浮体静力学课程设计
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浮体静力学(一)
课程设计
目录
1 静水力曲线计算 (1)
1.1 计算原理 (1)
1.2 计算过程 (3)
1.3 计算结果 (4)
2 稳性横截曲线计算 (7)
2.1 计算原理 (7)
2.2 计算过程 (8)
2.3 计算结果 (14)
3 稳性校核 (15)
3.1 设计要求 (15)
3.2 计算原理 (16)
3.3 计算过程及结果 (16)
3.3.1静水力曲线插值 (16)
3.3.2根据静水力曲线及已知数据得到计算表格 (17)
3.3.3静稳性曲线及动稳性曲线 (18)
3.3.4稳性校核 (19)
4 课程设计的收获 (23)
课程设计
1 静水力曲线计算
1.1 计算原理
采用垂向沿吃水方向积分系统,利用梯形法列表计算。 (1)水线面面积w A
22
2L L w A ydx -=⎰
(2)漂心纵向坐标F x
22
2L L oy M xydx -=⎰ oy F w
M x A =
(3)每厘米吃水吨数TPC
100
w
A TPC ω=
(31.025/t m ω=)
(4)型排水体积∇
0d
w A dz ∇=⎰
(5)总排水体积k ∇
1.006k ∇=∇
(6)总排水量∆
k ω∆=∇
(7)浮心纵向坐标B x
0i
d yoz F w M x A dz =⎰
yoz B M x =
∇
(8)浮心垂向坐标B z
i
d xoy w M zA dz =⎰
xoy B M z =
∇
(9)横稳心纵向坐标BM
T
I BM =
∇
322
1
(2)12
L L T I y dx -=⎰
(10)纵稳心纵向坐标L BM
LF
L I BM =
∇
222
2L L L I x ydx -=⎰
2LF L w F
I I A x =- (11)每厘米纵倾力矩MTC
100L GM MTC L
∆=
近似写成:100L
BM MTC L
∆=
(12)水线面系数wp C
w
wp A C LB
=
(13)方形系数B C
B C LBd ∇
=
(14)棱形系数P C
P M C A L
∇
=
10站处0
2i d M A ydz =⎰
(15)中横剖面系数M C
M
M A C Bd
=
1.2 计算过程
在excel中分别计算了0.25m,0.5m,1.0m,1.5m,2.0m,2.5m,3.0m,3.5m吃水处水线面各项几何要素,主要包括面积、面积矩、横向惯性矩、纵向惯性矩,这些数据经过计算处理后得到15条静水力曲线的具体数据。
以1m吃水处为例,说明第一步计算过程。如表1.1所示。
表1.1 1米吃水处计算用表
续表1.1 1米吃水处计算用表
1.3 计算结果
经过进一步处理(参见前面计算原理和excel中计算过程),得到15条静水力曲线
的汇总表,如表1.2所示。
利用CAD制图,得到静水力曲线图如图1.1所示。
表1.2 静水力曲线数据汇总表
续表1.2 静水力曲线数据汇总表
图1.1 静水力曲线图
2 稳性横截曲线计算
2.1 计算原理
在大倾角稳性状态下,初稳性公式已经不符合实际情况,所以大倾角状态下的静稳性臂能够表示为l=l s−l g,其中,l s为浮心沿水平横向移动的距离,其数值完全由排水
̅̅̅̅̅sin∅,数值主要由重心位置决定,为重量稳性臂。体积决定,为形状稳性臂,l g=B0G
假设重心位置取在基线上,即KS=0。此时,复原力臂l s=y∅cos∅+z∅sin∅,l g=z G sin∅。由所给型值表可以得到各站各吃水不同倾斜角度时的横剖面面积、质心坐标,通过纵向积分法可求出在不同倾角下的排水量、浮心横向、纵向坐标。再由l s=yφcosφ+zφsinφ,算出复原力臂ls。最后画出各个倾斜角度下的ls-
∇曲线图。
φ
旋转点取法:
首先选取5条水线(1.0m,1.5m,2m, 2.5m, 3.0m),在最高水线和最低水线之间绘制一圆,保证圆与最高水线和最低水线相切。
再绘制一条水平直线,逆时针偏转60度,复制、移动使之与圆分别相切。该直线与1000水线、3000水线分别交于两点,记为A、B,连接A、B,得一直线,该直线与各水线的交点记为偏转点。如图2.1所示。
图2.1 船体横剖线图和旋转点
2.2 计算过程
(1)根据型值表,取各站横剖面型值。
(2)选择计算倾斜水线,假定中心位置和横倾角间隔大小。
计算水线选择3m ,2.5m ,2m ,1.5m 和1m 。假设中心位置区在基线上,横倾角间隔为10°,分别计算10°、20°、30°、40°、50°、60°、70°倾斜角时的排水体积和浮心位置。
(3)计算复原力臂。
根据面域法分别求出各站横剖面的面积以及质心位置,根据纵向积分法求出各
倾斜水线下的排水体积V ∅和浮心位置B (y φ,z φ)。
V ∅=∫A s dx L 2
−L
2≈δL ×(∑A si −(A s0+A sn )/2)
y φ=M xoz /V ∅
M xoz =∫yA s dx L 2
−L 2≈δd [∑y i A wi −(y 0A s0+y n A sn )/2]
z ∅=M xoy /V ∅