船舶静止在波浪上的外力计算
船舶阻力数值计算
船舶阻力数值计算1.船体阻力的计算船体阻力是船舶行驶时由于水的粘性作用在船体表面产生的阻力。
常用的方法有几种，其中一种是波尔根公式：R=К*S*V²其中，R表示船体阻力，К为波尔根系数，S为船体湿表面积，V为船舶的航行速度。
2.波浪阻力的计算波浪阻力是船舶行驶时由于船体在海水中的波浪作用下产生的阻力。
波浪阻力一般可以通过计算波浪幅度的方法来获得，其中较为常用的是费尔康普公式：R_wave = К_wave * ρ * g * A_wave * L / 2其中，R_wave表示波浪阻力，К_wave为波浪阻力系数，ρ为水密度，g为重力加速度，A_wave为波浪振幅，L为船长。
3.粘性阻力的计算粘性阻力是由于水分子的粘性作用在船体周围产生的阻力。
根据流体力学的相关理论，可以通过雷诺数来计算粘性阻力。
一种常用的计算方法是维塔公式：R_viscous = К_viscous * μ * V * S / L其中，R_viscous表示粘性阻力，К_viscous为粘性阻力系数，μ为水的黏度，S为船体湿表面积，L为船长。
4.附加阻力的计算附加阻力是由于船舶与船艏、船尾以及侧板、船舶结构等水流非均匀情况下的相互作用而产生的阻力。
附加阻力的计算比较复杂，常常需要通过模型试验或者计算流体力学模拟方法来进行。
其中一种常用的方法是简化模型试验法，通过对一系列模型试验的数据进行曲线拟合，得到附加阻力的数学模型。
总结起来，船舶阻力数值的计算是一个相对复杂的过程，需要考虑船体阻力、波浪阻力、粘性阻力和附加阻力等多个方面。
这些阻力的计算方法也是不同的，从经验公式到数值模拟等各种方法都有。
在实际计算中，需要根据船舶的具体情况选择合适的计算方法，并结合实测数据或者试验数据进行验证，以保证计算结果的准确性和可靠性。
船舶稳性计算公式
船舶稳性计算公式船舶稳性是指船舶在水中运行时，保持平衡和稳定的能力。
稳定性是船舶设计中非常重要的一个方面，它关系到船舶的安全性和航行性能。
船舶稳性计算公式是用来评估船舶在不同条件下的稳性情况的数学公式，通过这些公式可以计算出船舶在不同条件下的稳性参数，从而为船舶设计和运行提供参考依据。
船舶稳性计算公式的基本原理是基于阿基米德原理和力学平衡原理，通过计算船舶的浮力、重力和倾覆力矩等参数来评估船舶的稳定性。
在船舶设计和运行中，稳性计算公式被广泛应用于评估船舶的稳性情况，为船舶设计师和船舶操作人员提供了重要的参考数据。
船舶稳性计算公式涉及到许多参数，其中包括船舶的尺寸、形状、重心位置、载重情况、浸水线、气压和海况等因素。
根据这些参数，可以得出船舶的稳性曲线、倾覆角、倾覆力矩、倾覆力臂等稳性参数，从而评估船舶在不同条件下的稳定性。
船舶稳性计算公式的具体形式和计算方法根据不同的稳性理论和方法而有所不同。
在船舶设计中，常用的稳性计算方法包括静态稳性计算、动态稳性计算、气动稳性计算和波浪稳性计算等。
每种方法都有相应的计算公式和计算程序，可以用来评估船舶在不同条件下的稳性情况。
静态稳性计算是指在平静水面上，船舶在静止状态下的稳性情况。
常用的静态稳性计算公式包括浮力计算公式、重心位置计算公式、倾覆力矩计算公式等。
通过这些公式可以计算出船舶在不同载重情况下的浮力和重心位置，从而评估船舶的稳定性。
动态稳性计算是指在船舶运行时，船舶在动态条件下的稳性情况。
常用的动态稳性计算公式包括倾覆角计算公式、倾覆力矩计算公式、倾覆力臂计算公式等。
通过这些公式可以评估船舶在不同航行状态下的稳定性，为船舶操作人员提供重要的参考数据。
气动稳性计算是指在强风条件下，船舶在风力作用下的稳性情况。
常用的气动稳性计算公式包括风压力计算公式、风倾覆力矩计算公式等。
通过这些公式可以评估船舶在强风条件下的稳定性，为船舶设计师和船舶操作人员提供重要的参考数据。
2-4 船体静波浪剪力和弯矩的计算
N20 0.025 Nmax
M 20 0.05 M max
如果误差不满足上述两个条件，则需要分析引起误差的原 因，检查计算过程。如果误差满足上述不等式，则允许对剪 力和弯矩曲线进行修正。
Friday, November 11, 2011
剪力和弯矩曲线修正方法
剪力修正
：
N Ni Ni
（3）剪力和弯矩曲线的特征
1）首尾端剪力和弯矩为零； 2）弯矩曲线上任意点的斜率，等于该剖面的剪力， 因此弯矩 最大剖面，剪力为零 ； 3）在1/4船长剖面，弯矩曲线出现拐点，该剖面剪 力出现极大值。
Friday, November 11, 2011
（4）剪力和弯矩曲线的修正
原因：由于采用数值计算方法，出现累积误差，导致 20#站剖面的剪力和弯矩不为零，但是一般满足下列误差条 件：
对于船长大于波长的内河船，需要用将船舶斜置于波浪上的方法进行静 波浪弯矩计算，斜置的目的在于使船体受力最不利。 斜置的影响： 在各个非船中剖面，浮力沿船宽的分布不是均匀的了，而是按坦谷曲 线。因此船舶除受到总纵弯曲力矩的作用外，还将受到扭转力距的作用。
Friday, November 11, 2011
20 L V xb 3 0 6 b 7 2 20 L
利用表格计算出上述五个积分系数后，可由上式解出和 值，于是就得到了船舶静置于波浪上的实际平衡位置。
Friday, November 11, 2011
（四）船舶斜置在波浪上的静波浪弯矩计算
Friday, November 11, 2011
3、利用平衡条件，即排水量和浮心位置与静水中相 等的条件,则△b必须满足以下条件：
L 0 b x dx 0 L 0 xb x dx 0
第2章 船舶静置在波浪中的剪力和弯矩计算
根据表格7.2静水平衡计算
1
理论站 号
2
力臂系 数k
3
横剖面 浸水面 积ω/㎡
4
5
6
第一次近似计算
第二次近似计算
力矩函 横剖面 力矩函 数 浸水面 数 k×ω= 积ω/㎡ k×ω= （2）× （2）× （3） （5 ）
Bij
2012年9月
i j
2
L g
船舶工程系 孟巧
第二章 船舶静置在波浪中的剪力和弯矩计算
2.1.2 载荷、剪力、弯矩的基本公式 和计算的一般步骤
基本公式
bw( x) bs ( x) b( x)
q( x) w( x) - bw( x)
N ( x) q( x)dx N s ( x) N w ( x)
0
x
x
M ( x) N ( x)dx M s ( x) M w ( x)
A1 A2 A3 W
A y A
i i
i
L - xg 2
化简后得到：
a c 4b 6
108 x g a-c 7 L
2012年9月
第二章 船舶静置在波浪中的剪力和弯矩计算
船舶工程系 孟巧
根据统计资料 对于瘦形船：b=1.195，于是：
54 xg a 0.61 7 L 54 xg c 0.61- 7 L
0
作用在船体梁上的所有外力是平衡的
2012年9月 第二章 船舶静置在波浪中的剪力和弯矩计算 船舶工程系 孟巧
2.2.4 静水剪力、弯矩曲线
定义：船体梁在静水中所受到的剪力和弯 矩沿船长分布状况的曲线分别称为静水剪 力曲线和静水弯矩曲线。 表达式为
船体强度与结构设计-船体静置在波浪上的外力计算
使船尾倾力矩为: BH 0 sin
H 0 -纵稳性高
R H0 GC H0 MG
于是得
BR sin
R H0
R：纵稳心半径
船舶纵摇平衡时
W (xg xb ) BRsin
xg xb
R
为小量。
da
dm
( L /
2
xf
) xg
xb R
，
由da和df在邦戎曲线上作出水线，
df
dm ( L / 2 xf
) xg xb R
邦戎曲线
计算排水体积和浮心得纵向位置，得到
xb1
V1
比较排水体积和V0 ，比较 浮心纵向位置 xb1 和重心的纵向位置 xg ,
V1 V0 0.5%V0
xg xb1 0.1%L
当上述条件不满足时，说明船舶仍未达到受力和力矩的平衡，继续改 变首尾吃水，进行调整。 （4）第二次调整首尾吃水
分配到各站间重量叠加，得到各个站间的总重量，如下图所示： 图 船体站间重量分布结果
10 首部锚2只101#~106#
20
5.1
102.0
0.0
0.0 -27.6 -552.0
11 固定压载32#~48#
36
0.5
18.
8.4 302.4 10.8 388.8
空船重量重心合计
1165.92 2.253 2627.32 -0.005 -6.08 1.750 2040
1.965 1.965 1.965 5.1
1973.6
39.82 12.18 26.0
88.43
88.43 88.43 88.43 102.0
-0.3
-265.5
-9.29 -5.571 -6.0
船受海水的压强计算公式
船受海水的压强计算公式海洋是地球上最广阔的水域，其深远的影响不仅体现在自然界的生态系统中，也对人类社会产生着重要的影响。
船舶作为海上交通的重要工具，其在海水中受到的压强是一个重要的物理参数。
本文将以船受海水的压强计算公式为标题，探讨船舶在海水中受到的压强以及其计算公式。
首先，我们来了解一下船舶在海水中受到的压强是什么。
海水是一种流体，对于任何浸入其中的物体都会施加压力。
船舶在海水中浮沉，受到的压强主要来自两个方面，一是来自海水的静压力，即海水对船舶表面产生的压力；二是来自海水的动压力，即船舶在航行过程中受到的水流压力。
这些压力会对船体结构产生影响，因此对船舶受到的压强进行计算是非常重要的。
接下来，我们来看一下船受海水的压强计算公式。
根据流体静力学的原理，海水对船舶表面的压强可以通过以下公式进行计算：P = ρgh。
其中，P表示海水对船舶表面的压强，单位为帕斯卡（Pa）；ρ表示海水的密度，单位为千克/立方米（kg/m³）；g表示重力加速度，单位为米/秒²（m/s²）；h 表示海水的深度，单位为米（m）。
这个公式说明了海水对船舶表面的压强与海水的密度、重力加速度以及海水的深度有关。
在实际应用中，可以通过这个公式计算出船舶在不同深度的海水中受到的压强，从而为船体结构设计提供参考依据。
除了静压力，船舶在航行过程中还会受到来自海水的动压力。
动压力的计算公式与静压力有所不同，其计算公式如下：P = 0.5ρv²。
其中，P表示海水对船舶表面的动压力，单位为帕斯卡（Pa）；ρ表示海水的密度，单位为千克/立方米（kg/m³）；v表示船舶在水中的速度，单位为米/秒（m/s）。
这个公式说明了海水对船舶表面的动压力与海水的密度以及船舶在水中的速度有关。
在船舶设计和船舶性能评估中，需要考虑船舶在航行过程中受到的动压力，从而合理设计船体结构和提高船舶航行性能。
综上所述，船舶在海水中受到的压强是一个重要的物理参数，其计算公式可以通过流体静力学和流体动力学的原理进行推导。
船舶总纵强度计算方法
一、引言
*
问题提出：
船舶在运营过程中，船体结构的受力颇为复杂。尤其是船体所受重力和浮力沿船长方向分布的不一致，将产生弯曲变形及弯矩和弯曲应力。 (这时弯曲应力大小如何衡准？)
解决思路：
将船体视为一根空心变断面且两端自由支撑的梁，来研究它的弯曲变形. 已成为研究船舶总纵强度(Longitudinal strength of ship)的标准方法。
x
Mx
o
总强度计算的标准计算方法： （1）将船舶静置在波浪上，即假定船舶以波速在波浪的传播方向上航行，船舶与波浪处于相对静止的状态； （2）以二维坦谷波作为标准波形，计算波长等于船长，计算波高按有关规范或强度标准选取。 （3）取波峰位于船中和波谷位于船中两种状态分别进行计算。
计算方法：
*
ห้องสมุดไป่ตู้
总纵弯曲;板架弯曲;纵骨弯曲;板的弯曲
1
2
3
4
5
由以上分析可知，船体纵向连续构件在总弯曲中所受到的正应力，可以称为总合正应力。 它包括总弯曲正应力及局部弯曲正应力。 对于不同的构件，其局部弯曲正应力所包含的应力数目是不同的，所以为： 船体总纵强度的校核内容，包括： 按许用应力校核 总合正应力校核 剪应力校核 按剖面最大承载力校核
概述 在求得船体的总纵弯曲和剪力之后，我们就可以计算船体的弯曲正应力，进行强度校核。
实验现象：
中性轴： 中性层与横截面的交线称为中性轴。
MZ:横截面上的弯矩
IZ :截面对中性轴的惯性矩
y :到中性轴的距离
z
y
船体结构是由许多部件组成的，这些部件各自承担着一定的作用。其中一些是直接承受外力的构件，另一些则承受别的构件传来的力。现以两种典型结构形式的船底板架为例，进行船体结构的受力和传力过程分析。
船体静波浪剪力和弯矩的计算讲解
（二）坦谷波的绘制方法： 坦谷波为：车轮滚动时，轮盘内任一点的运动轨迹。 1. 按坦谷波面方程原理
其公式如下：【推导】
x
?
? 2?
?
?
r sin?
? ? ?
y ? ? r cos?
??
V
2. 坦谷波曲线的计算表 1-3 【p24】 按波长/波高 比的不同； 求各站的 y/λ值，制成表格。
（三）静波浪剪力及弯矩计算
2、波浪上平衡位置的确定
假定：船舶静置在波浪上，尾垂线较静水时下沉 ζ[可西] （下沉为正），纵倾角变化为Ψ[普西]（首下沉为正），则 在距尾垂线x处剖面下沉或上浮的距离：
? x ? ? 0 ? x?
*** 结论：求船舶在波浪上的平衡位置，实际上可归结为
求平衡时波浪轴线的位置? 0 和 ?
3、利用平衡条件，即排水量和浮心位置与静水中相等的条件， 则△b必须满足以下条件：
项目二 船体强度计算基本知识 【3】
§2-4 船体静波浪剪力和弯矩的计算
教学目标 : 1、掌握传统的标准计算方法； ２、了解坦谷波的绘制 ３、掌握静波浪剪力和弯矩表格计算方法
四、 静波浪剪力和弯矩计算
船舶由静水状态进入到波浪状态中时，浮力分 布将改变。浮力分布的变化引起附加波浪剪力 与弯矩。
（一）传统的标准计算方法
利用直壁式假设，实际波面下的浸水面积的计算为：
? ? FCi
?
FAi
?
? Fi
?
FAi
?
FBi
?
?
F Ai
?i
?
FAI
?
FBi
?
?
FAi
? 0 ? xi?
利用平衡条件，即排水量和浮心位置与静水中 相等的条件
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船舶静止在波浪上的外力计算
一、整体计算过程（计算思路）
两个假设：
1、假设船舶以波速在波浪的前进方向上航行，即船与波的相对速度为零；
2、假设船体是在重力和浮力作用下静平衡于波浪上的一根梁。
计算思路：
1、船舶外力计算的目的是进行强度校核，应保证：
[]max σσ≤
其中，max σ为船体断面最大正应力，[]σ为许用应力。
2、应力计算根据梁的弯曲理论由下式给出：
M Z I
σ=⋅ 其中，M 为计算断面的弯矩；I 为横断面绕水平中和轴的惯性矩；Z 为计算应力点到中和轴的距离。
3、船体梁在载荷作用下纵纵弯曲产生的弯矩有两部分构成：静水力弯矩和波浪附加弯矩：
s M M M ω=+
整体计算步骤：
1、计算不同装载状态下静水弯矩和波浪附加弯矩以及静水剪力和波浪附加剪力；
2、计算总纵弯矩；
3、计算船体断面的最大正应力；
4、根据许用应力进行强度校核。
波浪要素和装载状态：
1、计算波浪附加弯矩时，标准波浪的波形取为坦谷波；
2、应考虑四种装载状况：满载出港、到港，压载出港、到港
二、各部分计算过程详解
1、静水弯矩计算
两个必要条件：1）船体浮力等于重力；2）重心和浮心在同一铅垂线 静水弯矩计算核心公式：
()()()
()()()()00x x q x x b x N x q x dx M x N x dx ω=-⎧=⎪⎨⎪=⎩
⎰⎰ 静水力弯矩计算步骤：
1) 绘制重量曲线；
2) 绘制浮力曲线；
3) 求出重量曲线和浮力曲线的差值()q x ，作为船体梁的载荷强度；
4) 根据上面的公式计算静水弯矩。
重量曲线绘制方法：
绘制重量曲线时，必须根据静力等效原则合理分布，满足以下四个要点：重量不变，重心不变，范围一致，均匀分布
围长法：核心是假设船体结构单位长度重量与剖面围长成比例；
抛物线法：核心是假定船体与舾装品总重量构成的重量曲线可以用抛物线和矩形之和来表示；
梯形法：将船体重量近似地用梯形曲线表示；
局部性重量：根据静力等效原则进行合理分布。
浮力曲线绘制方法：
浮力曲线由邦戎曲线得出，由于船舶并非处于平浮状态，所以必须进行纵倾调整，调整方法为解析法和逐步近似法，其中逐步近似法计算过程： ● 按给出的平均吃水m d ，浮心纵向坐标b x ，水线面漂心f x 以及纵稳心半径R ，计算首尾吃水：
22g b f m f g b a m f x x L d d x R x x L d d x R -⎫⎛⎫=+- ⎪⎪⎝⎭⎪⎬-⎛⎫⎪=-+ ⎪⎪⎝⎭⎭
● 确定首尾吃水后，利用邦戎曲线求出对应吃水线时的浮力曲线，可计算出排水体积1V 和浮心纵向坐标1b x 的第一次近似值；
● 将求的的两个数值与给定的排水体积0V 及重心纵向坐标g x 比较，相差较大时，必须作第二次近似计算，由下式确定新的首尾吃水：
'01'0122g b f
m f g b a m f x x V V L d d x A R x x V V L d d x A R -⎫-⎛⎫=++- ⎪⎪⎝⎭⎪⎬--⎛⎫⎪=+-+ ⎪⎪⎝⎭⎭ 校核误差在下式范围内时，即可停止近似计算，由邦戎曲线得出最终的浮力
曲线：
0.05%~0.01%g b
x x L -≤
在得出重量曲线和浮力曲线后，由重量曲线和浮力曲线之差得出载荷曲线，应满足以下性质：
()()()()()()0000000
L L L L L L
g b q x dx x dx b x dx W B xq x dx x x dx xb x dx W x B x ωω=-=-==-=⋅-⋅=⎰⎰⎰⎰⎰⎰
2、波浪附加弯矩计算
船舶在波浪中的浮力曲线()b x ω是由静水中的浮力曲线()s b x 与波浪中由吃水变化引起的浮力变化量()b x ∆之和构成：
()()()s b x b x b x ω=+∆
船舶在波浪中的浮力变化量必须满足下列两式：
()()000
0L
L b x dx x b x dx ⎫∆=⎪⎬⎪⋅∆=⎭⎰⎰ 船舶在波浪中的附加弯矩可以得出： ()()()()()0000x
x x x N x b x dx
M x N x dx b x dxdx ωωω⎫=-∆⎪⎬⎪==-∆⎭⎰⎰⎰⎰ 由于坦谷波波形因素，船舶在波浪中要有一定的下沉或上升，距尾垂线x 下沉量由下式给出： 0x x ζζψ=+⋅
利用麦卡尔法，基于船侧直壁假设，可以得出：
Bi Ai Ci Ai i Ai i ωωωωωωζε
-=+∆=+⋅ ()0Bi Ai Ci Ai i x ωωωωζψε
-=+⋅+ 根据以上条件，即可以得出波浪中附加弯矩的计算式：
()()()()000x
x x N x x dx
M x x dxdx ωωγωγω⎫=-∆⎪⎬⎪=-∆⎭⎰⎰⎰ 3、总纵弯矩计算及强度校核
将静水弯矩和波浪附加弯矩之和记作总纵弯矩，再由应力校核公式进行强度校核： s M M M ω=+
[]max σσ≤。