intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Ổn định tàu thủy

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:105

Thêm vào BST
Báo xấu
708
lượt xem 83
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tàu thủy là một công trình hoạt động trên biển, trong những điều kiện rất phức tạp.Vì thế vấn đề là phải đảm bảo cho con tàu một số các tính năng đặc biệt nhất định trước khi cho con tàu ra biển gọi chung là các tính năng hàng hải bao gồm: tính nổi, tính ổn định, tính chống chìm, tính lắc, tính giữ hướng và quay trở, tốc độ …

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Ổn định tàu thủy

  1. Ổn định tàu thủy
  2. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1. TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH TÀU THỦY: Tàu thủy là một công trình hoạt động trên biển, trong những điều kiện rất phức tạp.Vì thế vấn đề là phải đảm bảo cho con tàu một số các tính năng đặc biệt nhất định trước khi cho con tàu ra biển gọi chung là các tính năng hàng hải bao gồm: tính nổi, tính ổn định, tính chống chìm, tính lắc, tính giữ hướng và quay trở, tốc độ … Một vấn đề rất quan trọng trong mục đích phòng tránh được càng nhiều càng tốt các tai nạn lật tàu, một trong những tai nạn triệt để và khủng khiếp nhất, diễn ra trong giây lát và kéo theo hàng loạt các hậu quả to lớn vô phương khắc phục, đó chính là tính năng ổn định của tàu thủy. Và đây cũng là cả một quá trình nghiên cứu hàng trăm năm nay của các nhà khoa học trên thế giới. Tính ổn định là khả năng tàu có thể khôi phục lại vị trí cân bằng ban đầu khi mômen ngoại lực tác dụng lên tàu làm nghiêng tàu ra khỏi vị trí cân bằng. Lý thuyết ổn định đi nghiên cứu các ngoại lực tác dụng lên tàu dưới dạng mômen nghiêng làm tàu nghiêng ngang hoặc nghiêng dọc trên nước trong phạm vi lượng nước giãn của tàu không đổi (nghiêng đẳng tích), từ đó có thể tính
  3. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com một cách chính xác các thông số ảnh hưởng đến vị trí cân bằng của tàu, đặc biệt là yếu tố tâm nổi cùng với các tọa độ hình học của nó. Tính ổn định là một trong những tính năng hàng hải quan trọng của tàu thủy, đặc biệt là đối với tàu cá. Giữ gìn và duy trì nó là nhiệm vụ quan trọng bậc nhất của các thủy thủ trên tàu. Hiện nay với trình độ và năng lực đóng tàu của nước ta thì việc đảm bảo cho con tàu có thể nổi được trên mặt biển không còn là vấn đề khó khăn nữa, nhưng việc đóng một con tàu để cho nó đảm bảo tính ổn định thì không đơn giản chút nào. Nếu tàu mất ổn định sẽ dẫn đến nguy cơ lật tàu, gây nhiều thiệt hại về người và của. Còn nếu tàu có tính ổn định thấp nghĩa là không đạt được yêu cầu của các tiêu chuẩn ổn định hoặc là không đáp ứng hoàn toàn các yêu cầu đó sẽ làm cho tàu không thể hoạt động an toàn trên biển trong những điều kiện thời tiết phức tạp hơn, làm giảm thời gian hàng hải trên biển. Ngược lại, nếu tàu có tính ổn định quá cao (cao hơn nhiều so với các định mức ổn định ban đầu hoặc ở các góc nghiêng lớn) sẽ ảnh hưởng đến một số đặc tính khác của tàu, làm cho thủy thủ trên tàu khó có thể thao tác thuận tiện trên boong, trong các khoang trong điều kiện tàu lắc lớn, phủ sóng mạnh, mặc dù không có nguy cơ lật tàu. Vì vậy, đảm bảo ổn tính cho tàu đi biển trước hết không những phải làm sao cho tàu không bị lật và tránh dẫn đến nguy cơ
  4. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com lật tàu, mà còn đảm bảo cho tàu và đội thủy thủ làm việc an toàn, thuận tiện trong những điều kiện sóng gió nhất định. Ổn tính cho tàu đi biển mang tính lý thuyết cao và tính thực tiễn lớn. Vấn đề này chưa được giải quyết toàn diện và còn nhiều tồn tại trong lĩnh vực tàu thuyền nói chung và đặc biệt là trong nghề cá nước ta hiện nay. 1.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TAY ĐÒN ỔN ĐỊNH TÀU THỦY: 1.1. Biểu thức tổng quát tính mômen hồi phục và tay đòn ổn định tàu thủy: Ở đây ta chỉ xét đến ổn định ngang . Tại vị trí cân bằng góc nghiêng θ = 0o ÷ 900 thì tổng các mômen bằng 0  M 0  0 Suy ra: Mng + P.sinθ.Zg – D.cosθ.Yc – D.sinθ.Zc = 0 Vì cân bằng nên: P = D Mng = P( cosθ.Yc + sinθ.Zc – sinθ.Zg )  Mng = Mhp = P.lhp = P( cosθ.Yc + sinθ.Zc – sinθ.Zg )  Suy ra biểu thức tính tay đòn ổn định là: Lhp = cosθ.Yc + sinθ.Zc – sinθ.Zg Trong đó:  Lhd = cosθ.Yc + sinθ.Zc : Là cánh tay đòn ổn định hình dáng, phụ thuộc vào hình dáng con tàu.
  5. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com  Ltl = sinθ.Zg : Là cánh tay đòn ổn trọng lượng, phụ thuộc vào sự phân bố tải trọng trên tàu. L1 K G L0 W0 a N E C1 W1 C D  Cánh tay đòn ổn định tĩnh: Những công thức ổn tính ban đầu chỉ được áp dụng khi góc nghiêng nhỏ. Vì vậy, trong nhiều trường hợp thực tế quan trọng khác không thể dùng chúng để xác định góc nghiêng, đặc biệt khi cần giải thích tàu có nguy cơ bị lật hay không, tức là khi đánh giá mức độ an toàn đi biển. Độ nghiêng dọc lớn thường ít xảy ra, do đó để xác định độ nghiêng dọc của tàu chỉ cần dùng công thức tính ổn tính ban đầu. Chúng ta cố gắng giải thích vì sao những công thức tính ổn tính ban đầu không thể áp dụng được cho những góc nghiêng lớn. Một trong những nguyên nhân cơ bản của lý thuyết ổn tính là thể tích bằng nhau của góc nghiêng: khi nghiêng thể tích phần dưới
  6. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com nước của tàu không thay đổi, mặc dù hình dáng của nó thay đổi. Trong trường hợp nghiêng cân bằng thể tích nhỏ, những đường cắt nhau theo trục đi qua trọng tâm F của đường ban đầu. Trong trường hợp đó tâm đẩy dịch chuyển theo cung đường tròn với tâm tại điểm gọi là tâm ổn định. Ở những góc nghiêng lớn, những đường nước cân bằng thể tích không đi qua trọng tâm của đường nước ban đầu. Điều đó được thấy rõ trên đường nước W2L2 miêu tả ở hình sau và ứng với góc nghiêng 900. L2 L1 C2 W0 F L0 C1 C W1 W2 Từ đó ta rút ra rằng: khi tàu nghiêng tâm đẩy không dịch chuyển theo đường tròn mà theo đường cong phức tạp hơn (CC1C2). Tức là những công thức ổn tâm ban đầu chỉ đúng với các góc nghiêng nhỏ.
  7. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Để nghiên cứu ở những góc nghiêng lớn, ta phải đứng ở gốc độ khác để xem xét vấn đề một cách thiết thực hơn. Tàu chịu tác dụng của trọng lượng D và lực đẩy γ.V. Lực đẩy đó không thay đổi do nghiêng cân bằng thể tích. Những lực có giá trị bằng nhau và hướng ngược chiều nhau đó tác dụng vuông góc với đường nước và tạo ra ngẫu lực phục hồi với mômen: M0 = D.l0 Trong đó: l0 là cánh tay đòn ổn tính tĩnh L1 K G L0 W0 a N E C1 W1 C D Từ hình vẽ ta thấy rõ cánh tay đòn ổn tính tĩnh bằng hiệu hai đoạn thẳng CN và CE. Đoạn thẳng CN là đường vuông góc hạ từ tâm đẩy khi tàu thẳng đứng đến đường tác dụng của lực đẩy khi tàu nghiêng. Giá trị của đoạn thẳng đó, ngoài góc nghiêng ra còn phụ thuộc vào hình dáng và kích thước của con tàu. Do đó nó được gọi là tay đòn hình dáng lhd. Giá trị đoạn thẳng CE là cánh tay đòn
  8. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com trọng lượng ltl phụ thuộc vào vị tương quan giữa trọng tâm và tâm đẩy. Từ tam giác CEG rút ra được: ltl = a.sin θ Trong đó: a – chiều cao trọng tâm so với tâm đẩy khi tàu thẳng đứng. Sau khi ký hiệu tung độ của chúng tương ứng là Zc và Zg ta có: a = Zg – Zc Khi sử dụng các ký hiệu đưa ra đối với các cánh tay đòn ổn tính hình dáng và ổn tính trọng lượng ta viết: lθ = lhd - ltl Cùng một lượng nước đẩy, vị trí trọng tâm của tàu ( phụ thuộc vào sự sắp xếp hàng hóa ) có thể thay đổi theo chiều cao. Và vì vậy ổn tính của tàu sẽ khác nhau. Trọng tâm của tàu càng nâng cao thì cánh tay đòn ổn định tĩnh sẽ thấp đi.  Giản đồ ổn tính tĩnh: Giản đồ ổn tính tĩnh là đồ thị biểu thị mối quan hệ phụ thuộc của cánh tay đòn ổn tính tĩnh vào góc nghiêng θ. Đồ thị cũng được mang tên là đồ thị Rid ( tên nhà bác học về tàu thuyền nổi tiếng của Anh ). Để đạt được một kết quả như nhau người ta có thể thay thế trên giản đồ ổn tính tĩnh bằng mômen phục hồi ( sau khi đã đổi tỷ lệ cho tương ứng ): l0 C A h lmax D B 0 0m O
  9. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Chúng ta sẽ đánh dấu những đặc trưng của giản đồ ổn tính tĩnh. Điểm A tương ứng với cánh tay đòn ổn tính tĩnh lớn nhất lmax, góc nghiêng ứng với nó ký hiệu là θmax. Tại điểm B giản đồ cắt trục hoành và cánh tay đòn ổn tính tĩnh bằng 0. Điểm B gọi là điểm lặng của giản đồ ổn tính tĩnh và góc θ được gọi là góc lặn. Phần đầu của giản đồ dễ dàng gắn liền với công thức ổn tâm mà tương ứng với nó mômen hồi phục bằng: Mθ = D.h. θ Từ đó cánh tay đòn ổn tính tĩnh có thể xác định theo công thức: lθ = h. θ. Đồ thị cánh tay đòn ổn tính tĩnh được biểu thị bằng công thức là đường thẳng ở những góc nghiêng nhỏ trùng với giản đồ tính khi công thức ổn tâm còn đúng, hay chính xác hơn đường thẳng đó là tiếp tuyến OC với đoạn đầu của giản đồ. Đường thẳng OC có thể dựng được dễ dàng nếu như từ điểm D trên trục góc nghiêng ứng với góc bằng 1 radian (tức là 57,30) ta đặt đoạn DC
  10. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com thẳng đứng bằng độ cao ổn tâm theo tỷ lệ của giản đồ. Xuất phát từ công thức việc dựng đó là đúng. Thật vậy, nếu coi θ = 1 thì cánh tay đòn ổn tính tĩnh sẽ bằng độ cao ổn tâm. Đặc tính phần đầu của giản đồ ổn tính tĩnh của giản đồ có thể khác nhau. Dạng phổ biến nhất giản đồ với nhánh lồi ban đầu được chỉ trên hình.
  11. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Tiêu chuẩn ổn định Chương 2: Tiêu chuẩn ổn định là những chỉ tiêu hoặc những định mức nhằm đảm bảo an toàn tối đa cho con tàu về phương diện ổn định. Tất cả các loại tàu phải thỏa mãn yêu cầu cơ bản về ổn định chung cho tất cả các loại tàu, ngoài ra còn phải thỏa mãn các yêu cầu khác ứng với từng loại tàu. Tùy theo cách đặt vấn đề, cho đến nay có hai hệ thống tiêu chuẩn về ổn định. a. Tiêu chuẩn vật lý: Tiêu chuẩn này được xây dựng trên cơ sở giải bài toán cân bằng của tàu dưới tác dụng của tất cả các mômen ngoại lực. Với cách đặt vấn đề như vậy nên tiêu chuẩn vật lý có tính khoa học cao, sáng tạo và nó tạo điều kiện để tìm kiếm và áp dụng các sáng kiến, nhưng rất phức tạp và khó thực hiện, đặc biệt nó đòi hỏi phải nghiên cứu thực nghiệm. Vì những lý do nói trên, nên tiêu chuẩn ổn định có bản chất vật lý chỉ có đối với một số nước như: Nga, Mỹ, Nhật, Trung Quốc… Ở đây lấy ví dụ là tiêu chuẩn của Nga. M gh Tàu được coi là ổn định nếu: K = >1 M ng Trong đó:
  12. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com - Mng : Mômen giới hạn, giá trị mômen lớn nhất mà tàu có thể chịu được mà không bị lật. - Mng : Mômen nghiêng tác dụng lên tàu tại thời điểm đang xét. Mômen nghiêng được theo công thức: Mng = 0,001.pg.s.zpg
  13. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Trong đó: - Pg: Áp suất của gió ở cấp cho trước . - S : Diện tích mặt chịu gió của tàu. b. Tiêu chuẩn thống kê: Hệ tiêu chuẩn thống kê được xây dựng dựa trên cơ sở : - Thống kê những vụ đắm tàu do thiếu ổn định. - Xác định những yếu tố thiếu ổn định là nguyên nhân gây tai nạn đắm tàu. - Xác định giới hạn của các yếu tố đó và đưa ra thành tiêu chuẩn. Với cách đặt vấn đề như vậy nên hệ thống tiêu chuẩn thống kê rất phù hợp với thực tế và có thể thiết lập được. Tuy nhiên hệ tiêu chuẩn này khá bảo thủ và hạn chế việc sáng tạo những mẫu đóng tàu mới. Với Việt Nam hiện nay chúng ta thường sử dụng một hệ tiêu chuẩn ổn định do tổ chức IMO đề xuất. Tiêu chuẩn này được xây dựng dựa trên cơ sở phương pháp của nhà khoa học Rakhale. Tiêu chuẩn này gồm một hệ với 6 điều kiện sau: + h0 ≥ 0,35 (m) + lθ30 ≥ 0,20 (m) ≥ 250 ÷ 300 + θm + ld30 ≥ 0,055 (m) + ld40 ≥ 0,090 (m)
  14. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com + ld40 - ld30 ≥ 0,030 (m) Kiểm nghiệm thực tế cho thấy đối với tàu cá ven biển Việt Nam thì tiêu chuẩn IMO khá thích hợp. Trong kết quả nghiên cứu của mình PGS.TS Nguyễn Quang Minh cũng đã chứng minh được rằng, đối với tập hợp tàu nghề cá ven bờ các tỉnh phía nam Việt Nam tiêu chuẩn lθ30 ≥ 0,20 (m) có thể coi là tiêu chuẩn tương đương với cả hệ 6 tiêu chuẩn IMO 1974. Từ tiêu chuẩn tương đương đó, với tàu nghề cá Việt Nam có thể thiết lập tiêu chuẩn đơn giản, dễ áp dụng dưới dạng như sau: B  B  29  2 B   H H  10  1.3. Một số phương pháp thông dụng tính tay đòn ổn định tàu thủy 1.3.1. Phương pháp trực tiếp: Trên cơ sở số liệu đã cho tính trực tiếp tay đòn ổn định theo biểu thức sau: lθ = yc.cosθ + (zc – zco)sinθ – (zg- zgo)sinθ Trong đó: MVxoz yc  V MVxoy zc  V lm V   .dx lđ
  15. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com lm MVxoz   Moz.dx lđ lm MVxoy   Moy .dx lđ Ngoài các ký hiệu đã rõ ở phần trên ta còn có một số ký hiệu sau: + MVxoy; MVxoz: Mômen tĩnh của thể tích V ứng với mặt tọa độ xoy, xoz theo góc nghiêng đang xét. + W: Diện tích phần chìm của mặt cắt ngang trên góc nghiêng θ đang xét. + MWoy, MWoz: Các mômen tĩnh của diện tích đối với các trục oy, oz Theo hình dưới đây, các đại lượng w,MWoy, MWoz có thể tính theo các biểu thức trực tiếp:
  16. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com L3 4 W0 L0 3 W1 1 z2 2 z1 0 w  w 1  w 2  w 3 - w 4  M oy  M 1oy  M  2 oy  M  3oy  M  4 oy  M oz  M 1oz  M  2 oz  M  3oz  M  4 oz Tuy nhiên ở đây không thể khắc phục được sai số do phải đo đạc quá nhiều điểm trên đường hình lý thuyết tàu.
  17. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Chương 3: Phương pháp của viện sĩ Crưlop Phương pháp của viện sĩ hàn lâm khoa học người Nga Crưlov được coi là phương pháp tính dựa trên các số liệu đo trực tiếp từ ĐHLT tàu, hoàn thiện nhất về mặt lý thuyết đồng thời đảm bảo độ chính xác cao nhất. Khi nghiên cứu ổn định của lý thuyết tàu thủy ông nhận thấy ,khi tàu nghiêng đến một góc θ thì tọa độ trọng tâm thể tích chiếm nước cũng sẽ thay đổi theo một cung C0C.
  18. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com M Mi M2 M4 L1 W0 L0 W1 C Ci C2 ( d z c - z c ) o = r d . o s . 0 i n 0 C0 C1 d(zc-zco)=ro.d0.sin0 dyc=ro.d0.cos0 Và như chúng ta đã biết, việc đi tính tay đòn ổn định tàu thủy chẳng qua là đi xác định cho được hai thông số: (Zc – Zco) và Yc tại các góc nghiêng đang khảo sát. Ông đã nghĩ ra việc chia nhỏ cung C0C thành nhiều cung theo góc nghiêng ngang θ. Vì góc nghiêng ngang θ đủ nhỏ nên các cung CiCi+1 sau khi được chia cũng được xem là đủ nhỏ và có thể xem là đoạn thẳng. Sau đó ông chiếu các đoạn thẳng này lên 2 trục tọa độ. Và việc tính đoạn CiCi+1 này thì đơn giản, đựoc tính theo công thức sau: CiCi+1 = rθ.dθ Với rθ = Jx/V   x 1m 3 J x   ytr  y 3 dx ph 3 xđ Jx: mômen quán tính của diện tích MĐN đẳng tích đối với thể tích chiếm nước V.
  19. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Để vẽ được các đường nước đẳng tích theo các góc nghiêng θ nhỏ, ta vẽ chúng song song với tiếp tuyến tại các điểm Ci nhưng còn đường thẳng biểu diễn đường nước đẳng tích này nằm ở đâu thì chúng ta chưa thể xác định được. Do vậy việc tính yc và (zc – zco) đơn giản hơn thông qua công thức:  yc   r .cos.d 0
  20. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com  zc  zco    r .sin.d 0 Yc = Δθ/2(r0.cos0 + 2r10.cos10 + 2r20.cos20 + …+ 2r(i- 1)θ.cos(i-1)θ + riθ.cosiθ) Điều cốt lõi trong công thức trên là phải xác định cho được rθ.cosθ và rθ.sinθ. Và để xác định cho được hai thông này thì thật là khó, do vậy ông đã nghĩ ra cách tính gần đúng cho công thức trên như sau: Yc = Δθ/2(r0.cos0 + 2r10.cos10 + 2r20.cos20 + …+ 2r(i- 1)θ.cos(i-1)θ + riθ.cosiθ) (zc – zco) = Δθ/2(r0.sin0 + 2r10.sin10 + 2r20.sin20 + …+ 2r(i- 1)θ.sin(i-1)θ + riθ.siniθ) Công thức rõ ràng, đơn giản nhưng việc xác định rθ ở các góc nghiêng bất kỳ thì rất phức tạp. Vì nó phụ thuộc vào vị trí của mặt đường nước đẳng tích. Việc xác định mặt đường nước đẳng tích được thực hiện như sau: Kẻ các đường thẳng ứng với các góc nghiêng θ đi qua zco. Tính và so sánh thể tích phần mất đi và thể tích phần thêm vào của đường nước đẳng tích vừa vẽ được và ký hiệu là Vtr và Vph. Nếu Vtr = Vph thì ông khẳng định đây chính là vị trí thực của mặt đường nước đẳng tích ứng với góc nghiêng θ đang xét.
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2430 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2