船舶靜力學(xué)課件(緒論及第一章)

1、 船 舶 靜 力 學(xué) 主主 講：李冬琴講：李冬琴 聯(lián)系電話EMAIL: mandy_ldq163.COM 辦公(答疑)地址：C樓202或科技樓416 江 蘇 科 技 大 學(xué) 船舶與海洋工程學(xué)院 緒 論一、船舶靜力學(xué)課程的重要性船舶靜力學(xué)是船舶設(shè)計(jì)與制造專業(yè)的一門重要的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程，是研究船舶航海性能的一門學(xué)科?；A(chǔ)課程：高等數(shù)學(xué) 材料力學(xué) 理論力學(xué) 流體力學(xué)后續(xù)課程：船舶強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)規(guī)范設(shè)計(jì) 船舶設(shè)計(jì)原理 造船工藝學(xué)二、船舶原理的內(nèi)容（六大航海性能）浮性穩(wěn)性抗沉性船舶快速性適航性操縱性船舶靜力學(xué)（以流體靜力學(xué)為基礎(chǔ) ）船舶動(dòng)力學(xué)（以流體動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)） 船舶性能簡(jiǎn)介三

2、、教學(xué)方法講授自學(xué)習(xí)題課（包括習(xí)題）船舶靜力學(xué)大作業(yè)（3年級(jí)下學(xué)期進(jìn)行）四、習(xí)題、課外習(xí)題 船舶靜水力計(jì)算和大傾角穩(wěn)性計(jì)算。如何進(jìn)行這種計(jì)船舶靜水力計(jì)算和大傾角穩(wěn)性計(jì)算。如何進(jìn)行這種計(jì)算，在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)提供哪些資料應(yīng)有一個(gè)全面的、算，在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)提供哪些資料應(yīng)有一個(gè)全面的、清楚的了解，理論與實(shí)際相結(jié)合。清楚的了解，理論與實(shí)際相結(jié)合。 完成圖紙（靜水力曲線，邦戎曲線，穩(wěn)性橫截完成圖紙（靜水力曲線，邦戎曲線，穩(wěn)性橫截 曲線，曲線，靜、動(dòng)穩(wěn)性曲線）。靜、動(dòng)穩(wěn)性曲線）。 每章結(jié)束后有每章結(jié)束后有5-6題習(xí)題以鞏固所學(xué)的知識(shí)。題習(xí)題以鞏固所學(xué)的知識(shí)。 完成一份船舶穩(wěn)性計(jì)算書。完成一份船舶穩(wěn)性計(jì)算書。

3、五、考核方式1、采用閉卷考核方式；2、成績(jī)組成： 平時(shí)作業(yè)成績(jī) 20% 平時(shí)提問、考勤成績(jī) 10% 期末考試成績(jī) 70%第一章 船體形狀及近似計(jì)算本章要點(diǎn)：本章要點(diǎn)： 船體形狀的表示方法，即船舶的特征尺度及船體曲面的圖形表示方法； 掌握船體近似計(jì)算的方法（梯形法、辛氏法、乞貝雪夫法、高斯法）1-1 1-1 主尺度、船形系數(shù)和尺度比主尺度、船形系數(shù)和尺度比 一、船舶外形表示方法三個(gè)主坐標(biāo)平面1、基平面 半寬水線圖2、中線面（船體的對(duì)稱面） 縱剖線圖3、中站面 橫剖線圖二、主尺度(principal dimension) 總長(zhǎng) Loa (overall) 適用于碼頭、船塢 ; 1、船長(zhǎng)L(Leng

4、th) 垂線間長(zhǎng)Lpp(perpendiculars) 適用于靜水力性能; 水線長(zhǎng)Lwl(waterline ) 適用于阻力計(jì)算;2、型寬B (breadth moulded)3、型深D (moulded depth) 4、吃水d (draft) 5、干舷F (freeboard) F=D-d+t(上甲板板厚）三、船型系數(shù)1、水線面系數(shù) 如（a）圖所示 （waterplane coefficient） 物理含義：表示水線面的肥瘦程度 ； 2、中橫剖面系數(shù) 如 (b) 圖所示 （Midship section coefficient ）物理含義：表示中橫剖面的肥瘦程度；LBACwwpdBACMm

5、3、方型系數(shù)（Block coefficient） 物理含義：表示的船體水下體積的肥瘦程度，又稱排水量系數(shù)；(displacement coefficient) dBLCB4、棱形系數(shù) (prismatic coefficient) 物理含義：表示排水體積沿船長(zhǎng)方向的分布情況 ；5、垂向棱形系數(shù) (Vertical prismatic coefficient) 物理含義：表示排水體積沿吃水方向的分布情況 ；(U,V型剖面）wpBwpwvpCCdBLCdACLACMp四、尺度比尺度比表示船體幾何特征的重要參數(shù)。尺度比表示船體幾何特征的重要參數(shù)。 長(zhǎng)寬比長(zhǎng)寬比 ，與快速性有關(guān)；，與快速性有關(guān)； 寬

6、度吃水比，與穩(wěn)性、快速性和航向穩(wěn)定性有關(guān)；寬度吃水比，與穩(wěn)性、快速性和航向穩(wěn)定性有關(guān)； 型深吃水比，與穩(wěn)性、抗沉性及船體內(nèi)部容積有關(guān)；型深吃水比，與穩(wěn)性、抗沉性及船體內(nèi)部容積有關(guān)； 船長(zhǎng)吃水比，與船的回轉(zhuǎn)性有關(guān)，比值小船短，回轉(zhuǎn)靈活；船長(zhǎng)吃水比，與船的回轉(zhuǎn)性有關(guān)，比值小船短，回轉(zhuǎn)靈活； 長(zhǎng)深比長(zhǎng)深比 ，與船體強(qiáng)度有關(guān)，比值小，船短而高，強(qiáng)度好；，與船體強(qiáng)度有關(guān)，比值小，船短而高，強(qiáng)度好；BLdBdDDLdL備注：選擇各個(gè)要素的基本出發(fā)點(diǎn)選擇各個(gè)要素的基本出發(fā)點(diǎn)（1）船長(zhǎng)）船長(zhǎng)L： 浮力、總布置（艙容及布置地位）、快速性；浮力、總布置（艙容及布置地位）、快速性；（2）船寬）船寬B：浮力、總布置（

7、艙容及布置地位）、初穩(wěn)性；：浮力、總布置（艙容及布置地位）、初穩(wěn)性；（3）吃水）吃水T：浮力以及螺旋槳有適宜直徑；：浮力以及螺旋槳有適宜直徑；（4）方型系數(shù)）方型系數(shù)CB：浮力和快速性：浮力和快速性（5）型深）型深D： 對(duì)于載重型船舶：規(guī)范規(guī)定的最小干舷和艙容要求決定；對(duì)于載重型船舶：規(guī)范規(guī)定的最小干舷和艙容要求決定； 對(duì)于布置地位船：上甲板以下各層甲板間高度以及艙室高度。對(duì)于布置地位船：上甲板以下各層甲板間高度以及艙室高度。 從增加艙容的角度，以增加型深最有利，因?yàn)閷?duì)船體重量的影響最小從增加艙容的角度，以增加型深最有利，因?yàn)閷?duì)船體重量的影響最小 且不影響快速性。且不影響快速性。1-2 1-2

8、 型線圖船舶外型是一個(gè)流線型體，表示其形狀最基本的圖形是船舶外型是一個(gè)流線型體，表示其形狀最基本的圖形是型線圖，因此僅用船長(zhǎng)、船寬、高三個(gè)尺度并不能說明型線圖，因此僅用船長(zhǎng)、船寬、高三個(gè)尺度并不能說明船舶的真實(shí)形狀和大小，它是通過稱為船體外型線圖的船舶的真實(shí)形狀和大小，它是通過稱為船體外型線圖的圖樣來表示的。圖樣來表示的。 型線圖所表示的船體外型為船體型表面。 鋼船的型表面為外板的內(nèi)表面（不包括船體外板厚度）鋼船的型表面為外板的內(nèi)表面（不包括船體外板厚度） 水泥船、木船則為船殼的外表面（包括船體外板厚度）水泥船、木船則為船殼的外表面（包括船體外板厚度）以鋼質(zhì)船為例：型線圖上所表示的船體形狀包括

9、外板型表面的形狀和甲板型表面的形狀。不包括船殼板和甲板不包括船殼板和甲板板厚度在內(nèi)的船體表面（即脅骨以外船殼板以內(nèi)，橫梁板厚度在內(nèi)的船體表面（即脅骨以外船殼板以內(nèi)，橫梁以上甲板板以下的船體表面）以上甲板板以下的船體表面）采用型表面的原圖： A、各部位鋼板的厚度不同。 B、便于建造。 1-31-3 船體近似計(jì)算方法一、船體計(jì)算的習(xí)慣坐標(biāo)系O取在中線面、中站面、基平面的交點(diǎn)，X軸為中線面與基平面的交線，x向縱向，指向船首為正；Y軸為中站面與基平面的交線，y向橫向，指向右舷為正；Z軸為中線面與中站面的交線，z向垂向，垂直向上為正。 二、近似計(jì)算方法1、梯形法、梯形法（最簡(jiǎn)單的數(shù)值積分方法）（最簡(jiǎn)單的

10、數(shù)值積分方法）基本原理：用若干直線段組成的折線近似地代替曲線。即：以若基本原理：用若干直線段組成的折線近似地代替曲線。即：以若干個(gè)梯形面積之和代替曲線下的面積。干個(gè)梯形面積之和代替曲線下的面積。 )()()()(21)(21)(21)(2113221112101nnonndoyyyyyyyyllyylyylyyydxA2、（1）辛氏一法（1，4，1法）基本原理：基本原理：采用等分間距以若干段二次拋物線近似地代替實(shí)際曲采用等分間距以若干段二次拋物線近似地代替實(shí)際曲線，計(jì)算各段拋物線下面積的數(shù)值積分法。（線，計(jì)算各段拋物線下面積的數(shù)值積分法。（推導(dǎo)計(jì)算推導(dǎo)計(jì)算）應(yīng)用條件：應(yīng)用條件： 曲線底邊長(zhǎng)度的

11、等分?jǐn)?shù)目為偶數(shù)（即縱坐標(biāo)數(shù)目為奇曲線底邊長(zhǎng)度的等分?jǐn)?shù)目為偶數(shù)（即縱坐標(biāo)數(shù)目為奇數(shù)）數(shù)） 推廣圖：推廣圖： A=A= )2122221(.2123210nnnyyyyyyyMSL)4()4(6321321yyySMLyyyLA2 、（2）辛氏二法（1，3，3，1）基本原理，采用等分間距以若干段三次拋物線近似地代替實(shí)際曲基本原理，采用等分間距以若干段三次拋物線近似地代替實(shí)際曲線，計(jì)算各段拋物線下面積的數(shù)值積分法。線，計(jì)算各段拋物線下面積的數(shù)值積分法。推導(dǎo)計(jì)算：推導(dǎo)計(jì)算：應(yīng)用條件：適用于將曲線底邊長(zhǎng)度劃分為三等分、六等分、九等應(yīng)用條件：適用于將曲線底邊長(zhǎng)度劃分為三等分、六等分、九等分（即縱坐標(biāo)數(shù)目為

12、分（即縱坐標(biāo)數(shù)目為4，7，10 ） 推廣計(jì)算：推廣計(jì)算：等分（須為等分（須為3的倍數(shù)）的倍數(shù)） )33()33(843214321yyyySMLyyyyLA)332233(11233210nnnnyyyyyyyySMA2、（3）特殊的辛氏法5，8，-1法：曲線具有兩個(gè)等分間距，三個(gè)縱坐標(biāo)，但只求曲線下相鄰兩個(gè)縱坐標(biāo)之間所包圍的面積。3，10，-1法：求第0號(hào)縱坐標(biāo)和第1號(hào)縱坐標(biāo)之間面積對(duì)第0號(hào)縱坐標(biāo)的靜矩。 )85(12121010yyylA)103(24121020yyylM2、（4）扇形的辛氏計(jì)算法相似與ydxA212121022drAdrrdrdAdrMdrrdrdMdrMdrrdrdM

13、oxoxoyoysin31sin31sin3221cos31cos31cos3221032203220203020321sin3121cos31drdrAMydrdrAMxoxGoyG3、乞貝雪夫法乞貝雪夫法基本原理：應(yīng)用不等間距的各縱坐標(biāo)值之和，再乘以乞貝雪夫法基本原理：應(yīng)用不等間距的各縱坐標(biāo)值之和，再乘以一個(gè)共同的系數(shù)來得到曲線下的面積。用一個(gè)共同的系數(shù)來得到曲線下的面積。用n n次拋物線代替實(shí)際曲次拋物線代替實(shí)際曲線，采用不等間距的幾個(gè)縱坐標(biāo)計(jì)算拋物線下的面積。線，采用不等間距的幾個(gè)縱坐標(biāo)計(jì)算拋物線下的面積。 推導(dǎo)示例推導(dǎo)示例niinynLyyynLA121)(3321yyyLA4、高斯

14、法基本原理：采用不等間距的縱坐標(biāo)和不同的乘數(shù)?；驹恚翰捎貌坏乳g距的縱坐標(biāo)和不同的乘數(shù)?；竟剑夯竟剑?優(yōu)點(diǎn)：高斯法精確性較高，優(yōu)點(diǎn)：高斯法精確性較高， 5個(gè)縱坐標(biāo)的高斯法相當(dāng)個(gè)縱坐標(biāo)的高斯法相當(dāng)于于9個(gè)縱坐標(biāo)的辛氏法或個(gè)縱坐標(biāo)的辛氏法或9個(gè)縱坐標(biāo)的乞貝雪夫法。個(gè)縱坐標(biāo)的乞貝雪夫法。niiinnypLypypypLydxA12211)(三、提高近似計(jì)算的精度1、選擇合理的近似計(jì)算方法 計(jì)算精度從低到高的次序：梯形法計(jì)算精度從低到高的次序：梯形法 辛氏法辛氏法 乞貝雪夫法乞貝雪夫法 高斯法高斯法 2 2、增加中間坐標(biāo))42423221(3)424(3)4(65432121054321121050yyyyyyyTyyyyyTyyyTydzAT3、端點(diǎn)坐標(biāo)修正端點(diǎn)坐標(biāo)修正（修正方法：目測(cè)法修正方法：目測(cè)法 ）A：船體曲線在端點(diǎn)上，即，用梯形法計(jì)算少算：船體曲線在端點(diǎn)上，即，用梯形法計(jì)算少算OCA面積面積 ； 修正結(jié)果：以修正結(jié)果：以 代替代替B：船體曲線超過端點(diǎn)：船體曲線超過端點(diǎn) 修正結(jié)果：以修正結(jié)果：以 代替代替0y0y0y0y0y0yC：船體曲線不到端點(diǎn)，多算船體曲線不到端點(diǎn)，多算SBCE 修正結(jié)果：以修正結(jié)果：以 代替代替 EDABAEEFAEEDABEF