船舶静力学初稳性
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船舶静力学复习题答案
1. 船舶在静水中的平衡条件是什么?
答:船舶在静水中的平衡条件是船舶所受的浮力等于其重力,且浮力
作用线通过船舶的重心。
2. 船舶的排水量是如何定义的?
答:船舶的排水量是指船舶完全浸入水中时排开的水的质量。
3. 船舶的重心位置对船舶稳定性有何影响?
答:船舶的重心位置越低,船舶的稳定性越好。
重心位置过高会导致
船舶稳定性降低,容易发生倾覆。
4. 船舶的浮心位置是如何确定的?
答:船舶的浮心位置可以通过船舶水线面和浮力作用线的交点来确定。
5. 船舶的初稳性高度是如何计算的?
答:船舶的初稳性高度可以通过浮心位置与重心位置之间的垂直距离
来计算。
6. 船舶的横倾角如何影响船舶的稳定性?
答:船舶的横倾角越大,船舶的稳定性越差。
当横倾角超过一定限度时,船舶可能会发生倾覆。
7. 船舶的纵倾角如何影响船舶的浮力分布?
答:船舶的纵倾角会影响船舶的浮力分布,导致船舶前后部分的浮力
不平衡,从而影响船舶的稳定性和操纵性。
8. 船舶的横稳心是如何定义的?
答:船舶的横稳心是指船舶在横倾状态下,浮力作用线与船舶重心连
线的交点。
9. 船舶的纵稳心是如何定义的?
答:船舶的纵稳心是指船舶在纵倾状态下,浮力作用线与船舶重心连
线的交点。
10. 船舶的稳性曲线图是如何绘制的?
答:船舶的稳性曲线图是通过在横坐标上表示横倾角,在纵坐标上表
示相应的复原力矩,绘制出一系列的稳定曲线来表示船舶的稳定性能。
第三章 初稳性1. 何谓初稳性(作图说明)、静稳性和动稳性?在研究船舶稳性时为何将稳性分成初稳性和大倾角稳性,他们之间有何关系?初稳性(小倾角稳性):一般指倾斜角度小于10°到15°或上甲板边缘开始入水前(取其小者)。
大倾角稳性:一般指倾斜角大于10°到15°或上甲板边缘开始入水后的稳性。
静稳性:倾斜力矩的作用是从零开始逐渐增加,使船舶倾斜时的角度很小,可忽略不计,则这种倾斜下的稳性称为静稳性。
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变化,则这种倾斜下的稳性称为动稳性。
关系:初稳性的静稳性臂公式根据以下假设得来(1) 等体积倾斜轴线通过正浮水线面的漂心(2) 浮心移动的曲线是圆弧的一段,圆心为初稳心M ,半径为初稳心半径BM这些假定既能使计算简化,又能较为明确的获得影响初稳性的各种因素之间的规律。
但当横倾角超过10°到15°后,上述假定就不再适用。
因为入水楔形和出水楔形的形状不对称。
2. “等体积倾斜”的原理如何?有什么假定?原理:由于船只收倾斜力矩的作用,所以排水体积不变。
出水楔形体积和入水楔形体积相等。
则两等体积水线(O-O )的交线必然通过原水线面(WL)的漂心。
假定:(1)等体积倾斜轴线通过正浮水线面的漂心(2)浮心移动的曲线是圆弧的一段,圆心为初稳心M ,半径为初稳心半径BM(3)稳心M 点位置保持不变4. 什么叫稳心、稳心半径?初稳性半径公式是如何推导的?它主要与哪些因素有关?稳心:船舶倾斜后浮力的作用线与正浮状态时浮力的作用线的交点M 称为稳心 稳心半径BM :稳心与原正浮时浮心的连线 ▽T I BM = 推导:认为φ为小角度,浮心移动距离乘以φ为稳心半径。
在实际应用中扩大到10°到15°以下 相关:水线面的横向惯性矩(水线面的形状)排水体积有关5. 什么是复原力矩?初稳性公式是如何推导的?其适用范围如何?为什么?复原力矩:倾斜后重力与浮力的作用线不再重合,将产生一个试图使船舶回到正浮状态的力矩,称为复原力矩 初稳性公式:φφGM GM M R ∆=∆=sin适用范围:小角度倾斜(等体积倾斜)船上货物并未移动(重心位置G 保持不变)6. 什么叫横稳性高?为什么说它是衡量船舶初稳性好坏的主要指标?如何应用它判断船舶的初稳性?为什么船一般总是横向倾覆而不是纵向倾覆?横稳性高(初稳性高):重心与稳心的连线。
船舶静力学浮性和初稳性概要船舶船舶静力学浮性、初稳性课程总结第二章浮性2.1 浮态和静平衡方程2.1.1 浮态的描述船舶的浮态用吃水T,横倾和纵倾角。
正浮状态:=0;=0,用吃水T描述纵倾状态:=0,用T,描述横倾状态:=0,用T,描述任意状态:用T,,描述t纵倾也可用纵倾值t TF TA表示,tanL2.1.2 静平衡方程横倾时,水平方向单位向量为jcos ksin根据矢量投影规则,重力和浮力作用线之间的距离GZ为矢量GB在水平方向的投影,当船舶在外力矩作用下达到静平衡状态时,力平衡方程(任意倾斜角)为:WMH GZ lH yB yG cos zB zG sin MT lT xB xG cos zB zG sin 当外力矩为零时:GZ方向的单位矢量:jcos +ksinMH MT 0 lH lT 0 因此有:yB yG zB zG tanxB xG zB zG tan当(平衡于正浮状态的)船舶在外力矩作用下发生小角度倾斜时:I 2L/23MH GZ GMsin zB T zG sin I ydxT L/23 其中L/2I 2IL 2 x2ydx AWxFMT GZL GMLsin zB L zG sin L/22.2 重量重心计算船舶重量重心计算采用累计求和的方法进行W WkxG,yG,zGW x,y Wkkkk,zk船舶2.3 排水体积和浮心计算船舶水下部分的体积和浮心采用积分的方法计算:dxdydzVxB1yB ydxdydzV1xdxdydz VzB1zdxdydz V具体计算时分别按三个坐标依次积分。
2.3.1 按水线面计算排水体积和浮心坐标按水线面计算排水体积和浮心坐标时,首先在y和x方向积分,计算水线面面积Aw和水线面形心(称为漂心),然后在z方向积分获得排水体积和浮心。
按水线积分时,一般假定船舶处于正浮状态。
按水线面计算方法可获得船舶静水力曲线2.3.1.1 水线面参数计算水线面面积:AW(z) dxdyWPL/2 L/22ydx水线面静矩:moy z xdxdyWPL/2L/22xydx水线面漂心(COF):xF zmoyAW2L/23ydx (用于横稳性半径计算) 水线面横倾惯性矩:IT z 3 L/2 水线面纵倾惯性矩:IL z 22.3.1.2 排水体积和浮心坐标计算L/2L/22(用于纵稳性半径计算) x2ydx AWxF排水体积:T Aw z dzT1T浮心纵坐标(LCB):xB T xFAWdz01T1 T 1T浮心垂向坐标(VCB):zB T zAWdz zd T dz0 0 0浮心垂向坐标(TCB):yB T 0 (对称性)船舶2.3.1.3排水体积和浮心坐标的导数dAW 排水体积导数:dz 浮心纵坐标(LCB):dxBAWxF xBdz dzBAWz zBdz浮心垂向坐标(VCB):2.3.2 按横剖面计算排水体积和浮心坐标按横剖面计算排水体积和浮心坐标时,首先在y和z方向积分计算水线以下横剖面面积As和形心ys,zs。
船舶静力学知识点归纳1. 船舶的抗沉性是如何保证的(p.167)船舶的抗沉性是用水密舱壁将船体分割成适当数量的舱室来保证的,当一舱或数舱进水后,船舶下沉不超过规定的极限位置,并保持一定的稳性。
2. 写出船舶的初稳性公式?(p.783. 何谓MTC 如何计算? 引起船舶纵倾1厘米所需的纵倾力矩大小4. 通常船舶的重心、浮心和稳心之间有什么关系?(p.80)初稳性高GM 是衡量船舶初稳性的重要指标,可写成GM=KB+BM-KG,其中KB 为浮心高度,BM 为初稳性半径,KG 为重心高度。
5. 船舶各有几个船型系数,各是如何定义的?(p.6)共有五个船型系数,它们是:①水线面系数C WP ----与基平面相平行的任意水线面面积Aw 与由船长L 、型宽B 所构成的长方形面积之比。
②中横剖面系数C M -----中横剖面在水线以下的面积A M 与由型宽B 、吃水T 所构成的长方形的面积之比。
③方形系数C B -----船体水线以下的型排水体积▽与由船长L 、型宽B 、吃水T 所构成的长方体的体积之比。
④棱形系数C P -----又称纵向棱形系数。
船体水线以下型排水体积▽与由相应的中横剖面面积Aw ,船长L 所构成的棱柱体积之比。
⑤垂向棱形系数C VP -----船体水线以下的型排水体积▽与由相应的水线面面积Aw 、吃水T 所构成的棱柱体体积之比。
6. 船舶的静稳性和动稳性?(p.74)引起船舶产生倾斜的倾斜力矩若它的作用是零开始逐渐增加的,使船舶倾斜时的角速度很小,可以忽略不计,则这种倾斜下的稳性称为静稳性。
若倾斜力矩是突然作用在船上,是传播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. 什么是船舶的储备浮力?(p.69)所谓储备浮力是指满载水线上主题水密部分的的体积,它对稳性、抗沉性,淹湿性等有很大影响。
8. 船舶的浮性和稳性各研究船舶的什么问题?(PPT 第三章第一句话)浮性研究船舶的平衡问题,稳性研究船舶平衡的稳定性问题。
船舶稳性第二章我们学习了船舶的浮性,知道船舶在静水中平衡时受到重力和浮力两个力的作用,这两个力方向相反、大小相等、作用点(重心和浮心)在同一铅垂线上,那么当船受到另外一个倾斜力的作用后,船能否在倾斜力消失后恢复到平稳状态呢?这就是我们今天要学习的“船的稳性”问题。
本节课我们的主要内容有:稳性的概述,讨论稳性问题的关键知识点(也就是初稳性公式推导的准备和过程),初稳性公式及应用。
下面我们先看一下“稳性的概述”,这一部分主要有三个知识点:稳性概念、稳性分类、倾斜力矩和复原力矩。
一、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,能自行回复到原来平衡位置的能力,称为船舶稳性。
或者说:是船舶在外力作用消失后保持其原有位置的能力。
二、稳性分类:按作用力矩性质分为:静稳性和动稳性,静稳性:假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,因此船舶在倾斜过程中不计角加速度和惯性矩;动稳性:若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,则这种倾斜下的稳性称为动稳性。
船舶在倾斜过程中计角加速度和惯性矩。
按倾斜方向分:横倾和纵倾,船舶的横向倾斜,即向左舷或右舷一侧的倾斜(简称横倾);纵向的倾斜,即向船首或船尾的倾斜(简称纵倾);倾斜力矩的作用平面平行于中横剖面时称为横倾力矩;倾斜力矩的作用平面平行于中纵剖面时称为纵倾力矩;按倾斜角度分:初稳性(或称小倾角稳性):倾斜角度小于10度~15度或上甲板边缘开始入水前的稳性;大倾角稳性:一般指倾角大于10度~15度或上甲板边缘开始入水后的稳性。
因为在研究船舶小倾角稳性时可以引入某些假定,既使浮态的计算简化,又能较明确地获得影响初稳性的各种因素之间的规律。
所以小倾角稳性即初稳性的研究具有重要意义。
三、力矩:船舶在停泊或航行过程中会受到各种外力,这些外力作用对船施加一个力矩,即倾斜力矩;倾斜力矩的来源有:1)风浪的作用;2)船上货物的移动;3)旅客集中于某一船舷;4)拖船的急牵、火箭的发射、船舶回转等,倾斜力矩大小取决于这些外界条件的作用,是外因。
第一节 稳性的基本概念 一、稳性概述1. 概念:船舶稳性(Stability)是指船舶受外力作用发生倾斜,当外力消失后能够自行回复到原来平衡位置的能力。
2. 船舶具有稳性的原因1)造成船舶离开原来平衡位置的是倾斜力矩,它产生的原因有:风和浪的作用、船上货物的移动、旅客集中于一舷、拖船的急牵、火炮的发射以及船舶回转等,其大小取决于这些外界条件。
2)使船舶回复到原来平衡位置的是复原力矩,其大小取决于排水量、重心和浮心的相对位置等因素。
S M GZ =∆⋅ (9.81)kN m ⋅式中:GZ :复原力臂,也称稳性力臂,重力和浮力作用线之间的距离。
◎船舶是否具有稳性,取决于倾斜后重力和浮力的位置关系,而排水量一定时,船舶浮心的变化规律是固定的(静水力资料),因此重心的位置是主观因素。
3. 横稳心(Metacenter)M :船舶微倾前后浮力作用线的交点,其距基线的高度KM 可从船舶资料中查取。
4. 船舶的平衡状态1)稳定平衡:G 在M 之下,倾斜后重力和浮力形成稳性力矩。
2)不稳定平衡:G 在M 之上,倾斜后重力和浮力形成倾覆力矩。
3)随遇平衡:G 与M 重合,倾斜后重力和浮力作用在同一垂线上,不产生力矩。
如下图所示例如:1)圆锥在桌面上的不同放置方法;2)悬挂的圆盘5. 船舶具有稳性的条件:初始状态为稳定平衡,这只是稳性的第一层含义;仅仅具有稳性是不够的,还应有足够大的回复能力,使船舶不致倾覆,这是稳性的另一层含义。
6. 稳性大小和船舶航行的关系1)稳性过大,船舶摇摆剧烈,造成人员不适、航海仪器使用不便、船体结构容易受损、舱内货物容易移位以致危及船舶安全。
2)稳性过小,船舶抗倾覆能力较差,容易出现较大的倾角,回复缓慢,船舶长时间斜置于水面,航行不力。
二、稳性的分类1. 按船舶倾斜方向分为:横稳性、纵稳性2. 按倾角大小分为:初稳性、大倾角稳性3. 按作用力矩的性质分为:静稳性、动稳性4. 按船舱是否进水分为:完整稳性、破舱稳性三、初稳性1. 初稳性假定条件:1)船舶微倾前后水线面的交线过原水线面的漂心F;2)浮心移动轨迹为圆弧段,圆心为定点M(稳心),半径为BM(稳心半径)。
船舶静力学知识点归纳1. 船舶的抗沉性是如何保证的(p.167)船舶的抗沉性是用水密舱壁船舶下沉不超过规定的极限位置,并保持一定的稳性。
2. 写出船舶的初稳性公式?(p.78)3. 何谓MTC 如何计算? 引起船舶纵倾1厘米所需的纵倾力矩大小4. 通常船舶的重心、浮心和稳心之间有什么关系?(p.80)初稳性高GM 是衡量船舶初稳性的重要指标,可写成GM=KB+BM-KG,其中KB 为浮心高度,BM 为初稳性半径,KG 为重心高度。
5. 船舶各有几个船型系数,各是如何定义的?(p.6)共有五个船型系数,它们是:①水线面系数C WP ----与基平面相平行的任意水线面面积Aw 与由船长L 、型宽B 所构成的长方形面积之比。
②中横剖面系数C M -----中横剖面在水线以下的面积A M 与由型宽B 、吃水T 所构成的长方形的面积之比。
③方形系数C B -----船体水线以下的型排水体积▽与由船长L 、型宽B 、吃水T 所构成的长方体的体积之比。
④棱形系数C P -----又称纵向棱形系数。
船体水线以下型排水体积▽与由相应的中横剖面面积Aw ,船长L 所构成的棱柱体积之比。
⑤垂向棱形系数C VP -----船体水线以下的型排水体积▽与由相应的水线面面积Aw 、吃水T 所构成的棱柱体体积之比。
6. 船舶的静稳性和动稳性?(p.74)引起船舶产生倾斜的倾斜力矩若它的作用是零开始逐渐增加的,使船舶倾斜时的角速度很小,可以忽略不计,则这种倾斜下的稳性称为静稳性。
若倾斜力矩是突然作用在船上,是传播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。
7.什么是船舶的储备浮力?(p.69)所谓储备浮力是指满载水线上主题水密部分的的体积,它对稳性、抗沉性,淹湿性等有很大影响。
8.船舶的浮性和稳性各研究船舶的什么问题?(PPT第三章第一句话)浮性研究船舶的平衡问题,稳性研究船舶平衡的稳定性问题。
9.考虑差船舶初稳性的问题时,如何计入自由液面的影响?(p.98)自由液力同理如存在多同理可得自由液面的影响是减小船的出稳心高。