第三章初稳性.ppt

1、,稳性的含义？ 初稳性的含义？,第三章 初稳性,本章要点： 1、初稳性概念，初稳性高度，初稳性公式、船舶稳性指标及判断方法。 2、静水力曲线计算及绘图。 3、载荷的移动和装卸、自由液面等对船舶浮态及初稳性的影响。 4、船舶倾斜试验目的及原理。 作业题： 3-3，3-4，3-7，3-9，3-12，3-14，3-17,3-1 稳性概述,一、稳性概念 定义：船舶在外力作用下偏离其平衡位置而倾斜，当外力消失后，能自行回 复到原来平衡位置的能力。 图中复原力距，倾斜力矩方向 图中复原力距，倾斜力矩方向 相反，起到抵抗倾斜力矩的作 相同，倾斜力矩增加，MR定为 用，MR定为正值 负值,3-1 稳性概述,二

2、、稳性的分类,（1） 按作用力矩性质分静稳性和动稳性。 静稳性：船舶在倾斜过程中不计及角加速度和惯性矩的稳性，它研究倾斜力矩和稳性力矩所作功之间的动平衡问题。 动稳性：船舶在倾斜过程中计及角加速度和惯性矩的稳性，它研究倾斜力矩和稳性力短时间所作功之间的动平衡问题。 （2）按倾斜方向 纵稳性：指舰艇绕横向轴（Y）轴纵倾时的稳性 横稳性：指船舶绕纵向轴（X）轴横倾时的稳性 （3）按倾斜角度 初稳性（或称小倾角稳性）指倾斜角度小于10度15度或上甲板边缘开始入水前的稳性； 大倾角稳性一般指倾角大于10度15度或上甲板边缘开始入水后的稳性。,3-1 稳性概述,三、倾斜力矩、复原力矩,1、倾斜力矩的来源

3、 （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 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。,3-1 稳性概述,3-2 浮心的移动、稳心及稳心半径,讨论稳性问题步骤： （1）需要确定倾斜水线的位置。 （2）其次找出浮力作用线的位置。 （3）确定复原力矩的大小及方向。,3-2 浮心的移动、稳心及稳心半径,船舶受倾斜力矩（风力）作用发生倾斜，排水体积保持不变，W1L1是等体积倾斜水线。 结论：两等体积水线面的交线OO必须通过原水线面WL的漂心。,一、等体积倾斜水线,3-2 浮心的移动、稳心及稳心半径,二、浮心的移

4、动 1、重心移动原理 2、浮心的移动,3-2 浮心的移动、稳心及稳心半径,3、楔形计算,3-2 浮心的移动、稳心及稳心半径,三、稳心及稳心半径,3-2 浮心的移动、稳心及稳心半径,四、纵稳性,3-2 浮心的移动、稳心及稳心半径,3-3 初稳性公式,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力组成力偶。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：皮球是一个球体，重心经过其中心，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

5、高，重力与桌面的反作用力组成力偶，使铅笔继续倾斜，直到倾倒，说明铅笔的稳性不好。,3-3 初稳性公式,二、船舶的平衡状态,稳定平衡 不稳定平衡 随遇平衡 重心G在稳心M之下 重心G在稳心M之上 重心G与稳心M重合,3-3 初稳性公式,三、初稳性公式,（1）初稳性公式的用途 判别水面船舶能否稳定平衡，其衡准条件是 ； 船舶在营运过程中，应用初稳性方程式处理船内重物移动以及装卸重物后，调整船舶的浮态，确定新的初稳性高。 （2）初稳性公式的局限性 对于水面船舶，当它满足稳定平衡时，仅能说明船舶在倾斜力矩消失后，具有能自行从微倾状态恢复到初始平衡位置的能力，并不标志着船舶同时满足不至倾覆的条件； 只能

6、应用于小倾角稳性的研究，对于大倾角稳性不适用。,3-3 初稳性公式,四、稳性高公式,3-3 初稳性公式,初稳性高公式,纵稳性高公式,思考题：,正三角形截面的实心船舶，其密度为1,在密度为 2的液体中航行，问： 1与 2满足什么条件，此船舶保持稳定平衡？, 2, 1,3-3 初稳性公式,3-4 船舶静水力曲线,一、曲线内容 1、静水力曲线图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变化的规律。 浮性曲线：型排水体积曲线、总排水体积K 曲线、 排水量曲线、浮心纵向坐标XB曲线、 浮心垂向坐标ZB曲线、水线面面积AW曲线、 2、曲线内容 漂心纵向坐标XF曲线、每厘米吃水吨数TPC曲线 稳性曲

7、线：横稳心半径BM曲线、纵稳心半径BML曲线、 每厘米纵倾力矩MTC曲线 船形系数曲线：水线面系数CWP曲线、中横剖面系数CM 曲线、方形系数CB曲线、棱形系数CP曲线,3-4 船舶静水力曲线,二、船舶静水力曲线图,3-4 船舶静水力曲线,3-5重量移动对船舶浮态及初稳性的影响,当船舶上的重量移动时，船舶的排水量虽然保持不变，但其浮态和初稳性是变化的。 研究思路：先将船舶上的重量移动分为垂向、横向以及纵向移动，最后研究任意位置的移动。,3-5 重量移动对船舶浮态及初稳性的影响,一、垂向移动 结论：重量垂直向上移动，提高船的重心，初稳性高减小，对稳性不利。 重量垂直向下移动，降低船的垂心，初稳性

8、高增加，对稳性有利。 所以，降低船的重心是提高船舶稳性的有效措施之一。,3-5 重量移动对船舶浮态及初稳性的影响,二、横向移动 结论：重量的横向移动，不改变横稳性高，但是使船舶产生了一个横倾角，从而减少了甲板进水角的 裕度 ，对船舶稳性是不利的。,3-5 重量移动对船舶浮态及初稳性的影响,三、纵向移动,3-5 重量移动对船舶浮态及初稳性的影响,重量P从A1（x1，y1，z1） A2（x2，y2，z2） 分解步骤：（1）垂向移动距离=z2-z1 新的稳性高 （2）横向移动距离=y2-y1 （3）纵向移动距离=x2-x1 （4）首尾吃水,四、任意位置的移动,3-5 重量移动对船舶浮态及初稳性的影响

9、,36 装卸载荷对船舶浮态及初稳性的影响,一、装卸小量载荷（P10%排水量）的影响 船舶任意位置装卸载荷，会使船的吃水发生变化，并产生横倾和纵倾。分析分两个步骤进行： 假定载荷装载的位置在水线面漂心的垂直线上，只改变船舶的平均吃水和初稳性高，而不产生横倾和纵倾； 移动到指定位置，发生横倾或纵倾。 在漂心垂直线上任意位置装卸小量载荷，B B1 , G G1 , M M1,3-6 装卸载荷对船舶浮态及初稳性的影响,具体计算分析：,浮态变化： 初稳性变化： （右图分析所得） （初稳性公式） 分析：若 ，则 初稳性高不变；（极限平面） 若 ，则 初稳性高减少； 若 ，则 初稳性高增加。,3-6 装卸载

10、荷对船舶浮态及初稳性的影响,3-6 装卸载荷对船舶浮态及初稳性的影响,装卸载荷对纵稳性的影响：,卸除小量载荷的情况，只需把载荷重量p改为-p即可，但求得的平均吃水的增量为负值。,二、装卸大量载荷,船上增加或卸除大量的载菏（超过排水量的10%）上面公式对船舶稳性及浮态的影响就不够准确了，这是因为船舶吃水变化较大，新水线与原水线面面积漂心位置等差别较大。 要根据静水力曲线图研究 排水量曲线 浮心坐标XB及ZB曲线 漂心纵向坐标XF曲线 每厘米纵倾力矩MTC曲线 横稳心半径BM曲线,3-6 装卸载荷对船舶浮态及初稳性的影响,3-7 自由液面对船舶初稳性的影响 一、自由液面 结论：自由液面的存在对船舶初稳性不利。,3-7 自由液面对船舶初稳性的影响,二、减小自由液面对稳性高的影响,自由液面面积越大，ix亦很大，为了减小自由液面对初稳性的不利影响，使自由液面的面积惯性矩ix尽量小，所以在船内设置纵向舱壁。 如设置一道纵舱壁 自由液面的影响可减小到1/4 结论：设置n-1道舱壁，影响将减小到原来的1/n2,3-8 悬挂重量对稳性高的影响,由 初稳性高可写成 ，已知重量P，横向移动距离l，测量出横 倾角，可求出GM，ZB和BM由静水力曲 线图中求出。,3-9 船舶倾斜试验,一、试验的目的 确定船舶的重量及重心位置 二、试验的原理以及方法,三、试验步