船舶静力学New_Ver5..ppt

4 大倾角稳性 n4.1大倾角稳性概述 船舶的大倾角稳性是指船舶大幅横摇时的稳定性问题 船舶的横倾回复力矩 回复力臂可分为两个部分： S为参考点，通常可取正浮时的 浮心位置；ls：形状稳性臂，仅 取决于船体形状，lg：重量稳性 臂，仅取决于重心高度 Date 对于小倾角情况 当重量,重心一定时，曲线 称为静稳性曲线 Date 4.2 大倾角稳性的变排水量算法 船舶的形状稳性臂仅取决于船体的形状，和装载状态无关对于一 条固定的船来说，当参考点S确定后，同一排水量下的形状稳性臂就唯一 的确定了，若能绘制不同排水量的l=f(f)曲线族，则可通过插值获得任意 排水量时的形状稳性臂曲线，然后通过重量稳性臂修正 l=ls-(zG-zS)sinf就 可获得任意装载状态的静稳性曲线 变排水量法的目的就是计算形状稳性臂曲线族 当船具有大倾角横倾时，很难确定船舶的等体积倾斜水线在变排 水量法中，首先确定一系列不同吃水Tk和横倾角j组合的水线，计算不同 组合状态时排水量D(Tk,j)和ls(Tk,j) ，然后通过插值获得任意排水量Di时 的ls(Di,)曲线. Date 基本步骤：绘乞氏横剖面；选择一系列正浮水 线和对应的旋转点；绕各自的旋转点确定横倾 水线族；在乞氏横剖面上量取各站处的入水和 出水边长度；计算排水体积和形状稳性臂。

利 用稳性横截曲线获得指定排水量下的ls()曲线 Date 稳性横截曲线 计算4～5根水线下的 及 ，绘成左图，再以▽为横坐标， 为 纵坐标绘制稳性横截曲线，由它可求得任意排水量下的静稳性曲线 Date 形状稳性臂的计算 将水线以下的体积分成三个部分：正浮时的体积、入水体积和出水 体积，正浮时的体积和形心通过静水力曲线图获得入水体积和出水 体积按扇形面积计算. c a 2a/3 y y c+2a/3cosy T+2a/3siny T 2b/3cosy-c T-2b/3siny b z y 入水体积 出水体积 Date 入水部分和出水的体积计算 体积 ： 体积关于中 线面的矩： 体积关于基 平面的矩： Date 排水体积和浮心的计算 排水体积： 交换积分次序 浮心： Date 静稳性臂 Date 4.3 大倾角稳性的等排水量算法 等排水量法需要确定不同横倾角时的等体积倾斜水线在确定等体 积倾斜水线后，可根据不同水线面的横倾惯性矩（旋转轴过漂心且平 行于x轴）计算静稳性曲线 根据船体水下部分形状的不同，有两种计算方法 Date 1、第一法（U形剖面适用）： 船舶水上和水下体积相近，假定各倾斜水线都过正浮水线面和中纵剖面的 交线，计算 由于 为小量，因而实际水线 和假定水线相差不远， 为小量， 可认为实际水线面面积不变，故有 0 ，实际水线在假定水线之下，反之，实际水线在假定水线之。

y z WL0 WL1 WL2 WL3  Date 2、第二法： 很大， 很大不能用第一法计算 假定 过漂心 ，计算 及 的漂心 至 的距离 由于 很小， 及 也较小可用前述公式算出 后，求得 再过 作 的假定水线 ， 并认为 ，算出 的 ， 及 ，找到 及 ，依此类推，其中 Date 静稳性臂近似计算公式 Prohaska’s method CRS的回归公式： Date 长方体船的静稳性臂 求长方体船方箱T=D/2时的 形状稳性臂(参考点取浮心) T D=2T B c y 该船任意角度的等体积倾斜水线 都过正浮水线的漂心任意角度 y时， y 95% 或 =7 远海8299059761040109911451185121912491276130213241347 近海448493536574603628647667683698711724736 沿海、遮蔽228248268284301314326336343350357363368 非国际航区风压计算表（CCS） Date 4.10.2 横摇角计算 IMO规定的横摇角计算方法 ： 100ABK/LB0.00 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 =4尖舭 K1.00 0.98 0.95 0.88 0.79 0.74 0.72 0.70 0.70 K与舭龙骨面积ABK有关： X1与B/T有关 B/T=3.5 X11.00 0.98 0.96 0.65 0.93 0.91 0.90 0.88 0.86 0.84 0.82 0.80 X2与方形系数有关 CB=0.7 x20.750.820.890.950.971 S按横摇周期计算 T(s ) =20 S0.110.0980.930.0650.0530.0440.0380.035OG:重心至水面的距离 Date 4.10.3 稳性衡准 IMO规定的通用稳性衡准 •=30时，ld1=0.055m.rad •=min(40,E)时,ld2=0.09m.rad •ld2-ld1=0.09m.rad •=30处的最大横稳性臂lmax=0.2m •max30(推荐), max25(必须) •GM=0.15m（经自由液面修正） •突风和横摇衡准（气象衡准）K=1 Date 4.10.4 临界初稳心高曲线 临界初稳心高： 各种装载状态下能满足稳性衡准的最小初稳心高。

极限重心高度： 为了满足稳性衡准的要求，船舶恰好能满足稳性要求时的高度称 为极限重心高度，船舶营运时，重心高度不得超过此极限 Date 4.10.5 完整稳性校核 完整稳 性校核 初稳性 校核 大倾角稳 性校核 重量重心计算 纵倾计算 初稳心高计算(包含 自由液面修正) 风倾力矩计算 静稳性臂曲线计算 （含自由液面修正 ） 稳性衡准校核 Date 5 海洋平台的稳性 排水体积 浮心位置 海洋平台一般有规则形体组成，排水体积和静稳性曲线的计算 相对简单比较简单但是由于平台长宽比较小，需对多个倾斜方向 进行稳性校核 水线面面积 漂心位置 稳心半径 静稳性臂 Date 5.1 平台风载荷计算 设计风速： 对无限作业区域的平台，其最小设计风速应为： （1） 自存工况：51.5m/s（100kn）； （2） 正常作业工况：36m/s（7Okn） 对具有营运限制附加标志的平台，其正常作业工况的风速可适当 减小，但应不小于25.8m/s（50kn） 风压计算： P = 0.613×10-3V 2 kPa V为设计风速m/s 风载荷计算： 构件的风载荷计算公式 F = ChCsSP kN Ch：高度系数，和构件形心高度有关. Cs：受风构件形状系数，和构件截面形状有关. S：迎风面积（m2）. P：风压（kPa）. Date 5.2 平台稳性衡准（CCS） 平台在各种作业工况下的完整稳性均应 符合以下衡准： （1） 对水面式和自升式平台，至第二交点 或进水角处的复原力矩曲线下的面积， 取 其中的较小者，至少应比至同一限定角处风 倾力矩曲线下面积大40%； （2） 对柱稳式平台，至第二交点或进水角 处的复原力矩曲线下的面积中的， 取其较 小者，至少应比至同一限定角处风倾力矩曲 线下面积大30%； （3） 对坐底式平台，至第二交点或进水角 处的复原力矩曲线下的面积，取其中的较小 者，至少应比至同一限定角处风倾力矩曲线 下面积大40%； （4） 复原力矩曲线，从正浮至第二交点的 所有角度范围内，均应为正值。

且在所有漂 浮作业工况的整个吃水范围内， 经自由液 面修正后的初稳性高度应不小于0.15m Date 6 抗沉性和破舱稳性 n抗沉性：船舶在一舱或数舱破损进水后仍能保持一定浮 性和稳性的能力 抗沉性通过用水密舱壁将船体分隔成适当数量的水密 舱段来保证的 n抗沉性问题包括： 1）船舶在一舱或数舱进水后浮态和稳性的计算 2）从保证抗沉性出发，计算分舱的极限长度，即 可浸 长度的计算 Date 6.1 进水舱的分类及渗透率 一、进水舱的分类 根据进水情况将船舱分为三类: 第一类舱：舱顶在水线下，破损后水灌满整个舱室，但舱顶未破，因而无自由液 面； 第二类舱：进水舱未被灌满，舱内的水与船外的水不相联通，存在自由液面； 第三类舱：舱顶在水线以上，舱内的水与船外的水相通，舱内水面与船外水保持 在同一水平面 二、计算抗沉性的两种基本方法 若进水量如小于 10～15％△，则可应用初稳性有关公式计算船舱进水后 的浮态和稳性有两种处理方法： 1、增加重量法：把破舱后进入船内的水看成是增加的液体载荷； 2、损失浮力法：把破舱后的进水区域看成是不属于船的，即该部分浮力已 损失，并由增加吃水来补偿 这两种方法的计算所得的最后结果完全一致，但算出的稳心高不同。

Date 三、渗透率 由于舱壁结构、货物、舱内舾装占据了一定的空间，破损舱 室的实际体积要小于根据舱室型体积，两者的比值称为体积渗透 率实际进水面积和空舱面积之比称为面积渗透率 体积渗透率 面积渗透率 为了计算方面，规范规定舱室的各种渗透率取同一值 舱室名称渗透率 起居舱0.95 机舱和设备舱0.85 货仓0.60 重货舱0.80 液舱0或0.95 空舱0.98 舱室渗透率一览表 Date 6.2 舱室进水后船舶浮态及稳性的计算 一、第一类舱室 可用增加重量法或损失浮力法进行计算. 进水前船舶各参数为： 破损后的进水量为 p=vw ，体积形心在 c(x,y,z)处 增加重量法 损失浮力法 1）平均吃水的增量： 1）平均吃水的增量： 增加小量载荷后的初稳性高浮心高度变化 ： 新的初稳心高 GML近似不变 Date 4）横倾角： 5）纵倾角： 6）首尾吃水增量： 7）船舶新的首尾吃水： 增加重量法损失浮力法 4）横倾角： 5）纵倾角： 6）首尾吃水增量： 7）船舶新的首尾吃水： Date 二、第二类舱室 仍可用增加重量法或损失 浮力法计算，但要考虑自由液 面的影响 1）平均吃水的增量： 2）新的初稳心高： 3）新的纵稳心高： Date 6）首尾吃水增量： 7）船舶新的首尾吃水： 4）横倾角： 5）纵倾角： 若采用损失浮力法，排水量 取D，初稳心高和纵稳心高分 别为： Date 三、第三类舱室 进水量由最终的水线确定,不宜用增加重量法,宜用损失浮力法计算,并 认为排水量及重心不变。

进水前船舶各参数为： 进水体积 v ，重心在 (x,y,z)处，进水面积 a ，形心在(xa,ya) 处, 进水后损失了浮力 wv ，需增加吃水来补偿 1）平均吃水的增量： Date 2）剩余水线面面积（AW-a）的漂心 F’： 3）(AW-a) 对过 F’轴的惯性矩 ： 4）浮心位置的变化 浮力 wv 由 Date 5）纵、横稳心半径的变化 6）纵、横稳心高的变化 7）新的稳心高： 8）横倾角： Date 9）纵倾角： 10）首尾吃水增量： 11）船舶新的首尾吃水： Date 四、一组舱室进水的情况 先转化为等值舱，再进行计算 1）等值舱的进水体积 2）等值舱的重心位置： 3）损失的水线面积： 4）等值舱损失的水线面积的形心位置： 5) 第二类舱计算自由液面，第三类舱计算水线面惯性矩损失，建 议采用损失浮力法 Date 6.2.2 舱室大量进水时计算方法 舱室进水量很大时，可采用静水力曲线图和舱容曲线进行计算进水情况 如下表： 舱室类型进水体积形心液面惯性矩液面面积、 形心 第一类舱V1(x1,y1,z1)-------------- 第二类舱V2(x2,y2,z2)ix2，iy2a2,xf2,yf2 第三类舱V3(T)(x3,y3,z3)ix3，iy3a3,xf3,yf3 正浮状态时，等值舱的进水体积为 v=v1+v2+v3(T)，v3(T) 可根据舱容曲线获得。

利用(T)曲线可获得进水后的平均吃水T1 根据静水力曲线图还可获得进水后完整船体的 ，MTC，BM， zB，xB，xF，AW Date 0 v1+v2 v3(T) zb MTC BM xb xf 。