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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()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）z 1x 1y 1z 2x 2y 2o 1o 2 P图1.2 平移变换展开后为：cz z b y y a x x +-+=+=212121 （7.2）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。
旋转变换的一般形式为：()()()()⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛222332331232221131211222232221111z y x e e e e e e e e e z y x z y x e e e（7.3）上式中，)1(i e 是时坐标系1111z y x O -中第i 个坐标轴的单位列矢量，)2(j e 时坐标系2222z y x O -中第j 个坐标轴的单位矢量，()()21j i ij e e e ⋅=，在正交坐标系下，坐标转换矩阵是单位正交矩阵。
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。
船舶静力学的三心
船舶静力学的三心指的是船舶的重心、浮心和稳心。
船舶为什么能漂浮在水上？因为水有浮力。
那么，水为什么会产生浮力？一般说来，流体（气体和液体）在重力作用下会给浸没在其中的物体一个浮力。
就好比一个受到“外敌”入侵的群体一样，这个群体会有“抵抗情绪”，不会轻易让出空间给“异类”。
虽然上面这个回答缺乏说服力，但是很形象，也提到了非常关键的因素—一重力作用。
这里，我们用一杯水来作研讨模型。
杯子里的水是水分子的集合体，水分子在重力作用下都有下降的“趋势”。
如果可能的话，可以把这杯水分成若干层。
由于重力作用，下层的水分子总是受到上层水分子的压力，力是可以传递的，所以，越到最低层水分子受到压力越大。
我们可以把“水杯模型”放大到江河湖海中去。
已经有前人研究过，水在深度h处的压强P＝p g h等号两边同时乘以有效受力面积S，有PS＝p g s h，PS（即压强X面积）为压力（即浮力F），Sh（即面积x高）为体积（即排水体积△），则船在水中受到浮力F=p g△。
因此，我们可以准确地来回答水为什么会产生浮力了，是因为重力作用形成的静水压力而产生浮力。
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。
2005 年船舶静力学试题一、填空题（2分*10 = 20分）1．通常采用的船长有三种，即：_____________________________________。
2．在船舶静水力性能计算中一般采用的船长是：_______________________。
3．干舷的定义是：在船侧船中横剖面处自_______至__________的垂直距离。
4．菱形系数是船体设计水线下的____________与___________________之比。
5．船舶的一般浮态可用__________、__________和_______三个参数来表示。
6．稳性衡准数的定义是__________________和_____________________之比。
7．浮性是指船舶在一定装载情况下_____________________________的能力。
8．稳性的定义是_____________________________________________的能力。
9．___________________________________________________叫做复原力矩。
10．___________________________________________________称为复原力矩。
二、简答题（4分*5 = 20分）1．横稳性高于纵稳性高2．漂心与浮心3．设计水线长与垂线间长4．静稳性曲线与动稳性曲线5．稳性消失角与进水角三、论述题（10分*5 = 50分）1．每厘米吃水吨数和每厘米纵倾力矩的定义以及各自的用途，举例说明。
2．提高数值积分精确度的办法有哪些？并作图说明梯形法、辛浦生法对曲线端点曲率变化较大时如何处理？3．如何应用邦戎曲线计算船舶具有纵倾浮态下的排水体积V和浮心位置（X b、Z b）4．如何利用动稳性曲线求考虑波浪横摇角时的极限动倾力矩和极限东倾角？5．自由液面对船舶稳性的影响如何？减少自由液面影响的办法有哪些？四、证明题（20分）1．设船舶原正浮状态，吃水为d，排水量为Δ，水线面面积为A W，漂心纵坐标为x F，初稳性高为GM，海水比重为w。
试证明把小量载荷装在后新的初稳性高G1M1为G1M1= GM + p/Δ+p (d + p/2wA W - Z – GM)五、计算题（25分+15分= 40分）1．已知某长方形船的船长L=100m，船宽B=12m，吃水d=6m，重心垂向坐标z G=3.6m，该船的中纵剖面两边各有一淡水舱，其尺度为：长l=10m，宽b=6m，深a=4m。
在初始状态两舱都装满了淡水。
（海水比重1.025t/m3，结果保留三位小数）试问：（1）在右边淡水舱舱内的淡水耗去一半时船的横倾角；（2）如果要消去横倾，那么船上x2=8m，y2= - 4处的60吨货物应移至何处？2．已知某内河船的主要尺度和要素为：船长L=58m，船宽B=9.6m，首吃水d F=1.0m，尾吃水d a=1.3m，方形系数C b=0.72，纵稳性高GM L=65m，为了通过浅水航道，必须移动船内的某些货物，使船处于平浮状态，假定货物从尾至首最大的移动距离为l=23.0m，求必须移动的货物重量。
（结果保留三位小数）一、填空题（2分*10=20分）1．船舶的浮性是指船舶在一定装载情况下具有_______________________的能力。
2．船舶的浮态是指船舶在静水中平衡时____________________________________。
3．描述船舶浮态时，通常采用固定在船体上的直角坐标系，坐标原点为_____________________的交点，x轴的正方向指向_____________，y轴的正方向指向__________________，z轴的正方向指向_____________________________。
4．方形系数是船体设计水线下的__________________与__________________之比。
5．菱形系数是船体设计水线下的__________________与__________________之比。
6．每厘米纵倾力矩是指__________________________________所需要的纵倾力矩。
7．船舶在动力作用下倾斜产生的________________________________称为动倾角。
8．________________________________________________________叫做倾斜力矩。
9．________________________________________________________叫做复原力矩。
10．___________________________________________________称为邦戎曲线。
二、简答题（4分*5=20分）1．横稳心半径与纵稳心半径2．横摇角与进水角3．稳性插值曲线与静稳性曲线4．设计水线长与垂线间长5．水线面系数与中横剖面系数三、论述题（10分*5=50分）1．计算初稳性高度时为何要进行自由液面修正？如何进行修正？2．如何按规范法进行自由液面对静稳性的修正？3．假设某船的静水力曲线已求得，如何计算给定装载状态下的浮态和初稳性？4．倾斜试验的目的是什么？假定倾斜试验时船舶正浮于某一水线，如何求出试验状态时的排水量和重心高度？5．如何利用动稳性曲线求考虑波浪横摇角时的极限动倾力矩和极限动倾角？四、证明题（10分*2=20分）1．船舶横倾某一大倾角度θ时浮心坐标为（Y cθ,Z cθ），假定此时船舶的重心高度为Z g。
证明船舶在该位置时重心G到浮力作用线的垂直距离GZ为：GZ=Y cθ* Cosθ– (Z g-Z Cθ)* Sinθ（要求画出简图）2．证明船舶等体积横倾一微小角度时，横稳心半径为r = I x / V 。
（其中I x为正浮水线面对通过漂心的纵轴的惯性矩，V为排水体积）五、计算题1．某方形船初始正浮于静水海面上，船长100m，船宽20m，吃水5m。
船的重心高度距底7m。
在船中横剖面处，距底10m，距中心线横向坐标为8.034m的地方装上100t重物，求装载后船的浮态。
（计算结果保留三位小数）2．设船上有一水舱，把舱长分成4等分，等分间距l=0.5m，其等分点处断面面积分别为 2.75m2，4.25m2，4.90m2，4.85m2，4.05m2，分别用梯形法和辛浦生法求该水舱的容积。
（计算结果保留两位小数）一、填空题(2分*10=20分)1．首垂线是通过____________________________________所作的垂线。
2．尾垂线是通过____________________________________所作的垂线，如果无舵柱则取______________________________________________为尾垂线。
3．垂线间长是______________________________________之间的水平距离。
4．方形系数是船体设计水线下的____________________与__________________之比。
5．菱形系数是船体设计水线下的____________________与__________________之比。
6．________________________________________________称为纵倾值。
7．重心移动原理的内容是：整个物体重心移动的方向______________________；整个物体的重量乘以该重心移动的距离等于___________________________________。
8．稳性衡准数的定义是____________________________和_________________之比。
9．每厘米纵倾力矩是指___________________________________所需要的纵倾力矩。
10．船舶在动力作用下倾斜产生的_____________________________称为动倾角。
二、简答题（4分*5=20分）1．空载出港与空载到港2．静稳性特点与动稳性特点3．静稳性曲线与动稳性曲线4．稳性消失角与进水角5．邦戎曲线与稳性插值曲线三、论述题（10分*5=50分）1．什么是船舶静水力曲线？它包括哪几种性质的曲线？各自又包括哪些曲线？静水力曲线有什么用途？2．如何求进水角曲线？该曲线有什么用途？3．给出船舶某一装载状态下的重量和重心坐标，如何求该装载状态下的浮性和初稳性？（假设该船型的静水力曲线已求得，舱内存在未装满的液体舱）4．自由液面对静稳性曲线影响的计算原理。
5．船舶回复能力是如何形成的？四、证明题（10分*2=20分）1．证明：C B = C P * C M（其中为方形系数，为菱形系数，为中横剖面系数）2．证明：TPC = γ*A W / 100 (t/cm)(其中，TPC为每厘米吃水吨数，γ为水的重量密度t/cm，A W为水线面面积)五、计算题（10分*4=40分）1．某船船长L=100m横断面形状为梯形且沿船长不变，设计水线处宽B=10m,吃水d=6m。
求横稳心半径BM和纵稳心半径BM L。
（计算结果保留两位小数）（图省略了啊）2．设船上有一水舱，把舱长分成4等分，等分间距l=0.5m，其等分点处断面面积分别为2.75m2，4.25m2，4.90m2，4.85m2，4.05m2，求该水舱的容积。
（用梯形法,计算结果保留两位小数）3．某船船长L PP=120m，设计状态的首尾吃水分别为T F=7.2m，T A=7.6m，（即龙骨线不平行于基线），排水量Δ=10580t，其浮心垂向坐标Z C=3.84m，纵稳心半径R=125.64m，重心垂向坐标Z g=6.56m，漂心X f=0。
当船上有一重物p=100t，从船尾移向船首，移动距离为l=60m，求此时船的首尾吃水是多少？（计算结果保留两位小数）4．船长L=100m，船宽B=15m，型深D=10m的箱形船，正浮于吃水d=6m的海水中。
船舶的重心距离船底KG=7m。
现将p=1000t的货物装到船中前x=10m，距船底z=4m的船中线面位置上。
求装载后的浮态。
2002年船舶静力学试题一、填空题（2分*10=20分）1．梯形法近似计算的基本原理是用______________线近似地代替_____________线。
辛浦生法近似计算的基本原理是用____________线近似地代替_____________线。
2．描述船舶的浮态时，通常采用固定在船体上的直角坐标系，坐标原点为____________的交点，x轴的正方向指向____________，y轴的正方向指向__________，z轴的正方向指向___________。
