Nghiên cứu đề xuất hình dáng tàu chở container phù hợp với tuyến luồng sông biển Việt Nam

• Tác giả: Nguyễn Thị Ngọc Hoa
• Người hướng dẫn: PGS. TS Vũ Ngọc Bích
• Trường học: Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí Động Lực
• Đề tài: Đề Xuất Hình Dáng Tàu Chở Container Phù Hợp Tuyến Luồng Sông Biển Việt Nam
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: TP Hồ Chí Minh

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG HÌNH DÁNG TÀU CONTAINER PHÙ HỢP TUYẾN LUỒNG SÔNG BIỂN VIỆT NAM
• 1.1. Tổng quan về tuyến vận tải thủy sông biển trong hệ thống vận tải đa phương thức
• 1.2. Vai trò, thực trạng vận tải thủy trên thế giới và tại Việt Nam
• 1.3. Đặc điểm ràng buộc thủy – hải văn ảnh hưởng đến hình dáng phương tiện thủy trên tuyến luồng sông biển Việt Nam
• 1.4. Tổng quan kích thước cơ bản và ràng buộc thiết kế cho hình dáng tàu container tuyến luồng sông biển trên thế giới và tại Việt Nam
• 1.5. Hướng tiếp cận cải tiến tuyến hình tàu container nhằm giảm sức cản dựa trên giải thuật tối ưu và đồ họa máy tính
• 1.5.1. Tiếp cận tối ưu hóa hình dáng dựa trên xây dựng tuyến hình từ tàu mẫu phù hợp với tuyến luồng sông biển Việt Nam
• 1.5.2. Tiếp cận đồ họa máy tính để xây dựng mô hình toán tuyến hình
• 1.6. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HÀM MỤC TIÊU SỨC CẢN TÀU CONTAINER SB
• 2.1. Cơ sở phương pháp luận trong thiết kế hình dáng tàu container SB
• 2.2. Phân tích lựa chọn phương pháp xác định sức cản tàu
• 2.3. Nghiên cứu, xây dựng hàm mục tiêu sức cản theo phương pháp Holtrop
• 2.3.1. Tổng quan về các thành phần sức cản
• 2.3.2. Tích hợp phương pháp Holtrop vào hàm mục tiêu sức cản
• 2.3.3. Nghiên cứu, xây dựng phương pháp tích phân gần đúng các hệ số hình dáng tàu trên cơ sở đường cong diện tích sườn (SAC). Tích hợp ảnh hưởng vùng nước hạn chế đến sức cản toàn tàu
• 2.4. Ảnh hưởng của vận tốc tới hạn trên tuyến luồng đến sức cản tàu SB
• 2.5. Ảnh hưởng độ sâu luồng lạch và hình dáng tàu đến sức cản tàu SB
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG THUẬT TOÁN TỐI ƯU THÔNG SỐ HÌNH DÁNG TÀU CONTAINER SB
• 3.1. Cơ sở giải thuật tối ưu di truyền trong kỹ thuật
• 3.2. Tổng quan về cơ sở tối ưu và giải thuật di truyền
• 3.3. Đánh giá hiệu quả thuật toán di truyền dựa trên các hàm toán cơ sở
• 3.4. Xây dựng giải thuật tối ưu di truyền trong đề xuất hình dáng phương tiện thủy
• 3.4.1. Cơ chế mã hóa và chọn lựa
• 3.4.2. Cơ chế lai ghép
• 3.4.3. Cơ chế đột biến
• 3.4.4. Các ràng buộc thông số hình dáng tàu tiếp cận dựa trên đường cong diện tích sườn SAC
• 4. CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH HÓA HÌNH DÁNG TÀU CONTAINER SB THEO HÀM THAM SỐ NUBS
• 4.1. Cơ sở hiệu chỉnh hình dáng tàu dựa trên đường cong SAC
• 4.1.1. Phương pháp hiệu chỉnh hình dáng tàu 1 – Cp
• 4.1.2. Phương pháp hiệu chỉnh hình dáng tàu Swing
• 4.1.3. Phương pháp hiệu chỉnh hình dáng tàu Lackenby
• 4.1.4. Về tính trơn và liên tục của đường cong SAC sau hiệu chỉnh Lackenby
• 4.2. Xây dựng mô hình toán đường hình dáng tàu với sự hỗ trợ của hàm tham số NUBS
• 4.2.1. Cơ sở toán hàm tham số trong xây dựng hình dáng tàu
• 4.2.2. Tính liên tục của hàm tham số trong xây dựng hình dáng tàu
• 4.2.3. Thiết lập phương trình toán học biểu diễn đường cong tham số NUBS (Non-Uniform B-spline)
• 4.2.4. Thiết lập vector nút (knot vector)
• 4.2.5. Thuật toán nghịch đảo NUBS (reverse engineering) từ đường cong diện tích sườn lý thuyết SAC. Kết quả và thảo luận
• 5. CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ THUẬT TOÁN XÂY DỰNG HÌNH DÁNG TÀU CONTAINER SB
• 5.1. Đánh giá các hệ số hình dáng theo đường cong SAC và hàm sức cản tối ưu di truyền
• 5.1.1. Kết quả tích phân số đường cong diện tích sườn từ hình dáng tàu mẫu
• 5.1.2. Đánh giá hiệu quả hình dáng tàu theo hàm mục tiêu tối ưu sức cản có xét đến ảnh hưởng độ sâu luồng lạch
• 5.2. Đánh giá tuyến hình tàu container 128TEU xây dựng từ hàm cơ sở NUBS
• 5.2.1. Kết quả đường cong diện tích sườn lý thuyết SAC sau hiệu chỉnh Lackenby
• 5.2.2. Kết quả mô hình toán NUBS được hiệu chỉnh theo dạng ma trận không vuông
• 5.3. Đánh giá hiệu quả hình dáng tàu dựa trên tính toán mô phỏng số
• 5.3.1. Thiết lập các phương trình cơ bản (governing equations) và mô hình dòng rối (turbulence model)
• 5.3.2. Thiết lập miền tính toán, chia lưới và điều kiện biên
• KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CỐNG BỐ CỦA NGHIÊN CỨU SINH
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• TỔNG HỢP CÁC BÀI BÁO, KỶ YẾU
• LẬP TRÌNH CODE MATLAB

I. Tổng quan về tàu chở container và tuyến sông biển Việt Nam

Nghiên cứu về tàu chở container cho tuyến sông biển Việt Nam là một vấn đề quan trọng trong bối cảnh phát triển giao thông đường thủy. Hình dáng tàu ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất vận tải và tiết kiệm nhiên liệu. Tàu chở container cần được thiết kế phù hợp với đặc điểm của tuyến sông biển, bao gồm độ sâu, dòng chảy và các yếu tố môi trường khác. Việc tối ưu hóa hình dáng tàu không chỉ giúp giảm sức cản mà còn nâng cao hiệu quả kinh tế và bảo vệ môi trường. Theo thống kê, giao thông đường thủy tại Việt Nam đang ngày càng phát triển, với nhu cầu vận chuyển hàng hóa tăng cao. Do đó, việc nghiên cứu và đề xuất các giải pháp thiết kế tàu chở container là cần thiết để đáp ứng yêu cầu này.

1.1. Đặc điểm của tuyến sông biển Việt Nam

Tuyến sông biển Việt Nam có nhiều đặc điểm riêng biệt, bao gồm độ sâu không đồng đều và sự thay đổi dòng chảy theo mùa. Những yếu tố này ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của tàu vận tải. Việc thiết kế tàu chở container cần phải xem xét các yếu tố như vận tải biển, cảng biển và quy hoạch giao thông. Các tàu cần có khả năng hoạt động hiệu quả trong điều kiện nước nông và dòng chảy mạnh. Điều này đòi hỏi sự nghiên cứu kỹ lưỡng về công nghệ tàu biển và các giải pháp thiết kế phù hợp để tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

II. Phân tích và xây dựng hàm mục tiêu sức cản tàu

Hàm mục tiêu sức cản là một yếu tố quan trọng trong thiết kế tàu chở container. Nghiên cứu này sử dụng phương pháp Holtrop để phân tích sức cản của tàu. Sức cản của tàu được chia thành nhiều thành phần, bao gồm sức cản ma sát, sức cản sóng và sức cản do hình dáng. Việc tối ưu hóa hình dáng tàu nhằm giảm sức cản không chỉ giúp tiết kiệm nhiên liệu mà còn nâng cao hiệu quả kinh tế. Các yếu tố như độ sâu luồng lạch và hình dáng tàu cũng cần được xem xét trong quá trình xây dựng hàm mục tiêu. Kết quả từ nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng các phương pháp tối ưu hóa có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của tàu chở container.

2.1. Tích hợp phương pháp Holtrop vào hàm mục tiêu

Phương pháp Holtrop được áp dụng để xác định các thành phần sức cản của tàu. Nghiên cứu cho thấy rằng việc tích hợp phương pháp này vào hàm mục tiêu giúp đánh giá chính xác hơn về sức cản của tàu chở container. Các yếu tố như vận tốc và độ sâu luồng có ảnh hưởng lớn đến sức cản. Việc tối ưu hóa các thông số hình dáng tàu dựa trên các yếu tố này sẽ giúp giảm thiểu sức cản và tiết kiệm nhiên liệu. Kết quả cho thấy rằng việc áp dụng phương pháp Holtrop có thể cải thiện hiệu suất của tàu trong điều kiện hoạt động thực tế.

III. Đề xuất mô hình toán NUBS cho hình dáng tàu

Mô hình toán NUBS (Non-Uniform B-spline) được đề xuất để giải quyết vấn đề thiết kế hình dáng tàu. Mô hình này cho phép tạo ra các đường cong mượt mà và liên tục, giúp cải thiện tính thẩm mỹ và hiệu suất của tàu. Việc sử dụng NUBS trong thiết kế tàu chở container giúp giải quyết tính mất liên tục giữa các phân đoạn mũi, lái và thân tàu. Kết quả từ mô phỏng số cho thấy rằng mô hình NUBS có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của tàu, giảm sức cản và tiết kiệm nhiên liệu. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển công nghệ tàu biển hiện đại và bền vững.

3.1. Hiệu chỉnh hình dáng tàu dựa trên NUBS

Quá trình hiệu chỉnh hình dáng tàu dựa trên NUBS cho phép tối ưu hóa các thông số thiết kế. Việc áp dụng mô hình này giúp tạo ra các hình dáng tàu có sức cản thấp hơn, từ đó nâng cao hiệu quả kinh tế. Các kết quả mô phỏng cho thấy rằng việc sử dụng NUBS có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của tàu chở container. Điều này không chỉ giúp tiết kiệm nhiên liệu mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Việc áp dụng công nghệ này trong thiết kế tàu sẽ góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành vận tải thủy tại Việt Nam.