《船舶原理静力学课件ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《船舶原理静力学课件ppt（78页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、船 舶 静力学,主 讲：袁一博 班级：Y12设施农业 组员：刘莹莹 潘帅 袁一博 雒强,绪 论 一、船舶原理课程的意义和重要性,船舶原理是船舶设计与制造类专业的一门重要的专业技术基础课程，是研究船舶航海性能的一门学科。是本专业的主干课程之一。 基础课程：高等数学 材料力学 理论力学 流体力学 后续课程：船舶强度与结构规范设计 船舶设计原理 造船工艺学,二、船舶原理课程的内容 （六大航行性能）,浮性 稳性 抗沉性 船舶快速性 适航性 操纵性,船舶静力学（以流体静力学为基础 ）,船舶动力学（以流体动力学为基础）,船舶性能简介,三、教学方法、特点及要求,讲授为主 培养自学 习题课 船舶静力学课程设计
2、 专业课特点-解决问题 几点要求: 1、上课请坐好 听课有呼应 2、起立 3、关于笔记 4、关于作业 5、关于考试,四、课程设计,完成船舶静水力计算。 浮性计算、稳性计算、船型系数计算、 帮戎曲线计算。 完成图纸（静水力曲线，邦戎曲线）。 时间：为期一周（课程教学结束后）,五、考核方式,1、采用闭卷考试方式 2、成绩组成： 平时成绩 （平时听课、考勤）30% 期末考试成绩 70% 3、课程设计成绩单列,第一章 船体形状及近似计算,本章要点： 船体形状的表示方法，即船舶的特征尺度及船体曲面的图形表示方法； 掌握船体近似计算的方法（梯形法、辛氏法、乞贝雪夫法、高斯法）,1-1 主尺度、船形系数和尺
3、度比,一、船舶外形表示方法 三个主坐标平面 1、基平面 水线面 半宽水线图 2、中线面（船体的左右对称面） 中纵剖面 纵剖线图 3、中站面 中横剖面 横剖线图,二、主尺度(principal dimension),总长 Loa (overall) 适用于码头、船坞 ; 1、船长L(Length) 垂线间长Lpp(perpendiculars) 适用于静水力性能; 水线长Lwl(waterline ) 适用于阻力计算; 2、型宽B (breadth moulded) 3、型深D (moulded depth) 4、吃水d (draft) 5、干舷F (freeboard) F=D-d+t(上甲板
4、板厚）,1-10,三、船型系数,1、水线面系数 如（a）图所示 （waterplane coefficient） 物理含义：表示水线面的肥瘦程度 ； 2、中横剖面系数 如 (b) 图所示 （Midship section coefficient ） 物理含义：表示中横剖面的肥瘦程度；,3、方型系数（Block coefficient） 物理含义：表示的船体水下体积的肥瘦程度，又称排水量系数；(displacement coefficient),4、棱形系数 (prismatic coefficient) 物理含义：表示排水体积沿船长方向的分布情况 ； 5、垂向棱形系数 (Vertical pr
5、ismatic coefficient) 物理含义：表示排水体积沿吃水方向的分布情况 ；(U,V型剖面）,四、尺度比,尺度比表示船体几何特征的重要参数。 长宽比 ，与快速性有关； 宽度吃水比，与稳性、快速性和航向稳定性有关； 型深吃水比，与稳性、抗沉性及船体内部容积有关； 船长吃水比，与船的回转性有关，比值小船短，回转灵活； 长深比 ，与船体强度有关，比值小，船短而高，强度好；,备注：,选择各个要素的基本出发点 （1）船长L： 浮力、总布置（舱容及布置地位）、快速性； （2）船宽B：浮力、总布置（舱容及布置地位）、初稳性； （3）吃水T：浮力以及螺旋桨有适宜直径； （4）方型系数CB：浮力和快
6、速性 （5）型深D： 对于载重型船舶：规范规定的最小干舷和舱容要求决定； 对于布置地位船：上甲板以下各层甲板间高度以及舱室高度。 从增加舱容的角度，以增加型深最有利，因为对船体重量的影响最小, 且不影响快速性。,1-2 型线图,船舶外型是一个流线型体，表示其形状最基本的图形是型线图，因此仅用船长、船宽、高三个尺度并不能说明船舶的真实形状和大小，它是通过称为船体外型线图的图样来表示的。 型线图所表示的船体外型为船体型表面。 钢船的型表面为外板的内表面（不包括船体外板厚度） 水泥船、木船则为船壳的外表面（包括船体外板厚度） 以钢质船为例：型线图上所表示的船体形状包括外板型表面的形状和甲板型表面的形
7、状。不包括船壳板和甲板板厚度在内的船体表面（即胁骨以外船壳板以内，横梁以上甲板板以下的船体表面） 采用型表面的原图： A、各部位钢板的厚度不同。 B、便于建造。,1-3 船体近似计算方法 一、船体计算的习惯坐标系,O取在中线面、中站面、基平面的交点， X轴为中线面与基平面的交线，x向纵向，指向船首为正； Y轴为中站面与基平面的交线，y向横向，指向右舷为正； Z轴为中线面与中站面的交线，z向垂向，垂直向上为正。,二、近似计算方法 1、梯形法（最简单的数值积分方法）,基本原理：用若干直线段组成的折线近似地代替曲线。即：以若干个梯形面积之和代替曲线下的面积。,简式：,等分间距,总和,修正值,1、简单
8、、方便,2、主要用于手工计算,3、可用于任意积分式的近似计算,特点：,注意：,应用梯形法计算的时候，首先要写出积分公式。,2、（1）辛氏一法（1，4，1法）,基本原理：采用等分间距以若干段二次抛物线近似地代替实际曲线，计算各段抛物线下面积的数值积分法。（推导计算） 应用条件： 曲线底边长度的等分数目为偶数（即纵坐标数目为奇数） 推广图： A=,因为：,代入则有：,(1-3),式（1-2）和 （1-3）恒等：,设：,2 、（2）辛氏二法（1，3，3，1）,基本原理，采用等分间距以若干段三次抛物线近似地代替实际曲线，计算各段抛物线下面积的数值积分法。 推导计算： 应用条件：适用于将曲线底边长度划分
9、为三等分、六等分、九等分（即纵坐标数目为4，7，10 ） 推广计算：等分（须为3的倍数）,3、乞贝雪夫法,乞贝雪夫法基本原理：应用不等间距的各纵坐标值之和，再乘以一个共同的系数来得到曲线下的面积。用n次抛物线代替实际曲线，采用不等间距的几个纵坐标计算抛物线下的面积。 推导示例,4、高斯法,基本原理：采用不等间距的纵坐标和不同的乘数。 基本公式： 优点：高斯法精确性较高， 5个纵坐标的高斯法相当于9个纵坐标的辛氏法或9个纵坐标的乞贝雪夫法。,三、提高近似计算的精度,1、选择合理的近似计算方法 计算精度从低到高的次序：梯形法辛氏法乞贝雪夫法高斯法 2、增加中间坐标,梯形法:,辛氏一法:,3、端点坐
10、标修正（修正方法：目测法 ）,A：船体曲线在端点上，即，用梯形法计算少算OCA面积,修正结果,代替,B:船体曲线端点超过指定站号：(少算了 ),由于GEFADG,修正结果,代替,C：船体曲线端点不到指定站号(多算了SBCE ),修正结果：以 代替,备注：灵活应用端点坐标修正,四、积分曲线特性,1、积分曲线在某处的纵坐标值等于原曲线下该处以前的面积，原曲线在某处的纵坐标值为积分曲线在该处的导数。 2、积分曲线的极大值或极小值对应于原曲线在轴上的交点（驻点），原曲线的极大值或极小值对应积分曲线的拐点。,五、船体基本几何计算,船体基本几何计算有二项： 1、 水线面计算 2、横剖面计算,1、水线面计算
11、,计算内容： 水线面面积： 漂心纵向坐标： 水线面系数：,2、横剖面计算,（1） 计算内容 横剖面面积 ，面积形心垂向坐标 ，中横剖面系数 （2）梯形法计算公式,1-33,二、船舶浮性 1船舶浮性的基本概念 船舶在各种载重情况下，保持一定浮态的性能为船舶浮性。 1)船舶重力与浮力、重心与浮心,船舶重力的大小，等于船舶重量与重力加速度g的乘积，即Wg。重力的作用中心(或作用点)称为重心，用符号“G”表示，坐标为XG、YG、ZG。 船舶浮力的大小，等于船舶排水量D与重力加速度g的乘积，即Dg。浮力的作用中心(或作用点)称为浮心，它是水线下船体体积的几何中心，用符号“B”表示，坐标为XB、YB、ZB
12、。 根据阿基米德原理： D=V（t） （1-1） 式中：D-排水量，t； V-排水体积，m3； -舷外水的密度，t/m3；标准淡水=1000 tm3，标准海水=1025 tm3。,2)船舶静浮于水中的平衡条件 船舶静浮于水中的平衡条件应是：作用于船上的重力Wg和浮力Dg必须大小相等方向相反。 W g = D g W = D (1-2) 装卸货时船舶平衡状态的变化情况： 船舶静浮于水中并处于平衡状态(不管处在什么浮态)，在装货时，因装货使船舶重量大于原排水量而下沉，破坏了原平衡状态。但船舶下沉使船舶排水量增加，当船舶下沉到新的排水量与装货后的船舶重量相等时，船舶不再下沉，即船舶在新的水线位置上处
13、于新的平衡状态。,2船舶的浮态 船舶浮于静水的平衡状态称为船舶浮态。有正浮、横倾、纵倾和横倾加纵倾4种，可以用船舶吃水d、横倾角、纵倾角或吃水差t等参数表示。 1)正浮 船舶既无横倾又无纵倾的漂浮状态称为正浮。船舶处于正浮状态的条件是船舶的重心G与浮心B左右位置一致(都在船中)、前后位置也一致(一般在中部附近)。此时，船舶吃水全部相等，所以船舶正浮只需用吃水d来表示即可。 2)横倾 船舶只有横向倾斜而无纵向倾斜的漂浮状态称为横倾。船舶的重心与浮心位置只能保持前后方向一致，左右方向不一致。 船舶横倾时，由于船舶首尾吃水相等，而左右吃水不相等，因此产生一个横倾角。横倾角是船舶横倾后的水线与正浮时水
14、线之间的夹角，通常右倾为正，左倾为负。船舶横倾一般用吃水d和横倾角两个参数表示其浮态。,3)纵倾 船舶只有向船尾方向或向船首方向倾斜而无横向倾斜的漂浮状态称为纵倾。 船舶纵倾时，产生一个首尾吃水差t以及一个纵倾角。 吃水差，是首吃水dF 和尾吃水dA 之差，即 t = dF dA （m） （13） 纵倾角是船舶纵倾后的水线面与正浮时的水线面相交的角度。通常首纵倾为正，尾纵倾为负。 纵倾的大小，通常用吃水差t或纵倾角来表示。 4)横倾加纵倾(任意倾斜状态) 横倾加纵倾是船舶既有横倾又有纵倾的一种漂浮状态。 通常用横倾角、纵倾角或吃水差t表示。 综上所述，船舶的重量、重心位置、排水量和浮心位置四者
15、之间的相互关系决定了船舶的漂浮状态。,3. 船舶排水量随吃水而变化的规律 由于船舶排水量D = V，所以船舶排水量随吃水而变化的规律，实际上就是船舶排水体积随吃水而变化的规律。 当船体几何形状一定时，船舶排水量是只随吃水d在变化的，可表示为D = f（d）。将D = f（d）曲线与其他表示船舶静水力性能的曲线绘在同一张图中，称为船舶静水力曲线图。 1)船舶静水力曲线图 船舶静水力曲线图表达了船舶在静止正浮状态下浮性和稳性参数等随吃水而变化的规律。图115 所示为某货船的静水力曲线图。 应用船舶静水力曲线图可方便地求出在各种装载情况下，即对应于不同吃水时船舶浮性和稳性的参数。 2) 载重量表尺 将几个主要的、静水力曲线如排水量、载重量、干舷等随吃水的变化列成表格形式，称为载重量表尺，如图1-16所示。 静水力曲线图和载重量表尺只适用于船舶在正浮状态下，根据吃水查有关参数值，但船舶有微纵倾时可近似使用。,4船舶的浮态变化 当装卸货物、船内重物移动以及舷外水密度改变时，船舶的浮态都会发生变化。 1)装卸货物对船舶浮态的影响 (1)在船舶漂心垂线上装卸少量货物（货物重量小于排水量的10% ）
