4章 船舶稳性(课堂PPT)
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第四章 船舶稳性
第四章船舶稳性第一节船舶稳性的基本概念（一）船舶平衡的3种状态1、稳定平衡>0G点在M点之下，GM>0，MR2、随遇平衡G点与M点重合，GM=0，M=0R3、不稳定平衡<0G点在M点之上，GM<0，MR（二）稳性的定义船舶稳性是指船舶受给定的外力作用后发生倾侧而不致倾覆，当外力消失后仍能回复到原来的平衡位置的能力。
（三）稳性分类分类方法: 按倾斜方向、倾角大小、倾斜力矩性质、船舱是否进水┏破舱稳性稳性┫┏初稳性(小倾角稳性)┃┏横稳性┫┏静稳性┗完整稳性┫┗大倾角稳性┫┗纵稳性┗动稳性其中，倾角小于等于10－15度称为小倾角，否则称为大倾角。
倾斜力矩性质指静力或动力，或者说有无角速度、角加速度。
第二节船舶初稳性（1）（一）船舶初稳性的基本标志1．稳心M 与稳心距基线高度KM船舶小倾角横倾前、后其浮力作用线交点称为横稳心，简称稳心。
稳心M距基线的垂向坐标称为稳心距基线高度。
2．初稳性的衡准指标稳心M至重心G的垂距称为初稳性高度GM。
初稳性高度GM是衡准船舶是否具有初稳性的指标。
初稳性高度大于零，即船舶重心在稳心之下，船舶就有初稳性。
3．初稳性中的假设(对于任一给定的吃水或排水量)（1）小倾角横倾(微倾)；（2）在微倾过程中稳心M和重心G的位置固定不变；（3）在微倾过程中浮心B的移动轨迹是一段以稳心为圆心的圆弧；（4）在微倾过程中倾斜轴过漂心。
（二）初稳性高度GM的表达式GM=KB+BM-KG=KM-KG第二节 船舶初稳性（2）（三） 初稳性高度的求取1、 KM 可在静水力曲线图、静水力参数表或载重表中查取。
2、 KG 的计算式中，P i —— 组成船舶总重量（含空船重量等）的第i 项载荷，tZ i —— 载荷P i 的重心距基线高度，m3、Z i 确定（1）舱容曲线图表查取法船舶资料中通常有各个货舱和液舱的舱容曲线图或数据表，利用舱容曲线图表，可方便确定舱内散货或液货的重心高度Z i ，方法如下：i ）对于匀质散货或液货，已知货堆表面距基线高度，在图中左纵轴上对应点做水平线交舱容中心距基线高度曲线得B 点，过B 点做垂线交上横轴得C 点，对应值即为该舱货物重心距基线高度Z i 。
4章 船舶稳性(课堂PPT)
KH KG sin
42
形状稳性力臂KN曲线（稳性交叉曲线） （Cross curves of stability）
43
2、假定重心法求取GZ （Assumed center of gravity）
GZ
Ga Z a
GG a
sin
Ga Z a
(KG
KGa )sin
GaZa：假定重心形状稳性力臂
θ
L2
4
25
b b
l b
液面形状图
b1
l
l
l
F
b
b
b2
b1
A
l
r
a b
b a
b2
26
⑤减小自由液面影响的措施
设置水密纵隔壁
i
x
(n
ix 1)2
减少甲板上浪和存水，及时排出积水。 液体舱柜应根据实际情况尽量装满或排空。 航行中，应逐舱使用油水并尽量减少同时存在 自由液面的液舱数。 液体散货船装载货物时，尽量少留部分装载舱。 部分装载舱应选择舱室宽度较小的货舱。 保证液体舱柜内的纵向水密隔壁的完整性。
Pi 10%
GM GM2 GM1 (KM 2 KM1) (KG2 KG1)
GM
KM
KG
KM
(KG1
KG1 P Z P
)
GM KM P (KG1 Z )
P
37
GM KM Pi (KG Zi )
Pi
因为是少量载荷变动，所以通常装载状
态下载荷变化前后KM变化较小，则可以忽略
水平横移
tg P y
GM
M P
L1
θ
W
O
L
W1
G
lZ
42
形状稳性力臂KN曲线（稳性交叉曲线） （Cross curves of stability）
43
2、假定重心法求取GZ （Assumed center of gravity）
GZ
Ga Z a
GG a
sin
Ga Z a
(KG
KGa )sin
GaZa：假定重心形状稳性力臂
θ
L2
4
25
b b
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液面形状图
b1
l
l
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F
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b a
b2
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⑤减小自由液面影响的措施
设置水密纵隔壁
i
x
(n
ix 1)2
减少甲板上浪和存水，及时排出积水。 液体舱柜应根据实际情况尽量装满或排空。 航行中，应逐舱使用油水并尽量减少同时存在 自由液面的液舱数。 液体散货船装载货物时，尽量少留部分装载舱。 部分装载舱应选择舱室宽度较小的货舱。 保证液体舱柜内的纵向水密隔壁的完整性。
Pi 10%
GM GM2 GM1 (KM 2 KM1) (KG2 KG1)
GM
KM
KG
KM
(KG1
KG1 P Z P
)
GM KM P (KG1 Z )
P
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GM KM Pi (KG Zi )
Pi
因为是少量载荷变动，所以通常装载状
态下载荷变化前后KM变化较小，则可以忽略
水平横移
tg P y
GM
M P
L1
θ
W
O
L
W1
G
lZ
船舶静力学大倾角稳性教育课件
四、稳性横截曲线图
20
五、静稳性曲线
计算不同横倾角时的静稳性臂 l，据此可以绘制船舶在某一 排水量（即某一装载情况下） 时的静稳性曲线。
21
§4-3 静稳性曲线的等排水量法
• 一、基本原理 • 首先确定各倾角的等体积倾斜水线，然后分
别计算这些水线下的浮心位置，在计算各倾 角下的复原力臂并绘制该排水量时的静稳性 曲线。
• 二、具体计算方法 • 反复试算，以确定某一倾角下的等体积倾斜
水线。
22
§4-4 上层建筑与自由液面对静稳性 曲线的影响
23
24
25
自由液面对静稳性曲线的影响
26
自由液面产生了一个倾斜力矩 船舶的实际复原力矩
27
28
结论：
在接近满舱或空舱时，自由液面对稳性的影响 很小；但在半舱时，其影响较大。
外力矩主要来自风浪的作用，而风浪的大小 又与离岸距离以及水域开阔程度有关
64
34
5、静稳性曲线下的面积越大，船舶所具有可 抵抗横倾力矩的位能就越大，即船舶的稳性 就越好。
35
§4-6 动稳性
• 一、基本概念
36
1、船舶在倾斜和复原过程中的运动情况
37
2、倾斜过程中船舶的往复摆动
38
3、动倾角
只有当外力矩 所作的功完全 由复原力矩所 作的功抵消时 ，船的角速度 才变为零而停 止倾斜。根据 这个原理，确
57
2）有进 水角时 ，船舶 最小倾 覆力矩 的确定 方法。
58
§4-7 船舶稳性校核计算
• 一、稳性衡准数K • 稳性衡准数K是对船舶稳性重要基本的要求
之一。规则规定：船舶在所核算的各种装 载情况下的稳性，应满足：
船舶原理
稳心半径表达式的使用范围：θ<10°～15°
四、稳性半径表达式
稳性半径表达式推导：
由于横倾后出水三角体体积v2的浮心k2移至入水三角 体体积v1的浮心k1位置。根据平行力移动原理和等容条件， 则有： v1·k2k1 =V·BB1 设横倾角为无穷小dθ，有： k2k1=k2o+ok1 计及上式和等容条件，则有：
动稳性——指船在计及及角速度和角加速度的稳性。 4、按其船舱状态分 完整稳性——船舱为完整状态的稳性；
破舱稳性——船舱为破舱进水状态的稳性。
§4-2水面船舶的平衡状态
M
稳定平衡状态——微倾后W和D组成稳性力矩，其特点
为G点位于M点之下，GM取正值，船舶具有稳性， 即船舶具有抵御倾斜的复原力矩。
§4-2水面船舶的平衡状态
M
随遇平衡状态——微倾后W和D作用于同一铅垂线上，其特
征为G点和M点重合，GM = 0，船舶处于中性平衡，既 无稳性力矩又无横倾力矩，船舶同样不具有稳性。
§4-2水面船舶的平衡状态
不稳定平衡状态——微倾后W和D组成横倾力矩，其特
征为G点位于M点之上， GM取负值，船舶不具有稳 性，即船舶具有横倾力矩。
BB1=（v·k2o +v·ok1）／V
入水： v·ok1 = dθ∫（ 1／3）Y3dx= dθ·i1
出水： v2·k2o = dθ∫ （ 1／3）Y3dx= dθ·i2
BB1=dx（i1+i2）／V=dx·Ixf，由图可见：r= BB1
／dθ 将BB1式代入即得稳性半径公式
r I xf
lF 2 y3dx
船舶原理
船舶原理
第四章 稳性
§4-1 稳性及其分类 §4-2水面船舶的平衡状态 §4-3 初稳性方程式 §4-4 稳心半径及其与船形的关系 §4-5 初稳性方程的应用---船内问题 §4-6 初稳性方程的应用---少量、大量装卸问题 §4-7 静稳性图、横倾力矩 §4-8 静平衡和动平衡 §4-7动稳性图 §4-8 稳性衡准
(完整版)校验船舶稳性、吃水差和纵强度PPT文档
4.3 计算
吃水差为－，不在本次评估要求值（－～－）范围内，尾倾偏大，故应在首尖舱加压载水使其调整为t＝－，需加压载水数量为： 总纵强度是关系到船舶安全的一个重要因素，必须根据强度曲线图或有关图表进行认真校核。 试编制本航次货物配载图。 填写“船舶力矩计算表” 根据初配方案中各舱室装货重量，填表计算船舶船舶重心距基线高度 ﹑ 船舶重心距船中距离 (表1—10)。 填写“船舶力矩计算表” 5 ，有利中垂为239652. 总纵强度是关系到船舶安全的一个重要因素，必须根据强度曲线图或有关图表进行认真校核。 货载见装货清单（表1－3）。 由于 值处于船舶最佳横摇范围（14s～16s），故稳性满足要求。 **该值是由8×（－34）+10×（－30）+10×（－15）求得。 5 ，有利中垂为239652. 由于 值处于船舶最佳横摇范围（14s～16s），故稳性满足要求。
船舶积载计划案例
• 某船航次任务如下： • 装货港 大连（o oE） • 卸货港 伦敦（ o N，005 o W）—鹿特丹（ o N， o E） • 航次储备 燃料及淡水等在始发港一次装足 • 开航日期 预计为12月6日 • 货载见装货清单（表1－3）。试编制本航次货物配载图。
填写“船舶力矩计算表”
• 根据初配方案中各舱室装货重量，填表计算船舶排水量 ﹑ 垂向重量力矩 ﹑纵向重量力矩 、对船中载荷弯矩 及船舶 重心距基线高度 ﹑船舶重心距船中距离 (表1—10)。
• *该值是由8×10.82+10×15.50+10×求得；
• **该值是由8×（－34）+10×（－30）+10×（－15） 求得。 由于 值处于船舶最佳横摇范围（14s～16s），故稳性满足要求。
填写“船舶力矩计算表”
舰艇生命力_第4讲 舰船的初稳性
后产生使其复原的扶正力矩。
第四讲 舰船的初稳性
三、稳定中心高及其计算 1.稳定中心高 （1）定义：
度量初稳度大小的一个量是稳心在重心以上的高度， 称为稳定中心高，通常以 h 表示。稳定中心 m 在重 心 G 之上时，h 为正；反之，h 为负。
横稳定中心高 h 稳定中心高分为
纵稳定中心高 H
第四讲 舰船的初稳性
有关；一般舰船，C ＝0.75～0.8；
h — 横稳定中心高（米）。
第四讲 舰船的初稳性
h 愈大 τ 愈小，h 愈小 τ 愈大。
从舰舶不沉性角度看，横稳定中心高愈大愈安全，但 h 过大必然使横摇周期 τ 变小。τ 愈小舰船摇摆得愈快， 这对武器瞄准和射击、对舰员的工作和生活等方面都带 来了不利，因此 h 也不能过大。
情况二：条件基本同上，但由于装载不当，重心
G 处于不适当的过高的位置，此时 m 点在重心
G 之下。这种情况下舰艇的原平衡位置是不稳
定的
mθ
θ Q
C1
L1 LW
W1
L1
G
θ
L
P m
Q
C
C1
第四讲 舰船的初稳性mM NhomakorabeaMM G
GGGG m
CCCC C1CCC111
K KKKK
CL
第四讲 舰船的初稳性
舰艇是否稳定取决于三个参考点： 浮心 C 点， 重心 G 点， 稳心 m 点。
（2）稳定系数：k Ph，与倾角无关
（3）稳定中心高 h：简单明了、常用、方便。
第四讲 舰船的初稳性
① m 点在 G 点之上，舰船平衡位置稳定。 ② m 点与 G 点重合，舰船处于随遇平衡状态。 ③ m 点在 G 点之下，舰船平衡位置不稳定。 横向平衡稳定的条件：纵稳心 m 在重心 G 之上。
第四讲 舰船的初稳性
三、稳定中心高及其计算 1.稳定中心高 （1）定义：
度量初稳度大小的一个量是稳心在重心以上的高度， 称为稳定中心高，通常以 h 表示。稳定中心 m 在重 心 G 之上时，h 为正；反之，h 为负。
横稳定中心高 h 稳定中心高分为
纵稳定中心高 H
第四讲 舰船的初稳性
有关；一般舰船，C ＝0.75～0.8；
h — 横稳定中心高（米）。
第四讲 舰船的初稳性
h 愈大 τ 愈小，h 愈小 τ 愈大。
从舰舶不沉性角度看，横稳定中心高愈大愈安全，但 h 过大必然使横摇周期 τ 变小。τ 愈小舰船摇摆得愈快， 这对武器瞄准和射击、对舰员的工作和生活等方面都带 来了不利，因此 h 也不能过大。
情况二：条件基本同上，但由于装载不当，重心
G 处于不适当的过高的位置，此时 m 点在重心
G 之下。这种情况下舰艇的原平衡位置是不稳
定的
mθ
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C1
L1 LW
W1
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C1
第四讲 舰船的初稳性mM NhomakorabeaMM G
GGGG m
CCCC C1CCC111
K KKKK
CL
第四讲 舰船的初稳性
舰艇是否稳定取决于三个参考点： 浮心 C 点， 重心 G 点， 稳心 m 点。
（2）稳定系数：k Ph，与倾角无关
（3）稳定中心高 h：简单明了、常用、方便。
第四讲 舰船的初稳性
① m 点在 G 点之上，舰船平衡位置稳定。 ② m 点与 G 点重合，舰船处于随遇平衡状态。 ③ m 点在 G 点之下，舰船平衡位置不稳定。 横向平衡稳定的条件：纵稳心 m 在重心 G 之上。
船舶静力学大倾角稳性PPT课件
18
第18页/共31页
一般地增加船宽能有效的改善船舶稳性
问题六：对船舶整体性能而言，初稳性 高越大越好吗？为什么？
19
第19页/共31页
3、横剖面形状对稳性的影响
一般地V型剖面船的稳性比U型剖面船好
20
第20页/共31页
二、重心位置对稳性的影响
问题七：重量的垂向移动对船舶初稳性有什 么影响？
21
1、干舷高度对稳性的影响
问题五：干舷与吃水、型深之间有何关系？
15
第15页/共31页
增加干舷高度的影响：
1）在大倾角时，倾斜水线 面的惯性矩增大，稳性半 径增大，致使形状稳性臂 和静稳性臂也都增大，对 改善大倾角稳性有利。
2）甲板从A升到B，甲板边缘进水角增大，则最 大静倾角增大，消失角也相应增大，使静稳性 曲线下的面积增大，对改善大倾角稳性有利。 3）在干舷甲板A浸水之前，初稳性高度不变。
6
第6页/共31页
1、满足初稳性高度要求的极限重心高度的计算
式中
可根据排水量在船舶静水力曲
线图上查得。
7
第7页/共31页
因此，极限重心高度为：
（问题四：自由液面对船舶稳性的有什么影 响影响？怎样消除其影响？）
8
第8页/共31页
2、满足复原力臂和极限静倾角要求的极限 重心高度的计算
先假定几个重心高度，然后根据重心高度、
四、实际采用的极限重心高度曲线
对于不同的稳性要求，都有其对应的 极限重心高度曲线，实际上采用的极限重 心高度连成曲线应是船舶所需规范稳性要 求的各极限重心高度曲线的下包络线。
4
第4页/共31页
实际极限重心高度曲线的简便形式
5
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一般地增加船宽能有效的改善船舶稳性
问题六：对船舶整体性能而言，初稳性 高越大越好吗？为什么？
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3、横剖面形状对稳性的影响
一般地V型剖面船的稳性比U型剖面船好
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二、重心位置对稳性的影响
问题七：重量的垂向移动对船舶初稳性有什 么影响？
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1、干舷高度对稳性的影响
问题五：干舷与吃水、型深之间有何关系？
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增加干舷高度的影响：
1）在大倾角时，倾斜水线 面的惯性矩增大，稳性半 径增大，致使形状稳性臂 和静稳性臂也都增大，对 改善大倾角稳性有利。
2）甲板从A升到B，甲板边缘进水角增大，则最 大静倾角增大，消失角也相应增大，使静稳性 曲线下的面积增大，对改善大倾角稳性有利。 3）在干舷甲板A浸水之前，初稳性高度不变。
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1、满足初稳性高度要求的极限重心高度的计算
式中
可根据排水量在船舶静水力曲
线图上查得。
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因此，极限重心高度为：
（问题四：自由液面对船舶稳性的有什么影 响影响？怎样消除其影响？）
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2、满足复原力臂和极限静倾角要求的极限 重心高度的计算
先假定几个重心高度，然后根据重心高度、
四、实际采用的极限重心高度曲线
对于不同的稳性要求，都有其对应的 极限重心高度曲线，实际上采用的极限重 心高度连成曲线应是船舶所需规范稳性要 求的各极限重心高度曲线的下包络线。
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实际极限重心高度曲线的简便形式
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船舶的稳性
增加船宽 ，增加干舷高度，降低重心高 度，减小风压侧力臂，增大进水角，减 小横摇角
船舶稳性判定
当稳心M位于重心G之上 时，GM>0,Ms>0,称为稳定 平衡，船舶有稳性
当稳心M位于重心G之下 时，GM<0,Ms<0,称为不稳 定平衡，船舶没有稳性
当稳心M位于重心G重叠 时，GM<0,Ms<0,称为不稳 定平衡，船舶没有稳性
(θ≤100
～
150)
，
水线面由
W
L
移至
W1L1，
①重力W大小不变，因为在倾斜过程中没有重物的增减；
②重心G位置不变，因为在倾斜过程中没有重物移动
③浮力D大小不变，因为重量不变，所以排水量也不变
④只有浮心B的位置因排水体积形状变化而改变，由原来的B 向倾 斜一侧移至B 斜一侧移至B l
此时，重力W和浮力D的方向虽垂直于新的水 线面W 1 L 1，但两 个力不再作用于同一条 垂线上 ，形成一个与横倾力矩 M h方向相 反的力偶距MS=D·GZ 。称该力偶矩为船舶 复原力矩 。如图所示。式中GZ值是船舶重 力与浮力之间的垂直距 称为复原力臂，也
静稳性曲线图
船舶在某一吃水d和重 心高度Zg时，预先计 算出不同倾角下的静 稳性力臂GZ值，并画 出静稳性力臂随着横 倾角的变化曲线，即 GZ=f（θ），该曲线就 称为静态性曲线
பைடு நூலகம்
称为静稳性力臂，用符号“1”表示。
大倾角稳性
船舶在横倾力矩是作用下，倾斜角度 θ>100 ～ 150 ，，此时船舶稳性称为大倾角稳 性
浮心B和稳心M的轨迹
浮心B移动的轨迹不再是一段圆弧线，则 浮心曲线的曲率重心，即稳心M点，也 不再是一个固定点，而是随着横倾角逐 渐移动的曲线。
船舶稳性判定
当稳心M位于重心G之上 时，GM>0,Ms>0,称为稳定 平衡，船舶有稳性
当稳心M位于重心G之下 时，GM<0,Ms<0,称为不稳 定平衡，船舶没有稳性
当稳心M位于重心G重叠 时，GM<0,Ms<0,称为不稳 定平衡，船舶没有稳性
(θ≤100
～
150)
，
水线面由
W
L
移至
W1L1，
①重力W大小不变，因为在倾斜过程中没有重物的增减；
②重心G位置不变，因为在倾斜过程中没有重物移动
③浮力D大小不变，因为重量不变，所以排水量也不变
④只有浮心B的位置因排水体积形状变化而改变，由原来的B 向倾 斜一侧移至B 斜一侧移至B l
此时，重力W和浮力D的方向虽垂直于新的水 线面W 1 L 1，但两 个力不再作用于同一条 垂线上 ，形成一个与横倾力矩 M h方向相 反的力偶距MS=D·GZ 。称该力偶矩为船舶 复原力矩 。如图所示。式中GZ值是船舶重 力与浮力之间的垂直距 称为复原力臂，也
静稳性曲线图
船舶在某一吃水d和重 心高度Zg时，预先计 算出不同倾角下的静 稳性力臂GZ值，并画 出静稳性力臂随着横 倾角的变化曲线，即 GZ=f（θ），该曲线就 称为静态性曲线
பைடு நூலகம்
称为静稳性力臂，用符号“1”表示。
大倾角稳性
船舶在横倾力矩是作用下，倾斜角度 θ>100 ～ 150 ，，此时船舶稳性称为大倾角稳 性
浮心B和稳心M的轨迹
浮心B移动的轨迹不再是一段圆弧线，则 浮心曲线的曲率重心，即稳心M点，也 不再是一个固定点，而是随着横倾角逐 渐移动的曲线。
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首、尾部位的舱室，货物重心取在货高 的0.54～0.58处。
（3）利用舱容曲线图确定载荷的重心 高度
15
Zi
hci 2
hb
hci
Vci Vch
H ch
16
Q轮NO.2底舱舱容曲线图
17
（4）具体船的做法 ❖ 杂货船
多利用近似公式计算法或估算法 ❖ 散货船
多利用舱容曲线图法 ❖ 集装箱船
我国规定：每只集装箱的重心取在箱 高的一半处；
8
B0M：横稳心半径(Metacenter radius)
9
2、初稳性的表示方法
初稳性方程 GM：初稳性高度（Initial metacentric height)
10
3、 GM的计算
GM KM KG
（1）、KM
根据平均吃水或排水量查取静水力图表 KM=KB+BM
不稳定平衡(Unstable equilibrium)（图c） G点在M点之上，MR<0 ， GM<0
7
二、船舶初稳性
1、研究初稳性的假定前提
横倾角无穷小 排水量一定时，横稳心点M的位置固定
不变，浮心B以M点为圆心，以B0M为 半径在平衡位置两侧作圆弧轨迹运动。 船舶横倾为等容微倾，倾斜水线过初 始水线面漂心F
德国等欧美国家规定：每只集装箱的 重心取在箱高的45％处。
18
4、影响船舶初稳性的因素
自由液面 船内载荷移动 悬挂货物 少量载荷变动
19
（1）、液舱内自由液面对GM的影响
①自由液面（Free surface) 船舶的液体舱柜中装有液体但未满舱
时的液面。 ②自由液面的影响结果
自由液面的存在 使初稳性高度GM 恒减小。
试验现场风力不大于2级，水面平静无 流，无来往船只 船舶应尽量保持正浮空船状态，并系牢 可移动物 尽量减少自由液面的存在 船上多余重量或不足重量对于空船排水 量大于3000t的船舶，应不大于0.5％ΔL 倾斜角θ一般为2～ 4，但不得小于1。 试验时缆绳应处于不受力状态。
Py
GMtg
tg
Py
GM
29
载荷水平横移的应用
倾斜试验
(Inclination experiment)
试验目的 确定船舶的空船重心高度KG0和空船 初稳性高度GM0。
试验条件 新建船舶或经重大改建的船舶在出厂 前应进行倾斜试验。
30
参与部门
试验由船厂及船方共同进行，试验报 告由船厂负责计算与编制，编制后交验 船部门审核。
计算公式
GM 0
P y
tg
GM 0 KM 0 KG0 KG0 KM 0 GM 0
31
KM0和GM0的求取
根据试验时的船舶排水量查取静水力图 表可得KM0
GM0则根据船内载荷横移的结论求取。
P ly
L1
GM 0
P y
tg
Py b
a
W W1
m b
θ
L
a
32
进行倾斜试验的注意事项
按倾斜方向 横稳性(Transverse stability) 绕纵向轴X轴倾斜 纵稳性(Longitudinal stability) 绕横向轴Y轴倾斜
按倾角大小 初稳性 (Initial stability)：<10 大倾角稳性(Stability at large angles of inclination)： >10
海上货物运输
航海学院 货运教研室
1
第四章 船舶稳性（STABILITY）
稳性的定义和分类 船舶初稳性 船舶大倾角稳性 船舶动稳性 稳性规范 稳性检验调整
2
一、稳性的定义和分类
1、稳性的定义
船舶受外力作用发生倾斜 而不致倾覆，外力消失后能够 自动回到原来平衡位置的能力。
3
2、稳性的分类
5
3、船舶平衡状态
M(Metacenter)：船舶微倾前后两浮力作 用线的交点。
规定：与外力矩Mh反向时，MR>0
与外力矩Mh同向时，MR<0
6
船舶的平衡状态分类
稳定平衡(Stable equilibrium) （图a） G点在M点之下，MR>0 ， GM>0
随遇平衡(Neutral equilibrium) （图b） G点与M点重合，MR=0 ， GM=0
ix kb3
矩形：
k=1/12；
直角三角形：k=1/36；
等腰三角形：k=1/48
➢ 自由液面的形状为梯形
ix k(b1 b2 )(b12 b22 )
直角梯形： k=1/36； 等腰梯形： k=1/48
24
➢自由液面的形状为圆形
ix
1
4
4
➢自由液面的形状为椭圆形
ix
1 4
ab
3或i
x
1 ba3
20
③自由液面计算公式
GM f
ix
GM1 GM 0 GM f
ix－－自由液面对过液面中心倾斜轴面 积惯性矩（m4）。
21
④自由液面惯性矩ix的求取 查取船舶资料求取ix “各液舱自由液面惯性矩ix表” “各液舱自由液面对初稳性高 度修正值表” 利用公式法计算ix
22
23
➢ 自由液面的形状为矩形、三角形
4
按所受作用力矩的性质
静稳性(Statical stability) 船舶倾斜过程中不考虑角加速度和惯性矩
动稳性(Dynamical stability) 船舶倾斜过程中考虑角加速度和惯性矩
按船舶是否破舱进水
破舱稳性(Damaged stability) 完整稳性(Intact stability)
4
25
b b
l b
液面形状图
b1
l
l
l
F
b
b
b2
b1
A
l
r
a b
b a
b2
26
⑤减小自由液面影响的措施
设置水密纵隔壁
i
x
(n
ix 1)2
减少甲板上浪和存水，及时排出积水。 液体舱柜应根据实际情况尽量装满或排空。 航行中，应逐舱使用油水并尽量减少同时存在 自由液面的液舱数。 液体散货船装载货物时，尽量少留部分装载舱。 部分装载舱应选择舱室宽度较小的货舱。 保证液体舱柜内的纵向水密隔壁的完整性。
27
（2）、船内载荷移动对初稳性的影响
船内载荷移动的特点 移动前后排水量不变，属于船内问题。
船内载荷移动分类 水平横移；垂向移动；斜移
平行力移动原理
Pb W a
28
（2.1）载荷水平横移
根据平行力移动原理
M P ly
及力系平衡原理有：
W
L1
θ
O
L
W1
P y GG1
G
G1
B
B1
GG1 GMtg
11
12
13
（2）、船舶重心高度KG
式中：
KG (Pi Zi )
Pi--构成排水量的各项重量，包括 空船重量、船舶常数、货物重量、油水
装载量、固定航次储备量。
Zi--Pi的重心距基线高度
14
货物重心高度Zi的确定
（1）近似公式计算法
Zi=货高/2 + 货物底端距基线距离
（2）估算法
船舶中部的舱室，货物重心取在货高的 1/2处；
（3）利用舱容曲线图确定载荷的重心 高度
15
Zi
hci 2
hb
hci
Vci Vch
H ch
16
Q轮NO.2底舱舱容曲线图
17
（4）具体船的做法 ❖ 杂货船
多利用近似公式计算法或估算法 ❖ 散货船
多利用舱容曲线图法 ❖ 集装箱船
我国规定：每只集装箱的重心取在箱 高的一半处；
8
B0M：横稳心半径(Metacenter radius)
9
2、初稳性的表示方法
初稳性方程 GM：初稳性高度（Initial metacentric height)
10
3、 GM的计算
GM KM KG
（1）、KM
根据平均吃水或排水量查取静水力图表 KM=KB+BM
不稳定平衡(Unstable equilibrium)（图c） G点在M点之上，MR<0 ， GM<0
7
二、船舶初稳性
1、研究初稳性的假定前提
横倾角无穷小 排水量一定时，横稳心点M的位置固定
不变，浮心B以M点为圆心，以B0M为 半径在平衡位置两侧作圆弧轨迹运动。 船舶横倾为等容微倾，倾斜水线过初 始水线面漂心F
德国等欧美国家规定：每只集装箱的 重心取在箱高的45％处。
18
4、影响船舶初稳性的因素
自由液面 船内载荷移动 悬挂货物 少量载荷变动
19
（1）、液舱内自由液面对GM的影响
①自由液面（Free surface) 船舶的液体舱柜中装有液体但未满舱
时的液面。 ②自由液面的影响结果
自由液面的存在 使初稳性高度GM 恒减小。
试验现场风力不大于2级，水面平静无 流，无来往船只 船舶应尽量保持正浮空船状态，并系牢 可移动物 尽量减少自由液面的存在 船上多余重量或不足重量对于空船排水 量大于3000t的船舶，应不大于0.5％ΔL 倾斜角θ一般为2～ 4，但不得小于1。 试验时缆绳应处于不受力状态。
Py
GMtg
tg
Py
GM
29
载荷水平横移的应用
倾斜试验
(Inclination experiment)
试验目的 确定船舶的空船重心高度KG0和空船 初稳性高度GM0。
试验条件 新建船舶或经重大改建的船舶在出厂 前应进行倾斜试验。
30
参与部门
试验由船厂及船方共同进行，试验报 告由船厂负责计算与编制，编制后交验 船部门审核。
计算公式
GM 0
P y
tg
GM 0 KM 0 KG0 KG0 KM 0 GM 0
31
KM0和GM0的求取
根据试验时的船舶排水量查取静水力图 表可得KM0
GM0则根据船内载荷横移的结论求取。
P ly
L1
GM 0
P y
tg
Py b
a
W W1
m b
θ
L
a
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进行倾斜试验的注意事项
按倾斜方向 横稳性(Transverse stability) 绕纵向轴X轴倾斜 纵稳性(Longitudinal stability) 绕横向轴Y轴倾斜
按倾角大小 初稳性 (Initial stability)：<10 大倾角稳性(Stability at large angles of inclination)： >10
海上货物运输
航海学院 货运教研室
1
第四章 船舶稳性（STABILITY）
稳性的定义和分类 船舶初稳性 船舶大倾角稳性 船舶动稳性 稳性规范 稳性检验调整
2
一、稳性的定义和分类
1、稳性的定义
船舶受外力作用发生倾斜 而不致倾覆，外力消失后能够 自动回到原来平衡位置的能力。
3
2、稳性的分类
5
3、船舶平衡状态
M(Metacenter)：船舶微倾前后两浮力作 用线的交点。
规定：与外力矩Mh反向时，MR>0
与外力矩Mh同向时，MR<0
6
船舶的平衡状态分类
稳定平衡(Stable equilibrium) （图a） G点在M点之下，MR>0 ， GM>0
随遇平衡(Neutral equilibrium) （图b） G点与M点重合，MR=0 ， GM=0
ix kb3
矩形：
k=1/12；
直角三角形：k=1/36；
等腰三角形：k=1/48
➢ 自由液面的形状为梯形
ix k(b1 b2 )(b12 b22 )
直角梯形： k=1/36； 等腰梯形： k=1/48
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➢自由液面的形状为圆形
ix
1
4
4
➢自由液面的形状为椭圆形
ix
1 4
ab
3或i
x
1 ba3
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③自由液面计算公式
GM f
ix
GM1 GM 0 GM f
ix－－自由液面对过液面中心倾斜轴面 积惯性矩（m4）。
21
④自由液面惯性矩ix的求取 查取船舶资料求取ix “各液舱自由液面惯性矩ix表” “各液舱自由液面对初稳性高 度修正值表” 利用公式法计算ix
22
23
➢ 自由液面的形状为矩形、三角形
4
按所受作用力矩的性质
静稳性(Statical stability) 船舶倾斜过程中不考虑角加速度和惯性矩
动稳性(Dynamical stability) 船舶倾斜过程中考虑角加速度和惯性矩
按船舶是否破舱进水
破舱稳性(Damaged stability) 完整稳性(Intact stability)
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b b
l b
液面形状图
b1
l
l
l
F
b
b
b2
b1
A
l
r
a b
b a
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⑤减小自由液面影响的措施
设置水密纵隔壁
i
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(n
ix 1)2
减少甲板上浪和存水，及时排出积水。 液体舱柜应根据实际情况尽量装满或排空。 航行中，应逐舱使用油水并尽量减少同时存在 自由液面的液舱数。 液体散货船装载货物时，尽量少留部分装载舱。 部分装载舱应选择舱室宽度较小的货舱。 保证液体舱柜内的纵向水密隔壁的完整性。
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（2）、船内载荷移动对初稳性的影响
船内载荷移动的特点 移动前后排水量不变，属于船内问题。
船内载荷移动分类 水平横移；垂向移动；斜移
平行力移动原理
Pb W a
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（2.1）载荷水平横移
根据平行力移动原理
M P ly
及力系平衡原理有：
W
L1
θ
O
L
W1
P y GG1
G
G1
B
B1
GG1 GMtg
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（2）、船舶重心高度KG
式中：
KG (Pi Zi )
Pi--构成排水量的各项重量，包括 空船重量、船舶常数、货物重量、油水
装载量、固定航次储备量。
Zi--Pi的重心距基线高度
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货物重心高度Zi的确定
（1）近似公式计算法
Zi=货高/2 + 货物底端距基线距离
（2）估算法
船舶中部的舱室，货物重心取在货高的 1/2处；