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1、货船破舱稳性概率算法软件(DAMCARGO)严家文吴永昌提要:“DA MCA R GO”是适于在徽机上运行 的供设 计人员使用的货船破舱稳性概率算法软件。能计算船舶在部分载重线和最深分舱载重线下各舱段破损后要求的分舱指数R以及所能达到的分舱指数A.本软件适应性强、人机界面友好、使用灵活、操作方便,可使设计人员容易地准备好枪入数据,并在徽机上快速而可靠地计算出精度较高的货船破舱稳性。关键词:软件,概率算法,破舱稳性,货船2程序算法和处理过程简述 1概述1974年国际海上人命安全公约第卜l章修正案规定,1992年2月1日或以后建造 的船长为1 0om及以上的货船的 破舱稳性计算,应使用该公约修正案
2、中规定的概率方法。为了满足此要求,我们在徽机 以S操作系统下开发了货船概率方法 的破舱 稳性计算程序(Dame a rgo).随着船舶设计 技术 的进步和设计手段的更新,货船的破舱 稳性储备一般都非常小,如计算稍有差错,将导致十分严重 的后果。因此,程序的可靠性和计算精度已成为十分关键的问题。货船的布里和装载,往往直接受到破舱稳性的制约,所以,设计人员要提高船舶的性能,需以破舱稳性为约束条件,对货船的舱室划分进行优化。这时,程序的计算速度也就显得十分重要了。另外,程序的人机界面又是一个不容忽视的间题,一个好的人机界面,不仅可以使用户易于学习和掌握程序的使用,大大提高工作效率,而且还可以克服因输
3、入数据的填写和愉入操作等失误造成的计算结果错误。本软件是我们在开发确定性方法破舱稳性软件成功经验的基础上,经过 大量的研 究探索,特别是 在数学处理 方法和人机界面技术方面的创新,使该程序计算的可靠性、精度、计算速度和商品化方面,发生了质的变化,上了一个新台阶。在48 6/33徽机上计算一个具有 4 0几个舱 组的集装箱船的概率破舱稳性,仅错6分多钟(不包含打印时间)。座标系规定:对船舶座标系统的选取与常用习惯取法 相 一致。x轴:中线面与基线面的文线,钟前为正,肿后为负。Y轴:肿剖面与基线面的文 线,右舷为正,左舷为负。Z轴:肿剖面与中线面的交线,基线以上为正。所有稳性计算结果均基于损失浮力
4、法。2.1计算舱或舱组浸水后船舶的生成概率“S“因数“S ”按1 974年国际海上人命安全公约)第I一1章B一1部分(以下简称公约修正案)的第2 56条的公式计算,即:S=(S,+S,)/2式中:s ,在最深分舱载重线处的S因数S,是 在部分载重线处 的S因数s 一C(05(G z)(range) ),l,1 C=( (30一.6)/5),/20. 6(25.)(25。30.)(扮拍199年绍1期. 8横倾的最终平衡角a rnge超出平衡角的正复原力臂的范围( o)但不大于2 0.,而且此 范围应在 不能风雨 密地关闭的开口被淹 没的角度45处中止G Z上述范围 内的最大正复原力肴(m),但不
5、大于。.lm另外,如果最终 水线浸没某些开口(如空气管、通风 简、风雨密门和舱口盖关闭的开口等),且通过这些开口可能发生继续浸水时,取S =。.如果考虑水线以上水平分隔的影响,上面计算得到的S值应乘以概率因数V或( 1一V)等。详见公约修正案和货船分舱和破舱稳性规则应用的解释。要求得因数S,关键是要计 算出在 最深分舱载重线和部分载重线情况下船舶破损后的平衡水线的横倾角和静稳性曲线等。2.1.1船 知破 损以 后的浮态计算(1)计算船舶的排水量和浮心首先计算出在给 定水线(首、尾吃水和横倾角)下各横剖 面的面积和面积矩,这些横 剖面的位置在船体型值表中给出的,然后,求得船 舶的排水量和浮心座
6、标。(2 )、 计算进水重量和重心根据用户填写的破舱型值表,在破舱段的首、尾端之间,自动插入(增加)若干个舱段横剖面,从船体型值表上切割下该舱的几 何型值,再计算在给定水线下该破舱各 剖面的面积和面积矩等,然后,计算出破舱段的进 水重量和重心座标。( 3)平衡迭代计算用固定排水量法计算破损船舶的平衡浮态.设破 损前船 舶的排 水量为D。(t),重心 座标为X,.Y和Z( m ),破损后船舶的浮力为 及(t),浮 心座标为X:,矶和Z:(m ).破损后,船舶的重力要素(固定排水量)为:重力:W。一几横向倾贾力臂:L一. Y,eos(6) +z,一:in(a)纵向倾夜力臂:Lz,= X,e os仲
7、)+Z,sin仲)船舶的浮力要素(扣 除破损进水重量)为:浮力:讯=D ,一D户横 向扶正力臂:L,=矶,eo,(8)+. z,sin(8)纵 向扶正力臂:L二:=x。,eos伸)+乙,sin仲)式 中:6横倾角o ( )价纵倾角o ().X,c Y,.ZW,浮力 的浮心座标(m )设船舶 破损以后的不平衡力和力臂为:4 6不平衡力:FlWa一W( 1)横向不平衡力臂:F:二 Ly 一几(2 )纵向不平衡力竹:F3一L。一L二(3 )那么,求解平衡浮态的迭代过程是:首先,假定 一条 初 始 水 线(首、尾 吃水和横倾角),计 算出F,、F:和F:,判断是否同时满足下列3个条 件式:F:(W。/
8、100 00(4)F:簇B/1000 0(5)F:L. P/10000(6)式中:B为船宽,及,为两柱 间长.若不满足条件,则改变首吃水、尾 吃水和横倾角,再次计算出F;、F:和F:,进行条件判断,若仍不满足,再改变吃水和横倾角进行计算,直到同时满足上述3个条 件为止.这时计算所用的首吃水、尾吃水和横倾角,即为平衡浮态,或 叫最终水线。这就求得了计算生成概率因数“S ”所需 的横倾角. e.2.1.2计葬船拍破损后的静德性曲线和曲线 要素对于静稳性曲线的一系列横倾角(。,1 0。,20 ,2 5。,30 0,4 0。,50 ,60 0),计算每一个横倾角情况下的( 1)、( 2)和 ( 3)式
9、,调整首、尾 吃水,使满足条件式(4 )和(6 ),这时的( 2)式,即为在相应横倾角下的复原力臂值.有了静稳性曲线,就不难求得超出平衡角的正复原力臂的范围(a rng e)和该范围内的最大力臂值台2.,。2.2计算舱或舱组可 能进水的概率因数“P“概率因数尸,受破损段位置 和长度的影 响,其计算方法由公约修正案第25一5条的公式以及货船分舱和破舱稳性规则应用的解释的有关章.节规定。本程序最多可计算3个舱为一组的舱组 的P,。2.3要求的分舱指数R和达到的分舱指数A船舶要求的分舱指数:R(0.002+0.0009L ,)/3船舶达到的分舱指数:A艺只S式中:L:船舶的分舱长度( m)八一个舱或
10、舱组可能进 水的概率因数船阳1 99 6年第1期凡一个舱或舱组进水后船 舶生成的概率因数尸.5一个舱或舱组进 水后,对达到的分舱指数的贡献乞尸S对每一个舱或舱组的贡献求和当A)R时,认为该 船满足破 舱稳性要求.否则,为不满足.指数“R”和“A”的定义和计算详见公约修正案第25一3条和第25一4条.3程序的功能3.1程序适应的船型包括一般船型,球 鼻、双体、隧道、折 角、折 角双体、折角隧道、折角球鼻和双尾鳍等多种特殊船型.3.2程序提供的人机界面(1 )为了增加船体的站号 剖面和水线,使从船体型线上 切割出来 的舱段型值更精确,本程序设置了修改船体型线 的人机图形交互功能,它包含:A.在船体
11、纵 向任意位置自动增加 或删 除站号横剖面B.在垂 向任意高度 处自动增加或删除水线C.用动态图形 交互的“橡 皮筋功能”修改船体型值( 2)对不同型式的输入数据表,分别设计了针对性很强的表 格形式 的全 屏幕 编 辑数据 翰入(修改)界面,这给数据输入、修改和检查带来了极大的方便。( 3)程序的整个操作过程菜单化,用户根据屏幕上显示的菜单和操 作提示,便可 知道当 时应该进行的操作和怎样进行操作.程序还 设有在线求助功能,以满足操作人员对功 能键进一步 了解的需要.( 4)程序设有即时图形检验。在舱段数据的箱 入和修改过 程中,按回键,屏幕上便会立即显示出光标所在舱段的几何图形。如果该舱段的
12、数据有较大的错误,屏幕上将显示出文字提示,如果是 小错,则屏幕上便会画出该舱段 错误的几何图形.这就避免 了往往因数据 填写错误或键盘愉入错误造成 的死机或计算结果错误。3.3硬件配置初始化通过程序提供的屏幕菜单,可以方便地选择设里显示器的类型和打印机的型号。3.4计算功能使用本程序可计 算船舶在部分载重线和最深分舱载重线下各舱段破损后的要素:( 1 )船舶破损平衡后的浮态(首吃水、尾吃水和横倾角)( 2)初 稳性 高( 3)最 小干舷(甲板 边线至水线的最小距离)( 4)风雨 密开口至水线距离( 5)船舶破损后的进水 角( 6)破损后 的静稳性曲线(并绘制出 曲线图)( 7)剩余稳性 曲线的
13、正值范围( 8)在规定 角度范围内的最大静稳性力臂( 9)在规定 角度 范围内稳性曲线下 的面积(10)各舱进水重量及重心(11)概率参数尸,r,V,S,S ,及 贡献入(1 2)要求的分舱指数R以及 达到的分舱指数A3.5结果输出输出结果包括必需的 中间过程数据曲线图和汇总结果,均以。.0 6m,(A.)幅面的标准计算书格式输出,并设有 中、英文两个 可选文本,可作为正式 技术文件使用、保存和送审.4程序运行环境要求主机:386,486等PC系列微机(38 6微机须带80 38 7协处理器)显示器:C G A,EG A,CEGA或VG A彩显打印机:A R一2463,A R一3240,LQ一
14、1600K或 其它 2 4针打 印机操作系统:西文以)53.。或以上版本般拍199 6年第i期5输人数据及其说明输入数据共有1 0 张输入数据表.其 中前4张是描述船体几何形状的,它们是船舶要 素表、船体型值表、隧道船隧道型值表和上层建筑型值表.后6张表是计算破舱稳性专用表。它们是货船破舱稳性计算的主要船舶要素表、破损型值表、破损舱或舱组的舱壁位置和破舱舱号表、甲板边线表、进水点表和 风雨密开口座标表。前4张表与船标委制 定的“船舶静水力计算程序”的愉入数据表 相 同,经过 2 0多年的使用,已为4 7广大设计人员所熟悉,这里仅对后6张表的数据进行简要 的说明。5.1货 船破舱稳性 计算主要船
15、舶 要素表(表1)货船破舱稳性计算主要船舶要素表包 括船舶分舱长度(L:)、分舱长度L ,的尾端 点纵座标、最探分舱载重线或 其下的船舶最大型宽、部分载重线 时船舶的 吃水、部分载重线时船舶的排水量、部分载重线时船舶的重心纵座标、部分载重线时船舶的重心高度座标、最探分舱载重线 时船舶的吃水、最深分舱载重线 时船舶的排水量、最深分舱载重 线时船舶的重心纵 座 标和 最深分舱 载重线时船舶 的重心高度座标。5.2破舱型值表(表2 )一个破损舱 或舱 组,一般 由若干个横剖 面性质不相同的舱段组 成,这些舱 段的几何 形状就 由本表来加以描述。一个舱破损,在描述该舱型值表的“舱号”一栏里填 上一个数
16、字,以表示该舱的舱号.另外,在“表3”的“破损舱的舱号”一栏里也填上这个舱 号,就把这个舱作为那 个破损状态的进水舱 了.一个破损情况,可以包含若干个破 损舱.一个破损舱,如果是由若干个 横剖面性 质不同的舱段组成(例如,其中某一舱段 无双层底(即舱底直至船底),而另一舱段的舱底却仅到双层底 的上面,等 等),则这 个破损 舱就要分若干舱段进行填表描述,每一舱段 填一个 表,一个破损舱包含的几个舱段应相邻填写.描述一个破损舱的第一个舱段表称为“主表”,以后的舱段 表称为“附属表”。一个破损舱可以只有一个“主表”而无“附属 表”,也可以包含若干个 附属表。对本破损舱 取的编号填入主表的舱号 中,对于“附属表”舱号填。.包含“主表”在 内的破损舱舱段型值表总个数仅填入“主表”的舱段数中,“附属表”中舱段数填0.剖面特征型值点的填法:对于一个舱段,仅填写首、尾两端 横剖面的特征型值。特征 型值分为两类,第一类是指船内构件与船壳相 交交点的数 据
