr a c k Mặt khác các giá trị y tương ứng với x0, x1, x2 có thể tính qua a, b, c theo quan hệ: y1=ad2 + bd + c; y0=c; y2=4ad2 + 2bd + c do vậy công thức tính diện tích S cho trường hợp này sẽ là: 2d S= d ∫ ydx = 3 ( y o + 4 y1 + y 2 ) 0 Bằng cách tương tự có thể tiếp tục tính diện tích dưới ñường cong trong phạm vi x 2 ÷ x 4 , sau ñó x 4 ÷ x 6 cho ñến phân ñoạn cuối tính từ x 2 n −1 ÷ x 2 n . Thực hiện phép cộng tất cả các diện tích nhỏ vừa tính có thể thấy: S= y 2 y0 d ( + 2 y1 + y 2 + 2 y 3 + ... + 2 y 2 n −1 + 2 n ) 3 2 2 Số 2n như chúng ta ñã thấy là số chẵn. Trong công thức trên thì d=L/n. 3) Quy tắc << 5-8 >>: Theo quy tắc << 5-8 >> dùng 3 ñường thẳng góc ñể tính diện tích giữa hai ñường thẳng góc kế cận bao hàm dưới ñoạn ñường cong y = f(x). y y = f(x ) e d y 0 a y 1 y 2 g Hình 2.4: Quy tắc << 5-8 >> Diện tích tính toán là: xg Faged ≅ ∫ ydx ≅ xa h (5 y0 + 8 y1 − y 2 ) 12 h- khoảng cách ñều nhau giữa các tung ñộ y. x .d o m w o .c C m 15 o .d o w w w w w C lic k to bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e w N y bu to lic k c u -tr a c k Có thể kết hợp giữa quy tắc << 5-8 >> và quy tắc thứ nhất của Simpson ñể tính. y y = f(x ) y0 y1 y2 y3 x Hình 2.5: Kết hợp giữa quy tắc << 5-8 >> và quy tắc thứ nhất của Simpson. Diện tích bao hàm dưới ñường cong y = f(x), trong khoảng (a, b), trên hình 2.5 ñược tính theo phương pháp kết hợp giữa hai quy tắc như sau: Fabcd ≅ xb ∫ ydx ≅ 12 (5 y + 8 y1 − y 2 ) + h 0 xa h h 5 ( y1 + 4 y 2 + y 3 ) == ( y 0 + 3 y1 + 3 y 2 + y 3 ) 3 3 4 4) Phương pháp Trebưsép: Như hình 2.6 biểu thị, diện tích bao hàm dưới ñường cong y = f(x) trong   khoảng  − F= L L ,  ñược tính như sau: 2 2 L 2 L ∫ ydx ≅ n ( y 1 + y 2 + ... + y n ) L − 2 Trong công thức trên, khoảng cách giữa các tung ñộ không bằng nhau, vị trí của các tung ñộ thay ñổi tuỳ theo số ñường thẳng góc dùng trong tính toán n và ñối xứng với nhau qua ñiểm giữa các ñường ñáy. Bảng 5-1 cho vị trí các ñường thẳng góc xác ñịnh theo phương pháp Trebưsép. .d o m w o .c C m 16 o .d o w w w w w C lic k to bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e w N y bu to lic k c u -tr a c k Bảng 2.1: Vị trí các ñường thẳng góc xác ñịnh theo phương pháp Trebưsép. Số ñường Vị trí các ñường thẳng góc ( khoảng cách tính tới thẳng góc ñiểm giữa của ñường ñáy, tính theo nữa chiều dài trình Bậc của phương diện tích ) 2 0,5773 2 3 0 ; 0,7071 3 4 0,1870 ; 0,7947 4 5 0 ; 0,3745 ; 0,8325 5 6 0,2666 ; 0,4225 ; 0,8662 6 7 0 ; 0,3239 ; 0,5297 ; 0,8839 7 8 0,1026 ; 0,4062 ; 0,5938 ; 0,8974 8 9 0 ; 0,1679 ; 0,5288 ; 0,6010 ; 0,9116 9 10 10 0,0838 ; 0,3227 ; 0,500 ; 0,6873 ; 0,9162 y y1 y2 y3 x1 y4 y5 y6 x x2 3 x 4 x6 L y7 y8 x7 y9 x x8 x 9 Hình 2.6: Chia các toạ ñộ của tung ñộ theo phương pháp Trebưsép. 2.2.3.3 Áp dụng các phương pháp gần ñúng trong việc tính toán các yếu tố tính nổi: 1) Tính diện tích mặt ñường nước, vị trí tâm nổi và mômen quán tính: a) Dùng phương pháp hình thang: ðộ chính xác tính toán diện tích bao hàm dưới ñường cong, khi sử dụng phương pháp hình thang, hoàn toàn do số ñường thẳng góc phân chia diện tích tính toán quyết ñịnh. Số ñường thẳng góc ñó càng nhiều, ñộ chính xác càng cao. .d o m w o .c C m 17 o .d o w w w w w C lic k to bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e w N y bu to lic k c u -tr a c k y y1 0 L y2 y n-1 0 1 L/2 n x L/2 Hình 2.7: Chia sườn theo phương pháp hình thang -Tính diện tích mặt ñường nước S:  n  y 0 + y n  y . dx = 2 . ∆ L  ∑ y i −  ∫  2   i=0 −L / 2 = ∆L( y 0 + 2 y1 + 2 y 2 + ... + 2 y n −1 + y n ) L/2 S =2 ∆L = L - khoảng cách sườn. n yi - nửa tung ñộ mặt ñường nước. - Tính hoành ñộ trọng tâm mặt ñường nước Xf: L/2 M Soy Xf = S = ∫ x. y.dx −L / 2 L/2 ∫ y.dx −L / 2 m = ∆L ∑ i( y i =0 mi − y di ) − m / 2( y n − y 0 ) n ∑y i =0 i − y0 + yn 2 Với MSoy: là mômen tĩnh của diện tích mặt ñường nước ñối với trục Oy. m m  2 xydx = 2 ∆ L ∑  i ( y mi − y di ) − 2 ( y n − y 0 ) ; m =n/2 ∫  i =0  −L / 2 L/2 M Soy = -Mômen quán tính của diện tích mặt ñường nước ñối với trục x: L 2 y 3 + y 03  y3 ∆L  3  y 0 + y13 + y 23 +....... + y n3−1 + y n3 − n  dx = 2 3  2  L 3 − Ix = 2 ∫ 2 -Mômen quán tính của diện tích mặt ñường nước ñối với trục y: L 2 m  m2 I y = 2 ∫ x 2 . y.dx = 2∆L2 ∑ i 2 ( y mi + y di ) − ( y n + y 0 ) ;m=n/2 2 L  i =0  − 2 .d o m w o .c C m 18 o .d o w w w w w C lic k to bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e w N y bu to lic k c u -tr a c k -Mômen quán tính của diện tích mặt ñường nước ñối với trọng tâm của mặt ñường nước: I f = I y − X 2f S b) Phương pháp Simpson: Quy tắc thứ nhất của Simpson sử dụng 21 ñường thẳng góc ñể tính toán thân tàu, ñộ chính xác có thể ñạt ñược 0,1%. Thông thường sử dụng 11 ñường thẳng góc và ở hai ñầu thêm các ñường thẳng góc ở ñiểm giữa của các khoảng chia cũng ñủ ñảm bảo chính xác. y L y2 y1 0 1 1 1 2 2 12 3 4 5 6 7 8 1 9 1 10 x 8 9 2 2 Hình 2.8: Phân chia các ñường sườn theo phương pháp Simpson -Diện tích mặt ñường nước S ñược tính: L 2 S = 2 ∫ ydx = − L 2 2∆L 1 1 1 [ y 0 + 2 y1 / 2 + 1 y1 + 2 y11 / 2 + 1 y 2 + 4 y3 + 2 y 4 + 4 y5 + 2 y 6 + 4 y 7 + 1 y8 + 3 2 2 2 2 y81 / 2 + 1 y9 + 2 y91 / 2 + 1 2 y10 ] = ∆L. f ( Fdn ) 2 3 -Mômen tĩnh diện tích mặt ñường nước ñối với giữa tàu (trục y): L 2 M oy 2∆L2 3 1 = 2 ∫ xydx [0.4 y5 + 1.2( y6 − y 4 ) + 2.4( y7 − y3 ) + 3. ( y8 − y 2 ) + 3 .2( y81 / 2 − y11 / 2 ) 3 2 2 L − 2 1 1 2 + 4.1( y9 − y1 ) + 4 .2( y91 / 2 − y1/ 2 ) + 5. ( y10 − y0 ) = (∆L) 2 . f ( M F ) 2 2 3 -Hoành ñộ trọng tâm diện tích mặt ñường nước (Xf): 2 (∆L) 2 . f ( M F ) ∆L. f ( M F ) Xf = = 3 = 2 S f ( Fdn ) ∆L. f ( Fdn ) 3 M oy .d o m w o .c C m 19 o .d o w w w w w C lic k to bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c