BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

…………………………

NGUYỄN CÔNG LUẬT

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM MÔ HÌNH TÀU 3 THÂN
PHỤC VỤ DU LỊCH BIỂN BẰNG VẬT LIỆU COMPOSITE
(THIẾT KẾ KẾT CẤU, TÍNH TOÁN BỀN VÀ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ
TẠO TÀU 3 THÂN VỎ FRP)
CHUYÊN NGÀNH:
ĐÓNG TÀU THUỶ

NGUYỄN CÔNG LUẬT
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM MÔ HÌNH TÀU 3 THÂN
PHỤC VỤ DU LỊCH BIỂN BẰNG VẬT LIỆU COMPOSITE
(THIẾT KẾ KẾT CẤU, TÍNH TOÁN BỀN VÀ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ
TẠO TÀU 3 THÂN VỎ FRP) CHUYÊN NGÀNH:
ĐÓNG TÀU THUỶ
GVHD:
TS.HUỲNH VĂN VŨ


5
Danh mục hình.
5
Lời nói đầu
7
CHƯƠNG 1 ĐẶT VẤN ĐỀ
8
1.1. Tổng quan đề tài nghiên cứu
8
1.2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu.
9
1.2.1. Nội dung nghiên cứu 9
1.2.2. Phương pháp nghiên cứu 9
1.3. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 10
1.3.1. Tình hình nghiên cứu trong nước. 10
1.3.2. Tình hình nghiên cứu nước ngoài. 11
1.4. Cơ sở lý thuyết. 11
CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ KẾT CẤU, TÍNH TOÁN BỀN
VÀ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ
TẠO.
13
2.1. Thiết kế kết cấu, tính toán bền.
13
2.1.1. Thiết kế bố trí chung 13
2.1.1.1. Phân khoang theo chiều dài tàu. 14
2.1.1.2. Phân khoang theo chiều cao tàu. 15
2.1.2. Thiết kế kết cấu và tính bền. 17
2

2.1.2.1. Giới thiệu chung. 17

3.1.2.3. Năng lượng tàu và hệ thống điều khiển mô hình. 54
3.1.3. Chế tạo khuôn. 54
3

3.1.3.1. Chế tạo thân tàu. 54
3.1.3.2. Chế tạo ca bin. 59
3.1.3.3. Mô hình tàu hoàn chỉnh. 60
3.2. Thử nghiệm mô hình và kết quả đạt được. 60
3.2.1. Công tác kiểm tra mô hình trước khi thử. 60
3.2.2. Thử nghiệm mô hình và kết quả đạt được. 61
3.2.2.1. Điều kiện thử nghiệm. 61
3.2.2.2. Các giai đoạn thử nghiệm. 61
3.2.2.3. Kết quả thử nghiệm. 61
CHƯƠNG 4 THẢO LUẬN KẾT QUẢ 62
4.1. Kết luận. 62
4.2. Đề xuất ý kiến. 63
Tài liệu tham khảo 64


B1
max
: Chiều rộng lớn nhất thân chính.
B1
tk
: Chiều rộng thiết kế thân chính.
B2
max
Chiều rộng thiết kế thân phụ.
B2
tk
: Chiều rộng lớn nhất thân phụ.
D : Chiều cao mạn.
v : Tốc độ khai thác.
d : Chiều chìm trung bình.
P: Trọng tải.
C
B
: Hệ số béo.
S : Khoảng cách sườn.
h: Khoảng cách sống dọc tàu.
R: Phản lực.
Z : Môđun chống uốn của tiết diện ngang thân tàu
Z
i
: Mô dun chống uốn.
t
tt
: Chiều dày tấm thành.
t

26
Bảng 2.5. Tính momen quán tính mặt cắt ngang sườn mạn. 30
Bảng 2.6. Tính momen quán tính mặt cắt ngang đà ngang
đáy.
32
Bảng 2.7. Tính momen quán tính mặt cắt ngang xà ngang
boong
34
Bảng 2.8. Tính momen quán tính mặt cắt ngang nẹp vách. 36
Bảng 2.9. Tính momen quán tính mặt cắt ngang nẹp gia
cường thượng tầng.
37
Bảng 2.10. Tính kiểm tra kết cấu nẹp cầu nối 39
Bảng 2.11. Bảng tổng hợp chiều dày lớp vỏ tàu. 47
Bảng 2.12. Bảng tổng hợp quy cách kết cấu 47

6

DANH MỤC HÌNH
Số thứ tự hình Tên hình Trang
Hình 1.1. Tàu Thanh Vân 05 - Tàu hai thân vỏ composite
đầu tiên do Việt Nam (UNINSHIP) Thiết kế và
chế tạo.
10
Hình 1.2. Tàu Long Phú 17 - Tàu khách hai thân vỏ
composite.
10
Hình 1.3. Du thuyền Dolphin Ulsan được thiết kế tại Mỹ 11
Hình 1.4. Du thuyền Benchijigua express trimaran thiết kế
tại Úc.

và sức hấp dẫn của các địa danh này đã thu hút không ít khách du lịch trong và ngoài
nước dù vậy việc khai thác hết tiềm năng hay đáp ứng nhu cầu cho khách du lịch sẽ đem
lại doanh thu lớn cho đất nước.
Đa số các công ty du lịch thường sử dụng tàu, thuyền để chở khách tới các điểm du
lịch biển đảo. Nếu chúng ta nắm bắt được thực trạng hiện nay về nhu cầu sử dụng thuyền
trong ngành du lịch, cùng với sự phát triển không ngừng trong ngành đóng tàu nước ta thì
trong thời gian không xa Việt Nam sẽ có những đội tàu được trang bị đầy đủ tiện nghi,
tính thẩm mỹ cao, sẽ đáp ứng việc thiết kế và chế tạo phục vụ trong nước hay xa hơn nữa
là đóng mới cho nước ngoài.
Sức cạnh tranh mạnh nhất bao giờ cũng nằm trong thiết kế mới, chúng ta sẽ thu hút
được nhiều khách du lịch nếu họ được đi trên những con tàu sang trọng đầy đủ tiện nghi
nhưng giá thành vận chuyển không quá cao. Bài toán đặt ra lúc này phải thiết kế và chế
tạo một con tàu mang tính chất mới mẻ đáp ứng hết tính năng của một con tàu du lịch và
thu hẹp chi phí thiết kế, chế tạo cho chủ tàu cũng như người đóng mới.
Qua hiểu biết và sự hướng dẫn tận tình của Thầy Huỳnh Văn Vũ tôi đã mạnh dạn
đăng ký đề tài tốt nghiệp: “Thiết kế và chế tạo thử nghiệm mô hình tàu 3 thân phục vụ du
lịch biển bằng vật liệu Composite”. Sau 4 tháng làm việc với tinh thần nghiêm túc và học
hỏi tôi đã hoàn thành xong đề tài với những nội dung như sau:
1. Đặt vấn đề.
2. Thiết kế kết cấu, tính toán bền và quy trình công nghệ chế tạo.
3. Chế tạo thử nghiệm mô hình.
4. Thảo luận kết quả.

Nha Trang, ngày…….tháng,……năm…
Sinh viên thực hiện.

NGUYỄN CÔNG LUẬT
8

CHƯƠNG 1

ngành, cùng với sự hướng dẫn của TS. Huỳnh Văn Vũ tôi sẽ giải quyết bài toán kết cấu ,
9

độ bền và quy trình công nghệ chế tạo cho tàu 3 thân thuộc đề tài tốt nghiệp “Thiết kế và
chế tạo thử nghiệm mô hình tàu 3 thân phục du lịch biển bằng vật liệu composite”

1.2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.
1.2.1. Nội dung nghiên cứu.
Theo như sự chỉ định của Khoa Kỹ thuật Giao thông-Trường Đại Học Nha Trang
về công tác nhận và triển khai đề tài cho nhóm thiết kế thì tôi được phụ trách phần thiết
kết cấu , tính độ bền, quy trình công nghệ chế tạo tàu 3 thân và chế tạo mô hình tàu 3
thân thuộc đề tài “Thiết kế và chế tạo thử nghiệm mô hình tàu 3 thân phục du lịch biển
bằng vật liệu composite”

+ Từ bản vẽ tuyến hình đi xây dựng bố trí chung và hệ thống kết cấu theo Quy
phạm. Kết cấu tàu nhiều thân chuyển thành các thân riêng biệt và theo Quy phạm để xây
dựng kết cấu cho từng thân.
+ Tính và kiểm tra độ bền kết cấu toàn tàu trừ phần cầu nối. Rút ra kết luận từ kết
quả tính.
+ Tính và kiểm tra độ bền kết cấu cầu nối tàu nhiều thân theo đề xuất của TS.
Nguyễn Văn Đạt. Tàu sẽ chịu uốn ngang nhiều nhất, giả thiết rằng 2 mạn tàu đủ cứng và
kết cấu ngang cầu nối sẽ tựa trên hai mạn, xác định mođun chống uốn mặt cắt ngang để
xây dựng kết cấu cầu nối, kiểm tra kết quả tính.
+ Tính toán và kiểm tra độ bền uốn chung thân tàu.
+ Đề xuất quy trình chế tạo tàu 3 thân thiết kế.
+ Chế tạo thử nghiệm mô hình tàu 3 thân thiết kế theo tỷ lệ 1:10.

1.2.2. Phương pháp nghiên cứu.
+ Khảo sát kết cấu vỏ tàu composite thực tế cùng với sử dụng quy phạm “Quy
phạm kiểm tra và chế tạo các tàu làm bằng chất dẻo cốt sợi thủy tinh TCVN 6282:2003.”,

nghệ.

Hình 1.3. Du thuyền Dolphin Ulsan được thiết kế tại Mỹ
.[15] Hình 1.4. Du thuyền Benchijigua express trimaran thiết kế tại Úc.
[15]

1.4. CƠ SỞ LÝ THUYẾT.
+ Sử dụng quy phạm “Quy phạm kiểm tra và chế tạo các tàu làm bằng chất dẻo
cốt sợi thủy tinh TCVN 6282:2003.”[9], “Quy phạm phân cấp và đóng tàu thủy cao tốc
TCVN 6451:2004”[8] để bố trí chung và thiết kế kết cấu cho tàu trừ phần cầu nối.
12

+ Việc xác định cơ tính vật liệu của composite vì không có điều kiện xác định nên
tôi sử dụng các kết quả từ tài liệu tham khảo [12] của TS. Nguyễn Văn Đạt-Giám đốc
Viện nghiên cứu chế tạo tàu thủy, Đại Học Nha Trang.
+ Việc tính toán sức bền cầu nối cho tàu 3 thân sẽ sử dụng đề xuất tính kết cấu cầu
nối của TS. Nguyễn Văn Đạt. Các kết quả này đã được ứng dụng cho tính kết cấu tàu 2
thân được chế tạo tại Viện nghiên cứu chế tạo tàu thủy Trường Đại Học Nha Trang.


2.1. THIẾT KẾ KẾT CẤU, TÍNH TOÁN BỀN.
2.1.1. Thiết kế bố trí chung.

Bố trí chung là công đoạn quan trọng trong quá trình thiết kế. Nó ảnh hưởng đến
tính năng hoạt động và tính thẩm mỹ của một con tàu.Việc bố trí chung phải tuân theo
quy phạm hoặc dựa vào các tàu mẫu để đảm bảo tính an toàn cho con tàu và người trên
tàu.
Bản vẽ bố trí chung toàn tàu có hình chiếu đứng toàn tàu, mặt chiếu phẳng của các
tầng boong, khoang đáy, bản vẽ bố trí chung toàn tàu thể hiện sự phân bố của các khoang,
các buồng, lối đi lại, cửa ra vào, cầu thang và vị trí lắp đặt, các thiết bị trên tàu.
Nguyên tắc bố trí chung phải xét đến.
+ Tuân thủ các quy định của quy phạm: tính ổn định, tính chống cháy ,sức bền tàu,
+ Đảm bảo dung tích các khoang
+ Đản bảo cân bằng tàu.
+ Các lối đi lại phải an toàn.
+ Yêu cầu chủ tàu.
+ Tính khai thác và tính kinh tế đối với các loại tàu riêng biệt.
Tùy từng loại tàu cụ thể, mà cách bố trí chung có những hình thức riêng của nó.
Nhưng nói chung việc bố trí chung của tàu nhất là các tàu cao tốc phải được tuân thủ các
qui định của qui phạm của các cơ quan phân cấp cho nó và các công ước hiện hành, cũng
như luật lệ của các nước mà nó treo cờ.
* Phân khoang.
Tàu thiết kế theo dạng 3 thân ( trimaran ), 2 thân phụ chỉ có nhiệm vụ tăng tính ổn
định cho tàu nên việc bố trí chung toàn tàu sẽ trên thân chính. Vị trí các sườn, vách trên
cả thân chính và 2 thân phụ sẽ giống nhau.
14

2.1.1.1. Phân khoang theo chiều dài tàu
Phân khoang là bước đầu tiên trong quá trình thiết kế bố trí chung. Phân khoang


c. Các khu vực khác.
Khoang chứa dầu đốt được bố trí từ sườn 8 đến sườn 11 (1,5m)
Khoang chứa lương thực thực phẩm từ sườn 11 đến sườn 23 (6m) . Theo chiều cao
tàu khoang này gồm 2 két, phía dưới chứa nước sinh hoạt đủ cho hành khách trong suốt
đoạn hành trình, phía trên chứa lương thực thực phẩm.
Trên tàu bố trí 2 phòng vệ sinh phía đuôi tàu cho hành khách và thủy thủ trên tàu.
Cabin từ sườn 4 đến sườn 22 (9,1m)
Khu vực mặt mũi boong từ sườn 24 đến sườn 32 (4m), chứa hệ thống neo và hệ
thống chằn buộc.

2.1.1.2. Phân khoang theo chiều cao tàu.
Theo chiều cao tàu được phân ra làm 4 sàn : sàn IV, sàn III, sàn II (boong chính), sàn I
(dưới boong chính).
a. Dưới boong chính.
+ Từ mút đuôi tàu tới sườn 8: bố trí máy chính, thiết bị lái, máy phát,…
+ Từ sườn 8 đến sườn 11: khoang chứa nhiên liệu.
+ Từ sườn 11 đến sườn 23: khoang chứa thực phẩm và nước sinh hoạt.
+ Từ sườn 23 đến sườn 26: khoang chứa tạp dụng.
+ Từ sườn 26 đến sườn 29: khoang chứa xích neo.
b. Boong chính.
+ Từ mút đuôi đến sườn 5: sàn cho khách tắm biển.
+ Từ sườn 5 đến sườn 11: Khu vệ sinh, khu nhà bếp, cầu thang lên nóc lầu lái bố
trí bên tái, nấp hầm xuống khoang máy bố trí bên phải.
+ Từ sườn 11 đến sườn 22: Khu sinh hoạt chung cho 10 người, bar, bàn ghế sofa.
c. Boong thời tiết.
Bố trí lối đi, lan can, cột bích, tời neo, đèn mạn, cầu thang lên xuống boong chính.
d. Boong lầu lái .[7],[9].
Buồng lái bố trí các trang thiết bị cần thiết để đảm bảo tàu an toàn hàng hải như
sau:

= 112
0
30, l = 1 km (l khoảng cách nhìn thấy tối
thiểu ánh sáng đèn hiệu)
+ 1 đèn mạn trái ( đỏ ),

= 112
0
30, l = 1 km
+ 1 đèn hành trình ( trắng ),

= 225
0
, l = 1.5 km
+ 1 đèn đỉnh cột ( trắng, nhấp nháy được ),

= 360
0
, l = 1.5 km
+ 1 đèn đỉnh cột ( đỏ, nhấp nháy được ),

= 360
0
, l = 1.5 km
+ 1 đèn ( xanh ve, treo dây ),

= 360
0
, l = 1 km
+ 1 đèn ( màu vàng, treo dây ),


2.1.2.1. Giới thiệu chung.
a. Đặc điểm tuyến hình.
- Đặc điểm tuyến hình: có mũi và đáy nhọn hình chữ V, có đuôi dạng vát phẳng.
- Hai thân phụ nằm về hai bên làm nhiệm vụ tăng tính ổn định cho tàu. 18
Hình 2.1: Tuyến hình tàu thiết kế.

= 16,0 m
- Chiều dài thiết kế toàn tàu: L
tk
= 15,7 m
- Chiều rộng lớn nhất toàn tàu: B
max
= 8 m
- Chiều rộng thiết kế toàn tàu: B
tk
= 7,1 m
- Chiều rộng lớn nhất thân chính: B1
max
= 3,5 m
20

- Chiều rộng thiết kế thân chính: B1
tk
= 2.4 m
- Chiều rộng lớn nhất thân phụ: B2
max
= 1.4 m
- Chiều rộng lớn nhất thân phụ: B2
tk
= 0.6 m
- Chiều cao mạn: D = 3 m
- Chiều chìm: d = 1,58 m
- Trọng tải P = 38 t
- Tốc độ tàu v = 25 hl/h
- Hệ số béo C
B

+ Tàu cao tốc là các tàu có vận tốc lớn hơn trị số tính theo công
thức:
V≥7,1922.


0,1667
(hl/h) (2.1)
Trong đó:

= 38 tấn - lượng chiếm nước tại đường nước thiết kế.
Với tàu thiết kế: V = 25 > 7,1922.38
0,1667
= 13,188 (hl/h).
+ Vật liệu
Vỏ tàu được chế tạo từ vật liệu FRP (Fiberglass Reinforced Plastic), trong đó:
- Vật liệu cốt là sợi thủy tinh dạng Matting và Roving sắp xếp xen kẽ nhau.
- Vật liệu nền là nhựa Polyester không no, loại được Đăng kiểm Lloyd cho phép sử
dụng.
Độ bền của vật liệu được xác định tại Phòng thí nghiệm VIỆN NGHIÊN CỨU CHẾ
TẠO TÀU THỦY - VR LAB. 02, trên máy kiểm nghiệm vật liệu loại Hounsfield của
Anh quốc, có các giá trị cơ bản sau :
Bảng 2.2: Độ bền vật liệu chế tạo.
STT Đại lượng Gía trị theo qui phạm Giá trị theo thực tế
1 Độ bền kéo (kG/mm2) 10 19
2 Độ bền uốn (kG/mm2) 15 21
3 Mođun đàn hồi kéo (kG/mm2) 700 900

a. Tính toán lớp vỏ [9].
a.1. Lớp vỏ giữa đáy
22

Chọn t = 11 (mm)
a.2.2. Lớp đáy.
Theo điều 7.3.2 chiều dày của lớp đáy phải không nhỏ hơn trị số tính theo công thức sau
đây:
t = 15,8S
Ld 026,0
(mm) (2.5)
trong đó: L - Chiều dài tàu.
d - Chiều chìm.

t ≥ 15,8.0,5.
16.026,058,1 
=11,16 (mm)

Chọn t = 12 (mm)
a.2.3. Lớp vỏ bao ở các đoạn mút.
- Theo điều 7.4.3 chiều dày lớp vỏ bao đoạn đáy gia cường mũi tàu không nhỏ hơn
trị số tính theo công thức sau đây: t = CS
L
(mm) (2.6)
Trong đó:
L: Chiều dài tàu.
23

C: Hệ số được cho ở bảng 3.1. với các trị số trung gian của α thì C được tính theo
phép nội suy tuyến tính.
Bảng 2.3 : Trị số của C [8]

S: Khoảng cách sườn, khoảng cách các sống hoặc khoảng cách các nẹp dọc của vỏ
bao, lấy trị số nào nhỏ hơn. (m)


Chọn t
TT
= 9 (mm).
a.2.5. Gia cường cục bộ lớp vỏ bao.
Gia cường cục bộ lớp vỏ bao có lỗ luồn neo và lớp vỏ bao kề cận đó: lớp vỏ
bao mạn và các lớp vỏ khác có nguy cơ tiếp xúc với neo và xích neo….phải được
gia cường thích đáng.
b. Tính toán boong [8].
b.1. Phạm vi áp dụng.
Áp dụng cho kết cấu và kích thước của boong được tạo hình bằng FRP.
Kết cấu và kích thước được áp dụng cho kết cấu một lớp.

Trích đoạn Hồ sơ kỹ thuật.

---