船舶静力学

大学船舶静力学教案船舶静力学教案一、课程基本情况授课对象：大学海洋类专业的本科生课程名称：船舶静力学课程学时：36学时授课方式：面授教材名称：《船舶静力学》教学目标：1. 了解船舶静态时的平衡条件2. 掌握船舶的各类计算方法3. 理解各种船舶设计参数的影响4. 学会根据给定的条件进行船型设计5. 培养学生的分析和解决问题能力二、课程教学安排第一章：导论1.1 船舶静力学简介1.2 船舶设计需求分析1.3 船型设计与船体修理第二章：浮力、单载荷条件下的平衡2.1 浮力、位移和重心2.2 平衡条件和杠杆原理2.3 软装置和硬装置的应用第三章：多载荷量和多坐标系机理的平衡3.1 载荷与船舶稳定性的关系3.2 偏心的影响以及偏心计算3.3 荷物、货物或人员的装卸和平衡第四章：垂直和侧向的稳定性以及条件4.1 侧倾、滚动和吃水线4.2 地面的稳定性和规划4.3 沉船、拯救和物流第五章：计算方法、模拟和模型试验以及大型船舶设计的应用5.1 数字计算、六自由度模拟5.2 模型试验和试验船5.3 船型设计和性能特征分析三、教学方法1. 讲授法：通过老师的授课讲解课程知识和教学要点，使学生建立起系统化、全面化的课程知识体系。

2. 互动法：充分调动学生学习兴趣，启发学生思考，引导学生积极思辨和探究。

老师鼓励学生针对某一问题会集思广议，帮助学生形成相互合作的学习方式。

3. 课程设计：通过给学生出课程项目练习，让学生能够把课程所学的知识运用到实操上，提升学生的实际操作能力。

四、考试方式期中考试50分，期末考试50分五、教学评价1. 导入及概述：应该强调该环节，初期每次课前应对教学点进行重点梳理。

2. 学生的分析和解决问题能力的培养：根据学生的实际情况提供实际问题进行分析与解决。

3.思考能力的训练：通过教育引导，鼓励学生思考，避免死记硬背。

4. 在线交流：鼓励学生发表自己的见解，让学生形成相互互相交流，深入进行课堂讲解。

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。

一、名词解释（共30分）1. 浮性与稳性浮性：船舶在一定装载情况下具有漂浮在水面（或浸没在水中）保持平衡位置的能力；稳性：船舶在外力作用下偏离其平衡位置而倾斜，当外力消失后，能自行回复到原来位置的能力称为稳性。

2.菱形系数与方形系数菱形系数：船体在水线以下的排水体积∇与由船长L、舯横剖面积AM所构成的棱柱体体积之比；方形系数：船体在水线以下的排水体积∇与由船长L、设计水线宽B和吃水d所构成的长方体体积之比。

3.稳定平衡状态（1）、重力与浮力的大小相等而方向相反；（2）、重心和浮心在同一铅垂线上。

4.进水角船舶横倾至水开始由开口进入船内时的横倾角。

5.静稳性与动稳性静稳性——倾斜力矩的作用是从零开始逐渐增加，使船舶倾斜时的角速度很小，可忽略不计；动稳性——倾斜力矩是突然作用在船上，使船舶倾斜有明显的角速度的变化。

6. 空船重量船舶在全部建成后交船时的排水量。

二、简答题（共40分）1. 在图中标明三个主坐标平面，并用文字表述。

（8分）2. 在下图中标明：设计水线、基线、首垂线、尾垂线、首吃水、尾吃水、型深、船长。

（8分）3. 给出船体横倾的三个平衡方程。

（8分）W ω=∆=∇B G x x =()tan B G G B y y z z φ-=-4. 在哪些情况下需要考虑船的浮心及重心的变化。

（8分）横倾； 纵倾； 重量移动； 装卸载荷；自由液面；悬挂重量。

5. 船舶的回复能力是如何形成的？（8分）①、已知初始平衡位置（浮态）；②、由于外力矩M(倾角)作用，浮态发生变化；③、可以求出新的浮态倾斜前后重量、重心位置不变，倾斜前后，排水体积不变，但浮心位置发生变化；④、浮心位置发生变化，浮力作用线与重力作用线不在同一铅垂线上，因此产生回复力矩。

三、计算题（30分）1. 已知某船设计水线面半宽尺寸，船长100米，求1）梯形法求水线面面积；（10分）4）梯形法求水线面形心的x坐标（20分）X站号0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10水线半0.0 6.3 8.6 9.2 9.4 9.0 8.1 6.7 4.6 2.4 0.2宽y(m)答：站号水线半宽乘数面积乘积矩臂面矩乘积0 0 0.5 0 -5 01 6.3 1 6.3 -4 -25.22 8.6 1 8.6 -3 -25.83 9.2 1 9.2 -2 -18.44 9.4 1 9.4 -1 -9.45 9.0 1 9.0 0 06 8.1 1 8.1 1 8.17 6.7 1 6.7 2 13.48 4.6 1 4.6 3 13.89 2.4 1 2.4 4 9.610 0.2 0.5 0.1 5 0.5 总和64.4 -33.4 水线面面积：2*10*64.4=12882m水线面面矩：2*10*10*（-33.4）=-66803m漂心纵向坐标：x=-6680/1288= -5.34mF。

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。

1、船舶的抗沉形式如何来保证的？通过用水密舱壁将船体分隔成适当数量的舱室来保证的。

2、写出横倾状态时重量 、重心 和排水量 ，浮心 之间的关系式。

37页()为横倾角。

φφωtan B G G B BG z z y y x x W -=-=∇=∆=3、何谓MTC ，如何计算？船舶纵倾1cm 所需要的的纵倾力矩，MTC=100LGM ⋅∆4、通常船舶的重心、浮心和稳心间有什么样的关系？初稳心高=浮心高度+初稳心半径-重心高度=初稳心半径-浮心和重心之间的距离。

纵稳心高=浮心高度+纵稳心半径-重心高度。

5、船舶共有几个船型系数，各是如何定义的？水线面系数：与基平面相平行的任一水线面的面积AW 与船长L 、型宽B 所构成的长方形面积之比.L B AC WWL ⨯=中横剖面系数：中横剖面在水线以下的面积AM 与由型宽B 、吃水T 所构成的长方形面积之比T B A C M M ⨯= 方形系数：船体水线以下的型排水体积▽与由船长L 、型宽B 、吃水T 所构成的长方体体积之比L T B C B ⨯⨯∇=棱形系数：又称纵向菱形系数。

船体水线以下的型排水体积▽与由船长L 相对应的中横剖面面积AM 所构成的棱柱体体积之比。

M B M M P C C L B T C L A C =⨯⨯⨯∇=⨯∇=垂向棱形系数：船体水线以下的型排水体积▽与由吃水T 、相对应的水线面面积AM 所构成的棱柱体体积之比。

WL BWL W VP C C L B T C L A C =⨯⨯⨯∇=⨯∇= 6、船舶的静稳性和动稳性？若倾斜力矩的作用是从零开始逐渐增加，使船舶倾斜时的角速度很小，可忽略不计，则这种倾斜下的稳性称为静稳性。

若力矩是突然作用在船上，使船舶倾斜有明显的角速度的变化，则这种倾斜下的稳性称为动稳性。

7、纵倾值和纵倾角之间有什么关系？37页 L t =θt a n 纵倾值/垂线间长。

t 首倾为正。

8、船舶的浮性和稳性各研究船舶的什么问题？浮性研究的是船舶的静力学问题，稳性研究的是船舶的动力学问题。