第一章 船体几何要素及近似计算.ppt

绪论 一 船舶原理课程的重要性 船舶原理 是船舶工程技术专业的一门重要的专业技术基础课程 是研究船舶航海性能的一门科学 基础课程有 高等数学 工程力学 流体力学 后续课程 船舶强度与结构设计 船舶设计基础 造船工艺学 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理绪论 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 二 船舶原理的内容 六大航海性能 浮性 稳性 抗沉性 快速性 适航性 操纵性 船舶静力学 船舶动力学 船舶原理绪论 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理绪论 浮性 船舶在一定装载情况下浮于一定水平位置的能力 稳性 在外力作用下船舶发生倾斜而不致倾覆 当外力作用消失后仍能回复到原来平衡位置的能力 抗沉性 当船体破损 海水进入舱室时 船舶仍能保持一定的浮性和稳性而不致沉没或倾覆的能力 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理绪论 快速性 船舶在主机额定功率下 以一定速度航行的能力 耐波性 船舶在风浪海况航行时的运动性能 操作性 船舶在航行中按照驾驶者的意图保持既定航向的能力或改变航行方向的能力 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 第一章船体几何要素及近似计算 1 掌握船体主尺度 船型系数等船形参数的定义及几何意义 2 理解船体近似计算法的基本原理 梯形法 辛氏法 3 掌握运用梯形法进行船体水线面和横剖面积计算的数值积分公式及计算表格4 掌握曲线端点修正方法 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 2 1 2 3 2 5 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 第一节主尺度 船型系数和尺度比 一 主尺度 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 总长 LOA 自船首最前端至船尾最后端的水平距离 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 垂线间长 LPP 首垂线FP与尾垂线AP之间的水平距离 首垂线 是通过设计水线与首柱前缘的交点所作的垂线 垂直于设计水线面 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 尾垂线一般在舵柱的后缘 如无舵柱 则取在舵杆的中心线上 如无特别说明 习惯上所说的船长常指垂线间长 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 设计水线长设计水线在首柱前缘和尾柱后缘之间的水平距离 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 指船体两侧型表面 不包括船体外板厚度 之间垂直于中线面的水平距离 一般指中横剖面设计水线处的宽度 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 最大船宽 指包括外板和伸出两舷的永久性固定突出物如护舷材 舷伸甲板等在内 并垂直于中线面的最大水平距离 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 在上甲板边线最低点处 自龙骨板上表面 即基线 至上甲板边线的垂直距离 通常 甲板边线的最低点在中横剖面处 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 基线至设计水线之间的距离 首吃水dF 尾吃水dA 平均吃水dM 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 在船侧中横剖面处自设计水线至上甲板边板上表面的垂直距离 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 二 船形系数 与基平面相平行的任一水线面的面积与由船长型宽所构成的矩形面积之比 其大小表示水线面的肥瘦程度 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 中横剖面在水线以下的面积与由型宽 吃水所构成的矩形面积之比 其大小表示水线以下的中横剖面的肥瘦程度 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 船体水线以下的型排水体积与由船长 型宽 吃水所构成的长方体体积之比 其大小表示船体水下体积的肥瘦程度 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 船体水线以下的型排水体积与由相对应的中横剖面面积船长所构成的棱柱体体积之比 其大小表示排水体积沿船长方向的分布情况 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 船体水线以下的型排水体积与由相对应的水线面面积吃水所构成的棱柱体体积之比 其大小表示排水体积沿吃水方向的分布情况 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 三 尺度比 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 p122 1 某海洋客船船长L 155m 船宽B 18 0m 吃水d 7 1m 排水体积 中横剖面面积 水线面面积 试求 1 方形系数CB 2 纵向棱形系数CP 3 水线面系数CWP 4 中横剖面系数CM 5 垂向棱形系数CVP 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 p132 3 某海洋客货轮排水体积 主尺度比为 长宽比 宽度吃水比 船型系数为 试求 1 船长L 2 船宽B 3 吃水d 4 水线面系数 5 方形系数 6 水线面面积 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 第二节船体近似算法 一 梯形法 用若干直线段组成的折线近似地代替曲线 即 以若干个梯形面积之和代替曲线下的面积 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 设某一计算曲线DB 曲线DB下所围面积A 其定积分式为 式中被积分函数 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 式中称为累加和 称为首尾修正项 运算简便 在船舶性能计算 手算 中得到广泛的应用 例题 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 某船的长度L 70m 其设计流水线的等间距坐标 半宽 如下表所列 求水线面面积 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 二 辛氏法 采用等分间距以若干段二次抛物线近似地代替实际曲线 计算各段抛物线下面积的数值积分法 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 若曲线DB为二次抛物线如图即被积函数为y ax2 bx c 则曲线DB下所围面积A 用定积分求得如下 利用待定系数法 令二次抛物线DB在三垂线处交点的横向坐标 y1 y2和y3 并设曲线DB下所围面积为 辛氏第一法 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 横向坐标前的1 4 1称为辛氏乘数 该方法称为辛氏第一法 又称辛浦生 1 4 1 法 对于整条曲线所围的总面积 S s1 s3 sn 1 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 C x1 D G F E d l l c x2 x3 x4 xn y1 y0 yn y3 y2 s1 sn 1 s3 y4 x5 e f y x g yn 1 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 采用等分间距以若干段三次抛物线近似地代替实际曲线 计算各段抛物线下面积的数值积分法 若曲线DB为三次抛物线如图 即被积函数为 则该曲线DB下所围面积可证明为 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 例题 设曲线方程y tanx 利用下列各种方法计算 将其算到小数后五位值的精确解进行比较 并求出相对误差 1 梯形法 五坐标 2 辛氏法 五坐标 1 精确解 y tgx 3 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 y0 y1 y2 y3 y4 12 6 4 3 y tgx 2 梯形法 y0 y1 y2 y3 y4 12 6 4 3 y tgx 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 3 辛氏法 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 精确解梯形法辛氏法 y0 y1 y2 y3 y4 12 6 4 3 y tgx 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 第三节数值积分法在船体计算中的应用 一 水线面计算 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 注 式中y是离oy轴x处得水线面半宽 L是水线长 在计算中一般取垂线间长 水线面面积对oy轴的静矩为 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 漂心纵向坐标 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 式中 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 式中 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 XF y x L L 20 在实际船体计算时 根据上述数值积分公式 列成表格形式进行 该船吃水为8 2m 船长L 147 18m 设计水线分成20站 计算用EXCEL表格计算如下 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 L 147 18m L L 10 7 359m 0 20站的水线面积 A1 2 L 162 103 2385 83m20站以后部分的面积 A2 2 0 5 y0 5 8 13 37m2整个水线面积 AW 2385 83 13 37 2399 20m2 y L 147 18m L L 10 7 359m 0 20站水线面面积对船舯的静矩 M1 2 L2 92 36 10003 49m30站以后部分的面积对船舯的静矩 M2 13 37 75 49 1009 3m3整个水线面积对船舯的静矩 Moy 10003 49 1009 3 11012 79m3 漂心纵向坐标与水线面积系数分别为 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 二 横剖面计算 面积 面积形心垂向坐标 中横剖面系数 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 微面积 整个横剖面面积 注 式中y是离oy轴z处的水线面半宽 横剖面面积形心垂向坐标 横剖面面积对oy轴的静矩 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 式中 注 为经过端点修正后的半宽值 为各水线等间距值 横剖面面积形心垂向坐标 中横剖面系数 注 式中AM为船在吃水d以下的中横剖面面积 B为船中横剖面处的船宽 船宽B 20 4m 吃水d 8 4m 1 2m 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 y1 y2 A B y 0 L L x y 泰州职业技术学院机电技术学院主讲人 朱艳邮箱 xiaoyanzhu1985 船舶原理第一章船体形状及近似计算 三 端点修正 1 曲线的端点较凸 0 1 2 B y 0 A y1 y2 d d y z 0 1 2 C D 0 E y