Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP ƯỚC TÍNH CHỈ SỐ SAY SÓNG TRONG GIAI ĐOẠN THIẾT KẾ BAN ĐẦU.

CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP ƯỚC TÍNH CHỈ SỐ SAY SÓNG TRONG GIAI ĐOẠN THIẾT KẾ BAN ĐẦU.

Tải bản đầy đủ - 0trang

− Profile sóng: giao tuyến của mặt sóng với mặt phẳng thẳng đứng ở hướng truyền

sóng; sóng nằm cao hơn vết nước tĩnh, bụng sóng: phần dưới vết này; điểm cao

nhất của ngọn sóng là đỉnh sóng. Còn điểm thấp nhất của bụng sóng gọi là đáy

sóng;

− Biên độ sóng: khoảng cách thẳng đứng từ đỉnh sóng hoặc đáy sóng đến vết nước

tĩnh;

− Chiều cao sóng (H): độ nâng cao của đỉnh sóng so với đáy sóng liền kề

− Chiều dài sóng (λ): khoảng cách nằm ngang giữa hai đỉnh sóng hoặc đáy sóng

kề nhau đo theo hướng truyền sóng;

− Chiều dài ngọn sóng: khoảng cách nằm ngang giữa hai đỉnh sóng kề nhau, đo

theo phương vuộng góc với hướng truyền sóng, khái niệm này chỉ được sử dụng

khi mơ tả sóng gió thực ba chiều

− Lườn sóng (α) (α0 = max α): góc giữa tiếp tuyến với profile sóng và mặt phẳng

nằm ngang

− Chu kỳ sóng (T): khoảng thời gian hai đỉnh sóng (hoặc đáy sóng) kề nhau đi qua

một điểm cố định trong khơng gian

− Tần số tròn của sóng: số dao động tồn phần, đi qua một điểm cố định trong

không gian sau khoảng thời gian 2pi giây;

− Tốc độ truyền sóng hoặc pha tốc độ: tốc độ dịch chuyển của đỉnh sóng

− Độ dốc của sóng: tỷ số giữa chiều cao và chiều dài của nó



Hình 3.2. Profile sóng điều hòa

17



Sóng gió khơng điều hòa được khảo sát như là quá trình ngẫu nhiên tĩnh.

Trong lý thuyết chòng chành sử dụng hai phương pháp để mơ tả nó: phương

pháp thống kê và phương pháp phổ. Ở phương pháp thống kê, sóng được xem

như là q trình ngẫy nhiên với luật phân phối vi phần và phân phối tích phân

của nó là những giá trị tức thời. Tiếp nhận cho rằng, mật độ xác suất giá trị tức

thời của các yếu tố sóng (tung độ, lườn sóng v.v…) hay là luật phân phối vi phân

của các giá trị này được mô tả bởi luật tiêu chuẩn (luật Gauss). Đối với quá trình

ngẫu nhiên trung tâm, tức là xác định đối với mức trung bình của nó, luật phân

phối Gauss đặc trưng bởi phương sai Dx

f ( x) =



1

exp  − x 2 / (2 Dx ) 

2π Dx



(3.1)



Từ lý thuyết xác suất ta biết rằng, nếu đại lượng ngẫu nhiên trung tâm phân

phối tức thời tuân theo luật phân phối chuẩn (phân phối Gauss), thì giá trị biên

độ của quá trình này phân phối theo luật Reyleigh

f ( A) =



A

exp  − x 2 / (2 Dx ) 

Dx



(3.2)



Sóng như là q trình ngẫu nhiên tĩnh cũng có thể đặc trưng bởi mật độ phổ

một chiều



Sϕ (σ )



, mơ tả thành phần tần số của q trình này.



Hiện nay đã tích lũy khá đủ các số liệu về mật độ phổ tung độ sóng về các

địa điểm khác nhau trên các đại dương. Tất cả các kết quả thu được từ việc

nghiên cứu sóng thực.

Sóng khơng điều hòa có thể được coi là tổng hợp của các sóng điều hòa với

tần số khác nhau, hướng truyền khác nhau



18



Hình 3.3. Sóng khơng điều hòa là tổng hợp từ các sóng điều hòa có tần

số, biên độ, hướng truyền và pha khác nhau (Pierson (1955))

Điều đó có nghĩa là bề mặt của sóng khơng điều hòa có thể được mơ tả bởi

tổng hợp các sóng thành phần

Ví dụ: Tổng hợp các sóng điều hòa để mơ tả sóng phi tuyến



19



Hình 3.4. Tổng hợp 4 sóng điều hòa

3.2. Mơ tả chòng chành tàu

Thơng thường, mơ tả chòng chành tàu bằng việc sử dụng hệ số khuếch đại

RAOs. RAOs có thể tính tốn được nhờ việc thử mơ hình hoặc sử dụng phần

mềm CFD. Các dạng chòng chành chủ yếu ảnh hưởng tới hiện tượng say sóng

như chòng chành thẳng đứng, chòng chành ngang và chòng chành sống chính.

Hiện tượng say sóng phụ thuộc vào gia tốc thẳng đứng. Cần phải xác định RAOs

khi tính tốn gia tốc thẳng đứng.

Tỷ số giữa biên độ tín hiệu đầu ra (góc nghiêng tàu – phản ứng của tàu,

được xem như một hệ động lực tuyến tính) với biên độ đầu vào của tín hiệu đối

với hệ thống này (lườn sóng) gọi là hệ số khuếch đại của hệ thống. Sự phụ thuộc

của hệ số này vào tần số nhiễu động gọi là đặc trưng biên độ - tần số (RAO) của

chòng chành mạn của tàu.

χξ ωξ

ϕ

RAO  =   0 =

α0

(ω 2ξ − σ 2 ) + 4 µ 2ξ σ 2

µξ



(3.3)



: hệ số lực cản phụ thuộc biên độ chòng chành của tàu

20



Đặc trưng xác suất của chòng chành tàu trên sóng khơng điều hòa được

tính tốn nhờ hệ thức nền tảng, liên hệ giữa mật độ phổ đầu vào và đầu ra của

quá trình ngẫu nhiên:

Sout (σ ) = Φ 2 Sin (σ )



(3.4)



Φ2



ở đây:



: module hàm truyền của hệ động lực tuyến tính khảo sát



Trong lý thuyết chòng chành, hệ thống được tiếp nhận là tàu, quá trình đầu

vào được cho là sóng, đầu ra là chòng chành tàu. Trong trường hợp này, nếu biết

mật độ sóng và đặc trưng biên độ - tần số chòng chành mạn của tàu RAO thì

chúng ta sẽ nhận được mật độ phổ góc chòng chành mạn.

Phương sai góc chòng chành





Dϕ = ∫ Sϕ (σ ) dσ

0



Sϕ (σ )



(3.5)



: mật độ phổ của góc chòng chành



3.3. Mơ tả hiện tượng say sóng

3.3.1. Chỉ số say sóng MSI

3.3.1.1. Các cơng thức tính MSI

Say sóng là hệ quả tích tụ dần dần do ảnh hưởng của gia tốc thẳng đứng

ứng với giá trị tần số nhất định. Khi tần số trong khoảng 1 rad/s, chỉ số say sóng

(MSI) đạt giá trị lớn nhất.

Chỉ số say sóng sử dụng lí thuyết xác suất của hiện tượng say sóng được đề

xuất bởi O’Halon và McCauley (1974). Công thức đưa ra thể hiện phần trăm

thanh niên nam bị say sóng trong 2 giờ chịu tác động ứng với giá trị tần số và

gia tốc cụ thể. MSI có thể được xác định thông qua công thức sau [5]:



± log10 ( az / g ± µ MSI ) 

MSI = 100  0,5 ±



0, 4







(3.6)



Trong đó:

erf: hàm sai số

21



erf ( x) =



1





 −z2 

exp

∫0  2 ÷dz

x



(3.7)



az: gia tốc thẳng đứng.

Trong chuyển động hình sin, az có thể được xác định theo công thức:

(3.8)

WVA: giá trị gia tốc thẳng đứng xấu nhất

AWVA: biên độ ứng với WVA

µMSI hệ số được xác định qua cơng thức

µ MSI = −0,819 + 2,32(log10 ωe ) 2



(3.9)



ωe: tần số gặp

Mối quan hệ giữa chỉ số MSI và gia tốc thẳng đứng a z được thể hiện rõ trên

đồ thị



Hình 3.5. Chỉ số say sóng MSI

Từ đồ thị (3.5b) ta thấy, trong khoảng nửa giờ đầu chỉ số MSI tăng lên đột

biến và đạt giá trị cực đại vào khoảng thời gian từ 3÷5 giờ, sau đó chỉ số giảm

dần. Trong khoảng thời gian sau 2 ngày, tất cả người trên tàu sẽ thích ứng với

điều kiện môi trường hơn khi chỉ số MSI trong phạm vi nhỏ hơn 10%

Chỉ số MSI sẽ tăng khoảng 1,5 lần đối với trường hợp phụ nữ và trẻ em.

Trên tàu khách, hệ số điều chỉnh có thể được sử dụng xét cho trường hợp đối

22



tượng trung gian về độ tuổi và giới tính giữa các hành khách (được đề xuất bởi

Soars và Schmidt (1992))

(3.11)



Hình 3.6. Kết quả sau khi sử dụng hệ số hiệu chỉnh ứng với trường hợp

MSI 10% trong 2 giờ chịu tác động

Hệ số MSI còn được tính tốn thơng qua hệ số MSDV (motion sickness

dose value)

(3.12)

Trong đó:

Km: hệ số phụ thuộc vào loại người chịu tác động. Ứng với số người chịu

tác động cụ thể, khả năng chịu đựng không cao (cho cả nam, nữ và trẻ em), K m =

1/3

MSDV có thể được xác định theo một trong hai cách:

− Nếu tính trong thời gian ngắn:

(3.13)

Trong đó:

: gia tốc thẳng đứng trung bình

T0: thời gian chịu đựng

− Nếu tính tốn trong tồn bộ thời gian chịu đựng



23



(3.14)

Trong đó:

av: gia tốc thẳng đứng

T: thời gian chịu đựng



Hình 3.7. Mối quan hệ giữa Dose và phần trăm số người bị say sóng

(Alexander, 1974 và Mc Cauley, 1976 và thử tàu của Lawther &

Grinffin, 1986)

Thông số đầu vào để tính tốn chỉ số MSI cần có: thơng số kích thước

chính của tàu (L, B, d), lượng chiếm nước của tàu (∆), CW, trọng tâm G, chiều

cao tâm nghiêng, chu kì chòng chành, tốc độ tàu.

Chỉ số MSI được tính tốn ứng với trạng thái biển nhất định (phổ sóng,

chiều cao sóng tiêu biểu và chu kì)

3.3.1.2. Tiêu chuẩn đối với chỉ số MSI

a. Tiêu chuẩn ISO 1985

24



Đối với dải tần số (0,1 ÷ 0,63) Hz, ISO 2631/3-1985 (ISO 1985) đưa ra

tiêu chuẩn cho chỉ số MSI không vượt quá 10% trong phạm vi 2 giờ phơi nhiễm

đối với đối tượng là thanh niên nam khi đứng hoặc ngồi.

b. Tiêu chuẩn British 6841 (1987)

Nhằm mục đích cung cấp một sự phù hợp, cải tiến với các dữ liệu có sẵn,

tốc độ giảm của tần số cao hơn trong các tiêu chuẩn ISO 2631.



Hình 3.8. Tiêu chuẩn ISO và British Standard

Thời gian giới hạn là 2 giờ được lựa chọn vì chỉ số MSI sẽ tăng trong phạm

vi 2 giờ, nếu trong vòng 2 giờ đầu tiên đó con người khơng bị say sóng thì họ sẽ

ít khi bị say sóng trong thời gian dài sau đó.

3.3.2. Tính tốn chỉ số say sóng trong giai đoạn thiết kế ban đầu

Về quan điểm thiết kế tàu, tính đi biển của tàu phụ thuộc vào nhiều yếu tố,

một số yếu tố quan trọng nhất là:

− Ảnh hưởng của môi trường biển (sóng và gió)

− Thơng số chuyển động của tàu (tốc độ…)

− Các thông số về thiết kế tàu

25



Các thông số thiết kế tàu, thực tế được xác định qua nhiều giai đoạn. Giữa

rất nhiều các thơng số đó, phản ứng của tàu trên sóng phụ thuộc lớn vào một số

thơng số trong giai đoạn thiết kế ban đầu. Điều này làm phức tạp quá trình thiết

kế bởi vì:

− Ở giai đoạn thiết kế sau, việc thay đổi các thông số là khó khăn và khơng có tính

kinh tế.

− Lựa chọn các thơng số thiết kế sai sót làm ảnh hưởng xấu đến tính đi biển của

tàu

Do vậy, mơ tả tính đi biển của tàu có kể đến hiện tượng say sóng là rất cần

thiết cho giai đoạn thiết kế ban đầu.

Theo [11], chỉ số MSI phụ thuộc vào thông số trong q trình thiết kế và

thơng số sóng được xác định:

(3.15)

Trong đó:

MSImax: giá trị MSI lớn nhất (%)

FWL: diện tích mặt đường nước (m2)

HS: chiều cao sóng tiêu biển (m)

Mối quan hệ trên được hình thành từ phân tích thống kê các kết quả tính

tốn cho tàu có các thơng số trong phạm vi sau:

LPP/B = 5,8 ÷ 8,2

LPP = 124 ÷ 258 m

B = 19 ÷ 33 m

CB = 0,56 ÷ 0,64

CM = 0,95 ÷ 0,98

CP = 0,73 ÷ 0,79

Khoảng cách giữa tâm diện tích đường nước tới AP: a = 53,2 ÷ 110,6 m

Diện tích mặt đường nước FWL = 2136 ÷ 7237 m2



26



Hình 3.9. So sánh giá trị MSI lớn nhất giữa giá trị gần đúng và giá trị

tính theo cơng thức (3.12)

Nhận thấy, cơng thức (3.11) có thể được sử dụng để tính tốn chỉ số MSI ở

giai đoạn thiết kế ban đầu. Còn cơng thức (3.5) dùng để tính tốn cho trường

hợp nằm ngồi dải giá trị của công thức (3.11)

Hướng tiếp cận trên cho phép người thiết kế tàu quan tâm đến ảnh hưởng

của điều kiện môi trường tới sinh hoạt của thủy thủ đoàn và hành khách.



27



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP ƯỚC TÍNH CHỈ SỐ SAY SÓNG TRONG GIAI ĐOẠN THIẾT KẾ BAN ĐẦU.

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×