第一章 船体几何要素及近似计算

第一章船体几何要素及近似计算第1页，课件共63页，创作于2023年2月第2页，课件共63页，创作于2023年2月绪论一、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@163.com船舶原理绪论第3页，课件共63页，创作于2023年2月泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com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第4页，课件共63页，创作于2023年2月泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com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。第5页，课件共63页，创作于2023年2月泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com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。第6页，课件共63页，创作于2023年2月泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com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本章要点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第7页，课件共63页，创作于2023年2月泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com船舶原理第一章船体形状及近似计算习题2-1、2-3、2-5第8页，课件共63页，创作于2023年2月泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com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、主尺度第9页，课件共63页，创作于2023年2月泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com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。1、船长L（Length）第10页，课件共63页，创作于2023年2月泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com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)第11页，课件共63页，创作于2023年2月泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com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)第12页，课件共63页，创作于2023年2月泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com船舶原理第一章船体形状及近似计算第13页，课件共63页，创作于2023年2月泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com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第14页，课件共63页，创作于2023年2月泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com船舶原理第一章船体形状及近似计算2、型宽B（breadthmoulded）: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。第15页，课件共63页，创作于2023年2月泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com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。

第16页，课件共63页，创作于2023年2月泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com船舶原理第一章船体形状及近似计算3、型深D: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。

第17页，课件共63页，创作于2023年2月泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com船舶原理第一章船体形状及近似计算4、吃水d（draft）: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

第18页，课件共63页，创作于2023年2月泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com船舶原理第一章船体形状及近似计算5、干舷F（freeboard）: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

第19页，课件共63页，创作于2023年2月泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com船舶原理第一章船体形状及近似计算二、船形系数1、水线面系数（waterplanecoefficient）定义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

意义其大小表示水线面的肥瘦程度第20页，课件共63页，创作于2023年2月泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com船舶原理第一章船体形状及近似计算2、中横剖面系数（Midshipsectioncoefficient）定义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

意义其大小表示水线以下的中横剖面的肥瘦程度第21页，课件共63页，创作于2023年2月泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com船舶原理第一章船体形状及近似计算3、方形系数（Blockcoefficient）定义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

意义其大小表示船体水下体积的肥瘦程度第22页，课件共63页，创作于2023年2月泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com船舶原理第一章船体形状及近似计算4、菱形系数（prismaticcoefficient）定义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

意义其大小表示排水体积沿船长方向的分布情况第23页，课件共63页，创作于2023年2月泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com船舶原理第一章船体形状及近似计算5、垂向菱形系数（verticalprismaticcoefficient）定义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

意义其大小表示排水体积沿吃水方向的分布情况第24页，课件共63页，创作于2023年2月泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com船舶原理第一章船体形状及近似计算三、尺度比L/B长宽比，与快速性有关；B/d宽度吃水比，与稳性、快速性和航向稳定性有关；D/d型深吃水比，与稳性、抗沉性及船体内部容积有关；L/d船长吃水比，与船的回转性有关，比值小船短，回转灵活；第25页，课件共63页，创作于2023年2月泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com船舶原理第一章船体形状及近似计算船型船长型宽型深型吃水船中剖面面积水线面积排水体积LBDdAMAWVmmmmm2m2m310000t远洋杂货船14720.412.408.20164.602381164757500t排水量海洋客货船12417.6010.905.5091.771720685425000t级远洋油船17025.0012.609.50235.6036213133.16141kw拖船27.008.003.802.8018.14159.42871441kw长江拖船48.6010.003.603.0027.30345.77503700t排水量长江客货船10516.404.703.6057.30135236892400t长江油船93.5513.804.803.4045.9811253380第26页，课件共63页，创作于2023年2月泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com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；第27页，课件共63页，创作于2023年2月泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com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；第28页，课件共63页，创作于2023年2月泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com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、梯形法基本原理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第29页，课件共63页，创作于2023年2月泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com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:

式中被积分函数第30页，课件共63页，创作于2023年2月泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com船舶原理第一章船体形状及近似计算梯形法的特点式中称为累加和；称为首尾修正项。运算简便，在船舶性能计算（手算）中得到广泛的应用第31页，课件共63页，创作于2023年2月例题泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com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。坐标号01234567891014.44.855.005.205.204.954.804.353.150.5求水线面面积第32页，课件共63页，创作于2023年2月泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com船舶原理第一章船体形状及近似计算二、辛氏法基本原理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1、辛氏第一法第33页，课件共63页，创作于2023年2月泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com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:辛氏第一法第34页，课件共63页，创作于2023年2月泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com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第35页，课件共63页，创作于2023年2月泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com船舶原理第一章船体形状及近似计算Cx1DGFEdllcx2x3x4xny1y0yny3y2------s1sn-1s3---y4x5efyxgyn-1第36页，课件共63页，创作于2023年2月泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com船舶原理第一章船体形状及近似计算1、辛氏第二法基本原理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：第37页，课件共63页，创作于2023年2月泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com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第38页，课件共63页，创作于2023年2月泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com船舶原理第一章船体形状及近似计算y0y1y2y3y4

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/3y=tgx（2）梯形法第39页，课件共63页，创作于2023年2月y0y1y2y3y4

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/4/3y=tgx泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com船舶原理第一章船体形状及近似计算（3）辛氏法第40页，课件共63页，创作于2023年2月泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com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y0y1y2y3y4

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/3y=tgx第41页，课件共63页，创作于2023年2月泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com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、水线面计算面面积漂心纵向坐标水线面系数第42页，课件共63页，创作于2023年2月泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com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：第43页，课件共63页，创作于2023年2月泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com船舶原理第一章船体形状及近似计算漂心纵向坐标第44页，课件共63页，创作于2023年2月泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com船舶原理第一章船体形状及近似计算式中：第45页，课件共63页，创作于2023年2月泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com船舶原理第一章船体形状及近似计算式中：第46页，课件共63页，创作于2023年2月泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com船舶原理第一章船体形状及近似计算第47页，课件共63页，创作于2023年2月泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com船舶原理第一章船体形状及近似计算XFyxL=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：第48页，课件共63页，创作于2023年2月泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com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=2399.20m2y第49页，课件共63页，创作于2023年2月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第50页，课件共63页，创作于2023年2月漂心纵向坐标与水线面积系数分别为：第51页，课件共63页，创作于2023年2月泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com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第52页，课件共63页，创作于2023年2月泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com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轴的静矩第53页，课件共63页，创作于2023年2月泰州职业技术学院机电技术学院主讲人:朱艳邮箱:xiaoyanzhu1985@163.com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。第54页，课件共63页，创作于2023年2月船宽B=20.4m，吃水d=8.4m，