浮體靜力學課程設(shè)計報告

1、<p><b>　　船舶與海洋工程</b></p><p>　　浮體靜力學課程設(shè)計報告</p><p>　　課程名稱： 浮體靜力學課程設(shè)計 </p><p>　　院 （系）： 運載工程與力學學部 </p><p>　　專 業(yè)： 船舶與海洋工程專業(yè) </p><p>　　班 級

2、： </p><p>　　學 號： </p><p>　　學生姓名： </p><p><b>　　年 月 日</b></p><p><b>　　目錄</b></p

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

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

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

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

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

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

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

10、--------------------15</p><p>　　(2)靜穩(wěn)性曲線及動穩(wěn)性曲線計算------------------------------------------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-------------------------------------------------------------------------------------------20</p><p>&l

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

13、;　　水線面面積AW</b></p><p><b>　　漂心縱向坐標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Xb</b></p><p><b>　　浮心垂向坐標Zb</b></p><p><b>　　橫穩(wěn)心垂向坐標BM</b></p><p>　　縱穩(wěn)心垂向坐標BML</p><p&

15、gt;　　每厘米縱傾力矩曲線MTP</p><p><b>　　水線面系數(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、計算原理：</b></p><p>　　用excel表格計算，先計算及基線面的水線面面積 和水線面對Oy軸的靜矩 ，同時可以得到水線面面積漂心縱向坐標 ,同時也計算出 ， ， 。 </p><p>　　再分別計算0.5m水線到4m水線的不同吃水時的水線面的面積 和水線面面積對基線的靜矩 ，水線面面積漂心縱向坐標 ,同時也計算出

17、 ， ， ，為進一步計算做準備。在靜水力曲線的計算過程中主要采用等間距梯形法和不等間距梯形法。</p><p><b>　　水線面面積 </b></p><p>　　對于某一水線其吃水為d，則其水線面面積 ，其中y為離Oy軸x處的水線面半寬，L是水線長。</p><p>　　船長方向運用梯形法求水線面面積的公式如下：</p>&l

18、t;p><b>　　（2.1）</b></p><p>　　將船長分為20等分后 </p><p><b>　　漂心縱向坐標 </b></p><p><b>　　漂心縱向坐標：</b></p><p>　　Aw已經(jīng)求出，所以要求出Moy，Moy為水線面面積Aw對Oy軸

19、的靜矩。沿船長方向運用梯形法求Moy，則有 </p><p>　　再計算浮心縱向坐標：</p><p><b>　?。?.2）</b></p><p>　　每厘米吃水噸數(shù)TPC</p><p><b>　?。?.3）</b></p><p>　　其中， ,為水的密度。<

20、/p><p><b>　　水線面系數(shù)</b></p><p><b>　?。?.4）</b></p><p>　　其中，船長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>　?。?.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>　　（8）浮心縱向坐標</b></p><p><b>　?。?.8）</b></p><p><b>　?。?.9）</b></p>

23、;<p><b>　　已求。</b></p><p>　　（9）浮心垂向坐標 </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 為水線面面積對于縱向中心軸線的橫向慣性矩， ，可用梯形法沿船長方向積分求出： </p><p><b>　?。?1）縱穩(wěn)心半徑</b></p><p><b

25、>　?。?.13）</b></p><p>　　為Aw對漂心的縱向慣性距， 。其中 </p><p>　　（12）每厘米縱傾力矩曲線</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： ，所以當首尾吃水差為1cm時，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)心半徑相比是一個小值，可以認為，則可以認為公式可近似寫成</p><p><b>　?。?.14）</b></p><p><b>　　（13）方形系數(shù)</b></p>

27、<p><b>　　（2.15）</b></p><p>　　船長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， 為所求水線下中橫剖面面積。</p

28、><p><b>　?。?5）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45.0m</b></p><p><b>　　垂線間長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)計吃水2.5m</b></p><p><b>　　型值表：</b></p><p><b>　

31、　4.計算過程與圖表</b></p><p>　　以下計算采取梯形法進行，現(xiàn)以2m吃水為例，說明計算過程。</p><p>　　根據(jù)型值表，分為四部分計算，分別是-0.5號站之前作為一個三角形單元處理、-0.5—2號站作為一類梯形單元、2—19號站作為一類梯形單元、19—20號站作為一類梯形單元。</p><p><b>　　（1）水線面面積&

32、lt;/b></p><p><b>　　-0.5站之后：</b></p><p><b>　　-0.5—20站：</b></p><p><b>　　整個水線面面積</b></p><p><b>　　漂心縱向坐標</b></p>&

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

34、</p><p><b>　?。?）水線面系數(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</b></p><p><

35、;b>　?。?）浮心垂向坐標</b></p><p><b>　?。?）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>　?。?4）中橫剖面系數(shù)</p><p>　　同理對另外4條水線相關(guān)計算,經(jīng)過匯總數(shù)據(jù)如下表:</p><p>　　通過以上數(shù)據(jù),運用AutoCAD2013繪得如下圖:</p><p><b>　　二.穩(wěn)性橫截曲線</b>

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

38、70 º。計算不同傾斜水線下的排水體積和形狀穩(wěn)性力臂ls，并畫出曲線?？v向積分時可采用乞貝雪夫法或梯形法。</p><p>　　要求：5個人一組，每人做一根水線，合起來形成最后的穩(wěn)性橫截曲線。</p><p><b>　　2.計算原理</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)重心位置取在基線上，即KS=0。此時，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的橫剖面面積、質(zhì)心坐標，通過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。再由 ，算出復(fù)原力臂ls。最后畫出各個傾斜角度下的ls-V曲線圖。</p><p>&l

40、t;b>　　3.原始數(shù)據(jù)</b></p><p>　　型值表見“靜穩(wěn)性曲線”部分</p><p><b>　　4.計算過程與圖表</b></p><p>　　（1）根據(jù)型值表，選取0、2、4、6、8、10、12、14、16、18、20共計11站，在Autocad2013中繪制橫剖面圖；</p><p>

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

42、令（bo），將斜線與曲線所圍成部分組成面域；</p><p>　　運用“massprop”命令，計算面域的面積與質(zhì)心坐標，填入Excel表格中，</p><p>　　根據(jù)縱向積分法求出各傾斜水線下的排水體積 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 計算復(fù)原力臂。具體過程見“穩(wěn)性橫截線單獨計算（2000m）”</p>

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

44、t;<p>　　受風面積形心距水線的垂直距離Zf=2.295m</p><p><b>　　航區(qū)：近海</b></p><p>　　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(jié)果的合理性進行分析，穩(wěn)性不滿足要求的應(yīng)提出改善的措施。</p><p><b>　　要求：</b></p>

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

46、;b>　　動穩(wěn)性曲線</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)要求按照書上步驟進行）</p><p><b>　　風壓傾側(cè)力臂（）</b></p><p>　　穩(wěn)性匯總表：穩(wěn)性計算結(jié)果與規(guī)范要求值比較，結(jié)論（參見教材表3-5）。</p><p>　　（注：自由液面

47、修正及進水角暫不考慮）</p><p>　　由穩(wěn)性橫截曲線計算靜穩(wěn)性曲線及動穩(wěn)性曲線的表格：</p><p><b>　　2.計算過程及圖表</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)性的計算方法為：</p><

48、;p>　　a、重量和重心位置的計算，其中Δ、Xg、Zg,已給出；</p><p>　　b、求平均吃水d ，根據(jù)靜水力曲線圖插值得；</p><p>　　c、求浮心縱向坐標Xg，漂心縱向坐標Xf，橫穩(wěn)心距基線高Zm，縱穩(wěn)心距基線高ZML，同樣可據(jù)靜水力曲線圖插值得；</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)計算，結(jié)果見下表：</p><p>　　浮態(tài)和初穩(wěn)性計算結(jié)果：</p><p>　?。?）靜穩(wěn)性曲線及動穩(wěn)性

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

52、n? 計算各傾角下的靜穩(wěn)性臂（在Excel表格中計算）。計算結(jié)果見下表：</p><p>　　根據(jù)以上表格，做出靜穩(wěn)性圖：</p><p>　　對靜穩(wěn)性曲線進行積分，得到動穩(wěn)性臂計算結(jié)果如下：</p><p>　　根據(jù)以上表格，得到動穩(wěn)性曲線：</p><p><b>　?。?）穩(wěn)性校核</b></p>&

53、lt;p>　　穩(wěn)性橫準數(shù)K是對船舶穩(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），表示船舶在最危險情況下抵抗外力矩的極限能力；Mf為風壓傾斜力矩（lf為風壓傾斜力臂），表示在惡劣海況

54、下風對船舶作用的動傾力矩（力臂）。</p><p>　　(a)最小傾覆力矩Mq（或力臂lq）的計算</p><p>　　根據(jù)課本所給公式，橫搖角滿足以下公式：</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)，對照課本上的表格可查得T?=3.745s時：</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)動穩(wěn)性曲線如圖可求得lq：</p><p>　　最終求得lq=0.3069m。</p><p>　　(b)風壓傾斜力矩Mf（或力臂lf）的計算</p><p>　　風壓傾斜力

59、臂可按下式求得：</p><p>　　其中，Af為船受風面積，即船體水線以上部分的側(cè)投影面積；Z 為船舶受風面積的中心距水線的距離，即計算風力作用力臂；p為計算風壓，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)書上所給數(shù)值做插值曲線得

60、558.4Pa。</p><p>　　代入公式計算的， 。</p><p>　　則穩(wěn)性衡準數(shù)K=lq/lf=4.56>1，滿足要求。</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)性曲線可知，船舶最大復(fù)原力臂所對應(yīng)的橫傾角</p><p>　　(4)由靜穩(wěn)性曲線可知，消失角 </p><p><b>　　(4)穩(wěn)性校核結(jié)果</b></p><p>　　通過上述穩(wěn)性校核，結(jié)果如表所示。</p><p