船舶靜力學(xué)(常欣)

1、船舶靜力學(xué)常欣 盛其虎 1主要內(nèi)容1. 緒論2. 船體的幾何描述3. 浮性4. 初穩(wěn)性5. 大傾角穩(wěn)性6. 海洋平臺(tái)穩(wěn)性7. 抗沉性2軍用艦艇軍船瘦長(zhǎng)、首尖、舭圓、方尾民船肥胖、球首、舭圓、橢圓尾民用商船緒論常規(guī)排水式船舶的船型特點(diǎn)3軍船縱剖線、水線民船縱剖線、水線緒論常規(guī)排水式船舶的線型特點(diǎn)4軍船橫剖線民船橫剖線常規(guī)排水式船舶的線型特點(diǎn)緒論5緒論常見(jiàn)的首尾形式6船舶原理船舶耐波性船舶阻力船舶推進(jìn)船舶操縱性船舶快速性船舶靜力學(xué)船舶動(dòng)力學(xué)緒論7船體幾何形狀船體浮性船體穩(wěn)性（完整與破損時(shí)）船體抗沉性船體幾何要素船體船型系數(shù)船體型線圖繪制船舶排水量與浮心船體吃水與浮態(tài)儲(chǔ)備浮力船體橫傾時(shí)恢復(fù)正浮的能力

2、船上載荷移動(dòng)及艙內(nèi)液體對(duì)穩(wěn)性影響風(fēng)等外力對(duì)船舶穩(wěn)性的影響船體破損進(jìn)水時(shí)的不沉能力船體下水計(jì)算船舶建造完工后從船臺(tái)下水時(shí)的有關(guān)要素計(jì)算緒論船舶靜力學(xué)8船舶排水量與浮心船體吃水與浮態(tài)儲(chǔ)備浮力緒論船舶浮性9船體橫傾時(shí)恢復(fù)正浮的能力船上載荷移動(dòng)及艙內(nèi)液體對(duì)穩(wěn)性影響風(fēng)等外力對(duì)船舶穩(wěn)性的影響船舶穩(wěn)性緒論10船舶抗沉性船體破損進(jìn)水時(shí)的不沉能力緒論11第一章 船體幾何形狀描述船舶與海洋平臺(tái)的外形特性，船體各部分的名稱(chēng)船舶型表面和排水體積表面的概念船體的主尺度和坐標(biāo)平面、船型系數(shù)、尺度比曲面形狀的描述，船體型線圖、型值表121 船體的幾何描述船體各部位的名稱(chēng)主船體上層建筑船艏船艉船舯艏柱龍骨水線舵右舷左舷上層建

3、筑：supper structure主船體：main hull船艉：stern 船艏：bow舵：rudder 水線：water line龍骨：keel 艏柱：stem 左舷：port side右舷：starboard side13設(shè)計(jì)水線面(載重水線面) 設(shè)計(jì)狀態(tài)時(shí)船體與靜水面的截交面。中線面：船舶水下部分的對(duì)稱(chēng)面中站面：船舯位置的橫向截面基平面：和設(shè)計(jì)水線面平行且過(guò)龍骨線與中站面交點(diǎn)的水平面.1.1.1 主坐標(biāo)平面的定義X軸：中線面與基平面的交線，船頭為正Y軸：中站面與基平面的交線，右舷為正Z軸：中站面與中線面的交線，向上為正1.1 船體的相關(guān)定義14艏垂線FP: 過(guò)設(shè)計(jì)水線和艏柱交點(diǎn)且垂直

4、于水線面的直線艉垂線AP: 舵桿中心線，或過(guò)設(shè)計(jì)水線面與船體尾緣交點(diǎn)的設(shè)計(jì)水 線面的垂線垂線間長(zhǎng)LPP：艏艉垂線間的水平距離總長(zhǎng)LOA： 船體最前端和最尾端的水平距離水線長(zhǎng)LWL：水線面最前端和最尾端的水平距離1.1.2 主尺度15型表面：船舶建造時(shí)所關(guān)心的內(nèi)部框架表面。排水表面：和海水接觸的船體表面。注：型表面和排水表面差外板厚16型吃水T：龍骨上表面到水線面的距離型深D：龍骨上表面到甲板邊板下表面的垂向距離。干舷F：水線面到甲板邊板上表面的垂向距離。最大型寬BM：所有橫剖面型表面最大水平寬度的極值。17 1、水線面系數(shù) CWP（）：1.1.3 船型系數(shù)船型系數(shù)反映了船體水下部分的肥瘦程度。

5、2、中橫剖面系數(shù) CM（）：3、方形系數(shù) CB（）：184、棱形系數(shù) CP（）：尺度比 長(zhǎng)寬比 L/B，寬吃水比 B/T， 型深吃水比 D/T，長(zhǎng)型深比 L/D5、垂向棱形系數(shù) CVP（V）：191.2 船體型線圖任意曲面都可以用平面曲線的平移加變形運(yùn)動(dòng)的軌跡來(lái)描述。母線V船體形狀非常復(fù)雜，通常用一系列截交線來(lái)表示。1.與中站面平行的橫截面與船體型表面的截交線稱(chēng)為橫剖線2.與設(shè)計(jì)水線面平行的水平截面與船體型表面的截交線稱(chēng)為水線3.與中線面平行的水平截面與船體型表面的截交線稱(chēng)為縱剖線20中縱剖線橫剖線水線01234561200WL2400WL設(shè)計(jì)水線船體型表面示意圖21船體型線圖橫剖線圖： 一組

6、等間距橫剖線和折角線、輪廓線在yoz平面 投影的集合。半寬水線圖：一組等間距半寬水線和折角線、輪廓線在xoy平 面投影的集合?？v剖線圖： 縱剖線和折角線、輪廓線在xoz平面投影的集合221.3 型值表23平面形狀和體積的計(jì)算浮體在靜水中的六自由度運(yùn)動(dòng)與載荷 浮體在靜水中的受力分析船體的浮態(tài)和靜水平衡方程浮體在靜水中的穩(wěn)定性等體積傾斜水線和浮心的移動(dòng)穩(wěn)心和穩(wěn)心半徑、穩(wěn)心高船舶的縱傾計(jì)算，MTC的概念 定積分的近似計(jì)算方法第二章 幾何學(xué)和力學(xué)基礎(chǔ) 24平面形狀和體積的計(jì)算對(duì)于任意連續(xù)的平面，面積xyyuydx0 x1形心坐標(biāo)25平面形狀關(guān)于任意平行于x軸的直線的慣性矩平行軸原理：平面形狀關(guān)于任意軸

7、的慣性矩等于關(guān)于平行于 該軸的中和軸(過(guò)形心的軸)的慣性矩加上面積 乘兩軸距離的平方。26關(guān)于中和軸的慣性矩27 正浮時(shí)，船舶的水線面通常是對(duì)稱(chēng)的，若水線面半寬為y，則：水線面面積 ：水線面形心（漂心）：橫傾慣性矩 ：縱傾慣性矩 ：正浮狀態(tài)水線面面積、漂心、橫傾慣性矩和縱傾慣性矩的計(jì)算28 正浮或縱傾時(shí)，船舶橫剖面水下部分也是對(duì)稱(chēng)的，橫剖面水下部分面積和形心坐標(biāo)分別為：橫剖面水下部分面積水線下橫剖面面積形心縱坐標(biāo)yzTy29例題半潛平臺(tái)水線面由六個(gè)等間距正方形組成，正方形邊長(zhǎng)為a，正方形形心橫向間距為B，縱向間距為L(zhǎng)，求水線面的橫傾和縱傾慣性矩。xyBLL30LxBL縱傾慣性矩為水線面繞y軸的

8、慣性矩：水線面為對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，水線面漂心在坐標(biāo)原點(diǎn)，因此橫傾慣性矩為水線面繞x軸的慣性矩：解：31船體的六自由度運(yùn)動(dòng)和載荷 32船體的六自由度運(yùn)動(dòng)和載荷 zxy垂蕩Heaven艏搖Yaw縱蕩Surge橫搖Roll橫蕩Sway縱搖Pitch 船體具有六自由度運(yùn)動(dòng)，其中在垂蕩、橫搖、縱搖三個(gè)垂直面自由度上具有回復(fù)力，這三個(gè)自由度上的位移對(duì)船舶在靜水中的平衡具有重要意義。通常用這三個(gè)自由度上的位移來(lái)表示船體的浮態(tài)。33吃水T： 龍骨上表面到靜水面的垂向距離。橫傾角f：yoz平面內(nèi)的角位移，右側(cè)下沉為正?？v傾角q： xoz平面內(nèi)的角位移，船首下沉為正。縱傾通常用縱傾值（艏艉的吃水差）來(lái)表示。 tanq=(

9、TF-TA)/LppG(xG,yG,zG)MGBMzxzyooqf34 浮力：靜水對(duì)船體的壓力。等于船舶排開(kāi)水的重量，作用點(diǎn) 在浮心位置 重力：地球?qū)Υ暗娜f(wàn)有引力。等于船體的總重量，作用點(diǎn) 在重心位置 風(fēng)浪流載荷：海洋風(fēng)浪流等環(huán)境對(duì)船舶的影響 接觸載荷： 拖曳力、進(jìn)塢、觸礁等情況下塢墩、礁石對(duì)船 底的作用力等。浮體在靜水中的受力分析35研究垂向力、縱傾力矩和橫傾力矩對(duì)船舶浮態(tài)和穩(wěn)定性的影響。根據(jù)力的等效原則，可以將垂向載荷等效成重力，這樣，船舶在靜水保持靜平衡的力平衡方程為：W：船體總重量; ：排水量Mtrim：縱傾力矩;Mheel：橫傾力矩ltrim：縱傾回復(fù)力臂;lheel：橫傾恢復(fù)力臂

10、船體的浮態(tài)和靜水平衡方程36阿基米德原理：船舶的浮力等于船舶排開(kāi)水的重量，浮力作用點(diǎn)位于水下部分排水體積的形心位置。浮心：(xB,yB,zB)重心：(xG,yG,zG)BG(xG,yG,zG)B(xB,yB,zB)MtrimGBMheelqfzxzyltrimlheel水平方向GGB矢量的投影(cosq,0,sinq)(0,cosf,sinf)垂直方向37 當(dāng)外力矩為零時(shí)，船舶處于靜平衡狀態(tài)時(shí)的浮心和重心位置應(yīng)滿足以下方程：38船舶重量和重心位置計(jì)算總重量W，重心位置(xG,yG,zG)部分重量Wi，部分重心位置(xi,yi,zi)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行重量控制，使yG=0重量重心計(jì)算通常采用列表計(jì)算固

11、定重量空船重量,也稱(chēng)空載排水量變動(dòng)重量載重量船舶的排水量船舶總重量為船上各項(xiàng)重量之和：重心位置按下式計(jì)算：設(shè)計(jì)載重量+空載排水量為滿載排水量（設(shè)計(jì)排水量）39浮體在靜水中的穩(wěn)定性 平衡類(lèi)型和條件：穩(wěn)定平衡：偏離平衡位置時(shí)有正回復(fù)力。中性平衡：偏離平衡位置時(shí)無(wú)回復(fù)力。不穩(wěn)定平衡：偏離平衡位置時(shí)回復(fù)力為負(fù)值。船舶要求具有穩(wěn)定平衡的浮態(tài)穩(wěn)定平衡不穩(wěn)定平衡中性平衡Hh40船舶受外力矩作用，原水線面WL變到W1L1的位置，重量W，和重心G 不變，故排水量大小不變，但由于水下排水部分的形狀發(fā)生變化，浮心由B變到B1，故復(fù)原力矩為：以使船恢復(fù)正浮狀態(tài)的力矩方向?yàn)檎?，下圖以橫搖為例說(shuō)明4142復(fù)原力矩船舶在任

12、何方向的傾斜可分成橫傾和縱傾兩種基本狀態(tài).橫傾力矩Mheel 使船舶產(chǎn)生橫傾，作用平面平行于yoz平面的力距縱傾力矩Mtrim 使船舶產(chǎn)生縱傾，作用平面平行于xoz平面的力距靜穩(wěn)性?xún)A斜力矩逐漸加于船上，使船緩慢傾斜的穩(wěn)性問(wèn)題動(dòng)穩(wěn)性?xún)A斜力矩突加于船上，使船快速傾斜的穩(wěn)性問(wèn)題初穩(wěn)性一般指傾角小于1015度或甲板邊緣如水之前的穩(wěn)性大傾角穩(wěn)性一般指傾角大于1015度或甲板邊緣如水之后的穩(wěn)性GB1MtrimGB1Mheelqfzxzyltrimlheel43 基本假定: 小角度橫傾，舷側(cè)為直壁（正浮時(shí)舷側(cè)垂直于水線面）。傾斜過(guò)程只受外力矩作用，傾斜時(shí)排水體積保持不變。WL0WL1yzy0KOf橫傾時(shí)的等

13、體積傾斜水線: 假設(shè)橫傾時(shí)水線面繞平行于x軸的直線旋轉(zhuǎn)，新水線面與原水線面交線為y=y0,z=T。傾斜后排水體積增量為：y因此：y0=0，傾斜水線與正浮水線的交線過(guò)漂心等體積傾斜水線和浮心的移動(dòng) 44縱傾時(shí)等體積傾斜水線： 縱傾水線與原水線交線平行與y軸，縱坐標(biāo)為x0 x0 xzzyWL0TdT取任意一個(gè)橫剖面，傾斜前后橫剖面水線增量為：排水體積增量：結(jié)論：小角度傾斜時(shí)，等體積傾斜水線與正浮水線的交線過(guò)漂心。45當(dāng)船舶小角度橫傾時(shí)，橫剖面入水部分形心：出水部分形心：等體積傾斜的浮心變化y2y/3T回復(fù)力臂46當(dāng)傾斜角很小時(shí)，浮心的移動(dòng)軌跡近似于一段半徑為 的圓弧，軌跡圓的圓心稱(chēng)為穩(wěn)心（Meta

14、center），軌跡圓半徑稱(chēng)為穩(wěn)心半徑BM。恢復(fù)力臂：為重心到穩(wěn)心的垂向距離，稱(chēng)為初穩(wěn)心高初穩(wěn)心高GM可以作為船舶初穩(wěn)性的判據(jù)，GM0表示船舶處于穩(wěn)定平衡。船舶的橫傾回復(fù)力矩為：橫穩(wěn)心半徑估算公式船舶的橫穩(wěn)性47船舶縱傾時(shí)，浮心移動(dòng)軌跡也近似為圓形：等體積傾斜水線面相交于過(guò)漂心的橫軸；浮心移動(dòng)IL水線面對(duì)于過(guò)漂心的橫向軸的慣性矩縱穩(wěn)心半徑船舶的縱穩(wěn)性48船舶的縱穩(wěn)性縱傾回復(fù)力矩每厘米縱傾力矩注：船舶的長(zhǎng)寬比較大，縱穩(wěn)心半徑遠(yuǎn)大于橫穩(wěn)心半徑和zB-zG近似估算公式：49如有外力矩MT作用時(shí)，則縱傾為以上討論中，G，B，M三者的關(guān)系尤為重要，需牢記50例題某箱形雙體船橫剖面如圖所示，其重心在基線以

15、上3.875m，吃水T2.0m，如果要求初穩(wěn)性高GM2m，求兩單體中心線相隔的間距d的最小值。2m3md解：雙體船的水線面慣性矩：排水體積兩單體中心線相隔間距至少6m初穩(wěn)心高51船舶的水線面通常用各等分站的半寬值來(lái)表示，因此水線面參數(shù)的計(jì)算通常采用梯形法、新普生法等數(shù)值積分方法。N等分曲線積分的梯形法2N等分曲線積分的辛普生法yyk-L/2L/2x定積分的近似計(jì)算方法 52第三章 浮性和縱傾排水體積和浮心的計(jì)算TPC的概念、排水體積和浮心變化曲線邦戎曲線和費(fèi)爾索夫圖譜 任意狀態(tài)下船舶排水體積和浮心的計(jì)算：弗拉索夫曲線 靜水力曲線圖密度變化對(duì)浮態(tài)的影響 水線標(biāo)記 53 正浮狀態(tài)時(shí)，將船舶水下部分

16、分成若干平行于設(shè)計(jì)水線面的薄層，每個(gè)薄層的體積為浮心縱坐標(biāo)：浮心垂向坐標(biāo)：或:排水體積：（此式的數(shù)值積分精度較高）按水線面計(jì)算排水體積和浮心54按橫剖面計(jì)算排水體積和浮心將船舶水下部分體積橫向剖分：（縱傾狀態(tài)）排水體積：浮心縱坐標(biāo)：浮心垂向坐標(biāo)：55浮心縱坐標(biāo)的變化率浮心垂向坐標(biāo)的變化率排水量隨吃水的變化量dz=1cmTPC表示每厘米吃水噸數(shù)TzB,因此ZB隨吃水的增加單調(diào)遞增若xF0，則 dT0，吃水減小 船舶從淡水到海水時(shí)，dw0，吃水增加 因 ，上式可寫(xiě)為： 如果 則66二、浮心位置變化 T變化變化B變化，將式 代入 得到對(duì)大多數(shù)船舶 ，當(dāng)由淡水區(qū)域進(jìn)入海水區(qū)域時(shí)，dw0，則 ， 而G不

17、變，船舶尾傾；當(dāng)由海水區(qū)域進(jìn)入淡水區(qū)域時(shí)，dw0，則 ， B下移；當(dāng)由海水區(qū)域進(jìn)入淡水區(qū)域時(shí)，dw90噸解：潮流電站水線面漂洗縱坐標(biāo)xF=0,若船體不出水，則縱傾值t0表示船舶處于穩(wěn)定平衡。船舶的橫傾回復(fù)力矩為：橫穩(wěn)心半徑估算公式初穩(wěn)性73當(dāng)船體傾斜時(shí)，非滿載液艙內(nèi)液體流動(dòng)造成液艙重心移動(dòng)，產(chǎn)生橫傾力矩，使船舶的穩(wěn)性降低。時(shí)液面 , 在a點(diǎn)加一對(duì)共線力 ，可看作G不變，而增加了一個(gè)橫傾力矩與浮心移動(dòng)的情況類(lèi)似， 可看作圓弧自由液面面積對(duì)其傾斜軸的慣性矩自由液面對(duì)初穩(wěn)性的影響74船舶的復(fù)原力矩：所以有：自由液面對(duì)穩(wěn)心高的修正值同理：如同時(shí)存在多個(gè)自由液面，則：可見(jiàn)自由液面的影響是減小船的穩(wěn)心高，

18、降低了船的初穩(wěn)性。為減小其影響可減小 ix，設(shè)縱艙壁為有效方法。75如原為 的矩形自由液面，慣性矩為加一縱艙壁則可見(jiàn) ix 減小至1/4，如將液面三等分，則 ix 減小至1/9，進(jìn)一步推得，用縱艙壁將液面n等分，ix 減小至1/n276懸掛重量對(duì)船舶初穩(wěn)性的影響懸掛重物 p ，懸線長(zhǎng) l，重心 D，如圖在 D 加一對(duì)共線力，則可看作G不變，而有故有從而同理77大傾角穩(wěn)性船舶的大傾角穩(wěn)性是指船舶大幅橫搖時(shí)的穩(wěn)定性問(wèn)題。船舶的橫傾回復(fù)力矩回復(fù)力臂可分為兩個(gè)部分：S為參考點(diǎn)，通?？扇≌r(shí)的浮心位置；ls：形狀穩(wěn)性臂，僅取決于船體形狀lg：重量穩(wěn)性臂，僅取決于重心高度，78對(duì)于小傾角情況當(dāng)重量,重心

19、一定時(shí)，曲線稱(chēng)為靜穩(wěn)性曲線79大傾角穩(wěn)性的變排水量算法 船舶的形狀穩(wěn)性臂僅取決于船體的形狀，和裝載狀態(tài)無(wú)關(guān)。對(duì)于一條固定的船來(lái)說(shuō)，當(dāng)參考點(diǎn)S確定后，同一排水量下的形狀穩(wěn)性臂就唯一的確定了，若能繪制不同排水量的l=f()曲線族，則可通過(guò)插值獲得任意排水量時(shí)的形狀穩(wěn)性臂曲線，然后通過(guò)重量穩(wěn)性臂修正 l=ls-(zG-zS)sin就可獲得任意裝載狀態(tài)的靜穩(wěn)性曲線。 變排水量法的目的就是計(jì)算形狀穩(wěn)性臂曲線族。 當(dāng)船大傾角橫傾時(shí)，很難確定其等體積傾斜水線。在變排水量法中，首先確定一系列不同吃水Tk和橫傾角j組合的水線，計(jì)算不同組合狀態(tài)時(shí)排水量D(Tk, j)和ls(Tk, j) ，然后通過(guò)插值獲得任意排

20、水量Di時(shí)的ls(Di, )曲線.80基本步驟：繪乞氏橫剖面；選擇一系列正浮水線和對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)；繞各自的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)確定橫傾水線族；在乞氏橫剖面上量取各站處的入水和出水邊長(zhǎng)度；計(jì)算排水體積和形狀穩(wěn)性臂。利用穩(wěn)性橫截曲線獲得指定排水量下的ls(f)曲線。81穩(wěn)性橫截曲線計(jì)算45根水線下的 及 ，繪成左圖，再以為橫坐標(biāo)， 為縱坐標(biāo)繪制穩(wěn)性橫截曲線，由它可求得任意排水量下的靜穩(wěn)性曲線。82cyfab2a/3yz基本公式： 對(duì)于給定的正浮水線Tk和旋轉(zhuǎn)點(diǎn)c，不同傾斜水線的排水體積和浮心坐標(biāo)可按以下公式計(jì)算，具體計(jì)算時(shí)通常采用列表計(jì)算的方法：以上公式中，正浮時(shí)的排水體積和浮心縱坐標(biāo) 可通過(guò)靜水力曲線圖獲得。8

21、3大傾角穩(wěn)性的等排水量算法 等排水量法需要確定不同橫傾角時(shí)的等體積傾斜水線。在確定等體積傾斜水線后，可根據(jù)不同水線面的橫傾慣性矩（旋轉(zhuǎn)軸過(guò)漂心且平行于x軸）計(jì)算靜穩(wěn)性曲線。 根據(jù)船體水下部分形狀的不同，有兩種計(jì)算方法。841、第一法（U形剖面適用）： 船舶水上和水下體積相近，假定各傾斜水線都過(guò)正浮水線面和中縱剖面的交線，計(jì)算 由于 為小量，因而實(shí)際水線和假定水線相差不遠(yuǎn)，為小量，可認(rèn)為實(shí)際水線面面積不變，故有0，實(shí)際水線在假定水線之下，反之，實(shí)際水線在假定水線之上。yzWL0WL1WL2WL3e852、第二法： 很大， 很大不能用第一法計(jì)算 假定 過(guò)漂心 ，計(jì)算及 的漂心 至 的距離由于 很小

22、， 及 也較小可用前述公式算出 后，求得 。再過(guò) 作 的假定水線 ，并認(rèn)為 ，算出 的 ， 及 ，找到 及 ，依此類(lèi)推，其中 86影響大傾角穩(wěn)性的因素一、上層建筑的影響計(jì)入要求：結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及其水密性符合規(guī)范的要求，且當(dāng)其封閉時(shí)，有通向機(jī)艙及其它工作處所和上一層甲板的內(nèi)部出入口。 上層建筑入水部分的體積為v，形心為(x,y,z)計(jì)入上層建筑之后，變排水量法計(jì)算形狀穩(wěn)性臂的公式變?yōu)椋?7二、自由液面的影響液體的傾斜力矩：原復(fù)原力矩為現(xiàn)復(fù)原力矩為其中：88某些規(guī)范只計(jì)算 時(shí)的 ， 時(shí)取 ， 內(nèi) 按線性變化選取，如此工作量減少，而對(duì)計(jì)算精度影響不大。規(guī)范規(guī)定：1）液體取 50； 2）液體 95% 或 =

23、7遠(yuǎn)海8299059761040109911451185121912491276130213241347近海448493536574603628647667683698711724736沿海、遮蔽228248268284301314326336343350357363368非國(guó)際航區(qū)風(fēng)壓計(jì)算表（CCS）1014.9.2 橫搖角計(jì)算 IMO規(guī)定的橫搖角計(jì)算方法：100ABK/LB0.00 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 =4尖舭K1.00 0.98 0.95 0.88 0.79 0.74 0.72 0.70 0.70 K與舭龍骨面積ABK有關(guān)：X1與B/T有關(guān)B/T=

24、3.5X11.00 0.98 0.96 0.65 0.93 0.91 0.90 0.88 0.86 0.84 0.82 0.80 X2與方形系數(shù)有關(guān)CB=0.7x20.750.820.890.950.971S按橫搖周期計(jì)算Tf(s)=20S0.110.0980.930.0650.0530.0440.0380.035OG:重心至水面的距離1024.9.3 穩(wěn)性衡準(zhǔn)IMO規(guī)定的通用穩(wěn)性衡準(zhǔn)f=30時(shí)，ld1=0.055m.radf=min(40,fE)時(shí),ld2=0.09m.radld2-ld1=0.09m.radf=30處的最大橫穩(wěn)性臂lmax=0.2mfmax30(推薦), fmax25(必須

25、)GM=0.15m（經(jīng)自由液面修正）突風(fēng)和橫搖衡準(zhǔn)（氣象衡準(zhǔn)）K=11034.9.4 臨界初穩(wěn)心高曲線臨界初穩(wěn)心高：各種裝載狀態(tài)下能滿足穩(wěn)性衡準(zhǔn)的最小初穩(wěn)心高。極限重心高度：為了滿足穩(wěn)性衡準(zhǔn)的要求，船舶恰好能滿足穩(wěn)性要求時(shí)的高度稱(chēng)為極限重心高度，船舶營(yíng)運(yùn)時(shí)，重心高度不得超過(guò)此極限。1044.10.5 完整穩(wěn)性校核完整穩(wěn)性校核初穩(wěn)性校核大傾角穩(wěn)性校核重量重心計(jì)算縱傾計(jì)算初穩(wěn)心高計(jì)算(包含自由液面修正)風(fēng)傾力矩計(jì)算靜穩(wěn)性臂曲線計(jì)算（含自由液面修正）穩(wěn)性衡準(zhǔn)校核105移動(dòng)載荷對(duì)初穩(wěn)性和浮態(tài)的影響在正浮狀態(tài)時(shí)，重量的垂向移動(dòng)不產(chǎn)生傾覆力矩，但是會(huì)改變船舶的重心位置，因此對(duì)初穩(wěn)心高有影響。重量p從A移到

26、A1，垂向位置變化從z1到z2，全船的重心變化量為初穩(wěn)心高變化量：新的初穩(wěn)心高：縱穩(wěn)心高的變化可以忽略不計(jì)垂向移動(dòng)載荷106水平方向移動(dòng)載荷重量 從 移動(dòng)到產(chǎn)生的橫傾力矩為當(dāng)船舶再次處于平衡態(tài)時(shí)107重量 從 移動(dòng)到 ，產(chǎn)生縱傾力矩 or縱向移動(dòng)載荷則浮態(tài)變化為108等體積傾斜水線繞漂心旋轉(zhuǎn)，首尾吃水變化量新的首尾吃水為：縱向移動(dòng)載荷109重量沿任意方向的移動(dòng)重量 從該移動(dòng)可分解為，沿z向：沿y向：沿z向：1) 新的穩(wěn)心高為1102) 橫傾角為3) 縱傾角為4) 首尾吃水的變化為5) 最后船的首尾吃水111裝卸載荷對(duì)初穩(wěn)性和浮態(tài)的影響裝卸載荷可分為裝卸大量載荷和裝卸小量載荷。 小量載荷：p10

27、%15%D，裝卸小量載荷時(shí)，船舶的吃水變化較小，水線面近似不變（xf，TPC，IT，MTC不變）。在(x,y,z)處裝卸小量載荷p，可分兩步計(jì)算：（1）在過(guò)漂心的垂線上加載，加載點(diǎn)(xf,0,z)，排水量增加，穩(wěn)心高變化，但浮態(tài)不變。（2）將載荷進(jìn)行水平移動(dòng)，從 ，穩(wěn)心高不變，浮態(tài)變化。112新的重心高度：平均吃水的變化：新的浮心高度：第一步：計(jì)算新的平均吃水和穩(wěn)心高yzpdDdTWL0WL1新增重量(xf,0,z)新增浮力形心(xf,0,T+dT/2),T113新的穩(wěn)心半徑新的穩(wěn)心高新的縱穩(wěn)心高114第二步：載荷移動(dòng)橫傾角：縱傾角：縱傾引起的首尾吃水增量：船舶新的首尾吃水：115大量裝卸載荷

28、的計(jì)算 當(dāng)裝卸載荷 時(shí)，應(yīng)按大量載荷計(jì)算。需根據(jù)靜水力曲線計(jì)算船舶的浮態(tài)和初穩(wěn)性的變化。已知條件為：裝卸量 ，裝載位置 ，裝卸前排水量 ，重心位置為 以及船舶靜水力曲線圖。裝載后重量：裝載后重心：第一步：計(jì)算裝載后的重量重心。第二步：根據(jù)靜水力曲線圖得到裝載后船舶的平均吃水T1、及對(duì)應(yīng)的ZB1，MTC1，BM1，xF1,xB1。116 第三步：計(jì)算初穩(wěn)心高和浮態(tài)：新的橫穩(wěn)心高橫傾角：縱傾值:新的首尾吃水:注：該方法同樣適用于小量裝卸載荷的情況。117擱淺對(duì)初穩(wěn)性和浮態(tài)的影響 船舶在航行時(shí)中擱淺，若船底不破，縱傾較小時(shí)，可以看做是船底卸載小量載荷，為了脫險(xiǎn)，必須根據(jù)擱淺前后的浮態(tài)計(jì)算擱淺載荷和作

29、用點(diǎn)位置。 首先根據(jù)平均吃水的變化計(jì)算擱淺載荷 , 分別為擱淺前后首尾吃水的變化量。下標(biāo)0表示擱淺前的狀態(tài)，1表示擱淺后的狀態(tài)。118根據(jù)擱淺前后縱傾值的變化計(jì)算擱淺點(diǎn)的縱坐標(biāo)其中橫穩(wěn)心高：擱淺點(diǎn)橫坐標(biāo):119進(jìn)塢對(duì)初穩(wěn)性和浮態(tài)的影響船舶進(jìn)塢時(shí)，通常是尾柱首先接觸塢墩，在龍骨整體接觸塢墩的瞬間，尾柱受力達(dá)到極值，進(jìn)塢的過(guò)程相當(dāng)于一個(gè)尾部卸載的過(guò)程，初穩(wěn)性變差，一般進(jìn)塢前應(yīng)計(jì)算尾柱受力和初穩(wěn)心高。120若進(jìn)塢前船舶的縱傾角為 ，龍骨完全座墩的瞬間，縱傾角為零，根據(jù)縱傾變化可確定尾柱受力 。平均吃水變化量：初穩(wěn)心高：注：船舶的MTC基本不變，DGML為常數(shù)121船舶傾斜試驗(yàn)一、目的 確定船舶的重量

30、和重心位置二、原理 如圖，將A點(diǎn)的p移至A1，則 若已知，p，l，測(cè)出 ，則可算出 從而可由下式計(jì)算重心坐標(biāo) 122三、試驗(yàn)方法 1、測(cè)量TF，TA, w ，求得 ； 2、如圖位置安排 4 組移動(dòng)載荷 為使 要求 1233、利用擺錘測(cè)量 ，讀出k值 4、為提高試驗(yàn)精度，按一定次序，將各組載荷移動(dòng)多次，每次移動(dòng)后，計(jì)算M 及 ，共記錄n次，可取 的平均值或取 124各種裝載狀態(tài)下浮態(tài)和初穩(wěn)性的計(jì)算 船舶的初穩(wěn)性應(yīng)滿足規(guī)范要求，由于船舶裝載對(duì)初穩(wěn)性有很大的影響，因此需要對(duì)包含最危險(xiǎn)狀態(tài)的典型裝載狀態(tài)進(jìn)行初穩(wěn)性計(jì)算。125126127抗沉性的概念破艙的類(lèi)型滲透率的概念破艙后的浮態(tài)和初穩(wěn)性計(jì)算可浸長(zhǎng)度

31、的計(jì)算破艙穩(wěn)性校核 第五章 破艙穩(wěn)性 128抗沉性 抗沉性：船舶在一艙或數(shù)艙破損進(jìn)水后仍能保持一定浮性和穩(wěn)性的能力。通過(guò)用水密艙壁將船體分隔成適當(dāng)數(shù)量的水密艙段來(lái)保證。 抗沉性問(wèn)題包括： 1、船舶在一艙或數(shù)艙進(jìn)水后浮態(tài)和穩(wěn)性的計(jì)算。 2、從保證抗沉性出發(fā)，計(jì)算分艙的極限長(zhǎng)度，即可浸長(zhǎng)度的計(jì)算。129破艙的類(lèi)型根據(jù)進(jìn)水情況將船艙分為三類(lèi):第一類(lèi)艙：艙頂在水線下，破損后水灌滿整個(gè)艙室，但艙頂未破，因而無(wú)自由液面；第二類(lèi)艙：進(jìn)水艙未被灌滿，艙內(nèi)的水與船外的水不相聯(lián)通，存在自由液面；第三類(lèi)艙：艙頂在水線以上，艙內(nèi)的水與船外的水相通，艙內(nèi)水面與船外水保持在同一水平面。130 由于艙壁結(jié)構(gòu)、貨物、艙內(nèi)舾裝

32、占據(jù)了一定的空間，破損艙室的實(shí)際體積要小于艙室型體積，兩者的比值稱(chēng)為體積滲透率。實(shí)際進(jìn)水面積和空艙面積之比稱(chēng)為面積滲透率。體積滲透率面積滲透率滲透率131為了計(jì)算方面，規(guī)范規(guī)定艙室的各種滲透率取同一值。艙室名稱(chēng)滲透率起居艙0.95機(jī)艙和設(shè)備艙0.85貨倉(cāng)0.60重貨艙0.80液艙0或0.95空艙0.98艙室滲透率一覽表132計(jì)算抗沉性的兩種基本方法 若進(jìn)水量如小于 1015，則可應(yīng)用初穩(wěn)性有關(guān)公式計(jì)算船艙進(jìn)水后的浮態(tài)和穩(wěn)性。有兩種處理方法： 1、增加重量法：把破艙后進(jìn)入船內(nèi)的水看成是增加的液體載荷； 2、損失浮力法：把破艙后的進(jìn)水區(qū)域看成是不屬于船的，即該部分浮力已損失，并由增加吃水來(lái)補(bǔ)償。

33、這兩種方法的計(jì)算所得的最后結(jié)果完全一致，但算出的穩(wěn)心高不同。破艙后的浮態(tài)和初穩(wěn)性計(jì)算133一、第一類(lèi)艙室可用增加重量法或損失浮力法進(jìn)行計(jì)算.進(jìn)水前船舶各參數(shù)為：破損后的進(jìn)水量為 p=vw ，體積形心在 c(x,y,z)處134增加重量法損失浮力法1）平均吃水的增量1）平均吃水的增量2）新的橫穩(wěn)心高2）浮心高度變化3）新的初穩(wěn)心高GML近似不變3）新的縱穩(wěn)心高1354）橫傾角：5）縱傾角：6）首尾吃水增量：7）船舶新的首尾吃水：4）橫傾角：5）縱傾角：6）首尾吃水增量：7）船舶新的首尾吃水：1361）平均吃水的增量：2）新的初穩(wěn)心高： 3）新的縱穩(wěn)心高：仍可用增加重量法或損失浮力法計(jì)算，但要考慮

34、自由液面的影響。二、第二類(lèi)艙室1376）首尾吃水增量：7）船舶新的首尾吃水：4）橫傾角：5）縱傾角：若采用損失浮力法，排水量取D，初穩(wěn)心高和縱穩(wěn)心高分別為：138進(jìn)水量由最終的水線確定,不宜用增加重量法,宜用損失浮力法計(jì)算,并認(rèn)為排水量及重心不變。進(jìn)水前船舶各參數(shù)為： 進(jìn)水體積 v ，重心在 (x,y,z)處，進(jìn)水面積 a ，形心在(xa,ya) 處,進(jìn)水后損失了浮力 wv ，需增加吃水來(lái)補(bǔ)償。三、第三類(lèi)艙室1392）剩余水線面面積（AW-a）的漂心 F： 3）(AW-a) 對(duì)過(guò) F軸的慣性矩 ：4）浮心位置的變化 浮力 wv 由1）平均吃水的增量：1405）縱、橫穩(wěn)心半徑的變化：6）縱、橫穩(wěn)

35、心高的變化：7）新的穩(wěn)心高：1419）縱傾角：10）首尾吃水增量：11）船舶新的首尾吃水：8）橫傾角：142四、一組艙室進(jìn)水的情況先轉(zhuǎn)化為等值艙，再進(jìn)行計(jì)算。1）等值艙的進(jìn)水體積：2）等值艙的重心位置：3）損失的水線面積：4）等值艙損失的水線面積的形心位置：5）第二類(lèi)艙計(jì)算自由液面，第三類(lèi)艙計(jì)算水線面慣性矩?fù)p失，建議采用損失浮力法。143艙室大量進(jìn)水時(shí)計(jì)算方法 艙室進(jìn)水量很大時(shí)，可采用靜水力曲線圖和艙容曲線進(jìn)行計(jì)算。進(jìn)水情況如下表：艙室類(lèi)型進(jìn)水體積形心液面慣性矩液面面積、形心第一類(lèi)艙V1(x1,y1,z1)-第二類(lèi)艙V2(x2,y2,z2)ix2，iy2a2,xf2,yf2第三類(lèi)艙V3(T)(

36、x3,y3,z3)ix3，iy3a3,xf3,yf3 正浮狀態(tài)時(shí)，等值艙的進(jìn)水體積為 v=v1+v2+v3(T)，v3(T)可根據(jù)艙容曲線獲得。利用(T)曲線可獲得進(jìn)水后的平均吃水T1。根據(jù)靜水力曲線圖還可獲得進(jìn)水后完整船體的 ，MTC，BM，zB，xB，xF，AW。1440v1+v2v3(T)zbMTCBMxbxfAW145采用損失浮力法計(jì)算破損船體的浮心：破損船體的水線面面積：破損后水線面漂心：146考慮自由液面修正后的破損水線面慣性矩和穩(wěn)心半徑橫傾慣性矩縱傾慣性矩橫穩(wěn)心半徑每厘米縱傾力矩147初穩(wěn)心高縱傾值橫傾角首尾吃水zG不變148可浸長(zhǎng)度的計(jì)算 規(guī)范規(guī)定：船舶在破損后應(yīng)有76mm 的

37、干舷。故甲板邊線以下76mm處的一條曲線稱(chēng)為安全限界線，其上各點(diǎn)的切線表示所允許的最高破艙水線為極限破艙水線。 為使水線不超過(guò)安全限界線，需限制艙長(zhǎng)。船舶的最大許可長(zhǎng)度稱(chēng)為可浸長(zhǎng)度，它表示進(jìn)水后船舶的破艙水線恰與安全限界線相切。149一、基本原理 如圖，上兩式中各量可根據(jù)邦戎曲線圖，用數(shù)值積分法求得，這樣，可浸長(zhǎng)度的計(jì)算轉(zhuǎn)化為由 和 求船艙的長(zhǎng)度和位置的問(wèn)題。150二、可浸長(zhǎng)度曲線的計(jì)算1、繪制極限破艙水線；2、計(jì)算 及 ，繪 曲線；1513、計(jì)算可浸長(zhǎng)度； 在橫剖面面積曲線上 x 處截取CDvi,并使 則A，B間的水平距離為可浸長(zhǎng)度，其中點(diǎn)至船中的距離為該艙的位置。1524、繪制可浸長(zhǎng)度曲線

38、 根據(jù)上面算得的各進(jìn)水艙的可浸長(zhǎng)度及其中點(diǎn)至中橫剖面的距離，在船體側(cè)視圖上標(biāo)出各進(jìn)水艙的中點(diǎn)；并向上作垂線，然后截取相應(yīng)的可浸長(zhǎng)度為縱坐標(biāo)并連成曲線，記得可浸長(zhǎng)度曲線。153分艙因數(shù)及許用艙長(zhǎng)規(guī)范規(guī)定，由分艙因數(shù) F 決定許用艙長(zhǎng)：許用艙長(zhǎng)=可浸長(zhǎng)度l分艙因數(shù)F154分艙因數(shù) F不同反映了各類(lèi)船對(duì)抗沉性的不同要求:F=1.0時(shí)， 許用艙長(zhǎng)為l ，船在一艙破損后恰浮于破艙水線而不沉沒(méi)；F=0.5時(shí)， 許用艙長(zhǎng)為l2 ，船在兩艙破損后恰浮于破艙水線而不沉沒(méi)；F=0.33時(shí)，許用艙長(zhǎng)為l3 ，船在三艙破損后恰浮于破艙水線而不沉沒(méi)。一艙制船，0.5F1.0二艙制船，0.33F0.5三艙制船，0.25F

39、0.33155船舶破艙穩(wěn)性有確定性方法和概率論方法兩種。一、確定性方法：1、規(guī)定破損范圍和破艙位置2、規(guī)定破損前狀態(tài)，確定一個(gè)或多個(gè)最危險(xiǎn)艙組3、規(guī)定殘存船的浮態(tài)和穩(wěn)性要求4、要求計(jì)算滿足上述要求的船舶破損前極限初穩(wěn)心高，任何狀態(tài)都應(yīng)滿足穩(wěn)性要求。破艙穩(wěn)性校核156二、概率論方法：1、規(guī)定船舶破損的最大范圍，該范圍內(nèi)縱向、橫向和水平分隔都可考慮，不限制破損部位。2、規(guī)定了計(jì)算時(shí)相應(yīng)的破損前狀態(tài)，對(duì)每種狀態(tài)計(jì)算一系列可能對(duì)破損后的“生存能力”有貢獻(xiàn)的破損艙組。3、規(guī)定了殘存船的浮態(tài)、穩(wěn)性指標(biāo)與生存概率的關(guān)系。4、根據(jù)各種艙或艙組的破損概率以及破損進(jìn)水后殘存船舶的生存概率達(dá)到的分艙指數(shù)，并與要求的

40、分艙指數(shù)相比較，允許某些艙組破損進(jìn)水后船舶的殘存能力能力低于衡準(zhǔn)的要求（生存概率為0或小于1）。157對(duì)于破艙后的穩(wěn)性，海船抗沉性規(guī)范要求：1、用損失浮力法求得的GM必為正值，客船和科研船2、不對(duì)稱(chēng)進(jìn)水時(shí)，客船和科研船的 ，其它船 ，同時(shí)水線的最高位置不得超過(guò)任何開(kāi)孔的 下緣 300 mm；3、扶正后，客船和科研船 ，其它船 ， 同時(shí)破艙水線的最高位置不得超過(guò)限界線。 158海洋平臺(tái)的穩(wěn)性 海洋平臺(tái)一般由規(guī)則形體組成，排水體積和靜穩(wěn)性曲線的計(jì)算相對(duì)比較簡(jiǎn)單。但是由于平臺(tái)長(zhǎng)寬比較小，需對(duì)多個(gè)傾斜方向進(jìn)行穩(wěn)性校核。1591606.1 平臺(tái)風(fēng)載荷計(jì)算1、設(shè)計(jì)風(fēng)速： 對(duì)無(wú)限作業(yè)區(qū)域的平臺(tái)，其最小設(shè)計(jì)風(fēng)

41、速應(yīng)為： 自存工況：51.5m/s（100kn） 正常作業(yè)工況：36m/s（70kn） 對(duì)具有營(yíng)運(yùn)限制附加標(biāo)志的平臺(tái)，其正常作業(yè)工況的風(fēng)速可適當(dāng)減小，但應(yīng)不小于25.8m/s（50kn）。1612、風(fēng)壓計(jì)算： P = 0.61310-3V 2 kPa 其中：V為設(shè)計(jì)風(fēng)速，m/s。3、風(fēng)載荷計(jì)算： F = ChCsSP kN 其中：Ch ： 高度系數(shù)，和構(gòu)件形心高度有關(guān) Cs ： 受風(fēng)構(gòu)件形狀系數(shù)，和構(gòu)件截面形狀有關(guān) S ： 迎風(fēng)面積，m2 P ：風(fēng)壓，kPa1626.2 平臺(tái)穩(wěn)性衡準(zhǔn)（CCS） 平臺(tái)在各種作業(yè)工況下的完整穩(wěn)性均應(yīng)符合以下衡準(zhǔn)：1、對(duì)水面式和自升式平臺(tái)，至第二交點(diǎn)或進(jìn)水角處的復(fù)原

42、力矩曲線下的面積， 取其中的較小者，至少應(yīng)比至同一限定角處風(fēng)傾力矩曲線下面積大40%。1632、對(duì)柱穩(wěn)式平臺(tái)，至第二交點(diǎn)或進(jìn)水角處的復(fù)原力矩曲線下的面積中的， 取其較小者，至少應(yīng)比至同一限定角處風(fēng)傾力矩曲線下面積大30%；3、對(duì)坐底式平臺(tái)，至第二交點(diǎn)或進(jìn)水角處的復(fù)原力矩曲線下的面積，取其中的較小者，至少應(yīng)比至同一限定角處風(fēng)傾力矩曲線下面積大40%；4、復(fù)原力矩曲線，從正浮至第二交點(diǎn)的所有角度范圍內(nèi)，均應(yīng)為正值。且在所有漂浮作業(yè)工況的整個(gè)吃水范圍內(nèi)， 經(jīng)自由液面修正后的初穩(wěn)性高度應(yīng)不小于0.15m。1647.課程設(shè)計(jì)1、提高繪制“靜水力曲線”、“穩(wěn)性橫截曲線”、“靜、動(dòng)穩(wěn)性曲線”的技能；2、掌握

43、“船舶在各種裝載情況下穩(wěn)性校核計(jì)算”的原理、方法和步驟；3、熟悉船舶與海上設(shè)施法定檢驗(yàn)規(guī)則(2004)第四篇“船舶安全”中“完整穩(wěn)性”的有關(guān)規(guī)定和方法。7.1 目的1657.2 內(nèi)容1、“沿海多用途運(yùn)輸船”靜水力曲線、穩(wěn)性橫截曲線的繪制；2、 “沿海多用途運(yùn)輸船”各種裝載情況下穩(wěn)性校核計(jì)算1667.3 步驟1、備用圖紙資料 型線圖(用于靜水力計(jì)算)2、內(nèi)容及要求 用電算結(jié)果，每人繪制一張“靜水力曲線圖”和“穩(wěn)性橫截曲線圖”。 靜水力曲線圖用A3：5035cm繪制； 穩(wěn)性橫截曲線圖同A4：2517cm繪制。3、注意事項(xiàng) 靜水力曲線圖： (1)、曲線布置均勻，比例選擇適當(dāng)； (2)、橫坐標(biāo)為等分間距，單位為厘米；xF,xB以船中為坐標(biāo)原點(diǎn)；船型系數(shù)另起坐標(biāo)； (3)、曲線要細(xì)、光順。 穩(wěn)性橫街曲線圖： (1)、曲線要細(xì)、光順。7.3.1 靜水力曲線、穩(wěn)性橫截曲線的繪制1677.3.2 各種裝載情況下的穩(wěn)性校核計(jì)算1、備用圖紙資料 (1)、總布置圖 (2)、靜水力曲線圖 (3)、艙柜容積曲線 (4)、穩(wěn)性橫截曲線圖 2、內(nèi)容及要求 內(nèi)容： (1)、船舶排水量及重心位置計(jì)算 (2)、船舶縱傾及初穩(wěn)性計(jì)算 (3)、受風(fēng)面積、風(fēng)壓傾斜力臂計(jì)算 (4)、橫要周