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 (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 ∅