船舶静力学第3章 初稳性

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1、第3章初稳性12009年12月25日Friday§3-1概述22009年12月25日Friday基本概念∑前面提到：船静止漂浮于水面某一位置时，受到两个作用力，其大小相等，方向相反，且两者的作用点在同一铅垂线上，这时船处于平衡状态。∑但船舶在海上航行时，经常受到风浪等各种外力的干扰，使其产生倾斜，这样就破坏了原来正浮时的平衡状态。∑船舶在受到外力干扰产生倾斜后会不会翻掉?当外力消失后船舶会不会回复到原来的平衡位置?这就是船舶的稳性问题。∑稳性是船舶的重要航行性能。32009年12月25日Friday基本概念∑船舶稳性—

2、—船舶在外力作用下偏离其平衡位置而倾斜，当外力消失后，能自行回复到原来平衡位置的能力。42009年12月25日Friday一、船舶复原力矩的形成∑浮力ω∇和重力W形成一个力偶，力偶的矩为：M=∆⋅GZR称为复原力矩;GZ为复原力臂。52009年12月25日Friday一、船舶复原力矩的形成M=∆⋅GZR受到外力的作用后，外力消失。62009年12月25日Friday二、船舶稳性研究的内容∑稳性问题的基本矛盾体扰动力矩复原力矩扰动力矩（矛盾外因）造成船复原力矩（矛盾内因）取决舶倾斜,这取决于外界条件于排水量、重心高度及浮

3、心移动的距离等因素外因通过内因起作用！船舶倾覆稳性问题是着重研究和计算这一矛盾的内因(复原力矩)及其有关的影响因素72009年12月25日Friday二、船舶稳性研究的内容∑稳性分类°按倾斜方向分：•向左舷或向右舷一侧的倾斜（横倾），倾斜力矩（横倾力矩）的作用平面平行于中横剖面；——横稳性(TransverseStability)•向船首或向船尾的倾斜（纵倾），倾斜力矩（纵倾力矩）的作用平面平行于中纵剖面。——纵稳性(LongitudinalStability)82009年12月25日Friday二、船舶稳性研究的内容

4、∑稳性分类°从受力观点区分有两种稳性•静稳性(StaticalStability)——倾斜力矩的作用是从零开始逐渐增加，使船舶倾斜时的角加速度很小，可忽略不计；•动稳性(DynamicalStability)——倾斜力矩是突然作用在船上，使船舶倾斜有明显的角加速度的变化。92009年12月25日Friday二、船舶稳性研究的内容∑稳性分类°从倾斜角度的大小划分有两种稳性：•初稳性(InitialStability)——倾斜角度小于10°-15°或上甲板边缘开始入水前的稳性。通过某些简化假定，可简明获得影响初稳性的因素及

5、其变化规律；•大倾角稳性(StabilityatLargeAngles)——倾斜角度大于10°-15°或上甲板边缘开始入水后的稳性，一般只有在横倾时产生。注意!船舶的纵倾属于小角度的情况102009年12月25日Friday二、船舶稳性研究的内容∑稳性分类°从船舱状态分有两种稳性：•完整稳性(IntactStability)船的船舱为完整状态的稳性；•破舱稳性(DamagedStability)船舱为破舱进水状态的稳性。112009年12月25日Friday§3-2浮心的移动和稳心及稳性半径122009年12月25日F

6、riday§3-2浮心的移动和稳心及稳性半径船舶受外力作用倾斜，重心G保持不变，其水下部分排水体积形状变化，则体积形心（浮心）由B移至B1。此时，重力W作用点G和浮力作用点B1不在同一铅垂线上，产生了与倾斜方向相反的复原力矩：MR=∆×GZMR=∆×l称为—稳性公式船倾斜后处于何种平衡状态，取决于复原力矩的大小。因此研究复原力矩是研究船舶稳性的核心。如何计算复原力矩？132009年12月25日Friday§3-2浮心的移动和稳心及稳性半径若船舶的倾角为无穷小，正浮时的浮力作用线与倾斜后的浮力作用线相交于M点（稳心），从

7、三角形MGZ可知，上式可改写为：⎧M=∆×GMsinφR⎨M=∆×hsinφ⎩R式中，GM为初稳性高度，常用h表示。则复原力臂可写为：⎧GZ=GMsinφ⎨⎩l=hsinφ要计算船舶的初稳性，应求解初稳性高度GM若△、G保持不变，关键在于找出稳心M点的位置142009年12月25日Friday§3-2浮心的移动和稳心及稳性半径∑方法归结为：°确定等体积倾斜水线位置，找出排水体积形状的变化及其浮心位置移动的规律°从而确定船倾斜小角度后浮力作用线与正浮时浮力作用线相交的M点。152009年12月25日Friday一、等体积

8、倾斜水线∑船重量不变，原水线WL，当船受外力倾斜，横倾于一无穷小角度而漂浮于水线W1L1，此时船倾斜，∇大小保持不变，称这种倾斜为等体积倾斜入水楔形体积dv1出水楔形体积dv212三角形LOL1的面积：y1tgφ212微元入水楔形体积:dv1=y1tgΦdx2整个入水楔形体积L/212L/212v=ytgΦdx=tgΦydx1∫1