大連理工大學浮體靜力學課程設計要點

1、浮體靜力學（一）課程設計姓名：學號：班 級：指導教師：馬坤張明霞完成日期：同組學生：目錄一、靜水力曲線計算部分 . 21-1 設計要求： 21-2 計算原理： . 31-3 原始數(shù)據(jù)： . 51-4 計算過程和圖表： . 5二、穩(wěn)性橫截曲線 . 62-1 設計要求： . 62-2 計算原理： . 62-3 原始數(shù)據(jù) . 72-4 計算過程和圖表（ 1 米水線）： 7三 . 裝載穩(wěn)性計算部分（載況二） . 91-1 設計要求 . 92-2 計算過程和圖表 . 9四、課程設計的收獲 . 1519 / 16一、靜水力曲線計算部分1-1 設計要求：計算吃水： 0.5m, 1.5m , 2m, 2.5m

2、, 3.0m處的以下各要素，并繪出靜水力曲線圖。1)水線面面積 AW2)漂心縱向坐標 Xf3)每厘米吃水噸數(shù)TPC4)型排水體積 V5)總排水體積 ( 附體系數(shù)取 1.006)6)總排水量 W7)浮心縱向坐標 Xb8)浮心垂向坐標 Zb9)橫穩(wěn)心垂向坐標BM10)縱穩(wěn)心垂向坐標BML11)每厘米縱傾力矩曲線 MTC12)水線面系數(shù) CW13)方形系數(shù) CB14)棱形系數(shù) CP15)中橫剖面系數(shù) Cm1-2計算原理:L2(1)水線面面積 Aw的計算：根據(jù)計算公式 代=2 ydx2S Lyi，利用梯形法計算各個水線面面積(2)水線面漂心縱向坐標Xf的計算水線面漂心縱向坐標Xf的計算公式為M oyL

3、2=2 xydx，AwL=2 ydx,L一2M Oy乂卩一石，用梯形法計算 Mo尸2* ( 8 L)2藝kjyi式中：藝kjyi= 0*yio+1*( yii-y9 )+2*(yi2-y8)+9*(yi9-yi)+10*(y2o-yo)-0.5 *10*( y20-y0)水線面面積為利用梯形法所求得面積(3 )每厘米吃水噸數(shù) TPC 由TPC=WAW (Aw為利用梯形法所求得面積)得100d-Awdz 二、Awi l i ,0(4)型排水體積V由水線面面積曲線的特性可知，排水體積的積分公式是: 利用梯形法計算各個水線面面積坐標。(5)總排水體積=V*附體系數(shù)取k(k=1.006)(6 )總排水

4、量W=總排水體積 * 3 ( 3 =1.025t/m3)(7)浮心縱向坐標Xb浮心縱向坐標的計算公式為:Xbyoz(8)浮心垂向坐標乙浮心垂向坐標計算公式Zb(As Si Zai)丁 Mxoy(Asi S) V(9)橫穩(wěn)心垂向坐標BML橫穩(wěn)心垂向坐標 KM=KB+BM橫穩(wěn)心半徑公式為 BMIt2 2 323廠，yih2（10）縱穩(wěn)心垂向坐標 BMKMl 二 KB BMlBMl 二學，Ilf =Il AwxJ,It23 土22dx = 為y li,浮心垂向坐標公式ZbMxoyM xoy為各吃水體積對基線的靜矩。 （11）每厘米縱傾力矩曲線 MTCMTCd100L厶是排水量，GMl、bmlBM l

5、 二且,I lf = I l - AwXf $,232打3如孑5,。由梯形法求得。（12）水線面系數(shù)Cw由水線面系數(shù)公式：Cwp=AW （ L為垂線間長，B為型寬）LB2（13）方形系數(shù)CbL、型寬B、吃水d方形系數(shù)計算公式為Cb = ，各吃水下的排水體積除以垂線間長LBd的構成的長方體體積。（14）棱形系數(shù)CPVCP=Am L （式中Am為中橫剖面在水線以下的面積，L為垂線間長）（15）中橫剖面系數(shù)G中橫剖面系數(shù)等于方形系數(shù)除以棱形系數(shù)1-3原始數(shù)據(jù):主尺度：總長45.0m,垂線間長40.0m,型寬7.2m,型深3.6m, 設計吃水2.5m 還有附型值表。1-4計算過程和圖表：計算過程見文件

6、夾第一題 excel文件”靜水力曲線計算” 計算得各吃水下的船形系數(shù)如下表吃水0.51.522.53（1）水線面面積AW81.76159.49190.49220.17237.47（2）溥心縱向坐標Xf-1.09-1.2S-2.18-2.S&-2.65（3）每匣米吃水噸數(shù)TPC：0.841.631.952.262.43（4）型排水體積21.62146.77234.27336.93451.34總排水體積21.75147.65235.67338.95454.05（&） 總排水量W（噸）22.29151.3A241.5&347.43465.40（7）浮心縱向坐標Xb-2.28-1.15-1.38-1.

7、73-1.99（8）浮心垂向坐標Zb0.601.411.&91.972.24（9） 橫穩(wěn)心垂向坐標3.&62.&82.332.18192（10）縱穩(wěn)心垂向坐標BML200.5774.4763.7955.7948.35（1） 每匣米縱傾力矩曲線MTC1.122.823.854.855.&3（12） 水線面系數(shù)CW0.28390.5538D.6&140.7&450.8246（13）方形系數(shù)CB0.15010.33970.40&70.46800.5224（14）核形系數(shù)CP0.426&0.51990.56020.60310.6433（15）中橫剖面系數(shù)Cm0.35190.65350.72600.77

8、590.8120根據(jù)以上數(shù)據(jù)繪制靜水力曲線圖如下:1 23456789 10 11 12 13 4 15 lb 17 18 I9 2C / cm原圖見“第一題“文件的“靜水力曲線圖.dwg ”文件。、穩(wěn)性橫截曲線2-1設計要求： 取各站橫剖面面型值，利用縱向計算方法計算。 選擇計算傾斜水線、假定重心位置和橫傾角間隔的大小。選擇0.5、1.5、2、2.5、3m水線，旋轉點中線右側0.5米處，右傾傾角間隔取S=10,從10算到702-2計算原理:復原力臂由幾何原理的知識易知，為求排水體積 .與Is，只需要求出各傾斜水線 下的排水體積浮心的位置B (y ,z )，由幾何關系可得ly co z sin

9、，即可求得 復原力臂Is。排水體積浮心位置的求法：各站上各傾斜水線與船體圍成的面積As,利用CAD創(chuàng)建面域，查詢出面域的面積心(yi,z )利用公式積分可得排水體積浮心的位置,即:浮心垂向坐標MxoyZbJz Adx-L2L，2浮心橫向坐標x/ M xoz yBAsdx_-L 2L2yiAsdx-L2L2Asdx-L2而要求排水體積l 只需求出各站上各傾斜水線以下的船舶橫剖面的面積，由公式L2二Asdx然后才沿船長方向積分就可求出排水體積 .丄22-3原始數(shù)據(jù)（1）原始數(shù)據(jù)為要船舶的型值表。根據(jù)型值表畫出船舶的橫剖面圖（見文件夾第二題中橫剖面.dwg），計算水線 5條（0.5, 1.5m ,

10、2m, 2.5m, 3.0m），確定旋轉點位置，傾斜水線分別取 10o, 20o, 30o, 40o, 50 o，60 o,70。計算不同 傾斜水線下的排水體積和形狀穩(wěn)性力臂Is，并畫出曲線。2-4計算過程和圖表（1米水線）：旋轉點的選取過程（見文件夾“第二題”中的“橫剖面圖 .dwg”），用CAD繪制 出各站的橫剖面圖，然后根據(jù)各個創(chuàng)建面域，求出面積和質心坐標，并繪制成excle表格（見文件夾“第二題”中文件夾“數(shù)據(jù)準備”），進行計算。我選取1.0m水線確定的 旋轉點進行計算。詳情見提交文件文件夾“第二題”中的“橫截穩(wěn)性曲線計算過程”excel文件和“小組橫截穩(wěn)性曲線匯總”文件。Is =+

11、xsin根據(jù)以上數(shù)據(jù)運用公式：求得各傾斜角度下的橫穩(wěn)性臂 ls及排水量。繪制成如下表格度數(shù)10 20 30 40 50 60 70 排水體積/立米71.9773.7675.39109.42143.09171.88201.00橫穩(wěn)心臂/米0.641.231.722.342.762.872.83橫穩(wěn)性圖如下:橫穩(wěn)心臂/米三.裝載穩(wěn)性計算部分（載況二）1-1設計要求給出資料：受風面積=166.9mA2受風面積形心距水線高=2.295m穩(wěn)性插值曲線（完整的） 航區(qū)：近海計算載況：校核以下某一種載況下的穩(wěn)性，與規(guī)范要求值比較，并對結果的合理性進 行分析，并提出改善的措施。計算內容：浮態(tài)及初穩(wěn)性靜穩(wěn)性曲線

12、及動穩(wěn)性曲線穩(wěn)性校核（注：自由液面修正及進水角暫不考慮）2-2計算過程和圖表校核：（1）由穩(wěn)性插值繪制穩(wěn)性橫截曲線如下:蒯橫截曲貓(2)浮態(tài)及初穩(wěn)性計算由靜水力曲線及該載況下的排水可得:浮態(tài)與初穩(wěn)性計算項目單位符號及公式計算結果排水量t323.9平均吃水md2.39重心縱向坐標m:xG-1.69浮心縱向坐標mxB-1.66重心豎向坐標mzG2.41縱穩(wěn)心距基線高m:zML59.305縱向初穩(wěn)心高mGM=ZmitZg56.895每厘米縱傾力矩t*mMTCA *GML/(100*L)4.65漂心縱向坐標m:xF-2.79縱傾力臂m:XG-XB-0.03縱傾力矩t*mMT= (XG-XB)-9.72

13、縱傾值mdd=MT/(100*MTC)-0.021首吃水增量m:ddF=(L/2-xF)(d d/L)-0.012尾吃水增量mddA=-(L/2+xF)(dd/L)-0.009首吃水mdF=d+ddF2.378尾吃水m:dA=d+odA2.381橫穩(wěn)心距基線咼mzM4.1218未修正初穩(wěn)心高mGMo=zM-zG1.711自由液面修正值m:dGM0實際初穩(wěn)心高mGM=GMo-dGM1.711最終的浮態(tài)和初穩(wěn)性計算結果:平均吃水首吃水尾吃水初穩(wěn)心高縱穩(wěn)心高2.392.3782.3811.71156.895(3)靜穩(wěn)性曲線及動穩(wěn)性曲線。(計算過程見文件夾“第三題”中的“靜穩(wěn)性曲線計算過程”“動穩(wěn)性曲

14、線計算過程”excel表格)由穩(wěn)性橫截曲線和排水體積可得橫穩(wěn)性臂Ls，再有公式l=ls-sin 巾(Zg-Zs) 和 ld= / Id 巾可得下表:度數(shù)/ IsZgsinI100.862.410.170.44201.232.410.340.41301.772.410.500.57402.112.410.640.56502.362.410.770.51602.492.41 0.870.40702.512.410.940.25做出靜穩(wěn)性圖做出動穩(wěn)性曲線圖:動穩(wěn)性曲線0.6(4)穩(wěn)性校核計算穩(wěn)性橫準數(shù)K:根據(jù)穩(wěn)性衡準數(shù)的定義，首先計算最小傾覆力矩Mq或lq，因為他們是根據(jù)靜穩(wěn)性曲線，動穩(wěn)性曲線以及橫

15、搖角o來確定的，由公式 ；=15.2阮心4F面計算系數(shù)Cl、C2、C3、C4為G與波浪的波長、波高及周期有關。根據(jù)公式T = 0.58 fB2 +42,GM。B=7.2m, KG=2.41m，GM=1.711m, B/d=7.2/2.39=3.01 所以 f=1.03，代入數(shù)據(jù)得T =3.96由P101中的圖4-34得C1=0.38系數(shù)C2主要與波浪的有效波傾角系數(shù)有關，公式C2 =0.13 0.6KG,代入數(shù)據(jù)得:C2=0.735B 系數(shù)C3主要與船舶的寬度吃水比 一有關，由表查的C3=0.013d 系數(shù)C4主要與船舶的類型，和舭龍骨的尺寸有關，查表得 C4=0.577將系數(shù)CC2、C3、C

16、4帶入；T5.28CQ4, C2得，橫搖角為25.19然后從動穩(wěn)性曲線上作出lq并讀出數(shù)值：0.21含橫搖角的動穩(wěn)性曲線如下圖（角度的比例尺為10:1，穩(wěn)性臂的比例尺為1000:1）6oi103030405060537 537計算風壓傾斜力矩Mf或力臂If，由公式If -9810 也由給出數(shù)據(jù)可知：p=546pa, , Af=166.9mA2, Z=2.295， =612.0t，代入數(shù)據(jù)得: lf= p*Af*Z/9810/ =0.07則。穩(wěn)性橫準數(shù)K= q/l f=3.01.校核：規(guī)則規(guī)定，船舶在各種裝載情況下經過自由液面修正后的初穩(wěn)性高和靜穩(wěn)性曲線應滿足以下要求：橫傾角初穩(wěn)性高等于1.71

17、2m0.15m,滿足要求。處的復原力臂等于0.565m,不小于0.2m,滿足要求船舶最大復原力臂所對應的橫傾角二=33.7。大于30，因為船寬與型深比 從靜穩(wěn)性曲線圖中看最大值對應點符合要求。綜合以上幾點可是設計滿足穩(wěn)性要求。四、課程設計的收獲在第二學期學習的浮體靜力學老主要是在教授我們浮體靜力學的計算的一些 理論知識，由于理論的教學很乏味，導致我對浮體靜力學這門專業(yè)課上課的效率不是 很高，對書本上的理論概念模糊不清。在期末經過 2 個星期的努力復習才通過考試。 在小學期浮體靜力學的課程設計為我提供了再一次好好學習浮體靜力學的機會。在一 開始著手浮體靜力學課程設計的 15 條靜水力水線的計算，自己感到無從下手，為了更 好的完成課程設計，我認真閱讀了浮體靜力學的前兩章，在理解了理論知識后再 通過自己親手計算著 15 條靜水力曲線，讓我更加深刻的記住了 15 條靜水力水線的計 算方法和在計算過程中我多次用到了梯形法，是自己從理論課的模糊認識到達現(xiàn)在已 經可以熟練運用梯形法了。在第二部分的課程設計，需要以 5 人為一個小組，這樣就 更注重團隊合作了