Cách xác định Lực Nổi tác động lên thân tàu · Điều kiện đủ : Khoảng cách giữa 2 phương tác động của 2 thành phần W và F phải bằng 0

Merchant of ship stability, trim and strength 2011

TO DUY ANH FACULTY OF NAVAL ARCHITECTURE & OFFSHORE ENGINEERING Page 1

Cách xác định Lực Nổi tác động lên thân tàu

Lực nổi được tính theo định luật Archimedes: “ Độ lớn lực nổi bằng trọng lượng phần nước mà thân tàu chiếm chỗ, chiều từ dưới hướng lên, tâm lực nổi đặt tại tâm của khối nước bị chiếm chỗ”

Công thức : F = γ. ▼ F : lực nổi

▼ : thể tích chiếm chỗ γ : trọng lượng riêng của nước.

Điều kiện cân bằng tàu trong nước tĩnh Điều kiện cần : Trọng lượng tàu W = Lực nổi F Điều kiện đủ : Khoảng cách giữa 2 phương tác động của 2 thành phần W và F phải bằng 0



Chú ý một số khái niệm hay nhầm lẫn Thể tích chiếm nước : “ Là thể tích phần chìm của tàu trong nước – kí hiệu là V hoặc ▼”

Lượng chiếm nước của tàu: “Là trọng lượng toàn tàu bao gồm tại thời điểm tính toán ( thường là lúc đầy tải ), kí hiệu là D hoặc ▲”

Displacement = The total weight of the tanker, cargo, fuel, water, crew and supplies in metric tons. Lượng chiếm nước tàu không có gì – Trọng tải tàu không có gì : “Là trọng lượng của Xác tàu” Light displacement (tanker weight) = The total weight of the tanker without cargo, fuel, water, crew and supplies

in metric tons. In marine terms it is offend referred to as “Light Ship Weight”

Sức chở của tàu: “Là tổng trọng lượng của tất cả những gì có thể mang lên tàu”

Deadweight Tons (DWT) = The total weight of the cargo, fuel, water, crew and supplies in metric tons



Cách xây dựng và ứng dụng họ đường cong BONJEAN Định nghĩa: “ BONJEAN là tập hợp những đường cong thể hiện giá trị diện tích và moment tĩnh phần chìm so với đáy tàu của mỗi sườn phụ thuộc vào chiều chìm tàu ” Phương pháp tính: Sử dụng công thức tính gần đúng thường được sử dụng nhất là The 1-4-1 Simpson’s Rule

(Hình ảnh chỉ mang tính chất minh hoạ cho ½ sườn)

Công thức tính gần đúng cho diện tích sườn: (y là tung độ nửa chiều rộng, ∆ là khoảng cách giữa 2 đường nước)

A =23∆(y + 4y + 2y + 4y +⋯+2y + 4y + y )

Bằng cách “moment hoá diện tích - mở rộng cánh tay đòn” ta cũng xác định được công thức tính moment tĩnh diện tích

chìm của sườn so với đáy:

MS =23∆ (y . 0 + 4y . 1 + 2y .2 + 4y . 3 +⋯+ 2y . (2n − 2) + 4y . (2n− 1) + y . 2n)



Bên cạnh óđ , đối với sai số cho phép khi tính tỉ lệ Bonjean, ta có thể tính toán dễ dàng hơn với PP hình thang:

Công thức tính gần úđ ng cho diện tích sườn:

A = ∆(y + 2y + 2y + 2y + ⋯+ 2y + y )

Tương tự ta xác định được công thức tính moment tĩnh diện tích phần chìm của sườn so với áđ y:

MS = ∆ (y . 0 + 2y .1 + 2y . 2 + 2y .3 + ⋯+ 2y . (2n − 1) + y . 2n)

Bảng tính toán Bonjean tham khảo theo pp hình thang

Sườn số 5 ĐN yi ∑yi Asi c c .yi ∑c. yi MSoy [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9]

ĐN0 Y0 Tại đường nước số 0 không tồn tại S và Ms ĐN1 Y1 Y0+ Y1

[4]*[3]

1 Y1.1 Y1.1 ĐN2 Y2 Y0+ 2Y1 + Y2 2 Y2.2 Y1.1 + Y2.2 ĐN3 Y3 Y0+ 2Y1 + 2Y2 +Y3 3 Y3.3 Y1.1 + 2.Y2.2 +.Y3.3 [8]*[4]2 ĐN4 Y4 Y0+ 2Y1 + 2Y2 + 2Y3+Y4 4 Y4.4 Y1.1 + 2.Y2.2 + 2.Y3.3 + Y4.4

ĐNTK Y5 Y0+ 2Y1 + 2Y2 + 2Y3+ 2Y4+ Y5 5 Y5.5 Y1.1 + 2.Y2.2 + 2.Y3.3 + 2.Y4.4+ Y5.5



Lưu ý trong quá trình tính toán ta luôn gặp phải các sườn không được lý tưởng như phần lý thuyết trên, đường sườn sẽ kết thúc không tiếp xúc với bất kì đường nước nào khi đó ta cần phải tự hiệu chỉnh và chia lại

Vì thông thường chiều dài tàu lớn gấp nhiều lần chiều cao nên khi vẽ tỉ lệ Bonjean, ta sẽ lấy tỉ lệ chiều cao

và chiều rộng sao cho hợp lý để có được như hình trên.

BONJEAN CURVES APPLICATION: Từ đồ thị bonjean ta có thể xác định được:

Diện tích phần chìm và moment tĩnh so với đáy của mọi sườn ở các trạng thái chúi tàu

Diện tích phần chìm Đường cong diện tích phần chìm (trong mp X0Y) Thể tích phần chìm.

Diện tích phần chìm Đường cong diện tích phần chìm (trong mp X0Y) MyOZ LCB

Moment tĩnh đường cong moment tĩnh (trong mp Z0X) MXOy KB

Ứng dụng tính chống chìm và phân khoang tàu (Sẽ được đề cập sau)

Khái niệm cân bằng dọc tàu trên nước Là việc làm cho tàu không bị chúi mũi hoặc chúi lái hoặc là việc cân bằng tàu quanh trục oy. Xây dựng công thức Moment làm chúi tàu 1cm Trong quá trình vận hành tàu, vì một lí do nào đó xảy ra ( bốc nhận hàng, thủng …) trọng tâm tàu thay đổi

vị trí, theo điều kiện cân bằng tàu ( đã đề cập ) thì tâm nổi có xu hướng di chuyển về vị trí sao cho GB vuông

góc với mặt thoáng.

Trong quá trình B về Bθ để BθG thẳng góc với mặt thoáng, thì gây ra moment ngẫu (lực nổi F,trọnh lực W)

Khi tính toán ta xem : BML = GML (do BML lớn hơn nhiều so với BG)

Công thức cuối cùng: 퐌퐂퐓퐂 = 퐖.퐁퐌퐋퐋(퐜퐦)

= 퐈퐭퐋. 후(퐓퐦

퐜퐦)



Lưu ý trong công thức : Moment Change to Trim by one Cm (MCTC)

L : là chiều dài đường nước tính bằng đơn vị cm( chú ý đơn vị trong công thức Sinθ)



Thủ tục Cân bằng dọc tàu trên nước tĩnh Trình tự tính toán cân bằng dọc tàu

Các yếu tố từ 1 → 9 được xác định trong Hydrostatic Curves

(cách thiết lập họ đường cong thuỷ tĩnh sẽ được đề cập chi tiết sau)



Khái niệm Ổn định tàu Ổn định là khả năng đưa tàu trở về vị trí cân bằng ban đầu sau khi các ngoại lực tác động gây nghiêng tàu

(gió, sóng…) chấm dứt.

Ổn định ban đầu bao gồm có ổn định ngang ban đầu (góc ngiêng nhỏ hơn 10 độ) và ổn định dọc ban

đầu (góc chúi nhỏ hơn 4 độ). Mục đích là để xác định được cao độ tâm nghiêng - GM, chúi ban đầu GML ( hay

chiều cao thế vững ban đầu ) là đặc trưng của cánh tay đòn hồi phục GZ, từ đó xác định được moment hồi

phục – là đại lượng đặc trưng cho ổn định tàu

Tính toán chiều cao tâm nghiêng ban đầu – GM

Tại những góc ngiêng < 10 độ : Thể tích phần chìm không đổi, trọng tâm – G không đổi, Tâm nổi – B di

chuyển theo quỹ đạo Cung Tròn quanh tâm nghiêng – M.

GM = KB + BM – KG

BM – là bán kính tâm nghiêng, trong trường hợp này do V = const ,BM =

KG – là cao độ trọng tâm, được lấy từ hydrostatic curves

KB – là cao độ tâm nổi, được lấy từ hydrostatic curves

Đường cong cách tay đòn hồi phục GZ



Xác định chiều cao tâm ngiêng ban đầu – GM bằng cách vẽ tiếp tuyến với GZ curve tại gốc toạ độ, sau đó

tại góc 57,3 độ (1radian) ta vẽ 1 đường vuông góc với trục hoành cắt tiếp tuyến tại 1 điểm có tung độ là độ lớn của GM. ( tại sao phải làm như trên? gợi ý: dựa vào các đặc trưng khi nghiêng góc 0-10 độ )

Ảnh hưởng của GM đến ổn định

GM là đại lượng đặc trưng cho khả năng ổn định ban đầu của tàu.

GM càng lớn Right moment càng lớn “Stiff” Hull

GM càng nhỏ Right moment càng nhỏ “Tender” Hull Khi chiều cao ổn định của tàu lớn (GM=> 2~3m), tàu lắc nhanh, chu kỳ lắc có thể là 7~8

giây. Với chu kỳ lắc này, tàu sẽ va đập mạnh với sóng gió, dễ làm hỏng cấu trúc tàu, làm đứt

các dây chằng buộc hàng trên boong tàu. Nó không có lợi cho tàu nhiều tuổi và sức khỏe

thuyền viên.

Khi chiều cao ổn định của tàu nhỏ (GM= <0,2m), tàu sẽ lắc chậm, chu kỳ lắc có thể lên

trên 30 giây. Nếu có sự tác động ngoại lực lớn, tàu dễ bị mất ổn định. Thực tế cho thấy, có

được chu kỳ lắc khoảng 15~20 giây, sẽ thích hợp cho sức khỏe con người và độ ổn định tàu.

Ổn định của tàu tốt không đồng nghĩa với giá trị GM lớn, nó phải là một giá trị phù hợp

cho từng loại tàu, tuổi tàu và trạng thái chuyên chở của tàu.

Tham khảo giá trị GM của các loại tàu xếp đầy thường gặp là: Tàu bách hóa khoảng 0,30 – 0,55m; tàu container

khoảng 1,5m; tàu dầu khoảng 0,30 - 1m.

Ổn định góc nghiêng lớn Ổn định tại những góc nghiêng > (10 – 12) độ gọi là ổn định tại góc nghiêng lớn

Các yếu tố ảnh hưởng đến ổn điện góc nghiêng lớn

- Ảnh hưởng bởi Cao độ trọng tâm (KG) tại 1 chiều chìm nhất định

KG tăng cao độ tâm nghiêng bang đầu GM giảm đồ thị GZ curve hạ thấp tĩnh ổn định tàu giảm



-Ảnh hưởng bởi chiều rộng tàu (Beam) khi giữ nguyên chiều chìm (Draft) và chiều cao mạn khô (FreeBoard)

Beam tăng Độ dịch chuyển trọng tâm của phần chìm hình nêm tăng tăng khả năng dịch chuyển tâm nổi khi nghiêng đồng thời làm tăng bán kính tâm nghiêng BM Tính ổn định của tàu tăng

Từ đồ thị ổn định tĩnh trên cho thấy tàu A có tính ổn định cao hơn tàu B

-Ảnh hưởng bởi chiều cao mạn khô khi giữ nguyên chiều chìm và chiều rộng



Fb càng cao giảm khả năng bị tràn nước ở những góc ngiêng lớn, khi nghiêng tức thời thì bề rộng đường nước vẫn tăng BM tăng tăng tính ổn định

-Ảnh hưởng bởi lượng chiếm nước (tham khảo)



-Ảnh hưởng bởi hình học thân tàu(tham khảo)

-Ảnh hưởng bởi mạn giả và kiến trúc thượng tầng(tham khảo)



Phân biệt Ổn định tĩnh và ổn định động

Ổn định tĩnh: là khi xét tàu bị nghiêng dưới tác động của các ngoại lực tương đối ổn định gây ra 1 moment

nghiêng cho tàu, và tàu sẽ chống lại tác động của ngoại lực này bằng cách làm xuất hiện moment hồi phục

bằng với moment nghiêng – triệt tiêu tác động của ngoại lực tàu không nghiêng thêm nữa.

Tóm lại: “Tĩnh ở đây muốn nói đến khả năng hấp thụ ngay lập tức năng lượng mà ngoại lực gây nghiêng tàu.”

Ổn định động: là khi xét tàu bị nghiêng dưới tác động của ngoại lực có sự thay đổi liên tục về phương và lực

tác dụng – lực động (ví dụ : Gust Wind), khi đó moment hồi phục cũng bị thay đổi liên tục, vậy nên thay vì sử

dụng nguyên lý cân bằng moment ở Ổn định tĩnh mà chúng ta sử dụng cân bằng công.

Tóm lại: “Động ở đây là khả năng hấp thụ dần dần năng lượng tác dụng của ngoại lực – lực động, Ổn định

động của tàu chính la công hồi phục thực hiện đưa tàu về vị trí cân bằng”

(Cross curves)- Pantokaren

Giới thiệu: Do tâm nghiêng (Metacenter) không phải là một điểm cố định, cho

nên việc xác định vị trí của nó gặp nhiều khó khăn do phụ thuộc vào

phương của lực nổi ứng với từng trạng thái nghiêng của tàu.

Do tồn tại các mối quan hệ hình học trong quá trình nghiêng, cho

nên xuất phát từ điểm K cố định (là giao của trục đối xứng mặt cắt

giữa tàu với đáy tàu) người ta xác định được khoảng cách Lk ( hoặc

KN – gọi là cánh tay đòn ổn định hình dáng ) giữa 2 đường thẳng

vuông góc với mặt thoáng – đi qua K và tâm nổi B tại các góc nghiêng

khác nhau.

Tàu với 1 lượng chiếm nước nhất định, bằng phương pháp tính ta xác định được tâm nổi B KN (trong

quá trình tàu nghiêng từ 0 90 độ) Cross curves



Cross Curves’s application Với Cross curves, ta xác định được KN tại mỗi góc nghiêng ứng với từng lượng chiếm nước

Sau đó dễ dàng tính được cánh tay đòn hồi phục GZ qua công thức:

Documents

Cách xác định Lực Nổi tác động lên thân tàu · Điều kiện đủ : Khoảng cách giữa 2 phương tác động của 2 thành phần W và F phải bằng 0