浮体静力学课程设计报告

1、大连理工大学船舶与海洋工程浮体静力学课程设计报告课程名称： 浮体静力学课程设计 院 （系）： 运载工程与力学学部 专 业： 船舶与海洋工程专业 班 级： 学 号： 学生姓名： 年 月 日目录一 静水力曲线-31 设计要求-32 计算原理- 33 原始数据- 64 计算过程和图表-7二 稳性横截曲线-101 设计要求-102 计算原理- 103 原始数据-104 计算过程和图表-11三 装载稳性计算-131 设计要求- 132 计算过程和图表- 15 (1)浮态及初稳性-15 (2)静稳性曲线及动稳性曲线计算-16 (3)稳性校核-17 (4)该载况下的浮态及稳性总结-19四 总结体会-20一、

2、静水力曲线1、设计要求：列出全部静水力曲线的计算公式；计算吃水：0.5m, 1.5m , 2m, 2.5m, 3.0m处的以下各要素，列表计算，并绘出静水力曲线图。（1） 水线面面积AW（2） 漂心纵向坐标Xf（3） 每厘米吃水吨数TPC（4） 型排水体积V（5） 总排水体积(附体系数取1.006)（6） 总排水量W（7） 浮心纵向坐标Xb（8） 浮心垂向坐标Zb（9） 横稳心垂向坐标BM（10） 纵稳心垂向坐标BML（11） 每厘米纵倾力矩曲线MTP（12） 水线面系数CW（13） 方形系数CB（14） 棱形系数CP（15） 中横剖面系数Cm2、计算原理：用excel表格计算，先计算及基线面

3、的水线面面积Aw和水线面对Oy轴的静矩Moy，同时可以得到水线面面积漂心纵向坐标xf,同时也计算出Awxf，Awz，y3和x2y。 再分别计算0.5m水线到4m水线的不同吃水时的水线面的面积Aw和水线面面积对基线的静矩Moy，水线面面积漂心纵向坐标xf,同时也计算出Awxf，Awz，y3和x2y，为进一步计算做准备。在静水力曲线的计算过程中主要采用等间距梯形法和不等间距梯形法。（1） 水线面面积Aw对于某一水线其吃水为d，则其水线面面积Aw=-L2L2ydx，其中y为离Oy轴x处的水线面半宽，L是水线长。船长方向运用梯形法求水线面面积的公式如下：Aw=-L2L2ydx2Lyi （2.1）将船长

4、分为20等分后L=Lpp20=20m （2） 漂心纵向坐标xf漂心纵向坐标：xf=MoyAw=-L2L2xydx-L2L2ydxAw已经求出，所以要求出Moy，Moy为水线面面积Aw对Oy轴的静矩。沿船长方向运用梯形法求Moy，则有 Moy=2-L2L2xydx2(L)2kiyi再计算浮心纵向坐标：xf=MoyAw=-L2L2xydx/-L2L2ydzLkiyi/yi （2.2）（3） 每厘米吃水吨数TPCTPC=Aw100 （2.3）其中，=1.025t/m3,为水的密度。（4） 水线面系数Cwp=AwBL （2.4）其中，船长L=40m,船宽B=7.2m（5） 型排水体积V=0dAwdz沿

5、吃水方向用等间距梯形法近似计算有求：V=0dAwdzd0nAwi-Aw0+Awn/2 （2.5）（6）总排水体积(附体系数取1.006)Vk=kV （2.6）（7）排水量WW=Vk （2.7）其中，=1.025t/m3，V已求。（8）浮心纵向坐标xB=Myoz/V （2.8） Myoz=0dxfAwdzd0nxfiAwi-xf0Aw0+xfnAwn/2 （2.9）已求。（9）浮心垂向坐标zBzB=Mxoy/V （2.10）Mxoy=0dzAwdzd0nziAwi-z0Awo+znAwn/2 （2.11）其中已求。（10）某一吃水下的横稳心半径BM=IT/V （2.12）其中IT为水线面面积对于

6、纵向中心轴线的横向惯性矩，IT=23-L2L2y3dx，可用梯形法沿船长方向积分求出： IT=23-L2L2y3dx23L0nyi3-y03+yn3/2（11）纵稳心半径BML=ILF/V （2.13）ILF为Aw对漂心的纵向惯性距，ILF=IL-AWxF2。其中IL=2-L2L2x2ydx（12）每厘米纵倾力矩曲线船舶产生吃水差1cm所需的外力矩叫每厘米纵倾力矩，记为MTC，吃水差与纵倾角之间的关系为：tL=tan，所以当首尾吃水差为1cm时，船舶相应的纵倾角为0=0.01/L，相应于吃水差为1cm的船舶复原力矩为ML=GMLt/L。船舶产生1cm吃水差所需的外力矩也就等于船舶每厘米纵倾力矩

7、MTC=GML100L由于浮心和重心之间的距离与纵稳心半径相比是一个小值，可以认为，则可以认为公式可近似写成MTC=ML100L （2.14）（13）方形系数 CB=VBLd （2.15）船长L=40m,船宽B=7.2m,排水量已求得。（14）中横剖面系数CM=AMBd （2.16） 船宽为B=7.2m，AM为所求水线下中横剖面面积。（15）棱形系数Cp=VAWL=VCMBdL=CBCM （2.17） CB，CM均为已求。3.原始数据船 型：某海监船航 区：近海航区主尺度要素：总长45.0m垂线间长40.0m型宽7.2m型深3.6m设计吃水2.5m型值表： 站号半 宽2505001000150

8、02000250030003500-0.534825943137335207732688319533940.5116627743247342811008811533115242857329534561.5100109248750184329373339348221421884421106211730153378350733114661010176025413162344435524558877159622852871328934923568589412872070264430943383352635746111716042419290632343445355035907128718562698

9、312133443500357036008143620892907327234393553358836009150022643068334134833560360036001014292210302733173476354736003600111093197928313174338934973583360012669157725092928317833703511358613433118720742570289731573361350814269875167321822564287631273334151636261318178121792517280530491643798313581726

10、206023762658173216829051198150218382181182484755066799451284166019191378284277458760111919.516434724715223948582720138287203541216646620.322015311420.6108794.计算过程与图表以下计算采取梯形法进行，现以2m吃水为例，说明计算过程。根据型值表，分为四部分计算，分别是-0.5号站之前作为一个三角形单元处理、-0.52号站作为一类梯形单元、219号站作为一类梯形单元、1920号站作为一类梯形单元。（1）水线面面积-0.5站之后：-0.520站：整

11、个水线面面积（2） 漂心纵向坐标-0.5站之后：-0.520站：整个水线面对船中的面矩故漂心纵向坐标（3） 每厘米吃水吨数 （4）水线面系数 （5）型排水体积 （6）排水量（7） 浮心纵向坐标 （8）浮心垂向坐标 （9）横稳性半径 （10）纵稳性半径 （11）每厘米纵倾力矩 （12）菱形系数 （13）方形系数 （14）中横剖面系数 同理对另外4条水线相关计算,经过汇总数据如下表:吃水d/m0.51.522.53水线面面积Aw/81.521159.25192.131222.885240.888漂心纵向坐标Xf/m-1.039-1.17-2.297-3.268-3.111每厘米吃水吨数TPC/0.

12、8361.6321.9692.2852.469水线面系数Cwp0.2830.5530.6670.7740.836型排水体积V/20.38140.766228.496332.78450.111总排水体积20.50228141.610596229.866976334.77668452.811666排水量W/t21.015145.151235.614343.146464.132浮心纵向左边Xb/m-1.039-1.113-1.371-1.826-2.18浮心垂向坐标Zb/m0.51.0661.3371.631.924横稳心半径BM3.8832.7882.3842.241.972纵稳心半径BML/m2

13、09.7977.82269.94467.83758.615每厘米纵倾力矩MTC/1.1022.8244.125.8196.801方形系数Cb0.1420.3260.5920.4620.521菱形系数CP0.4610.5310.3970.6140.658中横剖面系数CM0.3070.6140.6960.7520.792通过以上数据,运用AutoCAD2013绘得如下图:二.稳性橫截曲线1.设计要求（1）详细论述稳性横截曲线的计算原理和方法。（2）计算水线为1.0m、1.5m、2m、 2.5m、3.0m，确定旋转点位置，倾斜水线分别取10、20、30、40、50 、60 、70 。计算不同倾斜水线

14、下的排水体积和形状稳性力臂ls，并画出曲线。纵向积分时可采用乞贝雪夫法或梯形法。要求：5个人一组，每人做一根水线，合起来形成最后的稳性横截曲线。2.计算原理在大倾角稳性状态下，初稳性公式已经不符合实际情况，所以大倾角状态下的静稳性臂之恩能够表示为l=ls-lg,其中，ls为浮心沿水平横向移动的距离，其数值完全由排水体积决定，为形状稳性臂，lg=B0Gsin，数值主要有重心位置决定，为重量稳性臂。假设重心位置取在基线上，即KS=0。此时，复原力臂ls=ycos+zsin，lg=zGsin。由所给型值表可以得到各站各吃水不同倾斜角度时的横剖面面积、质心坐标，通过纵向积分法可求出在不同倾角下的排水量

15、、浮心横向、纵向坐标。再由ls=ycos+zsin，算出复原力臂ls。最后画出各个倾斜角度下的ls-V曲线图。3.原始数据型值表见“静稳性曲线”部分4.计算过程与图表（1）根据型值表，选取0、2、4、6、8、10、12、14、16、18、20共计11站，在Autocad2013中绘制横剖面图；（2）计算水线选择3m，2.5m，2m，1.5m和1m（计算3m水线）。假设中心位置区在基线上，横倾角间隔为10，分别计算10、20、30、40、50、60、70倾斜角时的排水体积和浮心位置。通过作图法选择旋转点位置，如下图：（3） 将不同倾角的斜线分别平移到之前所绘制的各站面横剖面图上，并运用面域命令（

16、bo），将斜线与曲线所围成部分组成面域；（4） 运用“massprop”命令，计算面域的面积与质心坐标，填入Excel表格中，根据纵向积分法求出各倾斜水线下的排水体积V和浮心位置B（y，z）。V=-L2L2AsdxL(Asi-As0+Asn/2) y=Mxoz/V Mxoz=-L2L2yAsdxdyiAwi-y0As0+ynAsn/2 z=Mxoy/V Mxoz=-L2L2zAsdxdziAwi-z0As0+znAsn/2 然后根据假定重心高度zs为零的复原力臂ls=ycos+zsin计算复原力臂。具体过程见“稳性横截线单独计算（2000m）”（5） 汇总组内成员数据，得“稳性横截线组内汇总”

17、，如下：稳性横截曲线1m1.5m2m2.5m3m/mls/mls/mls/mls/mls1069.0412 0.6569 146.3964 0.6210 242.9972 0.6255 356.4158 0.6641 481.1884 0.6773 2070.7876 1.2508 161.5050 1.2151 256.0287 1.2827 382.4371 1.3025 490.9915 1.2121 3081.6727 1.7991 172.8147 1.7971 284.5048 1.8650 391.4185 1.7733 487.0860 1.6340 40102.7496 2.

18、3118 200.0791 2.2678 301.4379 2.2470 394.7533 2.1177 478.4700 1.9866 50133.6577 2.6379 226.4492 2.6271 313.5098 2.4855 393.6193 2.3590 467.8880 2.2667 60179.7202 2.7753 245.6765 2.7493 321.3869 2.6118 391.6259 2.5299 456.0715 2.4586 70197.9785 2.9246 261.8432 2.7592 326.2684 2.6425 387.8353 2.6075 4

19、43.3558 2.5603 （6） 绘制“稳性横截曲线”，如下：三.装载稳性计算1.设计要求已知：受风面积A=166.9m2受风面积形心距水线的垂直距离Zf=2.295m 航区：近海计算载况：校核以下某一种载况下的稳性，与规范要求值比较，并对结果的合理性进行分析，稳性不满足要求的应提出改善的措施。要求：每组求稳性横截曲线的5人，需要取5种不同载况进行稳性校核（如：分别取1-5载况，或6-10载况）。载况载况载况1载况2载况3载况4载况5载况6载况7载况8载况9载况10排水量Disp.(t)360.1323.9299.7303.1360.1323.9299.7303.1360.1323.9重心

20、垂向坐标Zg(m)2.3882.412.5312.5522.8882.912.5313.0523.3883.41重心纵向坐标Xg(m)-2.14-1.69-1.69-1.61-2.24-1.79-1.79-1.71-2.34-1.89计算内容：（1） 浮态及初稳性(参见教材表3-4)（2） 静稳性曲线（3） 动稳性曲线（4） 最小倾覆力臂（首先求出该载况下的初始横摇角，根据航区要求按照书上步骤进行）（5） 风压倾侧力臂（）（6） 稳性汇总表：稳性计算结果与规范要求值比较，结论（参见教材表3-5）。（注：自由液面修正及进水角暂不考虑）由稳性横截曲线计算静稳性曲线及动稳性曲线的表格：装载情况： 载

21、况序号：排水量Disp.= t重心高度Zg= m横倾角()(m)Zg(3) (m)(m)=(6)/57.3(mrad)查曲线(2)-(4)(5)的积分和(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)10203040506070802.计算过程及图表（1）浮态及初稳性给定某一装载状态的浮态及初稳性的计算方法为：a、重量和重心位置的计算，其中、Xg、Zg,已给出；b、求平均吃水d ，根据静水力曲线图插值得；c、求浮心纵向坐标Xg，漂心纵向坐标Xf，横稳心距基线高Zm，纵稳心距基线高ZML，同样可据静水力曲线图插值得；d、求每厘米纵倾力矩，MTC=*GML/(100*L) ，GML=ZML-Zge、求纵

22、倾力矩，MT=(Xg-Xb) ；f、求纵倾值，dd=MT/(100*MTC)；g、求首尾吃水增量，ddF=(L/2-Xf)(dd/L)，ddA=-(L/2+Xf)(dd/L)；h、求首尾吃水，dF=d+ddF dA=d+ddA ；i、未修正初稳性高，GM0=Zm-Zg；j、自由液面修正值，dGM；k、修正后初稳性高，GM=GM0-dGM。经计算，结果见下表：浮态与初稳性计算项目单位符号及公式计算结果排水量t323.9平均吃水md2.41298重心纵向坐标mXg-1.69浮心纵向坐标mXb-1.71457重心垂向坐标mZg2.41纵稳心距基线高mZML=BML+Zb70.02327纵向初稳心高m

23、GML=ZML-Zg67.61327每厘米纵倾力矩t*mMTC=*GML/(100*L)5.474984538漂心纵向坐标mXf-5.74335纵倾力臂mXg-Xb0.02457纵倾力矩t*mMT=(Xg-Xb)7.958223纵倾值mdd=MT/(100*MTC)0.014535608首吃水增量mdF=(L/2-Xf)(d/L)1.552954717尾吃水增量mdA=-(L/2+Xf)(d/L)0.860025283首吃水mdF=d+ddF3.965934717尾吃水mdA=d+ddA3.273005283横稳心距基线高mZM=BM+Zb3.8487未修正初稳心高mGM0=ZM-Zg1.43

24、87自由液面修正值mdGM0实际初稳心高mGM=GM0-dGM1.4387浮态和初稳性计算结果：平均吃水/m首吃水/m尾吃水/m初稳心高/m纵稳心高/m2.4133.9663.2731.43967.613（2）静稳性曲线及动稳性曲线绘制静稳性曲线首先根据老师给的稳性插值数据，绘制出稳性横截曲线，然后在所绘制的稳性横截曲线上找到对应排水量的在不同倾角下的ls，再按式l=ls- sin 计算各倾角下的复原力臂在绘制该排水量时的静稳性曲线l=f（）；将所得静稳性曲线积分则可得动稳性曲线。根据稳性横截曲线，代入装载吨数，通过插值可以得到船舶稳性臂 ，再按式l=ls-zGsin 计算各倾角下的静稳性臂（

25、在Excel表格中计算）。计算结果见下表：稳性横截曲线及纵稳性曲线计算横倾角010203040506070稳性臂ls/m00.6539 1.3123 1.8498 2.2251 2.4669 2.6077 2.6451 静稳性臂l/m00.2354 0.4881 0.6448 0.6759 0.6208 0.5205 0.3804 根据以上表格，做出静稳性图：对静稳性曲线进行积分，得到动稳性臂计算结果如下：动稳性曲线横倾角010203040506070动稳性臂0 0.0231 0.0960 0.2116 0.3454 0.4762 0.5909 0.6755 根据以上表格，得到动稳性曲线：（3）稳性校核稳性横准数K是对船舶稳性重要基本要求之一。规则规定：船舶在所核算的各种装载情况下的稳性，应符合以下不等式：K1或K=1 式中，K为稳性衡准数；Mq为最小倾覆力矩（lq为最小倾覆力臂），表示船舶在最危险情况下抵抗外力矩的极限能力；Mf为风压倾斜力矩（lf为风压倾斜力臂），表示在恶劣海况下风对船舶作用的动倾力矩（力臂）。(a)最小倾覆力矩Mq（或力臂lq）的计算根据课本所给公式，横摇角满足以下公式： 式中，C1、C2、C3、C3为系数，因此要求横摇角，必须先求各个系数：(1)确定C 1:船舶自摇周期满足：因B/d=7.2m/2.413