第三章初稳性.ppt

船舶原理 第三章初稳性 教学目的和要求本章开始介绍船舶的六大主要性能 初稳性是船舶性能中比较重要的性能 本章详细介绍了船舶的初稳性的特点及应用 教学难点船舶的倾斜试验 教学重点1 船舶浮心的移动 稳心及稳心半径2 初稳心的计算3 船舶静水力曲线特征 教学时数12学时 第三章初稳性 第一节 第二节 第三节 船舶静水力曲线 初稳性及稳心半径 初稳心公式 稳心高度 第四节 第五节 载荷移动对船舶浮态及初稳性的影响 其它因素对对船舶初稳性的影响 第六节 船舶倾斜试验 G M Wind WaterResistance 本章小引入 G M FG FB G M 第一节初稳性及稳心半径 一 稳性的重要标志 复原力矩1 复原力矩由一对力偶所产生的力矩使船舶回复到原平衡位置 船舶的这种能力我们定义为船舶的稳性 而促使船舶回复到原来平衡位置的力矩称复原力矩 复原力矩 倾斜力矩产生的原因 1 倾斜力矩的来源 capsizingmoment 1 风浪的作用 2 船上货物的移动 3 旅客集中于某一船舷 4 拖船的急牵 火箭的发射 2 复原力矩 Rightingmoment 复原力矩大小取决于排水量 重心高度 浮心移动的距离等因素 G M 小思考 下面图中哪个是倾斜力矩 哪个复原力矩 二 稳性的分类 横稳性纵稳性 按倾斜方向分类 静稳性动稳性 按作用性质分类 初稳性又称小倾角稳性大倾角稳性 按倾斜角度分类 请判断 横稳性 船舶横向倾斜时的回复能力 纵稳性 船舶纵向倾斜时的回复能力 初稳性 又称小倾角稳性 指船舶倾角小于10 15 或上甲板边缘开始入水前的稳性 大倾角稳性 指船舶倾角大于10 15 上甲板边缘开始入水后的稳性 请判断 三 两个基本定理 初稳性时经常用到以下两个基本定理 1 欧拉定理等体积倾斜水线通过原水线面的漂心 2 重心移动定理部分面积重心移动的方向平行于整个面积重心移动的方向 而移动的距离与面积的大小成反比 四 浮心移动 横倾 纵倾 1 重心移动原理 o g2 g1 w w1 L1 L B B1 1 重心移动原理 补充 y x z x y z x y x y b h 五 稳心及稳心半径 1 横倾半径 o g2 g1 w w1 L1 L B B1 M 2 纵倾半径 如何确定稳心M 关键 判断横稳心M B B1 M 横倾 右倾 B B1 M 横倾 左倾 判断纵稳心M B1 B1 B B M M 纵倾 艏倾 纵倾 艉倾 小总结 横稳心半径与纵稳心半径小结船舶纵稳心半径要比横稳心半径大得多 一般设计吃水的初稳心半径约为船宽的20 而纵稳心半径约为船长或者更大些 作业 1 推导下面IT和IL y x z x y z x y x y b h 1 2 第二节初稳心公式 稳心高度 第二节初稳心公式 稳心高度 一 物体的平衡状态 1 稳定平衡状态 不倒翁的重心很低 当它倾斜时 不倒翁的重力与桌面反作用组成力矩 使不倒翁恢复到原来的站立位置 说明不倒翁具有良好的稳性 2 中性平衡状态 皮球是一个球体 重心经于其中心由于桌面反作用力总是通过皮球重心周围 皮球在受外力滚动后 滚到哪里就停在哪里 即皮球不能恢复到原来的位置 3 不稳定平衡状态 铅笔的重心经过较高至的重力与桌面的反作用力组成力偶 使铅笔继续倾余 直到倾倒 说明铅笔的稳性不好 船舶的平衡状态 1 2 3 分析 g1 g2 思考 是否逆时针的力矩为正力矩 MR 二 船舶状态分析 1 使船舶回复到原平衡位置 MR为正 1 2 3 MR或重心G与稳心M的位置来判断船舶是否处于稳定状态 1 稳定平衡状态 2 中性平衡状态 3 不稳定平衡状态 1 1 复原力矩MR 式中 G B M关系 式中 K 三 初稳心公式 初稳心公式 f 思考 稳定平衡状态 G在稳心M之下 因此 选择适度的初稳性高 问题 适度的初稳心高 四 复原力矩 1 复原力矩MR 2 横倾10的复原力矩MR 3 纵倾1cm的复原力矩MR MTC 1cm 3 纵倾1cm的复原力矩MR MTC 例题讲解 例3 1 一匀质物体由正圆柱和正圆锥组成 它们的底相对 底圆半径均为r 高均为h 分析题目 稳定平衡条件 r h h r 问题 当圆锥的全部及圆柱的一半浸水中时 试讨论r与h有怎样的关系方能稳定平衡 y x z 解答 稳定平衡条件 x y z G1 G2 B1 x y G1 x y z G1 G2 B1 代入数据 计算得 求解初稳心高总结 1 认真审题 看题做图 2 3 注意除以排水体积 作业 1 P613 1 拓展思考 1 如何求船舶的初稳心高 需要哪些资料 第三节船舶静水力曲线 第三节船舶静水力曲线 一 船舶静水力曲线船舶静水力曲线是一艘船的重要技术资料 全面表达了船舶在静止正浮状态下浮性和稳性要素随吃水而变化的规律 经常用来计算与航海性能有关的性能参数 二 船舶静水力曲线 1 型排水体积曲线 9 横稳心半径曲线 1 8浮性曲线 9 11稳性曲线 12 15船型系数曲线 2 总排水体积曲线 3 总排水量曲线 4 浮心纵向坐标曲线 5 浮心竖向坐标曲线 6 漂心纵向坐标曲线 7 水线面面积曲线 8 每厘米吃水吨数曲线 10 纵稳心半径曲线 11 每厘米纵倾力矩曲线 12 水线面系数曲线 13 中横剖面系数曲线 14 方形系数曲线 15 棱形系数曲线 三 船舶静水力曲线图计算流程 静水力曲线的计算通常是按梯形法变上限积分列表进行 各船舶设计单位所制定的表格形式上虽略有差异 但基本原理是完全一致的 表3 1至表3 7为一套采用梯形法进行计算的表格 表3 1AW XF IT IL CWP计算表 7 6 0 0 12 表3 2CB TPC计算表 1 2 14 8 表3 3XB计算表 4 表3 4KB ZB计算表 5 表3 5BM BML KM KML计算表 9 10 9 10 表3 6MTC计算表 11 表3 7CM CP计算表 13 15 作业 1 以某艘船舶为例 做出其船的静水力曲线 船舶静水力曲线 第四节载荷移动对船舶浮态及初稳性的影响 第四节载荷移动对船舶浮态及初稳性的影响 当船上的重物移动 船的排水量虽然保持不变 但其浮态及初稳性是变化 为研究问题在初稳性范围内 一般假定小量载荷移动一定距离 或一定数量的载荷移动一个小距离 设船上有一小量载荷P 其重心位置为 x1 y1 z1 移动后的重心位置为 x2 y2 z2 通常首先作竖向移动计算 然后再做水平移动计算 W L B1 G1 G2 A1 A2 x2 y2 z2 分析 B2 横稳心变化 M 新横稳心高为 同理 新纵稳心高为 一 竖向移动 二 水平横向移动 y1 y2 A1 A2 G1 B1 B2 M G2 分析 横倾力矩 复原力矩 因为 横倾力矩 复原力矩 三 水平纵向移动 XF X1 X2 P P F t 横倾力矩 复原力矩 例3 2某内河客货船的主要尺度和船的要素为船长L 80m 船宽B 8 6m 吃水T 1 6m 方形系数CB 0 67 漂心纵向坐标XF 0 85m 初稳心高h 1 6m 纵稳心高H 90m 在更换主机时 要把左舷的机器移到甲板上 机器的重为30t 末移动前的重心坐标x1 20 0m y1 2 2m z1 2 8m 移动后的重心坐标x2 10 0m y2 3 9m z2 5 6m 求此时船舶的初稳性和浮态 习题讲解P48 注意容易出错的地方 1 产生新的初稳心高h1和H1问题 后面水平移动的时候 带入初稳心高的时候是带入原始的初稳心高还是新的初稳心高 作业 1 3 2 第五节其它因素对船舶初稳性的影响 第五节其它因素对船舶初稳性的影响 一 装卸小量载荷对船舶浮态及初稳性的影响 1 不产生横倾和纵倾的加载 P加载 XF 0 Z 处 如图 引起吃水的变化 B G B1 G1 1 吃水的变化 2 横稳心高的变化 1 不产生横倾和纵倾的加载 一 装卸小量载荷对船舶浮态及初稳性的影响 1 P加载 XF 0 Z 处 如图 引起吃水的变化 B G B1 G1 新横稳性高 2 纵稳心高的变化 2 将载荷移动到指定位置 二 装卸大量载荷对船舶浮态及初稳性的影响 需要用到的静水力曲线 1 排水体积曲线 2 浮心位置XB及ZB曲线 3 漂心纵向坐标XF曲线 4 横稳心半径BM曲线 5 每厘米纵倾力矩MTC曲线计算公式 查询P51 P52公式 讲解习题P52 例3 3 某船长L 100m TF 6 5m TA 7 0m 7000t 水线面漂心XF 0 今从船中卸出120t货物 其重心位置为船中前12m 又装入生铁120t 其重心在船中后20m 设纵稳心高H 120m 问船舶的艏 艉吃水变化如何 解题总结 1 初稳心高H是采用新的初稳心高2 装卸货物中注意增加了吃水的变化量 而移动货物时没有吃水的变化量 三 自由液面对船舶初稳性的影响 自由液面对横稳心的修正值为 自由液面对纵稳心的修正值为 N个自由液面对横稳心的修正值为 N个自由液面对纵稳心的修正值为 液货船 应增加纵舱壁还是横舱壁 思考 以油船和集装箱船 增加的是纵舱壁还是横舱壁 思考 3800T成品油船总布置图 四 悬挂载荷对船舶初稳性的影响 悬挂物体对横稳心的修正值为 悬挂物体对纵稳心的修正值为 五 船舶进坞和搁浅对初稳性的影响 一 船舶进坞对稳性的影响问题1 船舶进坞时 什么时候船最危险 问题2 船舶进坞后 初稳心高度变化 是哪个式子 式3 35 六 船舶进坞和搁浅对初稳性的影响 二 船舶搁浅对稳性的影响问题1 在一处搁浅 这一处计算的时候怎么处理 问题2 初稳心高的变化 式3 39问题3 纵稳心高的变化 式3 41 七 船舶在各种装载下的初稳性和浮态计算 船舶在各种装载情况下的初稳性和浮态计算 通常包括下列三个部分 1 各种装载情况下排水量和重心位置的计算 2 各种装载情况下初稳性和浮态的计算 3 各种装载情况下初稳性和浮态计算的综合表 作业 1 3 3 拓展思考 1 船舶采用哪些结构形式 提高船舶的稳性 第六节船舶倾斜试验 第六节船舶倾斜试验 一 倾斜试验的目的确定船舶空船的重量及重心位置 二