船舶稳性知识点讲解(word)

1、第三章 保证船舶具有适度的稳性第一节 稳性的基本概念一、稳性概述1. 概念：船舶稳性(Stability)是指船舶受外力作用发生倾斜，当外力消失后能够自行回复到原来平衡位置的能力。2. 船舶具有稳性的原因 1)造成船舶离开原来平衡位置的是倾斜力矩，它产生的原因有：风和浪的作用、船上货物的移动、旅客集中于一舷、拖船的急牵、火炮的发射以及船舶回转等，其大小取决于这些外界条件。 2)使船舶回复到原来平衡位置的是复原力矩，其大小取决于排水量、重心和浮心的相对位置等因素。 式中: ：复原力臂，也称稳性力臂，重力和浮力作用线之间的距离。 船舶是否具有稳性，取决于倾斜后重力和浮力的位置关系，而排水量一定时，

2、船舶浮心的变化规律是固定的(静水力资料)，因此重心的位置是主观因素。3. 横稳心(Metacenter)M： 船舶微倾前后浮力作用线的交点，其距基线的高度KM可从船舶资料中查取。4. 船舶的平衡状态1)稳定平衡：G在M之下，倾斜后重力和浮力形成稳性力矩。2)不稳定平衡：G在M之上，倾斜后重力和浮力形成倾覆力矩。3)随遇平衡：G与M重合，倾斜后重力和浮力作用在同一垂线上，不产生力矩。如下图所示 例如：1)圆锥在桌面上的不同放置方法；2)悬挂的圆盘5. 船舶具有稳性的条件：初始状态为稳定平衡，这只是稳性的第一层含义；仅仅具有稳性是不够的，还应有足够大的回复能力，使船舶不致倾覆，这是稳性的另一层含义

3、。6. 稳性大小和船舶航行的关系 1)稳性过大，船舶摇摆剧烈，造成人员不适、航海仪器使用不便、船体结构容易受损、舱内货物容易移位以致危及船舶安全。 2)稳性过小，船舶抗倾覆能力较差，容易出现较大的倾角，回复缓慢，船舶长时间斜置于水面，航行不力。二、稳性的分类1. 按船舶倾斜方向分为：横稳性、纵稳性2. 按倾角大小分为：初稳性、大倾角稳性3. 按作用力矩的性质分为：静稳性、动稳性4. 按船舱是否进水分为：完整稳性、破舱稳性三、初稳性1. 初稳性假定条件：1)船舶微倾前后水线面的交线过原水线面的漂心F； 2)浮心移动轨迹为圆弧段，圆心为定点M(稳心)，半径为BM(稳心半径)。2初稳性的基本计算初稳

4、性方程式：MR = DGMsinq GM = KM - KG第二节 初稳性计算一、初稳性衡准指标GM计算1. GM = KM - KG0 - GMf式中:KM 横稳心距基线高度(m)，KM = f(dm); KG0 船舶重心距基线高度(m)。2. KG0计算 式中：Pi 组成船舶总重的第i项载荷重量。 Zi Pi载荷的重心距基线的高度(m)。 Zi确定方法： （1)估算法 （2)利用舱容曲线 （3)以舱内载荷的合体积中心或舱容中心作为舱内载荷的合重心。二、货物移动对稳性的影响及计算1. 货物移动排水量（吃水）不变KM不变GM=-G0G12. 平行力移动原理：P*Z=*G0G13. 货舱装满时，

5、轻、重货等体积对调PH-PL=PPH*SFH-PL*SFL=0三、少量载荷(SPi10%D)变动后GM计算 若设SPi变动前后dKM = 0，则：式中：GM1、GM2 载荷变动前、后船舶的初稳性高度(m)。四、悬挂载荷对GM的影响 设悬挂物重P吨，其初始重心至悬挂点的垂 直距离l，船舶的横倾角q，则： 即悬挂载荷对GM影响值为： 因dGM值等于将载荷P垂向移至悬挂点所产生对GM影响，所以称悬挂点为悬挂载荷的虚重心。五、自由液面计算式中:r液体密度(g/cm3); ix自由液面对其横倾轴的惯性距(m4)，常用公式有： 梯形液面： 其中：l 舱长(m); b1、b2 前、后边宽(m)。 矩形液面：

6、 其中： b 矩形边宽(m)。第三节 大倾角稳性及计算一、大倾角稳性与初稳性的区别1. 大倾角时，不再等容倾斜，倾斜轴不再过初始漂心F；2. 横稳性不再是定点，而随横倾角变化而变化；3. 大倾角稳性用GZ衡量稳性大小，不能直接以GM0作为其衡准指标。二、大倾角稳性的表示方法1. 基点法MR = DGZ = D(KN - KH)式中:KN 形状稳性力臂(m)，KN = f(D，q)，可从“稳性横交曲线”中查取; KH 重量稳性力臂(m)，KH = KGsinq，通常取: GZ 复原力臂(m)，GZ = KN - KH。 2. 假定重心点法 式中: GAZA 假定重心高度的静稳性力臂； KGA 假

7、定重心高度。3. 稳心点法式中: MS 剩余静稳性力臂，(m)。第四节 静稳性曲线一、静稳性曲线的绘制(MR = f(q)或GZ = f(q)二、静稳性曲线的特征值1. 曲线在原点处的斜率GM2. 横倾30处的复原力臂GZ|q=303. 最大复原力臂对应的横倾角qsmax(极限静倾角) 曲线最高点所对应的横坐标值。 4. 稳性消失角qv 在q qsmax且MR = 0所对应的横倾角。5. 曲线上反曲点对应角qim 通常为甲板浸水角。6. 静稳性曲线下面积Aq2-q1 表示复原力矩MR所作的功AR(倾斜后船舶所具有的位能)。 大倾角静稳性的衡准指标：GZ|q=30、qsmax、qv和AR。三、影

8、响静稳性曲线的因素1. 对于特定船：与KG和D有关。2. 对不同船：与船宽B、干舷FB等因素有关。B增大时,GM和GZ|q=30增大，qsmax和qv减小。FB增大时,GM不变，但可提高大倾角稳性。第五节 动稳性曲线、对船舶稳性的要求一、与静稳性的区别静 稳 性动 稳 性受力性质静态外力作用动态外力作用表 征复原力矩MR(力臂GZ) MR = DGZMR所作功AR(力臂ld) AR = Dld平衡条件当MR = Mh时，船舶平衡于静倾角qs当AR = Ah时，船舶平衡于动倾角qd静倾角qs：船舶在静力作用下的最大横倾角。动倾角qd：船舶在动力作用下的最大横倾角。二、动稳性的衡准指标1. 稳性衡

9、准数K的计算式中：Mhmin、lhmin 最小倾覆力矩和力臂，即使船舶发生倾覆的最小 动倾外力矩和力臂； Mw、lw 风压倾侧力矩和力臂，即设定的恶劣海况下风压对船舶的动倾力矩和力臂。2. Mhmin求法 绘制动稳性曲线ld = f(q) 利用动稳性曲线是静稳性曲线的面积曲线原理绘制。 在ld = f(q)曲线上作两项修正： 横摇角qi修正 进水角qf修正 按定义在曲线上量取lhmin(Mhmin = Dlhmin)3. Mw计算 式中:Pw 单位计算风压(t/m2),Pw=f(航区, Zw)； Aw 船舶横向受风面积(m2),Aw = f(dm)； Zw Aw中心距水线距离(m); lw 风

10、压倾侧力臂(m)，可从船舶资料中的风压倾侧力臂图表中查取。三、对船舶稳性的要求1. 我国2004年法定规则对非遮蔽航区海船的稳性基本要求： 经自由液面修正后，船舶在整个航程中必须同时满足五项基本衡准要求： (1) GM 0.15m； (2) GZ|q=30 0.20m，当qf2.0时，该要求可适当放宽； (4)v 55,99和04版法定规则该项要求已被取消。 (5) K 1.002. 对国际航线海船的稳性衡准要求 我国99法定规则和IMO规定：经自由液面修正后，船舶在整个航程中要求同时满足： (1)GM 0.15m； (2)复原力臂曲线在横倾角030之间所围面积应不小于0.055mrad； (

11、3)复原力臂曲线在横倾角040或进水角中较小者之间所围面积应不小于0.090mrad； (4)复原力臂曲线在横倾角3040或进水角中较小者之间所围面积应不小于0.030mrad； (5)GZ|q=30 0.20m； (6)smax 30，至少不小于25； (7)满足天气衡准要求。第六节 稳性校验与调整一、船舶稳性的校核船舶每一航段对稳性最不利装载情况下必须满足： 经自由液面修正：GM GMc + 0.2 (m)未经自由液面修正：GM0 GM|T =9s (m)二、保证适度稳性的经验方法 按合适比例控制各层舱配货重量。 例如：二层舱 非底舱货约占货总重35%杂货船 (甲板货10%,甲板货货堆高度

12、(1/51/6)B)满载时 底舱货约占货总重65%三、船舶稳性的检验方法1. 航行中检验 实测横摇周期Tq Tq：船舶横摇一个全摆程(四个摆幅)所需时间(s)。 (1)法定规则推荐公式式中：B 船舶型宽(m)； GM0 未经自由液面修正的初稳性高度(m)； f 系数，由B/dm查表。 (2)经验公式式中：f 横摇周期系数，一般货船f = 0.730.88。2. 停泊中检验 横向移动或加减载荷设横向移动P(t)，船舶产生横倾角q，则：PY = DGMtgq或： 式中：Y P重心横移的距离，右移取“+” 左移取“-”。3. 观察船舶征状 MR = DGMsinq GM0= f(Tq) 当受到较小外

13、力矩作用时，船舶会发生明显的横倾，且其横摇极其缓慢。 四、稳性调整1. GM的调整设GM的调整值:Nh = 要求的GM2 - 调整前GM1。（1）垂向移动载荷式中：Z P重心垂向移动距离(m),下移取“+”，上移取“-”。 当满载满舱时，可采用轻 重货物等体积互换方法调整，此时还应满足： P = PH - PL SFHPH = SFLPL（2）加减载荷(SP 10%D)Nh(D + P) = P(KG0 - Zp) 注意：P加载时取“+”，减载时取“-”。 2. 横倾角的调整（1）横向移动载荷 设横向移动P(t)，船舶产生横倾角q，则：式中：Y P重心横移的距离，右移取“+”,左移取“-”。（2）加减载荷式中：Y P重心距中纵剖面的距离(m);GM2 载荷变动后的初稳性高度(m)；即： q 装载变动后所产生的横倾角。五、作业（四）1. 某轮出港时垂向总力矩为17500tm,设排水量为3500t时,KM为5.50m，试求出港时的GM值？若该轮抵目的港燃油消耗量50t，其KP为0.7m，淡水消耗量30t，KP为3.0m，使油、水柜产生自由液面，设燃油比重0.85，油柜长7m，宽14m，中间有纵向隔舱壁；淡水柜长2m，宽6m，试求抵港时的GM值？2. 某轮当时排水量