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1、第一节 稳性的基本概念 一、稳性概述1.2.概念:船舶稳性(Stability)是指船舶受外力作用发生倾斜,当外力消失后能够自行 回复到原来平衡位置的能力。船舶具有稳性的原因1)造成船舶离开原来平衡位置的是倾斜力矩,它产生的原因有:风和浪的作用、 船上货物的移动、旅客集中于一舷、拖船的急牵、火炮的发射以及船舶回转等 其大小取决于这些外界条件。2)使船舶回复到原来平衡位置的是复原力矩,其大小取决于排水量、重心和浮心 的相对位置等因素。M =GZS式中:GZ :复原力臂,也称稳性力臂,重力和浮力作用线之间的距离船舶是否具有稳性,取决于倾斜后重力和浮力的位置关系,而排水量一定时, 船舶浮心的变化规律
2、是固定的(静水力资料),因此重心的位置是主观因素。3.横稳心(Metacenter)M:船舶微倾前后浮力作用线的交点,其距基线的高度KM可从船舶资料中查取。船舶的平衡状态1)稳定平衡:G在M之下,倾斜后重力和浮力形成稳性力矩。2)不稳定平衡:G在M之上,倾斜后重力和浮力形成倾覆力矩。3)随遇平衡:G与M重合,倾斜后重力和浮力作用在同一垂线上,不产生力矩。 如下图所示4)例如:1)圆锥在桌面上的不同放置方法;2)悬挂的圆盘5. 船舶具有稳性的条件:初始状态为稳定平衡,这只是稳性的第一层含义;仅仅具 有稳性是不够的,还应有足够大的回复能力,使船舶不致倾覆,这是稳性的另一 层含义。6. 稳性大小和船
3、舶航行的关系1) 稳性过大,船舶摇摆剧烈,造成人员不适、航海仪器使用不便、船体结构容易 受损、舱内货物容易移位以致危及船舶安全。2) 稳性过小,船舶抗倾覆能力较差,容易出现较大的倾角,回复缓慢,船舶长时 间斜置于水面,航行不力。二、稳性的分类1. 按船舶倾斜方向分为:横稳性、纵稳性2. 按倾角大小分为:初稳性、大倾角稳性3. 按作用力矩的性质分为:静稳性、动稳性4. 按船舱是否进水分为:完整稳性、破舱稳性三、初稳性1. 初稳性假定条件:1)船舶微倾前后水线面的交线过原水线面的漂心 F;2)浮心移动轨迹为圆弧段,圆心为定点M(稳心),半径为BM(稳心半径)。2初稳性的基本计算初稳性方程式:皿。=
4、A-GM-sin0RGM = KM - KG第二节 初稳性计算一、初稳性衡准指标GM计算1. GM = KM - KG - GM 0f式中:KM 横稳心距基线高度(m), KM = f(dm);KG船舶重心距基线高度(m)。02. KG 计算0Y P zK G = i i 0式中: PiiZiiA组成船舶总重的第 i 项载荷重量 P载荷的重心距i 基线的高度(m)。Z 确定方法:i1)估算法2) 利用舱容曲线舱合重心距基线高度Z:7 _ P1Z1+P2Z2 円+卩2其中:Z= H.Chi + HqZ?= H2.Ch2 + H + HoChi舱形修正系数, 取 0.50.58B货:P2 重,SF
5、2A货:;Pl 重,SFi,2 kgE:rksiuh二、货物移动对稳性的影响及计算货物移动f排水量(吃水)不变一KM不变一6 GM=-GG 平行力移动原理:P*Z=A *GG011.2.3.P*Zd GM=D货舱装满时,轻、重货等体积对调P-P=PH LP*SF-P*SF=0H H L L三、少量载荷 P 0 且MR = 0所对应的横倾角。smax5. 曲线上反曲点对应角0im 通常为甲板浸水角。6. 静稳性曲线下面积 A02-01表示复原力矩M所作的功A (倾斜后船舶所具有的位能)。RR大倾角静稳性的衡准指标:GZ|0。、0 、0和A。0 =30 Osmax v R三、影响静稳性曲线的因素1
6、. 对于特定船:与KG和A有关。2. 对不同船:与船宽B、干舷FB等因素有关。B增大时,GM和GZ|0。增大,0和0 =30smax0减小。FB增大时,GM不变,但可提高大倾角稳性。v第五节 动稳性曲线、对船舶稳性的要求 一、与静稳性的区别iupMrMh6s和(动倾角)静稳性动稳性受力性质静态外力作用动态外力作用表征复原力矩M (力臂GZ) M = A-GZRRM所作功A (力臂l ) A = A-lRRdRd平衡条件当M - M时,船舶平衡于静倾角Rh当A =A时,船舶平衡于动倾角Rh静倾角e:船舶在静力作用下的最大横倾角。s动倾角e:船舶在动力作用下的最大横倾角。d二、动稳性的衡准指标1.
7、 稳性衡准数 K 的计算” Ml -AK h mm = h mmMl -Aww式中: M 、l 最小倾覆力矩和力臂,即使船舶发生倾覆的最小 动倾外力 hmin hmin矩和力臂;M 、l 风压倾侧力矩和力臂,即设定的恶劣海况下风压对船舶的动 ww倾力矩和力臂。2. M 求法hmin 绘制动稳性曲线 l = f(e)d 利用动稳性曲线是静稳性曲线的面积曲线原理绘制。 在l = f(e)曲线上作两项修正:d横摇角e修正i进水角e修正f按定义在曲线上量取l(M = Al )hmin hmin hminM = A -1 = P - Z - A = f(人)w w w w w式中:P 单位计算风压(t/
8、m2),P=f(航区,Z);w w wA 船舶横向受风面积(m2), = f(dm);wAwZ A中心距水线距离(m);wwl 风压倾侧力臂(m),可从船舶资料中的风压倾侧力臂图表中查取。w三、对船舶稳性的要求1. 我国 2004 年法定规则对非遮蔽航区海船的稳性基本要求:经自由液面修正后,船舶在整个航程中必须同时满足五项基本衡准要求:(1) GM 0.15m;(2) GZ|0=3oO 0.20m,当qmax25 , 0 ,当船舶宽深比2.0时,该要求可适当放宽;smaxf(4) 0 v 55 ,99 和 04版法定规则该项要求已被取消。(5) K 1.002. 对国际航线海船的稳性衡准要求我
9、国99法定规则和IMO规定:经自由液面修正后,船舶在整个航程中要求同 时满足:(1) GM 0.15m;(2) 复原力臂曲线在横倾角030。之间所围面积应不小于0.055mrad;(3) 复原力臂曲线在横倾角040或进水角中较小者之间所围面积应不小于0.090m rad;(4) 复原力臂曲线在横倾角 3040或进水角中较小者之间所围面积应不小于0.030m rad;(5) GZ| 0.20m;0=30O(6) 0 30,至少不小于 25smax(7) 满足天气衡准要求。 第六节 稳性校验与调整 一、船舶稳性的校核 船舶每一航段对稳性最不利装载情况下必须满足 经自由液面修正:GM GM + 0.
10、2(m)c未经自由液面修正:GM GM|(m)0 T =9s 二、保证适度稳性的经验方法按合适比例控制各层舱配货重量。例如:二层舱厂非底舱货约占货总重35%杂货船Y(甲板货10%,甲板货货堆高度(1/51/6)B)满载时-底舱货约占货总重65%三、船舶稳性的检验方法g?geWiLiGW| GM-tg01.航行中检验一一实测横摇周期T0T0:船舶横摇一个全摆程(四个摆幅)所需时间(s)。(1)法定规则推荐公式|b2 + 4KG 2 T = 0.58 f 0GMT0式中:B船舶型宽(m);GM 未经自由液面修正的初稳性高度(m); 0f 一一系数,由 B/d 查表。m(2)经验公式GM0T0式中: f 一一 横摇周期系数,一般货船 f = 0.730.88。2. 停泊中检验 一一 横向移动或加减载荷 设横向移动p(t),船舶产生横倾角0,则:PY = AGM tg0或:E P YGM =-A tg 0式中:Y P重