船舶穩(wěn)性（課堂PPT）

1、.1海上貨物運輸海上貨物運輸 .2穩(wěn)性的定義和分類穩(wěn)性的定義和分類船舶初穩(wěn)性船舶初穩(wěn)性船舶大傾角穩(wěn)性船舶大傾角穩(wěn)性船舶動穩(wěn)性船舶動穩(wěn)性穩(wěn)性規(guī)范穩(wěn)性規(guī)范穩(wěn)性檢驗調(diào)整穩(wěn)性檢驗調(diào)整.3 1 1、穩(wěn)性的定義、穩(wěn)性的定義 船舶受外力作用發(fā)生傾斜船舶受外力作用發(fā)生傾斜而不致傾覆，外力消失后能夠而不致傾覆，外力消失后能夠自動回到原來平衡位置的能力。自動回到原來平衡位置的能力。.4 l按傾斜方向按傾斜方向 橫穩(wěn)性橫穩(wěn)性(Transverse stability) (Transverse stability) 繞縱向軸繞縱向軸X X軸傾斜軸傾斜 縱穩(wěn)性縱穩(wěn)性(Longitudinal stability)(Lo

2、ngitudinal stability) 繞橫向軸繞橫向軸Y Y軸傾斜軸傾斜l按傾角大小按傾角大小 初穩(wěn)性初穩(wěn)性 (Initial stability)(Initial stability)： 101010 .5l按所受作用力矩的性質(zhì)按所受作用力矩的性質(zhì) 靜穩(wěn)性靜穩(wěn)性(Statical stability)(Statical stability) 船舶傾斜過程中不考慮角加速度和慣性矩船舶傾斜過程中不考慮角加速度和慣性矩 動穩(wěn)性動穩(wěn)性(Dynamical stability)(Dynamical stability) 船舶傾斜過程中考慮角加速度和慣性矩船舶傾斜過程中考慮角加速度和慣性矩l按船舶

3、是否破艙進水按船舶是否破艙進水 破艙穩(wěn)性破艙穩(wěn)性(Damaged stability)(Damaged stability) 完整穩(wěn)性完整穩(wěn)性(Intact stability)(Intact stability).6 M(Metacenter)：船舶微傾前后兩浮力作：船舶微傾前后兩浮力作用線的交點。用線的交點。規(guī)定：與外力矩規(guī)定：與外力矩Mh反向時，反向時，MR0 與外力矩與外力矩Mh同向時，同向時，MR0 ， GM0&隨遇平衡隨遇平衡(Neutral equilibrium) (Neutral equilibrium) （圖（圖b b） G點與點與M點重合，點重合，MR=0 ， GM=0

4、&不穩(wěn)定平衡不穩(wěn)定平衡(Unstable equilibrium)(Unstable equilibrium)（圖（圖c c） G點在點在M點之上，點之上，MR0 ， GM0.8 1 1、研究初穩(wěn)性的假定前提、研究初穩(wěn)性的假定前提&橫傾角無窮小橫傾角無窮小&排水量一定時，橫穩(wěn)心點排水量一定時，橫穩(wěn)心點M M的位置固定的位置固定不變，浮心不變，浮心B以以M點為圓心，以點為圓心，以B0M為為半徑在平衡位置兩側(cè)作半徑在平衡位置兩側(cè)作圓弧軌跡運動圓弧軌跡運動。&船舶橫傾為等容微傾，傾斜水線過初船舶橫傾為等容微傾，傾斜水線過初始水線面漂心始水線面漂心F F .9 B0M：橫穩(wěn)心半徑：橫穩(wěn)心半徑(Meta

5、center radius)(Metacenter radius).10 l初穩(wěn)性方程：初穩(wěn)性方程：l初穩(wěn)性的衡量標(biāo)志初穩(wěn)性的衡量標(biāo)志 GM：初穩(wěn)性高度（：初穩(wěn)性高度（Initial metacentric Initial metacentric height)height)sinGMGZMR.11（1）、）、KMl根據(jù)平均吃水或排水量查取靜水力圖表根據(jù)平均吃水或排水量查取靜水力圖表KM=KB+BMKGKMGM.12.13.14式中：式中： Pi-構(gòu)成排水量的各項重量，包括構(gòu)成排水量的各項重量，包括空船重量、船舶常數(shù)、貨物重量、油水空船重量、船舶常數(shù)、貨物重量、油水裝載量、固定航次儲備量。裝載

6、量、固定航次儲備量。 Zi-Pi的重心距基線高度的重心距基線高度 )(iiZPKG.15（1 1）近似公式近似公式計算法計算法 Zi= =貨高貨高/2 + + 貨物底端距基線距離貨物底端距基線距離（2 2）估算法）估算法 船舶中部的艙室，貨物重心取在貨高的船舶中部的艙室，貨物重心取在貨高的1/2處；處； 首、尾部位的艙室，貨物重心取在貨高首、尾部位的艙室，貨物重心取在貨高的的0.540.58處。處。（3 3）利用艙容曲線圖確定載荷的重心）利用艙容曲線圖確定載荷的重心高度高度.16bciihhZ2chchciciHVVh.17.18（4 4）具體船的做法）具體船的做法v雜貨船雜貨船 多利用近似公

7、式計算法或估算法多利用近似公式計算法或估算法v散貨船散貨船 多利用艙容曲線圖法多利用艙容曲線圖法v集裝箱船集裝箱船 我國規(guī)定：每只集裝箱的重心取在箱我國規(guī)定：每只集裝箱的重心取在箱高的一半處；高的一半處； 德國等歐美國家規(guī)定：每只集裝箱的德國等歐美國家規(guī)定：每只集裝箱的重心取在箱高的重心取在箱高的45處。處。.19自由液面自由液面船內(nèi)載荷移動船內(nèi)載荷移動懸掛貨物懸掛貨物少量載荷變動少量載荷變動.20自由液面（自由液面（Free surface)Free surface) 船舶的液體艙柜中裝有液體但未滿艙船舶的液體艙柜中裝有液體但未滿艙 時的液面。時的液面。自由液面的影響結(jié)果自由液面的影響結(jié)果

8、自由液面的存在自由液面的存在 使初穩(wěn)性高度使初穩(wěn)性高度GMGM 恒減小。恒減小。 .21 ix自由液面對過液面中心傾斜軸面自由液面對過液面中心傾斜軸面積慣性矩（積慣性矩（m4）。）。xfiGMfGMGMGM01自由液面計算公式自由液面計算公式.22l查取船舶資料求取查取船舶資料求取ixl “各液艙自由液面慣性矩各液艙自由液面慣性矩ix表表”l “各液艙自由液面對初穩(wěn)性各液艙自由液面對初穩(wěn)性高度修正值表高度修正值表”l利用公式法計算利用公式法計算ix自由液面慣性矩自由液面慣性矩ix的求取的求取.23.24自由液面的形狀為矩形、三角形自由液面的形狀為矩形、三角形 矩形：矩形： k=1/12k=1/

9、12； 直角三角形：直角三角形：k=1/36k=1/36； 等腰三角形：等腰三角形：k=1/48k=1/48自由液面的形狀為梯形自由液面的形狀為梯形 直角梯形：直角梯形： k=1/36k=1/36； 等腰梯形：等腰梯形： k=1/48k=1/483bkix)(222121bbbbkix .25441xi334141baiabixx 或自由液面的形狀為圓形自由液面的形狀為橢圓形.26液面形狀圖液面形狀圖b bb bb bl ll lb bl lb bb b1 1b b2 2l lb b1 1r rb ba ab ba aF FA Ab b2 2l l.27設(shè)置水密縱隔壁設(shè)置水密縱隔壁減少甲板上浪

10、和存水，及時排出積水。減少甲板上浪和存水，及時排出積水。 液體艙柜應(yīng)根據(jù)實際情況盡量裝滿或排空。液體艙柜應(yīng)根據(jù)實際情況盡量裝滿或排空。 航行中，應(yīng)逐艙使用油水并盡量減少同時存在航行中，應(yīng)逐艙使用油水并盡量減少同時存在 自由液面的液艙數(shù)。自由液面的液艙數(shù)。液體散貨船裝載貨物時，盡量少留部分裝載艙。液體散貨船裝載貨物時，盡量少留部分裝載艙。 部分裝載艙應(yīng)選擇艙室寬度較小的貨艙。部分裝載艙應(yīng)選擇艙室寬度較小的貨艙。保證液體艙柜內(nèi)的縱向水密隔壁的完整性。保證液體艙柜內(nèi)的縱向水密隔壁的完整性。21)( niixx減小自由液面影響的措施減小自由液面影響的措施.28&船內(nèi)載荷移動的特點船內(nèi)載荷移動的特點 移

11、動前后排水量不變，屬于船內(nèi)問題。移動前后排水量不變，屬于船內(nèi)問題。&船內(nèi)載荷移動分類船內(nèi)載荷移動分類 水平橫移；垂向移動；斜移水平橫移；垂向移動；斜移&平行力移動原理平行力移動原理aWbP.29根據(jù)平行力移動原理根據(jù)平行力移動原理及力系平衡原理有：及力系平衡原理有：1GGPy GMtgGG 1GMPtgGMtgPyy W WL LW W1 1L L1 1G GB BB B1 1G G1 1l ly yP PM MO O .30&試驗?zāi)康脑囼災(zāi)康?確定船舶的空船重心高度確定船舶的空船重心高度KG0和空船和空船初穩(wěn)性高度初穩(wěn)性高度GM0。&試驗條件試驗條件 新建船舶或經(jīng)重大改建的船舶在出廠新建船舶

12、或經(jīng)重大改建的船舶在出廠前應(yīng)進行傾斜試驗。前應(yīng)進行傾斜試驗。.31&參與部門參與部門 試驗由船廠及船方共同進行，試驗報試驗由船廠及船方共同進行，試驗報告由船廠負責(zé)計算與編制，編制后交驗告由船廠負責(zé)計算與編制，編制后交驗船部門審核。船部門審核。&計算公式計算公式000000GMKMKGKGKMGM tgPGMy0.32&KM0和和GM0的求取的求取l根據(jù)試驗時的船舶排水量查取靜水力圖根據(jù)試驗時的船舶排水量查取靜水力圖表可得表可得KM0lGM0則根據(jù)船內(nèi)載荷橫移的結(jié)論求取。則根據(jù)船內(nèi)載荷橫移的結(jié)論求取。abPtgPGMyy 0WLW1L1lyPmba .33&進行傾斜試驗的注意事項進行傾斜試驗的注

13、意事項l試驗現(xiàn)場風(fēng)力不大于試驗現(xiàn)場風(fēng)力不大于2級，水面平靜無級，水面平靜無流，無來往船只流，無來往船只l船舶應(yīng)盡量保持正浮空船狀態(tài)，并系牢船舶應(yīng)盡量保持正浮空船狀態(tài)，并系牢可移動物可移動物l盡量減少自由液面的存在盡量減少自由液面的存在l船上多余重量或不足重量對于空船排水船上多余重量或不足重量對于空船排水量大于量大于3000t的船舶，應(yīng)不大于的船舶，應(yīng)不大于0.5L l傾斜角傾斜角一般為一般為2 4 ，但不得小于，但不得小于1 。l試驗時纜繩應(yīng)處于不受力狀態(tài)。試驗時纜繩應(yīng)處于不受力狀態(tài)。.34l載荷下移，重心下移，載荷下移，重心下移，lZ取取“+”，GM1增加；增加；l載荷上移，重心上移，載荷上

14、移，重心上移，lZ取取“”，GM1減小。減小。1GGPZ GMGMGMGG 11 ZPGM MWLGG1lZP.35l水平橫移水平橫移GMPtgy ZPGM WLW1L1GBB1G1OlyPMG2lZ l垂移垂移 斜移可分解為水平橫移、縱移及垂移，斜移可分解為水平橫移、縱移及垂移，然后分別計算其對船舶初穩(wěn)性高度的影然后分別計算其對船舶初穩(wěn)性高度的影響。響。.36 懸掛重物對穩(wěn)性的影響：相當(dāng)于將其重懸掛重物對穩(wěn)性的影響：相當(dāng)于將其重心從實際位置心從實際位置到懸掛點。到懸掛點。 ZPGMGM 1 ZPGM MWLGG1lZPW1L1 m （3）、船內(nèi)懸掛重物對）、船內(nèi)懸掛重物對GM的影響的影響.3

15、7少量載荷變動對初穩(wěn)性的影響少量載荷變動對初穩(wěn)性的影響 %10iP)()(121212KGKGKMKMGMGMGM )(11PZPKGKGKMKGKMGMPZKGPKMGM)(1.38 因為是少量載荷變動，所以通常裝載狀因為是少量載荷變動，所以通常裝載狀態(tài)下載荷變化前后態(tài)下載荷變化前后KMKM變化較小，則可以忽略變化較小，則可以忽略不計，即載荷變化前后假定不計，即載荷變化前后假定KMKM不變，公式變不變，公式變?yōu)椋簽椋篿iiPZKGPKMGM)(iiiPZKGPGM)(GMGMGM 12.39大量載荷重量變動對初穩(wěn)性的影響大量載荷重量變動對初穩(wěn)性的影響l計算計算KM2 根據(jù)新的排水量根據(jù)新的排

16、水量 2= 1+i查取靜水力圖表，查取靜水力圖表，可得可得KM2。l計算計算KG2 根據(jù)合力矩定理：根據(jù)合力矩定理： iiiPZPKGKG12222KGKMGM.40（一）船舶大傾角穩(wěn)性的表示（一）船舶大傾角穩(wěn)性的表示 1、大傾角穩(wěn)性和初穩(wěn)性的區(qū)別、大傾角穩(wěn)性和初穩(wěn)性的區(qū)別l橫傾角的范圍不同橫傾角的范圍不同l船舶在大傾角橫傾時，橫穩(wěn)心點船舶在大傾角橫傾時，橫穩(wěn)心點M不再是定點。不再是定點。M點變?yōu)楦⌒狞c變?yōu)楦⌒腂的漸近線，隨橫傾角的變化而變的漸近線，隨橫傾角的變化而變化?；?。l船舶大傾角橫傾時傾斜軸船舶大傾角橫傾時傾斜軸 不再過初始水線面漂心不再過初始水線面漂心F。l大傾角穩(wěn)性不能用大傾角穩(wěn)性

17、不能用GM作作 衡量標(biāo)志。衡量標(biāo)志。B0M0W0L0.41 2、大傾角穩(wěn)性的表示、大傾角穩(wěn)性的表示 由下圖可知，船舶在大傾角傾斜時穩(wěn)性由下圖可知，船舶在大傾角傾斜時穩(wěn)性力矩的計算公式為：力矩的計算公式為：GZMR GZ：靜穩(wěn)性力臂（復(fù)原力臂或扶正力臂）：靜穩(wěn)性力臂（復(fù)原力臂或扶正力臂） （Lever of static stability）.42KNlever of form stabilityKHlever of weight stability sinKGKNKHKNGZ sinKGKH 1、基點法（、基點法（Base point）求?。┣笕Z.43 形狀穩(wěn)性力臂形狀穩(wěn)性力臂KN曲線（穩(wěn)

18、性交叉曲線）曲線（穩(wěn)性交叉曲線） （Cross curves of stability）.44GaZa：假定重心形狀穩(wěn)性力臂：假定重心形狀穩(wěn)性力臂sin)(sinaaaaaKGKGZGGGZGGZaW1W2L1L2GGaZZa K 2、假定重心法求取、假定重心法求取GZ（Assumed center of gravity）.45假定重心形狀穩(wěn)性力臂假定重心形狀穩(wěn)性力臂GaZa曲線曲線.46 自由液面的存在同樣會使大傾角穩(wěn)性降低，自由液面的存在同樣會使大傾角穩(wěn)性降低，使使GZ減小。減小值減小。減小值 GZ的計算方法如下：的計算方法如下： 1、查取、查取“液艙自由液面傾側(cè)力矩液艙自由液面傾側(cè)力矩M

19、f.s表表” 該傾側(cè)力矩隨船舶橫傾角的不同而不同。該傾側(cè)力矩隨船舶橫傾角的不同而不同。 sfMGZ.GZGZGZ 01.47 式中：式中：= v/blh kvbMsf.48 將自由液面對將自由液面對GM的減小值的減小值 GM看作船看作船舶重心高度舶重心高度KG的增大，從而使重量穩(wěn)性力的增大，從而使重量穩(wěn)性力臂臂KH增大，復(fù)原力臂增大，復(fù)原力臂GZ減小。減小。 sinsinsinsin)(sinGMGZGMKGKNGZGMKGKNKGKNGZ001GZGZGZ原新2、重心高度修正法、重心高度修正法.49 1、定義：靜穩(wěn)性力矩MR或靜穩(wěn)性力臂GZ與船舶橫傾角的關(guān)系曲線圖。MR的關(guān)系曲線圖稱為靜穩(wěn)性

20、力矩曲線GZ的關(guān)系曲線圖稱為靜穩(wěn)性力臂曲線 2、繪制 根據(jù)公式GZ=KN-KGsin及KN曲線圖可得。 GZMR .50.51l靜平衡位置靜平衡位置l靜平衡角靜平衡角(靜傾角靜傾角)S l （Angle of statical inclination）l甲板浸水角甲板浸水角l （Angle of deck immersion）l 曲線反曲點對應(yīng)的角度。曲線反曲點對應(yīng)的角度。l 甲板浸水后穩(wěn)性增長減緩。甲板浸水后穩(wěn)性增長減緩。l 該點的曲線斜率最大。該點的曲線斜率最大。.52l最大復(fù)原力臂最大復(fù)原力臂GZmaxl （Maximum righting lever）l最大復(fù)原力矩最大復(fù)原力矩MR.m

21、axl （Maximum righting moment）l極限靜傾角極限靜傾角S.max l （Angle for maximum righting lever）l穩(wěn)性消失角穩(wěn)性消失角v l （Angle of vanishing stability）l 0v 的范圍定義為船舶的穩(wěn)性范圍。的范圍定義為船舶的穩(wěn)性范圍。l曲線原點處的斜率等于初穩(wěn)性高度曲線原點處的斜率等于初穩(wěn)性高度GM.534.1 船寬船寬B vsGZKNB ，甲max.max.54 4.2 干舷干舷F F對初穩(wěn)性沒有影響。對初穩(wěn)性沒有影響。vsGZF ，甲max.max.55KG1KG2KG1=5次，取平均值次，取平均值l2、選擇海浪較小時，進行測量、選擇海浪較小時，進行測量l3、剔除偏離的數(shù)值、剔除偏離的數(shù)值l4、利用橫搖周期測得的、利用橫搖周期測得的GM值只是估算值值只是估算值l5、有些船舶還給出了、有些船舶還給出了GM和和T之間的關(guān)系圖之間的關(guān)系圖.85GMT的關(guān)系曲線的關(guān)系曲線.86 2、橫傾角、橫傾角 法法 該方法適用于船舶停泊時穩(wěn)性的檢驗。該方法適用于船舶停泊時穩(wěn)性的檢驗。l載荷橫向移動產(chǎn)生橫傾角載荷橫向移動產(chǎn)生橫傾角橫向不對稱加減載荷產(chǎn)生橫傾角橫向不對稱加減載荷產(chǎn)生橫傾角