浮體靜力學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、<p><b>　　船舶與海洋工程</b></p><p>　　浮體靜力學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p>　　課程名稱(chēng)： 浮體靜力學(xué)課程設(shè)計(jì) </p><p>　　院 （系）： 運(yùn)載工程與力學(xué)學(xué)部 </p><p>　　專(zhuān) 業(yè)： 船舶與海洋工程專(zhuān)業(yè) </p><p>　　班 級(jí)

2、： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p><b>　　年 月 日</b></p><p><b>　　目錄</b></p

3、><p>　　一 靜水力曲線(xiàn)-----------------------------------------------------------3</p><p>　　1 設(shè)計(jì)要求---------------------------------------------------------------------------------------3</p><

4、p>　　2 計(jì)算原理------------------------------------------------------------------------------------- 3</p><p>　　3 原始數(shù)據(jù)------------------------------------------------------------------------------------- 6&l

5、t;/p><p>　　4 計(jì)算過(guò)程和圖表-----------------------------------------------------------------------------7</p><p>　　二 穩(wěn)性橫截曲線(xiàn)-----------------------------------------------------------------------------1

6、0</p><p>　　1 設(shè)計(jì)要求--------------------------------------------------------------------------------------10</p><p>　　2 計(jì)算原理-----------------------------------------------------------------------

7、------------- 10</p><p>　　3 原始數(shù)據(jù)--------------------------------------------------------------------------------------10</p><p>　　4 計(jì)算過(guò)程和圖表-----------------------------------------------------

8、-----------------------11</p><p>　　三 裝載穩(wěn)性計(jì)算------------------------------------------------------------------------------13</p><p>　　1 設(shè)計(jì)要求----------------------------------------------------

9、------------------------------- 13</p><p>　　2 計(jì)算過(guò)程和圖表------------------------------------------------------------------------- 15</p><p>　　(1)浮態(tài)及初穩(wěn)性---------------------------------------------

10、--------------------15</p><p>　　(2)靜穩(wěn)性曲線(xiàn)及動(dòng)穩(wěn)性曲線(xiàn)計(jì)算------------------------------------------16</p><p>　　(3)穩(wěn)性校核------------------------------------------------------------------------17</p>

11、<p>　　(4)該載況下的浮態(tài)及穩(wěn)性總結(jié)---------------------------------------------19</p><p>　　四 總結(jié)體會(huì)-------------------------------------------------------------------------------------------20</p><p>&l

12、t;b>　　一、靜水力曲線(xiàn)</b></p><p><b>　　1、設(shè)計(jì)要求：</b></p><p>　　列出全部靜水力曲線(xiàn)的計(jì)算公式；</p><p>　　計(jì)算吃水：0.5m, 1.5m , 2m, 2.5m, 3.0m處的以下各要素，列表計(jì)算，并繪出靜水力曲線(xiàn)圖。</p><p><b>

13、;　　水線(xiàn)面面積AW</b></p><p><b>　　漂心縱向坐標(biāo)Xf</b></p><p>　　每厘米吃水噸數(shù)TPC</p><p><b>　　型排水體積V</b></p><p>　　總排水體積(附體系數(shù)取1.006)</p><p><b>

14、;　　總排水量W</b></p><p><b>　　浮心縱向坐標(biāo)Xb</b></p><p><b>　　浮心垂向坐標(biāo)Zb</b></p><p><b>　　橫穩(wěn)心垂向坐標(biāo)BM</b></p><p>　　縱穩(wěn)心垂向坐標(biāo)BML</p><p&

15、gt;　　每厘米縱傾力矩曲線(xiàn)MTP</p><p><b>　　水線(xiàn)面系數(shù)CW</b></p><p><b>　　方形系數(shù)CB</b></p><p><b>　　棱形系數(shù)CP</b></p><p><b>　　中橫剖面系數(shù)Cm</b></p&g

16、t;<p><b>　　2、計(jì)算原理：</b></p><p>　　用excel表格計(jì)算，先計(jì)算及基線(xiàn)面的水線(xiàn)面面積 和水線(xiàn)面對(duì)Oy軸的靜矩 ，同時(shí)可以得到水線(xiàn)面面積漂心縱向坐標(biāo) ,同時(shí)也計(jì)算出 ， ， 。 </p><p>　　再分別計(jì)算0.5m水線(xiàn)到4m水線(xiàn)的不同吃水時(shí)的水線(xiàn)面的面積 和水線(xiàn)面面積對(duì)基線(xiàn)的靜矩 ，水線(xiàn)面面積漂心縱向坐標(biāo) ,同時(shí)也計(jì)算出

17、 ， ， ，為進(jìn)一步計(jì)算做準(zhǔn)備。在靜水力曲線(xiàn)的計(jì)算過(guò)程中主要采用等間距梯形法和不等間距梯形法。</p><p><b>　　水線(xiàn)面面積 </b></p><p>　　對(duì)于某一水線(xiàn)其吃水為d，則其水線(xiàn)面面積 ，其中y為離Oy軸x處的水線(xiàn)面半寬，L是水線(xiàn)長(zhǎng)。</p><p>　　船長(zhǎng)方向運(yùn)用梯形法求水線(xiàn)面面積的公式如下：</p>&l

18、t;p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　將船長(zhǎng)分為20等分后 </p><p><b>　　漂心縱向坐標(biāo) </b></p><p><b>　　漂心縱向坐標(biāo)：</b></p><p>　　Aw已經(jīng)求出，所以要求出Moy，Moy為水線(xiàn)面面積Aw對(duì)Oy軸

19、的靜矩。沿船長(zhǎng)方向運(yùn)用梯形法求Moy，則有 </p><p>　　再計(jì)算浮心縱向坐標(biāo)：</p><p><b>　?。?.2）</b></p><p>　　每厘米吃水噸數(shù)TPC</p><p><b>　　（2.3）</b></p><p>　　其中， ,為水的密度。<

20、/p><p><b>　　水線(xiàn)面系數(shù)</b></p><p><b>　?。?.4）</b></p><p>　　其中，船長(zhǎng)L=40m,船寬B=7.2m</p><p><b>　　型排水體積 </b></p><p>　　沿吃水方向用等間距梯形法近似計(jì)算有

21、求：</p><p><b>　?。?.5）</b></p><p>　?。?）總排水體積(附體系數(shù)取1.006)</p><p><b>　　（2.6）</b></p><p><b>　?。?）排水量W</b></p><p><b>　　

22、（2.7）</b></p><p><b>　　其中， ，V已求。</b></p><p><b>　?。?）浮心縱向坐標(biāo)</b></p><p><b>　　（2.8）</b></p><p><b>　?。?.9）</b></p>

23、;<p><b>　　已求。</b></p><p>　?。?）浮心垂向坐標(biāo) </p><p><b>　?。?.10）</b></p><p><b>　?。?.11）</b></p><p><b>　　其中已求。</b></p&g

24、t;<p>　?。?0）某一吃水下的橫穩(wěn)心半徑</p><p><b>　　（2.12）</b></p><p>　　其中 為水線(xiàn)面面積對(duì)于縱向中心軸線(xiàn)的橫向慣性矩， ，可用梯形法沿船長(zhǎng)方向積分求出： </p><p><b>　　（11）縱穩(wěn)心半徑</b></p><p><b

25、>　?。?.13）</b></p><p>　　為Aw對(duì)漂心的縱向慣性距， 。其中 </p><p>　?。?2）每厘米縱傾力矩曲線(xiàn)</p><p>　　船舶產(chǎn)生吃水差1cm所需的外力矩叫每厘米縱傾力矩，記為MTC，吃水差與縱傾角之間的關(guān)系為： ，所以當(dāng)首尾吃水差為1cm時(shí)，船舶相應(yīng)的縱傾角為 ，相應(yīng)于吃水差為1cm的船舶復(fù)原力矩為 。</p

26、><p>　　船舶產(chǎn)生1cm吃水差所需的外力矩也就等于船舶每厘米縱傾力矩</p><p>　　由于浮心和重心之間的距離與縱穩(wěn)心半徑相比是一個(gè)小值，可以認(rèn)為，則可以認(rèn)為公式可近似寫(xiě)成</p><p><b>　?。?.14）</b></p><p><b>　　（13）方形系數(shù)</b></p>

27、<p><b>　?。?.15）</b></p><p>　　船長(zhǎng)L=40m,船寬B=7.2m,排水量已求得。</p><p>　　（14）中橫剖面系數(shù)</p><p><b>　?。?.16）</b></p><p>　　船寬為B=7.2m， 為所求水線(xiàn)下中橫剖面面積。</p

28、><p><b>　　（15）棱形系數(shù)</b></p><p><b>　?。?.17）</b></p><p><b>　　均為已求。</b></p><p><b>　　3.原始數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　船

29、 型：某海監(jiān)船</b></p><p><b>　　航 區(qū)：近海航區(qū)</b></p><p><b>　　主尺度要素：</b></p><p><b>　　總長(zhǎng)45.0m</b></p><p><b>　　垂線(xiàn)間長(zhǎng)40.0m</b><

30、;/p><p><b>　　型寬7.2m</b></p><p><b>　　型深3.6m</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)吃水2.5m</b></p><p><b>　　型值表：</b></p><p><b>　

31、　4.計(jì)算過(guò)程與圖表</b></p><p>　　以下計(jì)算采取梯形法進(jìn)行，現(xiàn)以2m吃水為例，說(shuō)明計(jì)算過(guò)程。</p><p>　　根據(jù)型值表，分為四部分計(jì)算，分別是-0.5號(hào)站之前作為一個(gè)三角形單元處理、-0.5—2號(hào)站作為一類(lèi)梯形單元、2—19號(hào)站作為一類(lèi)梯形單元、19—20號(hào)站作為一類(lèi)梯形單元。</p><p><b>　?。?）水線(xiàn)面面積&

32、lt;/b></p><p><b>　　-0.5站之后：</b></p><p><b>　　-0.5—20站：</b></p><p><b>　　整個(gè)水線(xiàn)面面積</b></p><p><b>　　漂心縱向坐標(biāo)</b></p>&

33、lt;p><b>　　-0.5站之后：</b></p><p><b>　　-0.5—20站：</b></p><p>　　整個(gè)水線(xiàn)面對(duì)船中的面矩</p><p><b>　　故漂心縱向坐標(biāo)</b></p><p><b>　　每厘米吃水噸數(shù)</b>

34、</p><p><b>　?。?）水線(xiàn)面系數(shù)</b></p><p><b>　　（5）型排水體積</b></p><p><b>　?。?）排水量</b></p><p><b>　　浮心縱向坐標(biāo)</b></p><p><

35、;b>　?。?）浮心垂向坐標(biāo)</b></p><p><b>　　（9）橫穩(wěn)性半徑</b></p><p><b>　?。?0）縱穩(wěn)性半徑</b></p><p>　　（11）每厘米縱傾力矩</p><p><b>　?。?2）菱形系數(shù)</b></p&g

36、t;<p><b>　?。?3）方形系數(shù)</b></p><p>　　（14）中橫剖面系數(shù)</p><p>　　同理對(duì)另外4條水線(xiàn)相關(guān)計(jì)算,經(jīng)過(guò)匯總數(shù)據(jù)如下表:</p><p>　　通過(guò)以上數(shù)據(jù),運(yùn)用AutoCAD2013繪得如下圖:</p><p><b>　　二.穩(wěn)性橫截曲線(xiàn)</b>

37、;</p><p><b>　　1.設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　?。?）詳細(xì)論述穩(wěn)性橫截曲線(xiàn)的計(jì)算原理和方法。</p><p>　　（2）計(jì)算水線(xiàn)為1.0m、1.5m、2m、 2.5m、3.0m，確定旋轉(zhuǎn)點(diǎn)位置，傾斜水線(xiàn)分別取10º、20º、30º、40º、50 º、60 º、

38、70 º。計(jì)算不同傾斜水線(xiàn)下的排水體積和形狀穩(wěn)性力臂ls，并畫(huà)出曲線(xiàn)?？v向積分時(shí)可采用乞貝雪夫法或梯形法。</p><p>　　要求：5個(gè)人一組，每人做一根水線(xiàn)，合起來(lái)形成最后的穩(wěn)性橫截曲線(xiàn)。</p><p><b>　　2.計(jì)算原理</b></p><p>　　在大傾角穩(wěn)性狀態(tài)下，初穩(wěn)性公式已經(jīng)不符合實(shí)際情況，所以大傾角狀態(tài)下的靜穩(wěn)

39、性臂之恩能夠表示為 ,其中， 為浮心沿水平橫向移動(dòng)的距離，其數(shù)值完全由排水體積決定，為形狀穩(wěn)性臂， ，數(shù)值主要有重心位置決定，為重量穩(wěn)性臂。假設(shè)重心位置取在基線(xiàn)上，即KS=0。此時(shí)，復(fù)原力臂 ， 。由所給型值表可以得到各站各吃水不同傾斜角度時(shí)的橫剖面面積、質(zhì)心坐標(biāo)，通過(guò)縱向積分法可求出在不同傾角下的排水量、浮心橫向、縱向坐標(biāo)。再由 ，算出復(fù)原力臂ls。最后畫(huà)出各個(gè)傾斜角度下的ls-V曲線(xiàn)圖。</p><p>&l

40、t;b>　　3.原始數(shù)據(jù)</b></p><p>　　型值表見(jiàn)“靜穩(wěn)性曲線(xiàn)”部分</p><p><b>　　4.計(jì)算過(guò)程與圖表</b></p><p>　?。?）根據(jù)型值表，選取0、2、4、6、8、10、12、14、16、18、20共計(jì)11站，在Autocad2013中繪制橫剖面圖；</p><p>

41、　?。?）計(jì)算水線(xiàn)選擇3m，2.5m，2m，1.5m和1m（計(jì)算3m水線(xiàn)）。假設(shè)中心位置區(qū)在基線(xiàn)上，橫傾角間隔為10°，分別計(jì)算10°、20°、30°、40°、50°、60°、70°傾斜角時(shí)的排水體積和浮心位置。通過(guò)作圖法選擇旋轉(zhuǎn)點(diǎn)位置，如下圖：</p><p>　　將不同傾角的斜線(xiàn)分別平移到之前所繪制的各站面橫剖面圖上，并運(yùn)用面域命

42、令（bo），將斜線(xiàn)與曲線(xiàn)所圍成部分組成面域；</p><p>　　運(yùn)用“massprop”命令，計(jì)算面域的面積與質(zhì)心坐標(biāo)，填入Excel表格中，</p><p>　　根據(jù)縱向積分法求出各傾斜水線(xiàn)下的排水體積 和浮心位置B（ ）。</p><p>　　然后根據(jù)假定重心高度 為零的復(fù)原力臂 計(jì)算復(fù)原力臂。具體過(guò)程見(jiàn)“穩(wěn)性橫截線(xiàn)單獨(dú)計(jì)算（2000m）”</p>

43、<p>　　匯總組內(nèi)成員數(shù)據(jù)，得“穩(wěn)性橫截線(xiàn)組內(nèi)匯總”，如下：</p><p>　　繪制“穩(wěn)性橫截曲線(xiàn)”，如下：</p><p><b>　　三.裝載穩(wěn)性計(jì)算</b></p><p><b>　　1.設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　已知：受風(fēng)面積A=166.9m2</p&g

44、t;<p>　　受風(fēng)面積形心距水線(xiàn)的垂直距離Zf=2.295m</p><p><b>　　航區(qū)：近海</b></p><p>　　計(jì)算載況：校核以下某一種載況下的穩(wěn)性，與規(guī)范要求值比較，并對(duì)結(jié)果的合理性進(jìn)行分析，穩(wěn)性不滿(mǎn)足要求的應(yīng)提出改善的措施。</p><p><b>　　要求：</b></p>

45、;<p>　　每組求穩(wěn)性橫截曲線(xiàn)的5人，需要取5種不同載況進(jìn)行穩(wěn)性校核（如：分別取1-5載況，或6-10載況）。</p><p><b>　　計(jì)算內(nèi)容：</b></p><p>　　浮態(tài)及初穩(wěn)性(參見(jiàn)教材表3-4)</p><p><b>　　靜穩(wěn)性曲線(xiàn)</b></p><p><

46、;b>　　動(dòng)穩(wěn)性曲線(xiàn)</b></p><p>　　最小傾覆力臂（首先求出該載況下的初始橫搖角，根據(jù)航區(qū)要求按照書(shū)上步驟進(jìn)行）</p><p><b>　　風(fēng)壓傾側(cè)力臂（）</b></p><p>　　穩(wěn)性匯總表：穩(wěn)性計(jì)算結(jié)果與規(guī)范要求值比較，結(jié)論（參見(jiàn)教材表3-5）。</p><p>　?。ㄗⅲ鹤杂梢好?/p>

47、修正及進(jìn)水角暫不考慮）</p><p>　　由穩(wěn)性橫截曲線(xiàn)計(jì)算靜穩(wěn)性曲線(xiàn)及動(dòng)穩(wěn)性曲線(xiàn)的表格：</p><p><b>　　2.計(jì)算過(guò)程及圖表</b></p><p><b>　?。?）浮態(tài)及初穩(wěn)性</b></p><p>　　給定某一裝載狀態(tài)的浮態(tài)及初穩(wěn)性的計(jì)算方法為：</p><

48、;p>　　a、重量和重心位置的計(jì)算，其中Δ、Xg、Zg,已給出；</p><p>　　b、求平均吃水d ，根據(jù)靜水力曲線(xiàn)圖插值得；</p><p>　　c、求浮心縱向坐標(biāo)Xg，漂心縱向坐標(biāo)Xf，橫穩(wěn)心距基線(xiàn)高Zm，縱穩(wěn)心距基線(xiàn)高ZML，同樣可據(jù)靜水力曲線(xiàn)圖插值得；</p><p>　　d、求每厘米縱傾力矩，MTC=△*GML/(100*L) ，GML=ZML-

49、Zg</p><p>　　e、求縱傾力矩，MT=△(Xg-Xb) ；</p><p>　　f、求縱傾值，dd=MT/(100*MTC)；</p><p>　　g、求首尾吃水增量，ddF=(L/2-Xf)(dd/L)，ddA=-(L/2+Xf)(dd/L)；</p><p>　　h、求首尾吃水，dF=d+ddF dA=d+ddA ；</p

50、><p>　　i、未修正初穩(wěn)性高，GM0=Zm-Zg；</p><p>　　j、自由液面修正值，dGM；</p><p>　　k、修正后初穩(wěn)性高，GM=GM0-dGM。</p><p>　　經(jīng)計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)下表：</p><p>　　浮態(tài)和初穩(wěn)性計(jì)算結(jié)果：</p><p>　?。?）靜穩(wěn)性曲線(xiàn)及動(dòng)穩(wěn)性

51、曲線(xiàn)</p><p>　　繪制靜穩(wěn)性曲線(xiàn)首先根據(jù)老師給的穩(wěn)性插值數(shù)據(jù)，繪制出穩(wěn)性橫截曲線(xiàn)，然后在所繪制的穩(wěn)性橫截曲線(xiàn)上找到對(duì)應(yīng)排水量的在不同傾角下的ls，再按式l=ls- sin? 計(jì)算各傾角下的復(fù)原力臂在繪制該排水量時(shí)的靜穩(wěn)性曲線(xiàn)l=f（?）；將所得靜穩(wěn)性曲線(xiàn)積分則可得動(dòng)穩(wěn)性曲線(xiàn)。</p><p>　　根據(jù)穩(wěn)性橫截曲線(xiàn)，代入裝載噸數(shù)，通過(guò)插值可以得到船舶穩(wěn)性臂 ，再按式l=ls-zGsi

52、n? 計(jì)算各傾角下的靜穩(wěn)性臂（在Excel表格中計(jì)算）。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表：</p><p>　　根據(jù)以上表格，做出靜穩(wěn)性圖：</p><p>　　對(duì)靜穩(wěn)性曲線(xiàn)進(jìn)行積分，得到動(dòng)穩(wěn)性臂計(jì)算結(jié)果如下：</p><p>　　根據(jù)以上表格，得到動(dòng)穩(wěn)性曲線(xiàn)：</p><p><b>　?。?）穩(wěn)性校核</b></p>&

53、lt;p>　　穩(wěn)性橫準(zhǔn)數(shù)K是對(duì)船舶穩(wěn)性重要基本要求之一。規(guī)則規(guī)定：船舶在所核算的各種裝載情況下的穩(wěn)性，應(yīng)符合以下不等式：</p><p><b>　　K>1或K=1</b></p><p>　　式中，K為穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)；Mq為最小傾覆力矩（lq為最小傾覆力臂），表示船舶在最危險(xiǎn)情況下抵抗外力矩的極限能力；Mf為風(fēng)壓傾斜力矩（lf為風(fēng)壓傾斜力臂），表示在惡劣海況

54、下風(fēng)對(duì)船舶作用的動(dòng)傾力矩（力臂）。</p><p>　　(a)最小傾覆力矩Mq（或力臂lq）的計(jì)算</p><p>　　根據(jù)課本所給公式，橫搖角滿(mǎn)足以下公式：</p><p>　　式中，C1、C2、C3、C3為系數(shù)，因此要求橫搖角，必須先求各個(gè)系數(shù)：</p><p><b>　　(1)確定C 1:</b></p&g

55、t;<p><b>　　船舶自搖周期滿(mǎn)足：</b></p><p>　　因B/d=7.2m/2.413m=2.98,可查得f取1.03，則算出T?=3.782s.</p><p>　　又船舶在近海航區(qū)，對(duì)照課本上的表格可查得T?=3.745s時(shí)：</p><p><b>　　C1=0.383</b></

56、p><p><b>　　(2)確定C 2：</b></p><p>　　=0.13+0.6*2.41/2.413=0.73；</p><p><b>　　(3)確定C 3:</b></p><p>　　C3也根據(jù)B/d查得，B/d=7.2m/2.413m=2.98,查表可得：</p>&l

57、t;p><b>　　C3=0.013；</b></p><p><b>　　(4)確定C 4：</b></p><p>　　由于Ab/LB=9/40/7.2=0.03125=3.125%,則</p><p><b>　　C4=0.523;</b></p><p><

58、b>　　則橫搖角</b></p><p><b>　　= 22.94</b></p><p>　　然后根據(jù)動(dòng)穩(wěn)性曲線(xiàn)如圖可求得lq：</p><p>　　最終求得lq=0.3069m。</p><p>　　(b)風(fēng)壓傾斜力矩Mf（或力臂lf）的計(jì)算</p><p>　　風(fēng)壓傾斜力

59、臂可按下式求得：</p><p>　　其中，Af為船受風(fēng)面積，即船體水線(xiàn)以上部分的側(cè)投影面積；Z 為船舶受風(fēng)面積的中心距水線(xiàn)的距離，即計(jì)算風(fēng)力作用力臂；p為計(jì)算風(fēng)壓，由Z和航區(qū)查表確定；為船在該裝載狀況下的排水量。</p><p>　　已知：Af =166.9m² 、Z=2.295m、Δ =360.1t </p><p>　　p根據(jù)書(shū)上所給數(shù)值做插值曲線(xiàn)得

60、558.4Pa。</p><p>　　代入公式計(jì)算的， 。</p><p>　　則穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)K=lq/lf=4.56>1，滿(mǎn)足要求。</p><p><b>　　又：</b></p><p><b>　　(1)初穩(wěn)性高校核</b></p><p>　　(2)由圖靜穩(wěn)性曲

61、線(xiàn)可知，在橫傾角Φ＝30°處的復(fù)原力臂</p><p>　　(3)由靜穩(wěn)性曲線(xiàn)可知，船舶最大復(fù)原力臂所對(duì)應(yīng)的橫傾角</p><p>　　(4)由靜穩(wěn)性曲線(xiàn)可知，消失角 </p><p><b>　　(4)穩(wěn)性校核結(jié)果</b></p><p>　　通過(guò)上述穩(wěn)性校核，結(jié)果如表所示。</p><p