船舶稳性知识介绍概要

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1、第四章 船舶稳性（STABILITY）,稳性的定义和分类 船舶初稳性 横倾力矩 船舶大倾角稳性 船舶动稳性 稳性规范及稳性检验调整 船舶随浪稳性和破舱稳性,Rich 2011 版,第一节 船舶稳性基本概念,稳性的定义 船舶受外力作用发生倾斜而不致倾覆，外力消失后能够自动回到原来平衡位置的能力。,静稳性力矩MS: 船舶倾斜后产生的复原力矩或稳性力矩,静稳性力臂（m）重心G至倾斜后浮力作用线的垂直距离,（一）船舶的平衡状态分类 稳定平衡（Stable equilibrium） （图a） 船舶倾斜后在重力和浮力作用下产生一稳性力矩，使船舶恢复到初始平衡位置。称初始平衡状态为稳定平衡。 G点在M点之下

2、，GM0，Ms0,随遇平衡（Neutral equilibrium） （图b）,船舶倾斜后重力和浮力作用于同一垂线，因而不产生稳性力矩，使船舶不能恢复到初始平衡位置。称初始平衡状态为不稳定平衡。 G点与M点重合，GM=0，Ms=0,不稳定平衡（Unstable equilibrium）（图c）,船舶倾斜后在重力和浮力作用下，产生倾覆力矩，使船舶继续倾斜，不能恢复到初始平衡位置。称初始平衡状态为不稳定平衡。 G点在M点之上，GM0，Ms0,（二）稳性的分类 按倾斜方向 横稳性（Transverse stability） 绕纵向轴X轴倾斜 纵稳性（Longitudinal stability） 绕

3、横向轴Y轴倾斜 按倾角大小 初稳性（Initial stability）：10 15,按所受作用力矩的性质 静稳性（Statical stability） 船舶倾斜过程中不考虑角加速度和惯性矩 动稳性（Dynamical stability） 船舶倾斜过程中考虑角加速度和惯性矩 按船舶是否破舱进水 破舱稳性（Damaged stability） 完整稳性（Intact stability）,第二节 船舶初稳性,研究初稳性的假定前提 横倾角无穷小 排水量一定时，横稳心点M的位置固定不变，浮心B以M点为圆心，以B0M为半径在平衡位置两侧作圆弧轨迹运动。 船舶横倾为等容微倾，倾斜水线过初始水线面漂心

4、F,M（Metacenter）：船舶微倾前后两浮力作用线的交点 B0M：横稳心半径（Metacenter radius）,等容微倾,（一）初稳性的基本标志 初稳性方程： 初稳性的衡量标志 GM：初稳性高度（Initial metacentric height）,（二）初稳性高度GM的表达式,KM=KB+BM,（三）初稳性高度的求取,1、求KM值 的查取：根据根据装载后的平均吃水或排水量查取静水利图表资料即可求取,式中： Pi-构成排水量的各项重量，包括 空船重量、船舶常数、货物重量、油水 装载量、固定航次储备量。 Zi-Pi的重心距基线高度,2、船舶重心高度KG,（1）近似公式计算法 Zi=货

5、高/2 + 货物底端距基线距离 （2）估算法 平行中体部位的舱室，货物重心取在货高的1/2处； 首、尾部位的舱室，货物重心取在货高的0.540.58处。 （3）利用舱容曲线图确定载荷的重心高度,货物重心高度Zi的确定,Q轮NO.2底舱舱容曲线图,杂货船 多利用近似公式计算法或估算法 散货船 多利用舱容曲线图法 集装箱船 我国规定：每只集装箱的重心取在箱高的一半处； 德国等欧美国家规定：每只集装箱的重心取在箱高的45处。,例题,某轮NO.3底舱装载五金1600t、800m3，棉 织品100t、 450m3，日用品120t、552m3；草制 品110t、792m3，舱容2710m3。 试计算舱内各

6、类货物的重心高度及该舱货 物的合重心高度。,草制品,日用品,棉织品,五金,7.2m,1.50m,影响船舶初稳性的因素,自由液面 船内载荷移动 悬挂货物 少量载荷变动,（1）自由液面（Free surface) 船舶的液体舱柜中装有液体但未满舱 时的液面。 （2）自由液面的影响结果 自由液面的存在 使稳性力矩减小, 初稳性高度GM 减小。,（四）液舱内自由液面对GM的影响,ix自由液面对过液面中心倾斜轴 的面积惯性矩（m4）。,（3）自由液面对初稳性高度修正值表达式,自由液面的影响相当于增加KG值,查取船舶资料求取ix “各液舱自由液面惯性矩ix表” “各液舱自由液面对初稳性高度修正值表” 利用

7、公式法计算ix,（4）自由液面惯性矩ix的求取,自由液面的形状为矩形、三角形 矩形：k=1/12；直角三角形：k=1/36； 等腰三角形：k=1/48 自由液面的形状为梯形 直角梯形：k=1/36；等腰梯形：k=1/48,液面形状图,b,b,b,l,l,b,l,b,b1,b2,l,b1,r,a,b,b,a,F,A,b2,l,设置水密纵隔壁 减少甲板上浪和存水，及时排出积水 液体舱柜应根据实际情况尽量装满或排空 应逐舱使用油水并尽量减少同时存在自由液面的液舱数。 液体散货船装载货物时，尽量少留部分装载舱。 部分装载舱应选择舱室宽度较小的货舱。 保证液体舱柜内的纵向水密隔壁的完整性,（4）减小自由

8、液面影响的措施,船内载荷移动的特点 移动前后排水量不变，属于船内问题。 船内载荷移动分类 水平横移；垂向移动；斜移,第三节 载荷移动对稳性的影响,根据平行力移动原理 及力系平衡原理有：,W,L,W1,L1,G,B,B1,G1,ly,P,M,O,（一）载荷横移,1.船内载荷水平横移,试验目的 确定船舶的空船重心高度KG0和空船初稳性高度GM0。 试验条件 新建船舶或经重大改建的船舶在出场前应进行倾斜试验。,（补充内容）倾斜试验 （Inclination experiment）,参与部门 试验由船厂及船方共同进行，试验报告由船厂负责计算与编制，编制后交验船部门审核。 计算公式,KM0和GM0的求取

9、 根据试验时的船舶排水量查取静水力图表可得KM0 GM0则根据船内载荷横移的结论求取。,W,L,W1,L1,ly,P,m,b,a,进行倾斜试验的注意事项 试验现场风力不大于2级，水面平静无流，无来往船只 船舶应尽量保持正浮空船状态，并系牢可移动物 尽量减少自由液面的存在 船上多余重量或不足重量对于空船排水量大于3000t的船舶，应不大于0.5L 倾斜角一般为2 4，但不得小于1 试验时缆绳应处于不受力状态,载荷下移，重心下移，lZ取“+”，GM1增加； 载荷上移，重心上移，lZ取“”，GM1减小。,M,W,L,G,G1,lZ,P,2. 船内载荷垂向移动,水平横移,W,L,W1,L1,G,B,B

10、1,G1,O,ly,P,M,G2,lZ,3. 船内载荷斜移,垂移,斜移可分解为水平横移、纵移及垂移，然后分别计算其对船舶初稳性高度的影响。,（1）大量载荷重量变动对初稳性的影响 计算KM1 : 根据新的排水量1=0+i查取静水力图表，可得KM1。 计算KG1: 根据合力矩定理：,（二）载荷重量变动对初稳性的影响,重量增加时取“+”。重量减少时取“-”,手绘图,（2）少量载荷变动对初稳性的影响,少量载荷变动，对排水量影响不大，载荷变化前后初稳心 M 变化较小，则可以忽略不计，即KM不变。, 如果少量载荷变动在变动前船舶重心处，则KG值也是不变的，那么 GM = KM KG 中的 KM， KG 不

11、变，所以GM也不变.,如果少量载荷变动不在变动前船舶重心处，则KG值是变值。则KG的变化量如下,KP为载荷的重心高度,若多项载荷，最终公式如下：,因为是少量载荷变动，所以KM不变，即KM0=KM1公式变为：,重量增加时取“+”。重量减少时取“-”,悬挂重物对稳性的影响：相当于将其重心从实际位置上移到悬挂点。,M,W,L,G,G1,lZ,P,W1,L1,m,(三) 船内悬挂重物对GM的影响,第四节 船舶大倾角静稳性,一 、船舶大倾角稳性的基本概念 1、大倾角稳性和初稳性的区别 横倾角的范围不同, 大倾角指横倾角 10 15 船舶在大倾角横倾时，横稳心点M不再是定点。M点变为浮心B的渐近线，随横倾

12、角的变化而变化。 船舶大倾角横倾时倾斜轴 不再过初始水线面漂心F。 大倾角稳性不能用GM作 衡量标志。,B0,M0,W0,L0,2、大倾角稳性的基本标志 由下图可知，船舶在大倾角倾斜时稳性力矩的计算公式为：,GZ：静稳性力臂（复原力臂或扶正力臂）（Lever of static stability）,KN 形状稳性力臂 (lever of form stability) KH 重量稳性力臂 (lever of weight stability),（二）静稳性力臂GZ的表达,1. 基点法（Base point）求取GZ,形状稳性力臂KN曲线（稳性交叉曲线） （Cross curves of st

13、ability）,综上所述：船舶大倾角倾斜时,稳心M，浮心B，漂心f，发生改变. 排水量 ，排水体积 ，不变. 稳心位置作曲线运动 习 题 船舶大倾角倾斜时，_不变。 A. 浮心位置 B. 漂心位置 C. 排水体积 D. 横稳心位置 船舶静稳性力臂GZ_。 A. 与船舶排水量成正比 B. 与船舶排水量成反比 C. 与船舶排水量无关 D. 与船舶排水量的关系不能确定 船舶大倾角稳性可用_来表示。 A. 横摇周期 B. 初稳性高度 C. 动稳性力矩 D. 静稳性力臂 船舶在大角度横倾时，稳心位置_。 A. 保持不变 B. 作直线运动 C. 作圆弧运动 D. 作曲线运动,自由液面的存在同样会使大倾角

14、稳性降低， 使GZ减小。减小值GZ的计算方法如下： 2. 1、查取“液舱自由液面倾侧力矩Mf.s表” 该倾侧力矩随船舶横倾角的不同而不同。,2. 自由液面对大倾角稳性的影响 (学习其影响内容但计算不考),将自由液面对GM的减小值GM看作船 舶重心高度KG的增大，从而使重量稳性力 臂KH增大，复原力臂GZ减小。,2.2、重心高度修正法,注意：由于在大倾角情况下自由液面对 于横倾轴的惯性矩是变量，除了与自由液 面的尺度有关外，还随横倾角的不同而不 同，所以重心高度修正法是一种近似的修 正法。(大倾角稳性中的自由液面倾侧力矩与初稳性中的求法不同),习 题,1.液舱自由液面对静稳性力臂GZ的影响是 。

15、 A. 使静稳性力臂减小 B. 使静稳性力臂保持不变 C. 使静稳性力臂增大 D. 以上均有可能 2.液舱自由液面对静稳性力臂GZ的影响与 有关。 （加） A. 船舶排水量 B. 船舶重心高度 C. 船舶浮心高度 D. 形状稳性力臂 3. 液舱自由液面对静稳性力臂GZ的影响与 有关。 （加） A. 形状稳性力臂 B. 船舶重心高度 C. 船舶浮心高度 D. 船舶横倾角 4. 液舱自由液面对静稳性力臂GZ的影响 。 （加） A. 随横倾角的增大而增大 B. 随横倾角的增大而减小 C. 不随横倾角变化 D. 以上均可能,1、定义：静稳性力矩Ms或静稳性力臂GZ与船舶横倾角的关系曲线图。 Ms的关系曲线图称为静稳性力矩曲线 GZ的关系曲线图称为静稳性力臂曲线 2、绘制 根据公式GZ=KN-KGsin及KN曲线图可得。,（三）静稳性曲线图,Curve of statical stability,静平衡位置 静平衡角(静倾角)S （Angle of statical inclination） 甲板浸水角 （Angle of deck immersion） 曲线反曲点对应的角度。 甲板浸水后稳性增长减缓。 该点