浮体静力学课程设计

浮体静力学（一）课程设计目录1 静水力曲线计算部分 (1)1.1 设计要求： (1)1.2 计算原理： (1)1.3 原始数据： (3)1.4 计算过程和图表： (3)2 稳性横截曲线 (5)2.1 设计要求： (5)2.2 计算原理： (5)2.3 原始数据 (5)2.4 计算过程和图表： (5)3 装载稳性计算部分（载况一） (7)3.1 设计要求 (7)3.2 计算过程和图表 (7)3.2.1 稳性横截曲线 (7)3.2.2浮态及初稳性计算 (7)3.2.3静稳性曲线及动稳性曲线 (8)3.2.4稳性校核 (9)4课程设计的收获 (12)1 静水力曲线计算部分1.1 设计要求：计算吃水：0.5m, 1.5m , 2m, 2.5m, 3.0m 处的以下各要素，并绘出静水力曲线图。

（1） 水线面面积A W （2） 漂心纵向坐标X f （3） 每厘米吃水吨数TPC （4） 型排水体积V（5） 总排水体积(附体系数取1.006) （6） 总排水量W （7） 浮心纵向坐标X b （8） 浮心垂向坐标Z b （9） 横稳心垂向坐标BM （10） 纵稳心垂向坐标BM L （11） 每厘米纵倾力矩曲线MTC （12） 水线面系数C W （13） 方形系数C B （14） 棱形系数C P （15） 中横剖面系数C m1.2 计算原理：（1）水线面面积Aw 的计算：根据计算公式⎰-=222L L w ydx A ≈2δL Σ′yi ，利用梯形法计算各个水线面面积.（2）水线面漂心纵向坐标Xf 的计算水线面漂心纵向坐标Xf 的计算公式为dx xy M L L oy ⎰-=222，⎰-=222L L w ydx A ，WOy F A M x =，用梯形法计算Moy ≈2*（δL ）²Σ´kjyi式中：Σkjyi=0*y10+1*（y11-y9）+2*(y12-y8)+…+9*(y19-y1)+10*(y20-y0)-0.5*10*(y20-y0) 水线面面积为利用梯形法所求得面积. （3）每厘米吃水吨数TPC 由TPC=100wAw（Aw 为利用梯形法所求得面积）得(4)型排水体积V由水线面面积曲线的特性可知，排水体积的积分公式是：i wi dw l A dz A ∑⎰==∇0，利用梯形法计算各个水线面面积坐标。

（5）总排水体积=V*附体系数取k(k=1.006) （6）总排水量W=总排水体积*ω（ω=1.025t/m ³） （7）浮心纵向坐标xB浮心纵向坐标的计算公式为：∇=yoz BM x 。

（8）浮心垂向坐标Z b 浮心垂向坐标计算公式vM S A z S A z xoyi i s i a i s B i ∑'∑'=⨯∑'⨯⨯∑'=)()(。

（9）横稳心垂向坐标BM横稳心垂向坐标KM=KB+BM ，横稳心半径公式为∇=TI BM ，i i LL T l y dx y I ∑⎰==-32233232（10）纵稳心垂向坐标BM LL L M B B K M K +=,纵稳心半径公式为∇=LF L I M B ,2F L LF Awx I I -=,i i L L T l y dx y I ∑⎰==-32233232,浮心垂向坐标公式∇=xoy B M z ， Mxoy 为各吃水体积对基线的静矩。

（11）每厘米纵倾力矩曲线MTCLGM MTC L100∆=,其中L L BM GM ≈∆是排水量，∇=LF L I BM ,2F L LF Awx I I -=,i i L L T l y dx y I ∑⎰==-32233232,。

由梯形法求得。

（12）水线面系数C W 由水线面系数公式：Cwp=LBAw（L 为垂线间长，B 为型宽）（13）方形系数C B方形系数计算公式为LBdC B ∇=，各吃水下的排水体积除以垂线间长L 、型宽B 、吃水d 的构成的长方体体积。

（14）棱形系数C PC P =LA V m ⨯ （式中Am 为中横剖面在水线以下的面积，L 为垂线间长）（15）中横剖面系数C m中横剖面系数等于方形系数除以棱形系数1.3 原始数据：主尺度：总长45.0m ，垂线间长40.0m, 型宽7.2m, 型深3.6m, 设计吃水2.5m 还有附型值表。

1.4 计算过程和图表：计算过程见excel 文件”静水力曲线计算”。

计算得各吃水下的船形系数如下表根据以上数据绘制静水力曲线图如下：原图见递交文件的“静水力曲线图.dwg”文件。

2 稳性横截曲线2.1 设计要求：①取各站横剖面面型值，利用纵向计算方法计算。

②选择计算倾斜水线、假定重心位置和横倾角间隔的大小。

选择0.5、1.5、2、2.5、3m 水线，旋转点中线右侧0.5米处，右倾。

倾角间隔取δΦ=10°，从10°算到70°2.2 计算原理：复原力臂由几何原理的知识易知，为求排水体积φ∇与s l ，只需要求出各倾斜水线下的排水体积浮心的位置),(φφφz y B ，由几何关系可得φφφφsin cos z y l s +=，即可求得复原力臂s l 。

排水体积浮心位置的求法：各站上各倾斜水线与船体围成的面积s A ，利用CAD 创建面域，查询出面域的面积心（i i z y ,）利用公式积分可得排水体积浮心的位置，即：浮心垂向坐标⎰⎰--=∇=2222L L SL L si xoy B dxA dxA z M z ，浮心横向坐标⎰⎰--=∇=2222L L sL L si xozB dxA dxA y M y而要求排水体积φ∇只需求出各站上各倾斜水线以下的船舶横剖面的面积，由公式dx A L L s⎰-=∇22然后才沿船长方向积分就可求出排水体积φ∇2.3 原始数据原始数据为要船舶的型值表。

根据型值表画出船舶的横剖面图，计算水线5条（0.5，1.5m , 2m, 2.5m, 3.0m ），确定旋转点位置，倾斜水线分别取10º，20º，30º，40º，50 º，60 º,70°。

计算不同倾斜水线下的排水体积和形状稳性力臂ls ，并画出曲线。

2.4 计算过程和图表：用CAD 绘制出各站的横剖面图，然后根据各个创建面域，求出面积和质心坐标，并绘制成excle 表格，进行计算。

我选取3.0m 水线确定的旋转点进行计算。

详情见提交文件文件夹“第二题”中的“面域”文件和“”文件。

根据以上数据运用公式：求得各倾斜角度下的横稳性臂ls及排水量。

绘制成如下表格:10°20°30°40°50°60°70°排水体积/m³147.8584063155.1303418176.7580395211.322206229.6964714248.7946579265.3185649形状稳性力臂ls/m1.0175545031.3384646151.8294542522.2921020012.4898085472.4949680132.3386077423 装载稳性计算部分（载况一）3.1 设计要求已知：受风面积A=166.9m2受风面积形心距水线的垂直距离Z f=2.295m航区：近海计算载况：校核以下某一种载况下的稳性，与规范要求值比较，并对结果的合理性进行分析，稳性不满足要求的应提出改善的措施。

3.2 计算过程和图表3.2.1 稳性横截曲线由稳性插值绘制稳性横截曲线如下：3.2.2浮态及初稳性计算由静水力曲线及该载况下的排水可得：漂心纵向坐标m xF -2.85纵倾力臂m XG-XB -2.36纵倾力矩t*m MT=△(XG-XB) -849.84纵倾值m d d=MT/(100*MTC) -1.44首吃水增量m d dF=(L/2-xF)(d d/L) -0.82尾吃水增量m ddA=-(L/2+xF)(dd/L) 0.62首吃水m dF=d+d dF 1.69尾吃水m dA=d+d dA 3.13横稳心距基线高m zM 3.62未修正初稳心高m GMo=zM-zG 1.232自由液面修正值m dGM 0实际初稳心高m GM=GMo-dGM 1.232平均吃水首吃水尾吃水初稳心高纵稳心高2.51 1.693.13 1.232 30.362由稳性横截曲线和排水体积可得横稳性臂Ls，再有公式l=ls-sinф（Zg-Zs）和ld=∫ldф可得下表：做出静稳性图做出动稳性曲线图：3.2.4稳性校核计算稳性横准数K ：根据稳性衡准数的定义,首先计算最小倾覆力矩q M 或q l ，因为他们是根据静稳性曲线，动稳性曲线以及横摇角o φ来确定的，由公式324128.15C C C C o =φ 下面计算系数4321C C C C 、、、① 为1C 与波浪的波长、波高及周期有关。

根据公式OGM KGB fT 22458.0+=φB=7.2m ，KG=2.388m ，GM=1.232m ，B/d=7.2/2.51=2.87所以f=1.03，代入数据得 T Ф=4.65近海航区，由P101中的图4-34得C1=0.34②系数2C 主要与波浪的有效波倾角系数有关，公式dKGC 6.013.02+=,代入数据得：C2=0.701③系数3C 主要与船舶的宽度吃水比dB有关，由表查的C3=0.013 ④系数4C 主要与船舶的类型，和舭龙骨的尺寸有关，查表得C4=0.523 将系数4321C C C C 、、、带入324128.15C C C C o =φ得，横摇角为19.95° 然后从动稳性曲线上作出q l 并读出数值：0.128 含横摇角的动稳性曲线如下图⑤计算风压倾斜力矩f M 或力臂f l ，由公式∆=9810Z pA l f f由给出数据可知：p=546pa ，，Af=166.9m^2,Z=2.295，△=360.1t ，代入数据得：l f= p*Af*Z/9810/△=0.059则。

稳性横准数K=l q/l f=2.17>1.校核：规则规定，船舶在各种装载情况下经过自由液面修正后的初稳性高和静稳性曲线应满足以下要求：①初稳性高等于1.232m>0.15m,满足要求。

②横倾角处的复原力臂等于1.73m ，不小于0.2m ，满足要求。

③船舶最大复原力臂所对应的横倾角=32.9°大于30°，因为船宽与型深比=2，从静稳性曲线图中看最大值对应点符合要求。

综合以上几点可是设计满足稳性要求。

由稳性横截曲线计算静稳性曲线及动稳性曲线的表格：4课程设计的收获浮体静力学课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。