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1、第四章 大倾角稳性,本章要点: 1、静稳性曲线的计算原理和方法。 2、船舶在静力作用下的静稳性问题，动力作用下的 动稳性问题，以及稳性的衡准。 3、船舶在各种装载情况下的稳性。 4、船体几何要素对稳性的影响,4-1 概述,一、概念 研究大倾角稳性问题与小倾角稳性研究的内容相似，研究的仍然是船舶倾斜后产生复原力矩以阻止其倾覆的能力，而且着重研究复原力矩随横倾角变化的规律。 为了研究简化： 假设 1、船舶仅受静水力作用。 2、水线面为一水平面。 3、忽略在横倾时由于船体首尾不对称所引起的纵倾影响， 即不考虑它们之间的偶合作用,二、稳性臂研究,4-2 静稳性曲线的变排水量计算法,一、基本原理,二、合
2、力矩原理,三、楔形（入水、出水）计算,按照前一章的内容：水线面对NN轴线的面积惯性矩,按,四、稳性横截曲线,4-3 静稳性曲线的等排水量计算法,一、基本计算公式,4-4 上层建筑及自由液面对静稳性曲线的影响,一、上层建筑对静稳性曲线的影响 上层建筑符合下列要求： 1、结构强度及其水密性符合规范要求。 2、封闭时，有通向机舱、其他工作处所和上一层甲板的内部出入口 ，水密上层建筑入水后，产生相应的浮力和复原力矩 。,结论：上层建筑对静稳性曲线的影响是有利的。 注：影响是从一定角度开始的。,二、自由液面对静稳性曲线的影响,船内设有一定数量的燃油舱，淡水舱和压载水舱，具有自由液面，舱内的液体重心，随船
3、舶倾斜而移动，形成倾斜力矩 。 船舶正浮时，舱内液体的表面为ab，重心位于g。横倾时，舱内液体向一侧倾斜，表面CD，重心自g点移到g1，移动的横向距离为y。,结论：自由液面对静稳性曲线是不利的。 注：从0度就开始影响,4-5 静稳性曲线的特性,一、静稳性曲线的特征 1、曲线在原点处的曲率为初稳性高；,2、稳定平衡与不稳定平衡 MH为横倾力矩 结论：上升阶段为稳定平衡阶段； 下降阶段为不稳定平衡阶段。,3、甲板边缘入水角,在曲线的上升阶段有一个反曲点E，在E点以下的曲线上升较快，过了E点，曲线上升趋势减慢，E点处的斜率最大。 这一现象是由于水线未淹过甲板边缘之前，形状稳性臂增加很快，一旦水线淹过
4、甲板边缘，增加的趋势就减缓下来。 结论：反曲点E所对应的倾角大致对应于甲板边缘开始入水的角度。,4、最大静稳性臂及对应的横倾角,结论：静稳性曲线上的最高点B代表船舶所能承受的最大静态横倾力矩MHmax，即船舶本身所具有的最大复原力矩（臂），其对应的横倾角为极限静倾角max 注：最大静稳性臂lmax和所对应的横倾角max是衡量船舶大倾角稳性的重要指标。,5、稳性消失角及稳距,在静稳性曲线上的D点，其复原力矩MR=0，对应横倾角为稳性消失角V，OD的距离为稳距，船舶在该段范围内是具有复原力矩的，当超过V ，复原力矩为负，使船舶继续倾斜直至倾覆。 稳性消失角也是表示船舶稳性好坏的标志之一。,6、静稳
5、性曲线下的面积,倾斜力矩所做的功，倾斜后船舶具有的位能等于静稳性曲线下的面积，面积越大，船舶稳性越好。 静稳性曲线下的面积是表示船舶稳性的一个重要标志。,二、典型的静稳性曲线,（a) 初稳性高较大。最大静稳性臂lmax也不小。稳性消失角达到6090。 船宽较大，干舷较小的船舶稳性曲线具有这种特征。 但初稳性高GM过大，摇摆剧烈。因此，海船并不理想。 （b） 初稳性高较小，曲线很快越过在原点处的切线，最大静稳性臂lmax 也 不小，稳性消失角大。 干舷较高的海洋船舶的曲线具有该特征。 （c） 初稳性高为负值，虽在静水中不会翻掉，但因正浮位置是不稳定平 衡，具有永倾角，大倾角稳性较差，一般不充许出
6、现这种情况。,4-6 动 稳 性,一、基本概念 船舶静稳性：外力矩逐渐作用在船上，船舶倾斜很慢，角速度 等于零，平衡于静横倾角。受静水作用（船上横 向移动货物，船的一侧装卸小量载荷）。 船舶动稳性问题：船舶在海上航行时受到的突然作用，例如阵风的突然吹袭，海浪的猛烈冲击，船舶在的作用下很快产生倾斜，在倾斜过程中具有一定的角速度，这种情况与静力不同。 为研究问题先研究弹簧的伸长问题（力学问题）。 静力作用：平衡状态 重力=弹簧拉力 动力作用：平衡状态 重力所做的功=弹簧的弹性势 能。 船舶受静力、动力作用的情况与上述弹簧类似。,动稳性概念研究 （1）,动稳性概念研究（2）,二、动稳性曲线与静稳性曲
7、线的关系,1、 动稳性曲线是静稳性曲线的积分曲线。,2、动稳性臂的物理含义,Ld物理意义是：船舶倾斜后的重心与浮心位置在垂向变化的增量。 船舶重心G，浮心 ,等体积倾斜角 后浮心在 , 设,三、静稳性、动稳性曲线的应用,1、横倾力矩的概念 假定F不随变化,2、动横倾角的确定,3、阵风作用下船舶能承受的最大风倾力矩的确定,4、风浪联合作用下的能承受的最大倾斜力矩,(1) 风浪联合作用的概念 船舶受到波浪作用产生横摆， 当船向迎风一舷横摇到最大 摆幅 ,并刚往回横摇时， 突然受到一阵风的倾袭，此 时船最危险。这是因为复原 力矩的方向与风倾力矩方向 一致，两个力矩加在一起促 使船舶倾斜加剧.,船舶左
8、右舱对称，静稳性曲线与动稳性曲线必对称O点。,(2) 最大倾斜力矩的确定,讨论,（1）总结,从船舶发生倾斜的程度看,其是船舶所能承受的最大倾斜力矩； 从船舶是否发生倾覆来看,其是使船舶倾覆的最小力矩，称最小倾覆力矩;,（2） 说明,A:外力矩是随横倾角变化的，特别是风力矩，而且多半是随 增加而减小，美国假定随 变化，中国和日本的规范则取不随 变化，这样处理比较方便，实际上是偏安全的。 B:动稳性曲线求解比静稳性曲线方便，省去凑面积相等的步骤，但需外力矩的积分曲线是一直线才显示出来（外力矩不变），国外规定外力矩是变化的，在计算大倾角稳性是用静稳性曲线。,四、进水角存在时的计算,船舶的甲板及上层建
9、筑的侧壁上有许多开口（如舱口 ，门窗）开口不水密，船舶倾斜时海水进入主体内部，使船舶处于危险状态，因此当倾斜水线到达开口处，即认为船舶丧失稳性。故在稳性校核时，还要计算水线最先进水的那个非水密处的倾斜角度， 称进水角，进水角以后的静稳性曲线不再计及，稳性的有效范围缩小，从而降低船舶抗风浪能力。,4-7船舶在各种装载情况下的稳性校核计算,一、稳性衡准数 稳性衡数K是对船舶稳性的重要基本要求之一。 海船法定技术规则规定： 船舶在所核算的各种装载情况下的稳性，应符合下列不等式 式中：K 稳性衡准数； 最小倾覆力矩（ 为最小倾覆力臂），它表示了 船舶在最危险情况下能抵抗外力矩的极限能力。 风压倾斜力矩
10、（ 为风压倾斜力臂），它表示了 在恶劣海况下风对船舶作用的动倾力矩。 表示了风压倾斜力矩小于使船舶倾覆所必须的最小倾覆力矩（至多是相等）所以船舶不至倾覆，因而认为具有足够的稳性。,所谓稳性校核，主要就是计算 和 ，最后判断K值是否大于等于1。,（1） 最小倾覆力矩 的计算； 根据静稳性曲线或者动稳性曲线以及横摇角来确定。 a. 稳性曲线必须计及自由液面、上层建筑以及进水角的影响； b.横摇角的计算是基于船舶零航速且横对波浪。 船舶在波浪航行时，其横摇的程度不仅与波浪有关而且与船型、船舶受载情况、附件等因素有关 海船法定检验技术规则第七篇完整稳性中规定对有舭龙骨的圆舭型船舶横摇角按下式公式计算。
11、 （2）风压倾斜力矩 的计算,4-8 船体几何要素等 对稳性的影响以及改进措施,一、船体几何要素对稳性的影响 1、干舷高度对稳性的影响 设 A、B两船型，除型深外，其他几何要素及重心高度相同，即B船的干舷较A船高，在倾斜水线未超过A船的甲板边缘时，两者的稳性相同。当倾斜水线超过A船的甲板边缘后，B的静稳性较A船大。故B船静稳性曲线的最大静稳性，极限静倾角及稳距等都较A船为大。 增加干舷可有效地改善船的稳性。,船舶静力学 第四章 大倾角稳性,2、船宽对稳性的影响,设A、B两种船型，除船宽外， 其他几何要素及重心高度均 相同，B船宽度较A船大。 船宽大者，水线面惯性矩也， 大故B船的初稳性高大于A
12、船。 另外,船宽大者，出入水楔形 的移动力矩也大，因而静稳 性臂也大，但船宽大者， 甲板边缘入水角较小，故B 船静稳性曲线的最大静稳性 臂所对应的横倾角较A船小。,船舶静力学 第四章 大倾角稳性,3、其他要素对稳性的影响,（1）水线面系数对稳性的影响 设A、B两船排水体积、主尺度、重心高度均相同， A船横剖面形状为U， B船横剖面形状为V， 因此B船的水线面系数比A船大，B船的初稳性高和静稳性臂 均比A船大。 （2）吃水对稳性的影响 吃水减小，在横倾角不大时对稳性的影响较小。 在大倾角时，吃水浅的船舭部出水较早，使稳性降低， 稳距也减小。 （3）横剖面底部升高对稳性的影响 底部升高的船型，使出入楔形的体积和移动力力矩减小， 从而导致静稳性臂和稳距的减小。 此外：水线以上的横剖线适当“外飘”和采用较大的舷弧， 都可增加倾角较大时的静稳性臂。,二、重心位置对稳性的影响,三、提高船舶稳性的措施,（1）提高船舶的最小倾覆力矩 （ 或力臂 ）； 降低船的重心； 增加干舷，有效措施之一，稳性不足的老船载重线降低以增加干舷。 增加船宽：提高初稳性有效措施之一（加装相当厚的护木、浮箱）。 增加水线面系数，与增加船宽类似。 减小自由液面和悬挂重量。 注意船舶水线以上水密性，提高船的进水角。 （2）减小船舶所受到的风压倾斜力矩 （或力臂 ）； 减小受风面积，即减小上层建筑长度和高度 。,
