Động lực học trong va chạm giữa tàu với tàu

THE INTERNATIONAL CONFERENCE ON MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY 2016 
HỘI NGHỊ QUỐC TẾ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI 2016 282 
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.vn 
Tóm tắt 
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. 
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 have 
serious 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. This 
paper 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 chạm 
bị triệt tiêu do sự phá hủy của kết cấu tàu. Nghiên cứu tập trung vào chuyển động của tàu trên mặt 
phẳng mặt nước. Từ đó làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo liên quan đến tính toán thiết kế vỏ 
tàu 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 tác 
động lên vỏ tàu trong quá trình va chạm được tính toán bởi lý thuyết băng. Các tàu trong nghiên 
cứu được đưa ra như một vật thể cứng có biến dạng được diễn ra ở các vị trí tiếp xúc. Tương tác 
của 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 chạm 
tàu thủy. Dựa trên những kết quả nghiên cứu của Zhang, bài báo này giới thiệu phương pháp phân 
tích xác định năng lượng thất thoát và xung lực va chạm trong va chạm giữa tàu với tàu. Trước khi 
tính toán, tàu được giả định là có chuyển động dâng và lắc lư, và chuyển động trượt và bật ngược 
lại trên mặt nước trong quá trình va chạm. Năng lượng bị triệt tiêu do biến dạng của kết cấu được 
biểu diễn dưới dạng biểu thức dạng đóng. 
2. Va chạm giữa tàu và tàu 
2.1. 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: 
(1 ) sin cosa ax axM m v F F  + = - - (1) 
(1 ) cos sina ay ayM m v F F  + = - + (2) 
 
 
2R (1 ) sin ( )cos ...
... cos ( )sin
a a a a c c a
c c a
M j F y x x
F y x x


 
+ = - - - +
+ + -
 (3) 
THE INTERNATIONAL CONFERENCE ON MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY 2016 
HỘI NGHỊ QUỐC TẾ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI 2016 283 
Hình 1. Mô hình va chạm tàu 
Trong đó 
aM là khối lượng tàu đâm, gia tốc trong va chạm của tàu đâm theo phương X và Y và 
xung quanh trọng tâm được biểu diễn lần lượt là ( , ,ax ay av v  ). Bán kính của khối lượng quán tính của tàu 
xung quanh trọng tâm của tàu đâm là (
ax ,0), tọa độ điểm xảy ra va chạm là ( ,c cx y ), hệ số tăng khối 
lượng do chuyển động dâng và lắc lư lần lượt là 
axm và aym . Hệ số mô men quanh trọng tâm là aj . 
2.2. Chuyển động của tàu bị đâm 
Chuyển động của tàu bị đâm được biểu diễn dưới dạng: 
1 1(1 ) sin( ) cos( )b b bM m v F F   + = - - - - (4) 
2 2(1 ) cos( ) sin( )b b bM m v F F   + = - - + - (5) 
 
 
2R (1 ) ( y )sin ( )cos ...
... ( y )cos ( )sin
b b b b c b c b
c b c b
M j F y x x
F y x x


 
+ = - - - - -
- - + -
 (6) 
bM là khối lượng của tàu bị đâm. Bán kính của khối lượng quán tính của tàu xung quanh 
trọng tâm của tàu bị đâm là ( ,b bx y ). Hệ số tăng khối lượng do chuyển động dâng và lắc lư lần lượt 
là 
1bm , 2bm . Hệ số mô men quanh trọng tâm là bj . 
Tàu đâm va 
Gia tốc tại trọng tâm của tàu đâm va: 
sin cos cos sin
,
(1 ) (1 ) (1 ) (1 )
ax ay
a ax a ax a ay a ay
v F F v F F
M m M m M m M m
   
= - - = - +
+ + + +
2 2
sin ( )cos cos ( )sin
R (1 ) R (1 )
c c a c c a
a
a a a a a a
y x x y x x
F F
M j M j
 

- - + -
= - +
+ +
Gia tốc tại điểm C của tàu đâm va theo phương  : 
  
2
2 2
2
2
( )sin ( ) cos
sin ( )cos1 1 1
sin cos
1 1 1 R
sin ( )cos cos ( )sin1 1 1
sin cos
1 1 1 R
a ax a c ay a c a
c c a
a ax ay a a
c c a c c a
a ax ay a a
v y v x x
y x xF
M m m j
F y x x y x x
M m m j


   
 = - + + - 
  - - 
= - + + 
+ + + 
 - - + - 
- - + 
+ + + 
 

 
Gia tốc tại điểm C của tàu đâm va theo phương  : 
Tàu B 
Tàu A 
THE INTERNATIONAL CONFERENCE ON MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY 2016 
HỘI NGHỊ QUỐC TẾ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI 2016 284 
  
 
2
2
2 2
2
( )cos ( ) sin
sin ( )cos cos ( )sin1 1 1
sin cos
1 1 1 R
cos ( )sin1 1 1
cos sin
1 1 1 R
a ax a c ay a c a
c c a c c a
a ax ay a a
c c a
a ax ay a a
v y v x x
F y x x y x x
M m m j
F y x x
M m m j


   
 = - - + - 
  - - + - 
= - - + 
+ + + 
 + - 
- + + 
+ + +  
Tàu bị đâm va 
Gia tốc tại điểm C của tàu bị đâm va theo phương  và  : 
 
 
1 2
2
2 2
2
1 2
1 2
sin( ) cos( ) ( y )sin ( )cos
( y )sin ( )cos1 1 1
sin ( ) cos ( )
1 1 1 R
1 1
sin( )cos( ) sin( )cos( ) sin cos
1 1
b b b b c b c b
c b c b
b b b b b
b b b
v v y x x
F y x x
M m m j
F
M m m


    
  
    
= - + - - - - -
 - - - 
= - - + - + 
+ + + 
+ - - + - - 
+ + 
  
2
( y )sin ( )cos ( y )cos ( )sin1
1 R
c b c b c b c a
b b
y x x y x x
j
- - - - + - 
+ 
+ 
 
  
1 2
2
2 2
1 2
( y ) cos ( ) sin
1 1
sin( )cos( ) sin( )cos( )
1