自由液面对大倾角稳性的修正计算方法

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1、维普资讯http://www.cqvip.com46卷第1期(总第168期)中国造船V0I．46No．1(SeriaINo．168)2005年3月SHIPBUILDING0FCHINAMar．2005文章编号：1000—4882(2005)01—0001—07自由液面对大倾角稳性的修正计算方法马坤，陈德志(大连理X-大学船舶CADX-程中心，辽宁大连116024)摘要本文提出了按最大倾斜力矩进行自由液面对大倾角稳性影响计算的修正方法。按静力学原理研制出准确计算液舱自由液面对复原力臂曲线影响的软件模块，对任意形状舱室可快速计算出任意横倾角下不同装

2、载率时自由液面移动产生的倾斜力矩，从而求出液舱在任意横倾角下的最大自由液面力矩及其对应的装载率。通过与规范的近似计算法的比较，阐述了不同方法对不同液舱形状进行自由液面修正时的准确程度。借助对不同形状的规则舱形以及油船的各种实际液体舱形进行自由液面修正计算，验证了本文所提出的按最大自由液面力矩进行自由液面修正的合理性。关键词：船舶、舰船工程；液舱形状；自由液面；最大移动力矩中图分类号：U661．22文献标识码：A1前言自由液面对大倾角稳性的影响以往通常是按规范建议的近似计算方法(以下简称规范法)进行修正。该方法只考虑液舱的尺度大小及其肥瘦程度，并

3、按装载5o液体计算。这对于液舱断面接近矩形的舱室，计算结果与实际情况比较吻合。但船上的液舱形状各不相同，有些舱形按规范法计算误差较大，视液舱的形状不同计算结果与实际情况相比可能偏大或偏小。这对于油船及化学品船等稳性比较紧张且自由液面修正量较大的船舶来说，若计算结果偏大，则会遇到计算的稳性不满足规范要求的情况，从而导致要更改舱室布置或采取限制装载等措施；若计算偏小，则有可能使船舶的安全得不到保证，因此，对这类船舶准确计算出自由液面对复原力臂曲线影响的修正值乃是十分必要的。但由于准确计算需要输入液舱的型值，而且需要计算不同横倾角下不同装载率时的自由

4、液面倾斜力矩，计算工作量颇大，用手工计算几乎不可能，所以常被放弃。本文按静力学原理研制出准确计算液舱自由液面对复原力臂曲线影响的软件模块，根据液舱形状直接计算各横倾角下不同装载率时的自由液面倾斜力矩(以下简称直接法)，提出了按最大自由液面力矩进行自由液面对大倾角稳性影响计算的修正方法，并和规范法进行了比较。2按规范的近似计算方法中国船检局颁发的《船舶与海上设施法定检验规则》规定需要考虑自由液面修正的每一舱室自由液面力矩按下述的近似公式计算Mfs=9．81vbpl~(1)式中Mfs为任一横倾角0处的自由液面力矩，kN·m；为液舱总容积，m；b为液

5、舱最大宽度，m；为收稿日期：2003—08—12；修改稿收稿日期：2004—08—16维普资讯http://www.cqvip.com中国造船学术论文液舱中液体密度，t／m。；为液舱方形系数，一v／blh；为液舱最大长度，m；h为液舱最大高度，m；为无因此系数，根据b／h按下式计算一百sinO(．1+)×6／^当cotO≥b／h时，当cotO

6、及自由液面影响的复原力臂，m。该计算中假定液舱装载率为50，液舱的形状仅用液舱的最大长，宽，高和表示肥瘦程度的液舱方形系数来描述，所以没有反映舱室的具体形状，计算的准确程度和舱室形状有关，这将在后面讨论。3直接计算法3．1计算原理直接计算法就是按静力学原理根据舱室的实际形状求液体移动产生的倾斜力矩，通常也被称为精确算法。对一定的舱室形状，

7、自由液面移动力矩随装载的数量(装载率)以及倾斜角度的不同而变6．——^，￡化，计算原理如下所述。／&

8、{面]g[-如图1所示，随着船舶的横倾，液舱内的液体向倾斜一侧移动。c『r设船舶直立位置时的水线为WL，倾

9、斜后水线为厶，横倾角为。倾斜前后自由液面位置分别为n6和c，液体的重心分别为g。和图1自由液面影响g，。舱内液体的密度为lD，t／m。；液体的体积为，m。；Go为船舶直立状态时的重心。设液体重心移动的横向距离为如，则液体移动产生的倾斜力矩为MQ一9．81gvlQ(kN·m)(4)由几何关系可以得到Q为如一(g1一g。)cosO+(2g1—2g。)sinO(m)(5)式中(z。)和()分别为船舶倾斜前后液舱内液体的重心坐标。设船舶原来的复原力矩为MR一9．81A．G。Z，则考虑液舱自由液面影响后船舶的实际复原力矩为^，r一9．81A．G。Z一一9

10、．81A(G。Z一)一9．81A(GoZ一3GZ)(kN‘m)(6)式中3GZ一，即自由液面对复原力臂影响的修正值。对于一定的载况，自由液面的修正值主