(推荐)船舶静力学常欣
船舶静力学
船舶与海洋工程静力学研究的是船舶、海洋平台及其他海洋浮式结构在静水中的浮性、稳性和抗沉性等流体静力学特性。
若不考虑结构的变形，无论是船舶或海洋平台，都可作为一个浮于水面的刚体来对待。
浮体在静水中的流体静力学特性是船舶和海洋平台静力学的共性问题，也是本章所要讨论的问题。
1.1 浮体的坐标系为了讨论浮体的流体静力学特性，首先需要建立一个坐标系。
为了研究方便，通常建立两个坐标系：一个是大地坐标系，该坐标系设定为右手坐标系，xoy 坐标平面取为静水面，z 轴铅垂向上为正。
另一个是联体坐标系，联体坐标系固结于浮体，坐标原点的位置视具体研究问题而定，对于船舶或海洋平台等海洋结构物，联体坐标系的坐标平面通常取为结构的对称面。
图1.1 浮体的坐标系示意图1.2 坐标变换平面或空间中的任意一点都可以用某个平面或空间坐标系下的坐标来描述。
空间点的位置在不同坐标系下具有不同的表达形式，空间点在两个不同坐标系间坐标值的转换关系称为坐标变换。
直角坐标系中的坐标变换可分为平移变换和旋转变换两种类型。
平移变换：在直角坐标系下，若两个坐标系对应的坐标轴是同向的，空间任意一点在两个坐标系1111z y x O -和2222z y x O -中下的坐标值可以用平移变换来实现。
假设空间点在在第一个坐标系中的坐标值为()1111,,z y x P O =，在第二个坐标系中的坐标值为()2222,,z y x P O ，第二个坐标系的坐标原点在第一个坐标系中的坐标值为()c b a O O ,,21=P O O O P O 2211+=（1.1）1.1）z 1x 1y 1z 2x 2y 2o 1o 2 P图1.2 平移变换展开后为：cz z b y y a x x +-+=+=212121 （7.2）旋转变换：当两个坐标系的坐标原点相同，但是对应的坐标轴不重合，则空间任意一点在两个坐标系中的坐标值可以用旋转变换来实现。
旋转变换的一般形式为：()()()()⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛222332331232221131211222232221111z y x e e e e e e e e e z y x z y x e e e（7.3）上式中，)1(i e 是时坐标系1111z y x O -中第i 个坐标轴的单位列矢量，)2(j e 时坐标系2222z y x O -中第j 个坐标轴的单位矢量，()()21j i ij e e e ⋅=，在正交坐标系下，坐标转换矩阵是单位正交矩阵。
船舶静力学讲稿
绪论船舶静力学是研究船舶航海性能的科学，是船舶设计与制造专业的一门重要专业技术基础课程，本学科要求有《高等数学》、《材料力学》、《理论力学》、《流体力学》等学科作为基础，也是今后学习《船舶强度与结构规范设计》、《船舶设计原理》、《造船工艺学》等课程的基础，因此要求同学们重视这门课的学习。
本课程包括六章。
其中第六章船舶的下水计算因在造船工艺学有阐述故在船舶静力学中不加以阐述。
第二、三、四章是重点章节。
通过本课程的学习，学生应对船舶浮性、稳性、抗沉性有一个全面的了解，在船舶设计时保证船舶具有合理的浮态（船舶在静水中的平衡状态，参数有吃水d、横倾角θ以及纵倾角ψ）和足够的稳性和抗沉性，同时学生应掌握衡量船舶稳性、浮性、抗沉性各种指标及其计算方法，能在设计时提供各种必要的计算说明书和曲线等数据。
一、船舶原理的内容船舶原理是研究船舶航海性能的科学。
（1）浮性——船舶在一定的装载情况下浮于一定水面位臵的能力（保持平衡位臵能力）。
（2）稳性——船舶在外力作用下，船舶发生倾斜而不致倾覆，当外力的作用消失后，仍能回到原来的平衡位臵的能力。
（3）抗沉性——当船体破损，海水进入舱室，船舶仍能保持一定的浮性和稳性而不致沉没和倾覆的能力。
（4）船舶快速性（速航性）——船舶尽可能消耗低的功率而达到一定航速的能力，包括船舶阻力与推进两部分，前者研究船舶在航行过程所遭受的各种阻力。
后者是研究克服阻力的推进器及其与船体间的相互作用（推力减额和伴流分数）。
（5）适航性（或称耐波性）——船舶在风流情况下的运动性能，主要研究船舶的横摇（rolling）、纵摇(pithing)、升沉等习惯上称为摇荡（摇摆、振荡）（6）操纵性——包括航向稳定性和船舶机动性(航向稳定性和船舶机动性是相互制约的，对船体的要求也是相互制约的)是按照驾驶员的意图保持原定航向和改变航向的能力。
船舶原理=船舶静力学+船舶动力学船舶静力学是以流体静力学为基础，研究船舶在不同条件下的浮性、稳性、抗沉性等问题。
船舶静力学总结
：向右舷倾斜为正；向左舷倾斜为负。
：向首倾斜为正；向尾倾斜为负。
Chapter 2
2. 船舶四种浮态的特点、静力平衡方程、决定参数
1）正浮状态: 船浮于静水面，船体中纵剖面垂直于水面(无横倾)；舯横剖面 也垂直于水面(无纵倾)。W = △ = ω▽ ；xG = xB ；yG = yB = 0 正浮状态由一个参数决定：吃水d
CVP /( AW d ) /(CW L B d ) CB / CW 表示排水体积沿吃水方向的分布情况
Chapter 1
3. 梯形法、辛蒲生第一法、辛蒲生第二法的基本原理， 使用特点，计算公式
原理 公式（L积分区间；n等分数） 方法 Trapezoidal Rule(梯形 用折线代替曲 L n A ( y ) 法) 线进行数值积 i 0 i n 分
4. 三种平衡状态
Chapter 3
5. 初稳性高与船舶稳性、横摇的关系。
B：船宽，d：吃水，f=f(B/d)：修正系数，KG:船舶重心高，GMo:未经自 由 液面修正初稳性高。
T 0.58 f
2.5及以下 B/d F 1.0 3.0 1.03 3.5 1.07
B 2 4 KG GM 0
tg ( )
GG1 p( x2 x1 ) GM L GM L L ' d F d F ( x f )tg ( ) 2 L ' dA d A ( x f )tg ( ) 2
8.装卸大量载荷时船舶浮态和稳性计算方法, 公式
装卸大量载荷时船舶的吃水变化大，装卸前后水线面面积和漂心变化很大， 用初稳性公式计算会产生较大的误差。只能根据静水力曲线进行计算。
BM
IT
基于遗传算法的船体主甲板外展程度寻优
基于遗传算法的船体主甲板外展程度寻优
黄胜;孟祥印;常欣
【期刊名称】《海军工程大学学报》
【年(卷),期】2009(021)004
【摘要】阐述了利用遗传算法思想解决某些具有特殊甲板尺度要求的船舶甲板主尺度(长度、宽度)与船体设计水线长、宽比值的优化设计问题.在舯横剖面和中纵剖面上分别定义甲板宽度与设计水线宽之比α、甲板长度与设计水线长之比β,以该问题最为突出的大型舰船为例,建立最小偏差数学模型,对α、β优化确定问题进行计算,根据约束条件及优化对象的相对权重编制Matlab程序进行寻优,最终获得了最优化的甲板外展程度.整个过程采用二进制编码以增大搜索随机性,通过设定父辈交叉及基因突变概率,防止搜索过程出现局部最优.
【总页数】6页(P34-39)
【作者】黄胜;孟祥印;常欣
【作者单位】哈尔滨工程大学,船舶工程学院,哈尔滨,150001;哈尔滨工程大学,船舶工程学院,哈尔滨,150001;哈尔滨工程大学,船舶工程学院,哈尔滨,150001
【正文语种】中文
【中图分类】U662.3
【相关文献】
1.基于遗传算法的MFAC参数寻优 [J], 冯增喜;李丙辉;张聪
2.一种基于遗传算法的回归模型寻优方法 [J], 罗晓霞;王佳;罗香玉
3.基于遗传算法寻优物理规划的颚式破碎机低磨损机构偏好设计 [J], 董书革;石伟和
4.基于离散粒子群及遗传算法的配网转供电寻优方案研究 [J], 李嘉铭;陈恒;吴涛
5.基于遗传算法的寻优解卫星星座优化设计策略 [J], 水浩然;陈勇;陈宏新
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船舶静力学课程教学设计
船舶静力学课程设计2014年12月16号目录1.船舶静水力计算 (3)1.1 成员介绍及分工情况 (3)1.2 船型简介 (3)1.3 程序简要说明 (3)1.4 船舶静水力曲线 (3)1.5 邦戎曲线 (5)1.6 稳性横截曲线 (5)1.6 i i X V 曲线 (11)1.7 费尔索夫曲线 (7)1.8 下水曲线 (8)2.稳性校核 (14)2.1 概述 (14)2.2 船舶主尺度 (14)2.3 稳性计算书说明 (16)2.4 各种核算状态稳性总表 (16)2.5 各种核算状态重量重心计算(分项重量、重心估算) (17)2.6 各种核算状态浮态及初稳性计算 .................................................... 错误!未定义书签。
2.7 各种核算状态受风面积计算 ............................................................ 错误!未定义书签。
2.8 自由液面修正计算 (18)2.9 舱室进水角计算（Zr=2.02m,Yr=2.3m ） ........................................ 错误!未定义书签。
2.11 列表计算静、动稳性曲线(假定重心在船底中心) ...................... 错误!未定义书签。
3.课程设计小结 (19)3.1 课程设计小结 (19)3.2 个人课设心得 (19)4. 附录 (20)附录一：船舶静水力曲线 (20)附录二：邦戎曲线 (20)附录三：稳性横截曲线 (20)附录四：核算状态稳性曲线 (20)附录五：进水角曲线 (20)附录六：进水角计算图 (20)1.船舶静水力计算1.1 成员介绍及分工情况指导老师：孙江龙小组成员（船海1204班）：刘帅孙庆阳邓捷公共部分：采用统一协作，具体分块负责的方式。
个人部分：各自独立完成。
《船舶静力学》课件
应用：用于船舶 设计、建造、营 运和维护等各个 环节，确保船舶 的安全性和经济 性
船体几何特性和浮性要素计算
浮性要素：包括浮力、重力、 浮心、稳心等
计算方法：采用静水力计算 公式，如阿基米德原理、浮
力定律等
船体几何特性：包括船体长 度、宽度、吃水、型深等
计算结果：得到船舶的浮性 要素，如浮力、重力、浮心、
心高度等
船舶稳性计算： 通过计算船舶 的稳性曲线和 稳性力臂来确 定船舶的稳性
影响船舶稳性的因素和提高稳性的措施
船舶重量分布：重心位置、重量分布均匀性等
船舶形状：船体形状、吃水线等
船舶速度：速度对稳性的影响
船舶装载：货物装载位置、装载量等
提高稳性的措施：调整船舶重心、优化船体形状、控制船舶速度、合 理装载等
船舶浮性
船舶浮性的定义
船舶浮性是指船舶在水中保持漂浮状态的能力 船舶浮性取决于船舶的重量和浮力 船舶浮性是船舶设计的重要参数之一 船舶浮性可以分为正浮性和负浮性两种类型
船舶排水量和浮心位置的计算
船舶排水量： 船舶满载时排 开的水的重量
浮心位置：船 舶漂浮时，浮 力作用点在水 平面上的投影
计算方法：根 据船舶的排水 量和浮心位置， 可以计算出船
船舶抗沉性
船舶抗沉性的定义
船舶抗沉性是指 船舶在受到外力 作用时，保持不 沉的能力。
船舶抗沉性是船 舶安全性能的重 要指标之一。
船舶抗沉性的评 价标准包括船舶 的稳性、浮力、 抗沉性等。
船舶抗沉性的提高 可以通过优化船舶 设计、增加浮力、 提高船体强度等方 式实现。
船舶破损进水对浮态和稳性的影响
添加副标题
船舶静力学
汇报人：
目录
PART One
《船舶静力学》课程设计指导书 A 初稳心试验
5．C 点与倾斜水线直接画到乞氏剖面图上。
了解等分线 50 ，150 …的意义。
表Ⅱ 1．C 有正负（入水为正，出水为负）。
表Ⅲ 1．形心的选择。
一律用铅笔填写，单位为米。
大倾角稳性计算中偏转点 近似公式
yf
≈
VS - 2V 2F0
其中
VS =船体完全沉没时的排水体积。
具体计算海建号： 欲计算 4 条水线：4，6，8，10
已知 TS =H=13.2 TD =9.2 a =0.825
d =0.736
a
=1.1209
d
F≈H*Lpp=13.2*154=63632.8 VD =23864 VS =35767.19
当 4 米时 yf
= ( 1 ×13.21.1209 2
-0.0396 （米）
当 10 米时 yf
= ( 1 ×13.21.1209 2
-101.1209 ) × 9.2-1.1209 × 23864 = -0.1307 （米）
共计算 0，2，4，6，8，10 这 6 根水线，
5 人一组，每人算一条 0 号与一条其他水线，合作完成表Ⅰ后，每组画出 S，Xf ，IX ，
Iyf 曲线，经检验正确无误后，以此为基准，每人单独进行下面表格的计算，并单独绘制曲
线图。 曲线图绘制在 500×350 方格纸上。 每条曲线要注明比例，如 1 厘米=3 吨·米。用仿宋体写。
最后 DVq = DV首 + D尾 DM q = DM 首＋DM 尾
３．５人一组绘制稳性横截曲线。 ４．每人须制静稳性曲线，需列表。
l = l'q - (Zg - ZS ) sin q
四．注意事项 表Ⅰ
《船舶静力学》课程设计哈工大
7 WATERLINE 2.600 -22.920 0.250 ----- ----- ----- 1.005 1.675 2.205 3.045 3.660 4.100 4.360 4.475 4.500 4.500 4.500
8 WATERLINE 3.250 -25.800 0.300 0.350 1.040 1.595 2.065 2.485 2.885 3.530 3.985 4.280 4.440 4.500 4.500 4.500 4.500
臂 ；ls
计算实际重心下的静稳性臂 及l动稳
性臂 l。d
（8）绘制静稳性曲线及动稳性曲线
由实际重心下的静稳性臂及动稳性臂， 绘制静稳性曲线及动稳性曲线。 静稳性曲线及动稳性曲线用A4幅面绘制 （每人绘一张）。 在动稳性曲线上,作图确定最小倾覆力臂 。
lq
（9）稳性衡准数计算
k = lq lf
（10）稳性汇总表
1 BOTTOM ----- ----- ----- 0.100 0.100 0.100 0.105 0.150 0.250 0.600 1.035 1.530 2.025 2.490 2.880 3.115 3.125
2 BASE LINE 0.000 -24.300 0.100 0.100 0.100 0.100 0.100 0.100 0.100 0.100 0.100 0.100 0.100 0.100 0.100 0.100 0.100
2 BASE LINE 0.000 0.100 0.100 0.100 0.100 0.100 0.100 0.100 0.100 0.100 ----- ----- 0.100 19.440
3 WATERLINE 0.325 4.005 3.745 3.330 2.810 2.270 1.655 1.100 0.610 0.250 ----- ----- 0.100 21.415
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民船纵剖线、水线
4
绪论
常
规
排
水
式
船 舶 的
12号水线
10号水线 W.L 8号水线 7号水线 6号水线 5号水线 4号水线 3号水线 2号水线 1号水线 BL
原
船舶推进
理 船舶动力学 船舶耐波性
船舶操纵性
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绪论
船体几何形状
船体几何要素 船体船型系数 船体型线图绘制
船舶排水量与浮心
船 船体浮性 舶
船体吃水与浮态 储备浮力
静 船体稳性
船体横倾时恢复正浮的能力
力 （完整与破损时） 船上载荷移动及舱内液体对稳性影响 学 风等外力对船舶稳性的影响
船体抗沉性 船体破损进水时的不沉能力
线
型
特
点
甲板边线
舷墙边线 舷墙折线
甲板边线
折角线 20
尾封板 19 18 17 16 15 14 1213 11
0
1
2
3 4
5 6 7 8 910 11
Ⅳ
Ⅲ
Ⅱ
Ⅰ
300
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1500
1500
1500
CL
军船横剖线
12号水线
10号水线 W.L
8号水线 7号水线 6号水线 5号水线 4号水线 3号水线 2号水线 1号水线
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船体型表面示意图
水线
中纵剖线
3 2 1 0
设计水线
6
5
4
2400WL
1200WL
横剖线
21
横剖线图： 一组等间距横剖线和折角线、轮廓线在yoz平面 投影的集合。
半宽水线图：一组等间距半宽水线和折角线、轮廓线在xoy平 面投影的集合。
纵剖线图： 纵剖线和折角线、轮廓线在xoz平面投影的集合
船体型线图
BL
8700 7700 6600 5500 4400 3300 2200 1100 BL
16700
14000 12000 10000
8700 7700 6600 5500 4400 3300 2200 1100
BL
民船横剖线
5
绪论
常 见 的 首 尾 形 式
6
绪论
船 舶
船舶静力学
船舶阻力
船舶快速性
20
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0
军船纵剖线、水线
16700
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10000
8700
8700
7700
7700
6600
6600
5500
5500
4400
4400
船型系数反：
CW
P
AW LB
2、中横剖面系数
CM（β）：
CM
AM BT
3、方形系数 CB（δ）：
CB LBT
18
4、棱形系数 CP（φ）：
CP
CB AML CM
5、垂向棱形系数 CVP（φV）：
CVPAWT
CB CWP
尺度比 长宽比 L/B，宽吃水比 B/T， 型深吃水比 D/T，长型深比 L/D
19
1.2 船体型线图
任意曲面都可以用平面曲线的平移加变形运动的轨迹来描述。
V
母 线
船体形状非常复杂，通常用一系列截交线来表示。 1.与中站面平行的横截面与船体型表面的截交线称为横剖线 2.与设计水线面平行的水平截面与船体型表面的截交线称为水 线 3.与中线面平行的水平截面与船体型表面的截交线称为纵剖线
X轴：中线面与基平面的交线，船头为正 Y轴：中站面与基平面的交线，右舷为正 Z轴：中站面与中线面的交线，向上为正
14
1.1.2 主尺度
• 艏垂线FP: 过设计水线和艏柱交点且垂直于水线面的直线 • 艉垂线AP: 舵杆中心线，或过设计水线面与船体尾缘交点的设计水
线面的垂线 • 垂线间长LPP：艏艉垂线间的水平距离 • 总长LOA： 船体最前端和最尾端的水平距离 • 水线长LWL：水线面最前端和最尾端的水平距离
船体下水计算 船舶建造完工后从船台下水时的有关要素计算
8
绪论
船 舶 浮 性
船舶排水量与浮心 船体吃水与浮态 储备浮力
9
绪论
船 舶 稳 性
船体横倾时恢复正浮的能力 船上载荷移动及舱内液体对稳性影响 风等外力对船舶稳性的影响
10
绪论
船 舶 抗 沉 性
船体破损进水时的不沉能力
11
第一章 船体几何形状描述
15
型表面：船舶建造时所关心的内部框架表面。 排水表面：和海水接触的船体表面。 注：型表面和排水表面差外板厚
16
型吃水T：龙骨上表面到水线面的距离 型深D：龙骨上表面到甲板边板下表面的垂向距离。 干舷F：水线面到甲板边板上表面的垂向距离。 最大型宽BM：所有横剖面型表面最大水平宽度的极值。
17
1.1.3 船型系数
24
平面形状和体积的计算
对于任意连续的平面，面积
22
1.3 型值表
23
第二章 几何学和力学基础
• 平面形状和体积的计算 • 浮体在静水中的六自由度运动与载荷 • 浮体在静水中的受力分析 • 船体的浮态和静水平衡方程 • 浮体在静水中的稳定性 • 等体积倾斜水线和浮心的移动 • 稳心和稳心半径、稳心高 • 船舶的纵倾计算，MTC的概念 • 定积分的近似计算方法
• 船舶与海洋平台的外形特性，船体各部分的名称 • 船舶型表面和排水体积表面的概念 • 船体的主尺度和坐标平面、船型系数、尺度比 • 曲面形状的描述，船体型线图、型值表
12
1 船体的几何描述
• 船体各部位的名称
上层建筑：supper structure
船艉
船舯
船艏
上层建筑
艏柱
水线
舵
主船体 龙骨
主船体：main hull 船艉：stern 船艏：bow 舵：rudder 水线：water line
龙骨：keel
左舷
艏柱：stem
左舷：port side
右舷：starboard side
右舷
13
1.1 船体的相关定义
1.1.1 主坐标平面的定义 • 设计水线面(载重水线面)
设计状态时船体与静水面的截交面。 • 中线面：船舶水下部分的对称面 • 中站面：船舯位置的横向截面 • 基平面：和设计水线面平行且过龙骨线与中站面交点的水平面.
船舶静力学
哈尔滨工程大学 船舶工程学院 常欣 盛其虎
1
主要内容
1. 绪论 2. 船体的几何描述 3. 浮性 4. 初稳性 5. 大倾角稳性 6. 海洋平台稳性 7. 抗沉性
2
绪论
常 规
军船
排 瘦长、首尖、
水 舭圆、方尾
式
船 民船
舶 的
肥胖、球首、
船 舭圆、椭圆尾
型
特
点
军用舰艇
民用商船
3
绪论
常 规 排 水 式 船 舶 的 线 型 特 点