船舶靜力學(xué)課程第1頁/共173頁軍用艦艇軍船瘦長(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)第2頁/共173頁軍船縱剖線、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)第3頁/共173頁軍船橫剖線民船橫剖線常規(guī)排水式船舶的線型特點(diǎn)緒論第4頁/共173頁緒論常見的首尾形式第5頁/共173頁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)緒論第6頁/共173頁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)第7頁/共173頁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第8頁/共173頁船體橫傾時(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)性緒論第9頁/共173頁船舶抗沉性船體破損進(jìn)水時(shí)的不沉能力緒論第10頁/共173頁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、型值表第11頁/共173頁1

船體的幾何描述船體各部位的名稱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筑：supperstructure主船體：mainhull船艉：stern船艏：bow舵：rudder水線：waterline龍骨：keel艏柱：stem

左舷：portside右舷：starboardside第12頁/共173頁設(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)定義第13頁/共173頁艏垂線FP:

過設(shè)計(jì)水線和艏柱交點(diǎn)且垂直于水線面的直線艉垂線AP:

舵桿中心線，或過設(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主尺度第14頁/共173頁型表面：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第15頁/共173頁型吃水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。第16頁/共173頁1、水線面系數(shù)CWP（α）：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。2、中橫剖面系數(shù)CM（β）：3、方形系數(shù)CB（δ）：第17頁/共173頁4、棱形系數(shù)CP（φ）：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（φV）：第18頁/共173頁1.2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)的軌跡來描述。母線V船體形狀非常復(fù)雜，通常用一系列截交線來表示。1.與中站面平行的橫截面與船體型表面的截交線稱為橫剖線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為縱剖線第19頁/共173頁中縱剖線橫剖線水線01234561200WL2400WL設(shè)計(jì)水線船體型表面示意圖第20頁/共173頁船體型線圖橫剖線圖：一組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平面投影的集合第21頁/共173頁1.3型值表第22頁/共173頁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)

第23頁/共173頁平面形狀和體積的計(jì)算對(duì)于任意連續(xù)的平面，面積xyyuydx0x1形心坐標(biāo)第24頁/共173頁平面形狀關(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)于任意軸的慣性矩等于關(guān)于平行于該軸的中和軸(過形心的軸)的慣性矩加上面積乘兩軸距離的平方。第25頁/共173頁關(guān)于中和軸的慣性矩第26頁/共173頁

正浮時(shí)，船舶的水線面通常是對(duì)稱的，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)算第27頁/共173頁

正浮或縱傾時(shí)，船舶橫剖面水下部分也是對(duì)稱的，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)yzTy第28頁/共173頁例題半潛平臺(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。xyBLL第29頁/共173頁LxBL縱傾慣性矩為水線面繞y軸的慣性矩：水線面為對(duì)稱結(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：第30頁/共173頁船體的六自由度運(yùn)動(dòng)和載荷

第31頁/共173頁船體的六自由度運(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)自由度上的位移來表示船體的浮態(tài)。第32頁/共173頁吃水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。縱傾角q：xoz平面內(nèi)的角位移，船首下沉為正?？v傾通常用縱傾值（艏艉的吃水差）來表示。

tanq=(TF-TA)/LppG(xG,yG,zG)MGBMzxzyooqf第33頁/共173頁

浮力：靜水對(duì)船體的壓力。等于船舶排開水的重量，作用點(diǎn)在浮心位置

重力：地球?qū)Υ暗娜f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第34頁/共173頁研究垂向力、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)力臂船體的浮態(tài)和靜水平衡方程第35頁/共173頁阿基米德原理：船舶的浮力等于船舶排開水的重量，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)垂直方向第36頁/共173頁

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：第37頁/共173頁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)算固定重量～空船重量,也稱空載排水量變動(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）第38頁/共173頁浮體在靜水中的穩(wěn)定性

平衡類型和條件：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Hh第39頁/共173頁船舶受外力矩作用，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聢D以橫搖為例說明第40頁/共173頁第41頁/共173頁復(fù)原力矩船舶在任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～傾斜力矩逐漸加于船上，使船緩慢傾斜的穩(wěn)性問題動(dòng)穩(wěn)性～傾斜力矩突加于船上，使船快速傾斜的穩(wěn)性問題初穩(wěn)性～一般指傾角小于10～15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10～15度或甲板邊緣如水之后的穩(wěn)性GB1MtrimGB1Mheelqfzxzyltrimlheel第42頁/共173頁

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漂心等體積傾斜水線和浮心的移動(dòng)

第43頁/共173頁縱傾時(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x0x0xzzyWL0TdT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漂心。第44頁/共173頁當(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)力臂第45頁/共173頁當(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，軌跡圓的圓心稱為穩(wěn)心（Metacenter），軌跡圓半徑稱為穩(wěn)心半徑BM?；謴?fù)力臂：為重心到穩(wěn)心的垂向距離，稱為初穩(wěn)心高初穩(wěn)心高GM可以作為船舶初穩(wěn)性的判據(jù)，GM>0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)性第46頁/共173頁船舶縱傾時(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漂心的橫軸；浮心移動(dòng)IL～水線面對(duì)于過漂心的橫向軸的慣性矩縱穩(wěn)心半徑船舶的縱穩(wěn)性第47頁/共173頁船舶的縱穩(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：第48頁/共173頁如有外力矩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，需牢記第49頁/共173頁例題某箱形雙體船橫剖面如圖所示，其重心在基線以上3.875m，吃水T＝2.0m，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)心高第50頁/共173頁船舶的水線面通常用各等分站的半寬值來表示，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

第51頁/共173頁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)記第52頁/共173頁

正浮狀態(tài)時(shí)，將船舶水下部分分成若干平行于設(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)算排水體積和浮心第53頁/共173頁按橫剖面計(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)：第54頁/共173頁浮心縱坐標(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)T>zB,因此ZB隨吃水的增加單調(diào)遞增若xF<xB,則xB隨吃水的增加而減小；否則xB隨吃水的增加而增大近似估算公式：TPC、排水體積和浮心變化曲線

第55頁/共173頁邦戎(Bonjean)曲線

Bonjean曲線是表示船舶在各分站處的橫剖面面積和橫剖面面積矩的曲線族。主要用于縱傾狀態(tài)排水體積和浮心的計(jì)算。橫剖面面積：橫剖面面積矩：第56頁/共173頁

給定首尾吃水后，可由Bonjean曲線獲得各站處的橫剖面面積和關(guān)于基線的面積矩，利用上述積分公式得到排水體積和浮心坐標(biāo)。第57頁/共173頁費(fèi)爾索夫（Firsov）圖譜利用費(fèi)爾索夫（Firsov）圖譜，可直接根據(jù)首尾吃水查得排水量和浮心縱坐標(biāo)。第58頁/共173頁任意狀態(tài)下船舶排水體積和浮心的計(jì)算方法，弗拉索夫曲線將各站橫剖面面積的一半a，a對(duì)中線面的靜矩b及對(duì)基平面的靜矩c按下式計(jì)算三組曲線，即為符拉索夫曲線在各站號(hào)處以吃水為縱坐標(biāo)，a,b,c為橫坐標(biāo)，作出第59頁/共173頁第60頁/共173頁利用符拉索夫曲線計(jì)算排水體積和浮心坐標(biāo)：設(shè)船中吃水為TM，傾角為θ，φ，則x處的吃水為吃水與傾角的關(guān)系在橫剖面上作傾斜水線W1L1，水線下面積可寫作第61頁/共173頁a1，a2可在符拉索夫曲線上查出，各站處的Asx求出后，繪制曲線，則同理，利用b，c線求得則：第62頁/共173頁

船舶的靜水力性能的很多參數(shù)僅取決于船體水下部分的形狀，和具體裝載狀態(tài)無關(guān)。在正浮狀態(tài)時(shí)，這些參數(shù)僅是吃水的函數(shù)。和浮性和初穩(wěn)性相關(guān)的有：水線面面積Aw、漂心縱坐標(biāo)xF、TPC型排水體積、總排水體積k=k

(k為修正系數(shù))，排水量D浮性縱坐標(biāo)xB、浮性垂向坐標(biāo)zB穩(wěn)心半徑BM（穩(wěn)心垂向坐標(biāo)zm）縱穩(wěn)心半徑BML、MTC船型系數(shù)

將這些參數(shù)以吃水為縱坐標(biāo)，按不同的比例統(tǒng)一的畫在同一張圖上，以便于進(jìn)行不同裝載狀態(tài)時(shí)船舶初穩(wěn)性校核，這張圖稱為靜水力曲線圖。也可以用表格的形式給出。船舶靜水力曲線圖第63頁/共173頁船舶靜水力曲線圖第64頁/共173頁密度變化對(duì)浮態(tài)的影響一、吃水變化由上式可見：船舶從淡水到海水時(shí)，dw>0，則dT<0，吃水減小船舶從淡水到海水時(shí)，dw<0，則dT>0，吃水增加因，上式可寫為：如果則第65頁/共173頁二、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)，dw>0，則，而G不變，船舶尾傾；當(dāng)由海水區(qū)域進(jìn)入淡水區(qū)域時(shí)，dw<0，則，船舶首傾；若，則dw對(duì)船舶縱傾無影響。由于當(dāng)由淡水區(qū)域進(jìn)入海水區(qū)域時(shí)，dw>0，則，B下移；當(dāng)由海水區(qū)域進(jìn)入淡水區(qū)域時(shí)，dw<0，則，B上移。第66頁/共173頁由海水進(jìn)入淡水第67頁/共173頁由淡水進(jìn)入海水第68頁/共173頁儲(chǔ)備浮力及載重線標(biāo)記

儲(chǔ)備浮力是指滿載水線以上主體水密部分的體積。通常以滿載排水量的百分?jǐn)?shù)來表示。內(nèi)河駁船10～15％，海船20～50％，軍船100％。

載重線一般標(biāo)記在船舯兩舷處。載重線標(biāo)志第69頁/共173頁雙體立軸潮流發(fā)電船的兩個(gè)片體都是長(zhǎng)方體，在正常工作狀態(tài)下，水輪機(jī)產(chǎn)生的縱傾力矩為450噸米，若船長(zhǎng)為30m，單個(gè)片體寬度為3m，保證工作狀態(tài)下船底不出水的最小吃水和排水量是多少？水流側(cè)視圖后視圖TLBD=2wLBT>90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t<2T，例題第70頁/共173頁影響初穩(wěn)性的主要因素（自由液面和懸掛重量）大傾角穩(wěn)性及其計(jì)算方法上層建筑和自由液面對(duì)靜穩(wěn)性曲線的影響船舶的動(dòng)穩(wěn)性及相關(guān)概念風(fēng)浪對(duì)船舶穩(wěn)性的影響進(jìn)水角和進(jìn)水角曲線，進(jìn)水角對(duì)穩(wěn)性的影響船舶完整穩(wěn)性規(guī)范和完整穩(wěn)性校核穩(wěn)性的工程應(yīng)用——裝卸和移動(dòng)載荷的穩(wěn)性計(jì)算穩(wěn)性的工程應(yīng)用——船舶進(jìn)塢和擱淺時(shí)初穩(wěn)性問題 穩(wěn)性試驗(yàn)第四章完整穩(wěn)性

第71頁/共173頁當(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，軌跡圓的圓心稱為穩(wěn)心（Metacenter），軌跡圓半徑稱為穩(wěn)心半徑BM?；謴?fù)力臂：為重心到穩(wěn)心的垂向距離，稱為初穩(wěn)心高初穩(wěn)心高GM可以作為船舶初穩(wěn)性的判據(jù)，GM>0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)性第72頁/共173頁當(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)性的影響第73頁/共173頁船舶的復(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：可見自由液面的影響是減小船的穩(wěn)心高，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。第74頁/共173頁如原為的矩形自由液面，慣性矩為加一縱艙壁則可見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/n2第75頁/共173頁懸掛重量對(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，而有故有從而同理第76頁/共173頁大傾角穩(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，第77頁/共173頁對(duì)于小傾角情況當(dāng)重量,重心一定時(shí)，曲線稱為靜穩(wěn)性曲線第78頁/共173頁大傾角穩(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)無關(guān)。對(duì)于一條固定的船來說，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(Φ)曲線族，則可通過插值獲得任意排水量時(shí)的形狀穩(wěn)性臂曲線，然后通過重量穩(wěn)性臂修正l=ls-(zG-zS)sinΦ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Φj組合的水線，計(jì)算不同組合狀態(tài)時(shí)排水量D(Tk,Φj)和ls(Tk,Φj)

，然后通過插值獲得任意排水量Di時(shí)的ls(Di,Φ)曲線.第79頁/共173頁基本步驟：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。第80頁/共173頁穩(wěn)性橫截曲線計(jì)算4～5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。第81頁/共173頁cyfab2a/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)可通過靜水力曲線圖獲得。第82頁/共173頁大傾角穩(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。第83頁/共173頁1、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。yzWL0WL1WL2WL3e第84頁/共173頁2、第二法：很大，很大不能用第一法計(jì)算假定過漂心，計(jì)算及的漂心至的距離由于很小，及也較小可用前述公式算出后，求得。再過作的假定水線，并認(rèn)為，算出的，及，找到及，依此類推，其中第85頁/共173頁影響大傾角穩(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)椋旱?6頁/共173頁二、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：第87頁/共173頁某些規(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<5%時(shí)，不計(jì)影響；

3）時(shí)可不予計(jì)算液艙大角穩(wěn)性修正值的近似算法(按50%裝載量計(jì)算)M：自由面修正力矩(t.m)V：液艙總?cè)莘e(m3)b：液艙最大寬度(m)r：液體密度(t/m3)d：液艙方形系數(shù)=V/lbhl：液艙最大長(zhǎng)度(m)h：液艙最大深度(m)第88頁/共173頁4.5靜穩(wěn)性曲線的特征1）原點(diǎn)處的斜率為初穩(wěn)心高2）傾覆力矩曲線與靜穩(wěn)性曲線有兩個(gè)交點(diǎn)，第一交點(diǎn)A為穩(wěn)定平衡點(diǎn)，第二交點(diǎn)C為不穩(wěn)定平衡點(diǎn)；

3）甲板邊緣入水角和靜穩(wěn)性曲線的拐點(diǎn)E對(duì)應(yīng)；

4）靜穩(wěn)性曲線具有極大值lmax，對(duì)應(yīng)的橫傾角為fmax5）靜穩(wěn)性曲線和橫坐標(biāo)軸的第二交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的橫傾角稱為穩(wěn)性消失角fv，兩個(gè)交點(diǎn)劍的距離也稱為穩(wěn)距

6）靜穩(wěn)性曲線下的面積等于回復(fù)力矩所作的功（系統(tǒng)的位能）第89頁/共173頁7）典型的靜穩(wěn)性曲線內(nèi)河船海船破損船舶第90頁/共173頁4.6動(dòng)穩(wěn)性一、基本概念前面已討論了船舶的靜穩(wěn)性。實(shí)際上船舶常受到突然作用的外力矩，而以一定的角速度迅速傾斜。船舶受靜力和動(dòng)力作用的情況與上述情況類似當(dāng)船舶受動(dòng)力作用時(shí)：1），，船舶在MH作用下加速傾斜；2），，船舶在MR作用下減速傾斜，直到角速度為零，船舶停止傾斜。復(fù)原過程與傾斜過程類似。船舶往復(fù)運(yùn)動(dòng)，由于阻尼作用最終將平衡于處。動(dòng)橫傾角～船舶在動(dòng)力作用下的最大橫傾角第91頁/共173頁4.6.1動(dòng)穩(wěn)性曲線回復(fù)力矩所作的功稱為動(dòng)穩(wěn)性臂回復(fù)力矩所做的功轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的勢(shì)能。動(dòng)穩(wěn)性臂ld應(yīng)等于重心和浮心鉛垂方向距離的增量。因此GBDCAFEyzfWL0WL1動(dòng)穩(wěn)性曲線第92頁/共173頁

動(dòng)態(tài)載荷作用下船舶的橫搖可以看做時(shí)一個(gè)能量轉(zhuǎn)換的過程，若不考慮橫搖阻尼和耦合運(yùn)動(dòng)，船舶的橫搖角速度w和風(fēng)傾力矩MH，回復(fù)力矩MR之間應(yīng)滿足以下方程：w0：初始橫搖角速度J：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量f0：初始橫傾角

若加載前船舶處于靜止?fàn)顟B(tài)(w0=0)，由于船舶達(dá)到動(dòng)傾角位置時(shí)(w=0)，動(dòng)傾角fd可通過如下方程求解：利用動(dòng)穩(wěn)性曲線，上式可改寫為：4.6.2動(dòng)傾角的計(jì)算若橫傾力矩為常數(shù)，則有：or第93頁/共173頁采用靜穩(wěn)性曲線：作水平線AD使

,作垂線CD使，即得。采用動(dòng)穩(wěn)性曲線：在處垂直量取得N點(diǎn)，連接oN，則oN與曲線交點(diǎn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)動(dòng)傾角fd陣風(fēng)對(duì)動(dòng)傾角的影響：第94頁/共173頁4.6.3陣風(fēng)作用下船舶的極限風(fēng)傾力矩Mfmax(lfmax)在靜穩(wěn)性曲線上，作水平線FK使,K落在曲線的下降段則，K對(duì)應(yīng)在動(dòng)穩(wěn)性曲線上，過o點(diǎn)作曲線的切線，切點(diǎn)為K’，處切線的縱坐標(biāo)為Mfmax，K’對(duì)應(yīng)第95頁/共173頁4.6.4風(fēng)浪聯(lián)合作用下的極限風(fēng)傾力矩Mfmax(lfmax)當(dāng)船舶受到風(fēng)浪作用，橫搖至最大擺幅時(shí)，受到傾斜一方的陣風(fēng)作用，此時(shí)，船舶最危險(xiǎn)。根據(jù)船舶的對(duì)稱性，將靜、動(dòng)穩(wěn)性曲線向反方向延長(zhǎng)。第96頁/共173頁4.7進(jìn)水角和進(jìn)水角曲線水線到達(dá)最先進(jìn)水的非水密開口的傾斜角度為進(jìn)水角.

隨排水體積的變化曲線稱為進(jìn)水角曲線.第97頁/共173頁進(jìn)水角對(duì)穩(wěn)性的影響第98頁/共173頁4.8穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)是對(duì)船舶穩(wěn)性的重要基本要求之一?；虮硎撅L(fēng)壓傾斜力矩小于使船舶傾覆所必需的最小傾覆力矩時(shí)，船舶不致傾覆，故認(rèn)為有足夠的穩(wěn)性。穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)利用靜穩(wěn)性曲線或動(dòng)穩(wěn)性曲線，應(yīng)考慮上層建筑、自由液面及進(jìn)水角的影響。風(fēng)浪情況下的初始橫搖角0

可按規(guī)范進(jìn)行計(jì)算。

穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)第99頁/共173頁4.9船舶穩(wěn)性規(guī)范和穩(wěn)性校核4.9.1風(fēng)傾力矩計(jì)算IMO規(guī)定國(guó)際航行船風(fēng)傾力矩計(jì)算公式：P=504N/m2,有限航區(qū)可適當(dāng)減少；AW:水線以上船體和甲板貨的側(cè)投影；Z：面積AW的形心之吃水一半處的距離。穩(wěn)定風(fēng)突風(fēng)CCS規(guī)定的非國(guó)際航行船舶風(fēng)傾力矩計(jì)算方法：航區(qū)風(fēng)力作用臂Z11.522.533.544.555.566.5>=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）第100頁/共173頁4.9.2橫搖角計(jì)算

IMO規(guī)定的橫搖角計(jì)算方法：100ABK/LB0.001.001.502.002.503.003.50>=4尖舭K1.000.980.950.880.790.740.720.700.70K與舭龍骨面積ABK有關(guān)：X1與B/T有關(guān)B/T<=2.42.52.62.72.82.933.13.23.33.4>=3.5X11.000.980.960.650.930.910.900.880.860.840.820.80X2與方形系數(shù)有關(guān)CB<=0.450.50.550.60.65>=0.7x20.750.820.890.950.971S按橫搖周期計(jì)算Tf(s)<=67812141618>=20S0.110.0980.930.0650.0530.0440.0380.035OG:重心至水面的距離第101頁/共173頁4.9.3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>=0.2mfmax>30(推薦),fmax>25(必須)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>=1第102頁/共173頁4.9.4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)的高度稱為極限重心高度，船舶營(yíng)運(yùn)時(shí)，重心高度不得超過此極限。第103頁/共173頁4.10.5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)校核第104頁/共173頁移動(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)載荷第105頁/共173頁水平方向移動(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)第106頁/共173頁重量從移動(dòng)到，產(chǎn)生縱傾力矩

or縱向移動(dòng)載荷則浮態(tài)變化為第107頁/共173頁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)載荷第108頁/共173頁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)心高為第109頁/共173頁2)橫傾角為3)縱傾角為4)首尾吃水的變化為5)最后船的首尾吃水第110頁/共173頁裝卸載荷對(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：p<10%~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。第111頁/共173頁新的重心高度：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),T第112頁/共173頁新的穩(wěn)心半徑新的穩(wěn)心高新的縱穩(wěn)心高第113頁/共173頁第二步：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：第114頁/共173頁大量裝卸載荷的計(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。第115頁/共173頁

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。第116頁/共173頁擱淺對(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)。第117頁/共173頁根據(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):第118頁/共173頁進(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)塢的過程相當(dāng)于一個(gè)尾部卸載的過程，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。第119頁/共173頁若進(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)第120頁/共173頁船舶傾斜試驗(yàn)一、目的確定船舶的重量和重心位置二、原理如圖，將A點(diǎn)的p移至A1，則若已知Δ，p，l，測(cè)出，則可算出從而可由下式計(jì)算重心坐標(biāo)第121頁/共173頁三、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

第122頁/共173頁3、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

第123頁/共173頁各種裝載狀態(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。第124頁/共173頁第125頁/共173頁第126頁/共173頁抗沉性的概念破艙的類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)度的計(jì)算破艙穩(wěn)性校核第五章破艙穩(wěn)性

第127頁/共173頁抗沉性

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。通過用水密艙壁將船體分隔成適當(dāng)數(shù)量的水密艙段來保證?？钩列詥栴}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。第128頁/共173頁破艙的類型根據(jù)進(jìn)水情況將船艙分為三類:第一類艙：艙頂在水線下，破損后水灌滿整個(gè)艙室，但艙頂未破，因而無自由液面；第二類艙：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。第129頁/共173頁

由于艙壁結(jié)構(gòu)、貨物、艙內(nèi)舾裝占據(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，兩者的比值稱為體積滲透率。實(shí)際進(jìn)水面積和空艙面積之比稱為面積滲透率。體積滲透率面積滲透率滲透率第130頁/共173頁為了計(jì)算方面，規(guī)范規(guī)定艙室的各種滲透率取同一值。艙室名稱滲透率起居艙0.95機(jī)艙和設(shè)備艙0.85貨倉0.60重貨艙0.80液艙0或0.95空艙0.98艙室滲透率一覽表第131頁/共173頁計(jì)算抗沉性的兩種基本方法

若進(jìn)水量如小于10～15％△，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，并由增加吃水來補(bǔ)償。

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)算第132頁/共173頁一、第一類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)處第133頁/共173頁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)心高第134頁/共173頁4）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：第135頁/共173頁1）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，但要考慮自由液面的影響。二、第二類艙室第136頁/共173頁6）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：第137頁/共173頁進(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，需增加吃水來補(bǔ)償。三、第三類艙室第138頁/共173頁2）剩余水線面面積（AW-a）的漂心F’：

3）(AW-a)

對(duì)過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：第139頁/共173頁5）縱、橫穩(wěn)心半徑的變化：6）縱、橫穩(wěn)心高的變化：7）新的穩(wěn)心高：第140頁/共173頁9）縱傾角：10）首尾吃水增量：11）船舶新的首尾吃水：8）橫傾角：第141頁/共173頁四、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）第二類艙計(jì)算自由液面，第三類艙計(jì)算水線面慣性矩?fù)p失，建議采用損失浮力法。第142頁/共173頁艙室大量進(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：艙室類型進(jìn)水體積形心液面慣性矩液面面積、形心第一類艙V1(x1,y1,z1)--------------第二類艙V2(x2,y2,z2)ix2，iy2a2,xf2,yf2第三類艙V3(T)(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。第143頁/共173頁0v1+v2v3(T)zbMTCBMxbxfAW第144頁/共173頁采用損失浮力法計(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：第145頁/共173頁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第146頁/共173頁初穩(wěn)心高縱傾值橫傾角首尾吃水zG不變第147頁/共173頁可浸長(zhǎng)度的計(jì)算《規(guī)范》規(guī)定：船舶在破損后應(yīng)有76mm的干舷。故甲板邊線以下76mm處的一條曲線稱為安全限界線，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。

為使水線不超過安全限界線，需限制艙長(zhǎng)。船舶的最大許可長(zhǎng)度稱為可浸長(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。第148頁/共173頁一、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)度和位置的問題。第149頁/共173頁二、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；第150頁/共173頁3、計(jì)算可浸長(zhǎng)度；在橫剖面面積曲線上x處截取CD＝vi,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。第151頁/共173頁4、繪制可浸長(zhǎng)度曲線

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。第152頁/共173頁分艙因數(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)F第153頁/共173頁分艙因數(shù)F不同反映了各類船對(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；F=0.5時(shí)，許用艙長(zhǎng)為l／2，船在兩艙破損后恰浮于破艙水線而不沉沒；F=0.33時(shí)，許用艙長(zhǎng)為l／3，船在三艙破損后恰浮于破艙水線而不沉沒。一艙制船，0.5<F1.0二艙制船，0.33<F0.5三艙制船，0.25<F0.33第154頁/共173頁船舶破艙穩(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)性校核第155頁/共173頁二、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）。第156頁/共173頁對(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任何開孔的下緣300mm；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限界線。第157頁/共173頁海洋平臺(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。第158頁/共173頁排水體積水線面面積浮心位置漂心位置穩(wěn)心半徑靜穩(wěn)性臂第159頁/共173頁6.1平臺(tái)風(fēng)載荷計(jì)算1、設(shè)計(jì)風(fēng)速：對(duì)無限作業(yè)區(qū)域的平臺(tái)，其最小設(shè)計(jì)風(fēng)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）。第160頁/共173頁2、風(fēng)壓計(jì)算：

P=0.613×10-3V

2kPa

其中：V為設(shè)計(jì)風(fēng)速，m/s。3、風(fēng)載荷計(jì)算：

F=ChCsSPkN

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，kPa第161頁/共173頁6.2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%。第162頁/共173頁2、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。第163頁/共173頁7.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“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目的第164頁/共173頁7.2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)算第165頁/共173頁7.3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A3：50×35cm繪制；穩(wěn)性橫截曲線圖同A4：25×17cm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