Động lực học trong va chạm giữa tàu với tàu

Trong thời gian qua, số vụ tai nạn do va chạm giữa các phương tiện nổi có chiều hướng ngày càng gia tăng. Những vụ va chạm này không chỉ gây ra những thiệt hại to lớn đến kinh tế, xã hội mà còn để lại những tác hại xấu cho môi trường. Chính vì thế, việc nghiên cứu bài toán va chạm tàu là cần thiết để trên cơ sở đó đưa ra các giải pháp nhằm hạn chế các hậu quả có thể xảy ra do va chạm tàu. Bài báo này nghiên cứu động lực học trong va chạm giữa tàu với tàu.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Động lực học trong va chạm giữa tàu với tàu THE INTERNATIONAL CONFERENCE ON MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY 2016 Động lực học trong va chạm giữa tàu với tàu Dynamics of collision between vessel and vessel Trần Đức Phú Trường Đại học Hàng hải Việt Nam, phutd.ctt@vimaru.edu.vnTóm tắt Trong thời gian qua, số vụ tai nạn do va chạm giữa các phương tiện nổi có chiều hướngngày càng gia tăng. Những vụ va chạm này không chỉ gây ra những thiệt hại to lớn đến kinh tế, xãhội mà còn để lại những tác hại xấu cho môi trường. Chính vì thế, việc nghiên cứu bài toán vachạm tàu là cần thiết để trên cơ sở đó đưa ra các giải pháp nhằm hạn chế các hậu quả có thể xảyra do va chạm tàu. Bài báo này nghiên cứu động lực học trong va chạm giữa tàu với tàu. Từ khóa: Va chạm, tàu, phương tiện nổi, động lực học, an toàn hàng hải.Abstract Recently, number of ship collision has increased significantly. Such accidents not only haveserious social and economic consequences but also cause serious damage to the environment.Hence, the study of ship collision has become essential and to help prevent ship collision. Thispaper outlines the external dynamics of ship-ship collision. Keywords: Ship, vessel, collision, maritime safety.1. Giới thiệu chung Mục đích của bài báo này là giới thiệu quy trình tính toán xung lực và năng lượng va chạmbị triệt tiêu do sự phá hủy của kết cấu tàu. Nghiên cứu tập trung vào chuyển động của tàu trên mặtphẳng mặt nước. Từ đó làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo liên quan đến tính toán thiết kế vỏtàu cũng như đánh giá thiệt hại và xác định nguyên nhân đâm va của tàu trong các vụ va chạm. Trong nghiên cứu được thực hiện năm 1982 bởi Petersen [1], lực thủy động lực học tácđộng lên vỏ tàu trong quá trình va chạm được tính toán bởi lý thuyết băng. Các tàu trong nghiêncứu được đưa ra như một vật thể cứng có biến dạng được diễn ra ở các vị trí tiếp xúc. Tương táccủa kết cấu tại khu vực tiếp xúc được mô phỏng như các lò xo phi tuyến. Nghiên cứu của Zhang [2] đưa ra những lý thuyết xác định các tính chất cơ học của va chạmtàu thủy. Dựa trên những kết quả nghiên cứu của Zhang, bài báo này giới thiệu phương pháp phântích xác định năng lượng thất thoát và xung lực va chạm trong va chạm giữa tàu với tàu. Trước khitính toán, tàu được giả định là có chuyển động dâng và lắc lư, và chuyển động trượt và bật ngượclại trên mặt nước trong quá trình va chạm. Năng lượng bị triệt tiêu do biến dạng của kết cấu đượcbiểu diễn dưới dạng biểu thức dạng đóng.2. Va chạm giữa tàu và tàu2.1. Chuyển động của tàu đâm Các phương trình biểu diễn chuyển động của tàu đâm (A) dựa theo lực va thành phần Ftheo trục  và F theo trục  được xác định như sau: M a (1 + max )vax = - F sin  - F cos  (1) M a (1 + may )vay = - F cos  + F sin  (2) M a R (1 + ja )a = - F  yc sin  - ( xc - xa ) cos   + ... 2 a (3) ... + F  yc cos  + ( xc - xa )sin  HỘI NGHỊ QUỐC TẾ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI 2016 282 THE INTERNATIONAL CONFERENCE ON MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY 2016 Tàu B Tàu A Hình 1. Mô hình va chạm tàu Trong đó M a là khối lượng tàu đâm, gia tốc trong va chạm của tàu đâm theo phương X và Y vàxung quanh trọng tâm được biểu diễn lần lượt là ( vax , vay , a ). Bán kính của khối lượng quán tính của tàuxung quanh trọng tâm của tàu đâm là ( xa ,0), tọa độ điểm xảy ra va chạm là ( xc , yc ), hệ số tăng khốilượng do chuyển động dâng và lắc lư lần lượt là max và may . Hệ số mô men quanh trọng tâm là ja .2.2. Chuyển động của tàu bị đâm Chuyển động của tàu bị đâm được biểu diễn dưới dạng: M b (1 + mb1 )vb1 = - F sin(  -  ) - F cos(  -  ) (4) M b (1 + mb 2 )vb 2 = - F cos(  -  ) + F sin(  -  ) (5) M b R (1 + jb )b = - F ( yc - yb )sin  - ( xc - xb ) cos   - ... 2 b ... - F ( yc - yb ) cos  + ( xc - xb )sin   (6) M b là khối lượng của tàu bị đâm. Bán kính của khối lượng quán tính của tàu xung quanhtrọng tâm của tàu bị đâm là ( xb , yb ). Hệ số tăng khối lượng do chuyển động dâng và lắc lư lần lượtlà mb1 , mb 2 . Hệ số mô men quanh trọng tâm là jb .Tàu đâm va Gia tốc tại trọng tâm của tàu đâm va: sin  cos  cos  sin  vax = - F - F , vay = - F + F M a (1 + max ) M a (1 + max ) M a (1 + may ) M a (1 + may ) yc sin  - ( xc - xa )cos  y cos  + ( xc - xa )sin  a = - F + c ...