船舶稳性分解.pptx
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1、2023/3/29第一节第一节 稳性的基本概念稳性的基本概念一、稳性一、稳性(Stability)船舶受外力作用而不致倾覆,当外力消失后仍能回复到原平衡位置的能力。第1页/共68页2023/3/29第一节第一节 稳性的基本概念稳性的基本概念二、几个基本概念二、几个基本概念 1.复原力矩MR(Righting moment)MR=GZ 式中:GZ 复原力臂(重力和浮力作用线之间的距离)。第2页/共68页2023/3/29第一节第一节 稳性的基本概念稳性的基本概念二、几个基本概念二、几个基本概念 2.(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=f(dm)
2、可从船舶资料中查取。第3页/共68页2023/3/29第一节第一节 稳性的基本概念稳性的基本概念二、几个基本概念二、几个基本概念 3.(横)稳心半径(Metacentric radius)BM:浮心B点到稳心M点之间的距离。式中:IT 水线面面积横向惯性矩(m4);第4页/共68页2023/3/29第一节第一节 稳性的基本概念稳性的基本概念三、船舶的三种平衡状态三、船舶的三种平衡状态(equilibrium)1.稳定平衡:重心G在稳心M之下,MR为正值。2.不稳定平衡:重心G在稳心M之上,MR为负值。3.随遇平衡:重心G与稳心M重合,MR为零。第5页/共68页2023/3/29第一节第一节 稳
3、性的基本概念稳性的基本概念四、稳性的分类四、稳性的分类 1.按倾斜方向 横稳性:船舶在横倾状态下所具有的稳性。纵稳性:船舶在纵倾状态下所具有的稳性。第6页/共68页2023/3/29第一节第一节 稳性的基本概念稳性的基本概念 2.按倾斜角度大小 初稳性(小倾角稳性):倾斜角度小于10 时船舶所具有的稳性。大倾角稳性:倾斜角度大于10船舶所具有的稳性。第7页/共68页2023/3/29第一节第一节 稳性的基本概念稳性的基本概念 3.按外力性质 静稳性:在静态力矩作用下,不计及倾斜角加速度和惯性矩的稳性。动稳性;在动态力矩作用下,计及倾斜角加速度和惯性矩的稳性。第8页/共68页2023/3/29第
4、一节第一节 稳性的基本概念稳性的基本概念 4.按船舱是否进水分 完整稳性:船体在完整状态时的稳性。破舱稳性;船体破舱进水后所具有的稳性。第9页/共68页2023/3/29第一节第一节 稳性的基本概念稳性的基本概念重量移动原理重量移动原理合重心的移动方向平行于局部重心的移动方向,即:G1G2|g1g1,而且,PG1G2=P1 g1g1。第10页/共68页2023/3/29第二节第二节 船舶稳性的计算船舶稳性的计算一、初稳性一、初稳性 1.初稳性公式:MR=GZ 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
5、)。满足假定条件时:满足假定条件时:MR=GM sin 第11页/共68页2023/3/29MR=GMsin GM可以作为衡量船舶大小的标志。欲使船舶具有稳性,必须使GM0。第12页/共68页2023/3/29第二节第二节 船舶稳性的计算船舶稳性的计算 2.初稳性衡准指标 GM计算 (1)基本计算法基本计算法 GM=KM-KG0 式中:KM 横稳心距基线高度(m),KM=KB+BM或者KM=f(dm);KG0 船舶重心距基线高度(m);第13页/共68页2023/3/29第二节第二节 船舶稳性的计算船舶稳性的计算 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
6、高度(m)。油水载荷Zi确定方法:(i)满舱时取舱容中心 (ii)未满舱时取载荷重心货物载荷Zi确定方法:(i)估算法 (ii)舱容曲线图法 (iii)舱内货物合重心法 第14页/共68页2023/3/29第二节第二节 船舶稳性的计算船舶稳性的计算(i)Zi确定方法:估算法第15页/共68页2023/3/29第二节第二节 船舶稳性的计算船舶稳性的计算(ii)Zi确定方法:舱容曲线图第16页/共68页2023/3/29(iii)Zi确定方法:舱内货物合重心法 以舱内所装货物的合体积中心作为该舱货物的合重心(如果货舱已满仓,则取舱容中心作为货物的合重心)合体积中心计算方法同上述方法(i)配货的一般
7、原则是重货在下、轻货在上,因此将货物合体积重心作为该舱货物的合重心是一种偏安全的做法。第17页/共68页2023/3/29第二节第二节 船舶稳性的计算船舶稳性的计算(2)影响初稳性高度的因素及计算)影响初稳性高度的因素及计算GMf计算:式中:液体密度(g/cm3);ix自由液面对其横倾轴的面积惯性距(m4)i ix x值可查取值可查取“液舱自由液面惯性矩液舱自由液面惯性矩i ix x表表”或用下式近似计算:或用下式近似计算:其中:l 舱长(m);b1、b2 前、后边宽(m)。k 系数,液面对称的舱柜取1/48,液面不对称的 舱柜取1/36第18页/共68页2023/3/29减少自由液面影响的措
8、施:减少自由液面影响的措施:1)减少液舱柜的宽度 矩形液面的液舱内,设置一道纵向舱壁将其宽度二等分,ix 减少至原来的1/4;设置两道纵向舱壁将其宽度三等分,ix减 少至原来的1/9。对于等腰梯形或等腰三角型液面,设置设置一道纵向舱壁将其宽度二等分,ix减少至原来的1/3。设置横向舱壁则不会减少自由液面对稳性的影响2)液舱柜应尽可能装满或空舱3)保持甲板排水孔畅通,减小甲板上浪而形成的自由液面的影响4)注意纵向水密分隔是否有漏水连通现象及是否有不必要的积水5)在排水量较小时,更应重视自由液面对稳性的影响第19页/共68页2023/3/29第二节第二节 船舶稳性的计算船舶稳性的计算船内载荷垂向移
9、动对初稳性高度的影响船内载荷垂向移动对初稳性高度的影响 设GM的调整值:GM=要求的GM2-调整前GM1 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:P=PH-PL SFHPH=SFLPL 第20页/共68页2023/3/29第二节第二节 船舶稳性的计算船舶稳性的计算 悬挂载荷对悬挂载荷对GM的影响的影响设悬挂物重P吨,其初始重心至悬挂点的垂直距离l,则悬挂载荷对GM影响值为:因GM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。GM与悬挂索的长度无关第21页/共68页2023/3/29第二节第
10、二节 船舶稳性的计算船舶稳性的计算 少量载荷少量载荷(Pi 10%)变动变动 若设Pi变动前后KM=0,则:式中:GM1、GM2 载荷变动前、后船舶的初稳性高度(m)。注:重心之下加载,注:重心之下加载,GMGM变大;重心之上加载,变大;重心之上加载,GMGM变小变小第22页/共68页2023/3/29第二节第二节 船舶稳性的计算船舶稳性的计算 大量载荷大量载荷(Pi10%)变动变动这时不能忽略载荷变动对这时不能忽略载荷变动对KM的影响的影响根据新的排水量1=+Pi查静水力资料,得到重量增减后新的KM1计算重量增减后新的船舶重心高度KG1 新的GM1=KM1-KG1上述方法对载荷少量增减同样适
11、用,只是为了计算方便而用上述方法对载荷少量增减同样适用,只是为了计算方便而用中的简便算法中的简便算法第23页/共68页2023/3/29第二节第二节 船舶稳性的计算船舶稳性的计算二、大倾角稳性二、大倾角稳性:1.大倾角稳性与初稳性的区别 两者对应的船舶倾斜角不同大倾角横倾时相邻的浮力作用线的交点不再为定点M(小倾角横倾时忽略)大倾角横倾时,倾斜轴不再过初始水线面漂心大倾角稳性不能用GM作为衡量标志(M点不固定)第24页/共68页2023/3/29第二节第二节 船舶稳性的计算船舶稳性的计算2.大倾角稳性的衡量标志MR=GZ 排水量一定的条件下,大倾角下的稳性力矩MR取决于船舶重心G到倾斜后浮力作
12、用线的垂直距离,即静稳性力臂GZ 衡量大倾角稳性的标志:静稳性力臂衡量大倾角稳性的标志:静稳性力臂GZ 第25页/共68页2023/3/29第二节第二节 船舶稳性的计算船舶稳性的计算3.静稳性力臂GZ的计算(1)基点法 GZ=KN-KH式中式中:KN 形状稳性力臂形状稳性力臂(m),KN=f(,),可从可从“稳性横交曲线稳性横交曲线”中查取中查取;KH 重量稳性力臂重量稳性力臂(m),KH=KG sin,GZ 复原力臂复原力臂(m)GZ=KN-KH=KN-KG sin 第26页/共68页2023/3/29第二节第二节 船舶稳性的计算船舶稳性的计算“稳性横交曲线”(基点法)第27页/共68页20
13、23/3/29第二节第二节 船舶稳性的计算船舶稳性的计算(2)假定重心点法 GZ=GGZ=GA AZ ZA A-GG-GGA Asinsin 式中:GAZA 形状稳性力臂(m),GAZA=f(,)GGAsinsin 重量稳性力臂(m)。第28页/共68页2023/3/29第29页/共68页2023/3/29第二节第二节 船舶稳性的计算船舶稳性的计算(3)初稳心点法式中:MS 形状稳性力臂(m),MS=f(,)。GMsin 重量稳性力臂 初稳性点M随船舶吃水(或排水量)而改变,故其参考点不像基点K、假定重心GA那样固定不变第30页/共68页2023/3/29第二节第二节 船舶稳性的计算船舶稳性的
14、计算 4.自由液面对GZ的修正1)重心高度修正法 将自由液面对初稳性高度的减少视为船舶重心高度的增大 GZ=KN KG1sin这是一个近似的方法,在大倾角的情况下这是一个近似的方法,在大倾角的情况下ix随横倾角而变化随横倾角而变化第31页/共68页2023/3/29第二节第二节 船舶稳性的计算船舶稳性的计算2)查取“液舱自由液面倾侧力矩表”第32页/共68页2023/3/29 第二节第二节 船舶稳性的计算船舶稳性的计算5.静稳性曲线某一装载状态,即,KG一定,则MR=f()或GZ=f()第33页/共68页2023/3/29第二节第二节 船舶稳性的计算船舶稳性的计算5.1静稳性曲线的特征(1)曲
15、线在原点处的斜率等于初稳性高度GM (小倾角时GZ=GMsin,为正弦曲线。相比较可知,在横倾角较小时,两条曲线重合,但随着横倾角的增大两条曲线逐渐分离。说明大倾角横倾时GZ不能用GMsin 表示)求取求取GM:过原点作GZ曲线的切线,然后在=57.3度量取该切线的纵坐标即为GM 第34页/共68页2023/3/29第二节第二节 船舶稳性的计算船舶稳性的计算(2)静稳性曲线上的反曲点 反曲点处曲线斜率最大,这是因为船舶横倾至甲板浸水角前后浮心位置改变最大反曲点反曲点:反曲点对应的角度即为甲板浸水角im(3)静稳性曲线上的极值点 是曲线最高点的位置,反映出船舶横倾中所具有的最大静稳性力矩(力臂)
16、MRm(GZmax)极限静倾角极限静倾角smax:指极值点对应的横倾角第35页/共68页2023/3/29第二节第二节 船舶稳性的计算船舶稳性的计算(4)稳性消失点 横倾角达到某一角度时,MR或GZ等于零,此时稳性消失稳性消失角稳性消失角 v:船舶稳性消失时的横倾角。稳性范围稳性范围:0 v ,超过 v船舶会倾覆第36页/共68页2023/3/29第二节第二节 船舶稳性的计算船舶稳性的计算(5)静平衡位置和静平衡角静平衡位置静平衡位置:静外力矩Mh缓慢作用于船上使船横倾,当倾角达到某一角度时船舶不再继续倾斜的位置。此时:Mh=MR(大小相等,方向相反)静平衡角(静倾角)静平衡角(静倾角)s:船
17、舶在静平衡位置的横倾角。第37页/共68页2023/3/29第二节第二节 船舶稳性的计算船舶稳性的计算5.2影响静稳性曲线的因素对不同船舶:(1)不同船宽(吃水、重心高度相同):(2)不同干舷(船宽、吃水、重心高度相同):第38页/共68页2023/3/29第二节第二节 船舶稳性的计算船舶稳性的计算对于同一船舶:(3)重心高度不同:(4)排水量(吃水)不同:与与“干舷不同干舷不同”类似类似第39页/共68页2023/3/29第二节第二节 船舶稳性的计算船舶稳性的计算(5)自由液面 对稳性的影响,自由液面的存在 相当于增加了船舶的重心高度(6)初始横倾 静稳性曲线下降,GZmax和稳性范围减小第
18、40页/共68页2023/3/29第二节第二节 船舶稳性的计算船舶稳性的计算三、动稳性三、动稳性动稳性动稳性:船舶在动态外力矩的作用下计及横倾角加速度和惯性矩的稳性外力矩逐渐作用在船上外力矩逐渐作用在船上:不考虑横倾过程中的角加速度和惯性矩(静稳性)(静稳性)外力矩突然作用在船上外力矩突然作用在船上:要考虑横倾过程中的角加速度和惯性矩,如阵风突然袭击、海浪的猛烈冲击、拖轮急拖或急顶等(动稳性)(动稳性)思考:在动态外力矩的作用下,什么时候船舶第一次达思考:在动态外力矩的作用下,什么时候船舶第一次达思考:在动态外力矩的作用下,什么时候船舶第一次达思考:在动态外力矩的作用下,什么时候船舶第一次达到
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