船舶静力学大纲

船舶原理-邹早建-船舶静力学教学大纲-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1《船舶原理（静力学部分）》教学大纲一、课程基本信息1、课程代码：F01140012、课程名称（中文）：船舶原理（船舶静力学）课程名称（英文）：Principles of Naval Architecture （ShipHydrostatics）3、学时/学分：35 /24、先修课程：理论力学, 流体力学5、面向对象：船舶与海洋工程专业。

6、开课院（系）、教研室：船舶与海洋工程系， 110教研室7、推荐教学参考书：《船舶原理》盛振邦、刘应中主编，上海交通大学出版社，2003年9月《Principles of Naval Architecture》, Edward V. Lewis, published by SNAME,1988二、课程的性质和任务本课程是船舶与海洋工程专业的一门重要的专业必修课，也可作为其它有关专业的选修课。

本课程是以流体静力学为基础，研究船舶与海上建筑物在各种情况时的浮态、稳性和抗沉性等问题。

通过本课程的学习，要求学生掌握船舶静力学的概念、原理和计算方法，并能运用这些知识计算船舶或海上建筑物的静水力性能、倾斜试验、各种载况下的浮态和稳性、抗沉性、船舶破损状态时的浮态和稳性和船舶下水等；分析和熟悉改善船舶浮态或稳性指标的途径或措施，为以后的《船舶设计原理》和其它专业课程以及船舶与海洋工程设计工作打好基础。

三、教学内容和要求船舶原理的教学内容分为六部分，对不同的内容提出不同的教学要求。

(数字表示供参考的相应的学时数)第一章船体形状及近似计算（2）1 主尺度、船型系数和尺度比2 船体型线图3．船体型线图要求：对主尺度、船型系数和尺度比，要求学生弄清概念，数练掌握。

对船体型线图；要求学生能识读型线图，型值表。

对船体计算的数值积分方法；要求掌握梯型法，辛氏法。

第二章浮性（3.5）1．浮性概述2．船舶重量和重心位置的计算3．排水量和浮心位置的计算4．船舶在纵倾状态下排水体积和浮心坐标的计算5．船舶在纵倾和横倾状态下排水体积和浮心坐标的计算6．在水的重量密度改变时船舶的浮态变化7．储备浮力及载重线标志要求：对浮性概述。

Part I 数学和力学基础部分第1章 流体静力学船舶与海洋工程静力学研究的是船舶、海洋平台及其他海洋浮式结构在静水中的浮性、稳性和抗沉性等流体静力学特性。

若不考虑结构的变形，无论是船舶或海洋平台，都可作为一个浮于水面的刚体来对待。

浮体在静水中的流体静力学特性是船舶和海洋平台静力学的共性问题，也是本章所要讨论的问题。

1.1 浮体的坐标系为了讨论浮体的流体静力学特性，首先需要建立一个坐标系。

为了研究方便，通常建立两个坐标系：一个是大地坐标系，该坐标系设定为右手坐标系，xoy 坐标平面取为静水面，z 轴铅垂向上为正。

另一个是联体坐标系，联体坐标系固结于浮体，坐标原点的位置视具体研究问题而定，对于船舶或海洋平台等海洋结构物，联体坐标系的坐标平面通常取为结构的对称面。

图1.1 浮体的坐标系示意图1.2 坐标变换平面或空间中的任意一点都可以用某个平面或空间坐标系下的坐标来描述。

空间点的位置在不同坐标系下具有不同的表达形式，空间点在两个不同坐标系间坐标值的转换关系称为坐标变换。

直角坐标系中的坐标变换可分为平移变换和旋转变换两种类型。

平移变换：在直角坐标系下，若两个坐标系对应的坐标轴是同向的，空间任意一点在两个坐标系1111z y x O -和2222z y x O -中下的坐标值可以用平移变换来实现。

假设空间点在在第一个坐标系中的坐标值为z 1x 1y 1z 2 x 2y 2o 1o 2 P 图1.2 平移变换()1111,,z y x P O =，在第二个坐标系中的坐标值为()2222,,z y x P O ，第二个坐标系的坐标原点在第一个坐标系中的坐标值为()c b a O O ,,21=P O O O P O 2211+=（1.1）1.1）展开后为：cz z b y y a x x +-+=+=212121 （1.2）旋转变换：当两个坐标系的坐标原点相同，但是对应的坐标轴不重合，则空间任意一点在两个坐标系中的坐标值可以用旋转变换来实现。

绪论船舶静力学是研究船舶航海性能的科学，是船舶设计与制造专业的一门重要专业技术基础课程，本学科要求有《高等数学》、《材料力学》、《理论力学》、《流体力学》等学科作为基础，也是今后学习《船舶强度与结构规范设计》、《船舶设计原理》、《造船工艺学》等课程的基础，因此要求同学们重视这门课的学习。

本课程包括六章。

其中第六章船舶的下水计算因在造船工艺学有阐述故在船舶静力学中不加以阐述。

第二、三、四章是重点章节。

通过本课程的学习，学生应对船舶浮性、稳性、抗沉性有一个全面的了解，在船舶设计时保证船舶具有合理的浮态（船舶在静水中的平衡状态，参数有吃水d、横倾角θ以及纵倾角ψ）和足够的稳性和抗沉性，同时学生应掌握衡量船舶稳性、浮性、抗沉性各种指标及其计算方法，能在设计时提供各种必要的计算说明书和曲线等数据。

一、船舶原理的内容船舶原理是研究船舶航海性能的科学。

（1）浮性——船舶在一定的装载情况下浮于一定水面位臵的能力（保持平衡位臵能力）。

（2）稳性——船舶在外力作用下，船舶发生倾斜而不致倾覆，当外力的作用消失后，仍能回到原来的平衡位臵的能力。

（3）抗沉性——当船体破损，海水进入舱室，船舶仍能保持一定的浮性和稳性而不致沉没和倾覆的能力。

（4）船舶快速性（速航性）——船舶尽可能消耗低的功率而达到一定航速的能力，包括船舶阻力与推进两部分，前者研究船舶在航行过程所遭受的各种阻力。

后者是研究克服阻力的推进器及其与船体间的相互作用（推力减额和伴流分数）。

（5）适航性（或称耐波性）——船舶在风流情况下的运动性能，主要研究船舶的横摇（rolling）、纵摇(pithing)、升沉等习惯上称为摇荡（摇摆、振荡）（6）操纵性——包括航向稳定性和船舶机动性(航向稳定性和船舶机动性是相互制约的，对船体的要求也是相互制约的)是按照驾驶员的意图保持原定航向和改变航向的能力。

船舶原理=船舶静力学+船舶动力学船舶静力学是以流体静力学为基础，研究船舶在不同条件下的浮性、稳性、抗沉性等问题。

考试科目：船舶力学（含流体力学、船舶结构力学）考查要点：流体力学部分：一、基本概念把握流体力学中的基本概念、船行波、摩擦阻力、外形阻力等基本概念二、流体静力学1.能用静止对物体作用力公式确定静止流体对平板、柱型体等物体作用力三、流体运动学1.积分形式和微分形式的连续方程及其应用；2.流体微团的运动形式；3.有旋运动的一般性质；4,有旋运动和无旋运动；5.速度势和流函数四、流体动力学基本定理及其应用1.欧拉运动微分方程及其物理含义；2.伯努利积分方程及其应用；3.动量方程和动量矩方程及其在定常流淌中物体受力的应用；4.旋涡运动的Ke1VinV定理、拉格朗日定理和亥姆霍兹定理；五、势流理论1.势流问题基本方程和边界条件；2.匀称流淌、源汇、偶极、点涡及其简洁组合构成流淌的速度势、流函数和复势；3.流体中物体受力求解过程基本思路；4.有环流流淌和无环流流淌的圆柱体表面压力分布、速度分布和受力；5.附加质量，能求解单位长度圆柱体在流体中做非定常运动的附加质量和物体运动方程;六、水波理论1.水波问题的基本方程和定解条件；2.娴熟把握线性自由表面边界条件，有限和无限水深的色散关系；3.平面行进波的基本概念，波速、波长和周期的关系，质点运动速度和轨迹，压力分布;4.船行波的基本概念，波能的转移七、粘性流体动力学1.Navier—Stokes方程及物理含义；2.能用Navier-Stokes方程确定平行平板间定常层流流淌的速度分布：3.圆管中定常层流流淌速度分布、阻力系数及与压力降的关系；4.湍流及其运动特征；5.雷诺湍流方程物理含义、PrandtI混合长度理论基本思想；八、相像理论1相像准则的数学表示式、物理含义及其应用；6.能用因次分析法将有量纲量和方程转化为无量纲形式7.采用相像理论进行简洁的应用计算。

九、边界层理论1.排挤厚度、动量损失厚度定义及物理含义；2.边界层动量积分方程及其应用；3.边界层分别、边界层掌握；4.考察同学综合运用边界层理论、动量方程、连续方程等学问求解问题的力量。

大连海事大学硕士研究生入学考试大纲考试科目：船舶静力学一、船体形状及近似计算考试内容船舶几何形状的表示方法；面积、体积及形心的计算方法；面积惯性矩的计算方法；梯形法和辛浦生法；型线图的相关知识和概念。

考试要求1.理解船舶几何形状的表示方法，包括船舶主尺度、船型系数和尺度比。

2.掌握利用梯形法、辛浦生法计算船体几何形状的面积、体积、形心及惯性矩的方法。

3.了解船体型线图的概念。

二、船舶浮性考试内容船舶的平衡条件；船舶的浮态方程；船舶重量的分类及定义；排水量和浮心位置的计算；船舶浮性曲线；邦戎曲线；水密度改变时船舶浮态的计算；储备浮力和载重线标志。

考试要求1.理解浮性的概念，掌握船舶的平衡条件。

2.掌握各状态船舶的浮态方程：正浮状态、横倾状态、纵倾状态、任意状态。

3.了解船舶重量与重心位置的计算，掌握船舶重量分类与定义，理解船舶各载况排水量的定义。

4.掌握船舶排水量和浮心位置的计算方法。

5.理解邦戎曲线的定义并会运用。

6.会计算在水的密度改变时船舶的浮态变化。

7.了解船舶储备浮力和载重线标志的定义。

三、船舶初稳性考试内容船舶复原力矩的形成过程；稳心和稳心半径；初稳性公式和初稳性高；船舶静水力曲线；重量移动对船舶浮态及初稳性的影响；装卸载荷对船舶浮态及初稳性的影响；自由液面对船舶初稳性的影响；悬挂重量对船舶初稳性的影响；船舶倾斜试验。

考试要求1.掌握船舶初稳性原理及计算方法。

2.理解船舶静水力曲线的定义，组成及计算方法。

3.掌握重量移动对船舶浮态及初稳性的影响计算方法。

4.掌握装卸载荷对船舶浮态及初稳性的影响计算方法。

5.掌握自由液面对初稳性的影响计算方法。

6.掌握悬挂重量对初稳性的影响计算方法。

7.理解船舶倾斜试验的原理与试验方法。

四、大倾角稳性考试内容船舶静稳性曲线的变排水量计算法；稳性横截面曲线；上层建筑及自由液面对静稳性曲线的影响；静稳性曲线的特征；动稳性；船舶各种装载情况下的稳性校核计算；船体几何要素等对稳性的影响。