大連理工大學(xué)浮體靜力學(xué)課程設(shè)計(jì)

1、浮體靜力學(xué)（一）課程設(shè)計(jì)姓 名：學(xué) 號：班 級： 指導(dǎo)教師：馬坤 張明霞完成日期：同組學(xué)生：目錄一、靜水力曲線計(jì)算部分21-1設(shè)計(jì)要求：21-2 計(jì)算原理：31-3 原始數(shù)據(jù)：51-4 計(jì)算過程和圖表：5二、穩(wěn)性橫截曲線62-1 設(shè)計(jì)要求：62-2 計(jì)算原理：62-3 原始數(shù)據(jù)72-4 計(jì)算過程和圖表（1米水線）：7三. 裝載穩(wěn)性計(jì)算部分（載況二）91-1 設(shè)計(jì)要求92-2 計(jì)算過程和圖表9四、課程設(shè)計(jì)的收獲15一、靜水力曲線計(jì)算部分1-1設(shè)計(jì)要求： 計(jì)算吃水：0.5m, 1.5m , 2m, 2.5m, 3.0m處的以下各要素，并繪出靜水力曲線圖。（1） 水線面面積AW（2） 漂心縱向坐標(biāo)X

2、f（3） 每厘米吃水噸數(shù)TPC（4） 型排水體積V（5） 總排水體積(附體系數(shù)取1.006)（6） 總排水量W（7） 浮心縱向坐標(biāo)Xb（8） 浮心垂向坐標(biāo)Zb（9） 橫穩(wěn)心垂向坐標(biāo)BM（10） 縱穩(wěn)心垂向坐標(biāo)BML（11） 每厘米縱傾力矩曲線MTC（12） 水線面系數(shù)CW（13） 方形系數(shù)CB（14） 棱形系數(shù)CP（15） 中橫剖面系數(shù)Cm1-2 計(jì)算原理：（1） 水線面面積Aw的計(jì)算：根據(jù)計(jì)算公式2Lyi，利用梯形法計(jì)算各個水線面面積.（2） 水線面漂心縱向坐標(biāo)Xf的計(jì)算水線面漂心縱向坐標(biāo)Xf的計(jì)算公式為，用梯形法計(jì)算Moy2*（L）²´kjyi式中：kjyi=0*y10

3、+1*（y11-y9）+2*(y12-y8)+9*(y19-y1)+10*(y20-y0)-0.5*10*(y20-y0)水線面面積為利用梯形法所求得面積.（3） 每厘米吃水噸數(shù)TPC由TPC=（Aw為利用梯形法所求得面積）得(4)型排水體積V 由水線面面積曲線的特性可知，排水體積的積分公式是：，利用梯形法計(jì)算各個水線面面積坐標(biāo)。（5） 總排水體積=V*附體系數(shù)取k(k=1.006)（6） 總排水量 W=總排水體積*（=1.025t/m³）（7）浮心縱向坐標(biāo)xB浮心縱向坐標(biāo)的計(jì)算公式為：。（8）浮心垂向坐標(biāo)Zb浮心垂向坐標(biāo)計(jì)算公式。（9）橫穩(wěn)心垂向坐標(biāo)BM橫穩(wěn)心垂向坐標(biāo)KM=KB+B

4、M，橫穩(wěn)心半徑公式為，（10）縱穩(wěn)心垂向坐標(biāo)BML,縱穩(wěn)心半徑公式為,浮心垂向坐標(biāo)公式， Mxoy為各吃水體積對基線的靜矩。 （11）每厘米縱傾力矩曲線MTC, 其中， ,。由梯形法求得。（12）水線面系數(shù)CW由水線面系數(shù)公式：Cwp=（L為垂線間長，B為型寬）（13）方形系數(shù)CB方形系數(shù)計(jì)算公式為，各吃水下的排水體積除以垂線間長L、型寬B、吃水d的構(gòu)成的長方體體積。（14）棱形系數(shù)CPCP= （式中Am為中橫剖面在水線以下的面積，L為垂線間長）（15）中橫剖面系數(shù)Cm中橫剖面系數(shù)等于方形系數(shù)除以棱形系數(shù)1-3 原始數(shù)據(jù)：主尺度：總長45.0m，垂線間長40.0m, 型寬7.2m, 型深3.6

5、m, 設(shè)計(jì)吃水2.5m 還有附型值表。1-4 計(jì)算過程和圖表：計(jì)算過程見文件夾第一題excel文件”靜水力曲線計(jì)算”。計(jì)算得各吃水下的船形系數(shù)如下表根據(jù)以上數(shù)據(jù)繪制靜水力曲線圖如下：原圖見“第一題“文件的“靜水力曲線圖.dwg”文件。二、穩(wěn)性橫截曲線2-1 設(shè)計(jì)要求：取各站橫剖面面型值，利用縱向計(jì)算方法計(jì)算。選擇計(jì)算傾斜水線、假定重心位置和橫傾角間隔的大小。選擇0.5、1.5、2、2.5、3m水線，旋轉(zhuǎn)點(diǎn)中線右側(cè)0.5米處，右傾。傾角間隔取=10°，從10°算到70°2-2 計(jì)算原理：復(fù)原力臂由幾何原理的知識易知，為求排水體積與，只需要求出各傾斜水線下的排水體積浮

6、心的位置，由幾何關(guān)系可得，即可求得復(fù)原力臂。排水體積浮心位置的求法：各站上各傾斜水線與船體圍成的面積，利用CAD創(chuàng)建面域，查詢出面域的面積心（）利用公式積分可得排水體積浮心的位置，即：浮心垂向坐標(biāo)，浮心橫向坐標(biāo)而要求排水體積只需求出各站上各傾斜水線以下的船舶橫剖面的面積，由公式 然后才沿船長方向積分就可求出排水體積2-3 原始數(shù)據(jù)（1） 原始數(shù)據(jù)為要船舶的型值表。根據(jù)型值表畫出船舶的橫剖面圖(見文件夾第二題中橫剖面.dwg)，計(jì)算水線5條（0.5，1.5m , 2m, 2.5m, 3.0m），確定旋轉(zhuǎn)點(diǎn)位置，傾斜水線分別取10º，20º，30º，40º，

7、50 º，60 º,70°。計(jì)算不同傾斜水線下的排水體積和形狀穩(wěn)性力臂ls，并畫出曲線。2-4 計(jì)算過程和圖表（1米水線）：旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的選取過程（見文件夾“第二題”中的“橫剖面圖.dwg”），用CAD繪制出各站的橫剖面圖，然后根據(jù)各個創(chuàng)建面域，求出面積和質(zhì)心坐標(biāo)，并繪制成excle表格（見文件夾“第二題”中文件夾“數(shù)據(jù)準(zhǔn)備”），進(jìn)行計(jì)算。我選取1.0m水線確定的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。詳情見提交文件文件夾“第二題”中的“橫截穩(wěn)性曲線計(jì)算過程”excel文件和“小組橫截穩(wěn)性曲線匯總”文件。根據(jù)以上數(shù)據(jù)運(yùn)用公式：求得各傾斜角度下的橫穩(wěn)性臂ls及排水量。繪制成如下表格:度數(shù)10&#

8、176;20°30°40°50°60°70°排水體積/立米71.97 73.76 75.39 109.42 143.09 171.88 201.00 橫穩(wěn)心臂/米0.64 1.23 1.72 2.34 2.76 2.87 2.83 橫穩(wěn)性圖如下：三. 裝載穩(wěn)性計(jì)算部分（載況二）1-1 設(shè)計(jì)要求給出資料：受風(fēng)面積=166.9m2受風(fēng)面積形心距水線高=2.295m穩(wěn)性插值曲線（完整的） 航區(qū)：近海計(jì)算載況：校核以下某一種載況下的穩(wěn)性，與規(guī)范要求值比較，并對結(jié)果的合理性進(jìn)行分析，并提出改善的措施。計(jì)算內(nèi)容：浮態(tài)及初穩(wěn)性 靜穩(wěn)性曲線及動穩(wěn)性曲

9、線 穩(wěn)性校核（注：自由液面修正及進(jìn)水角暫不考慮）2-2 計(jì)算過程和圖表校核：（1）由穩(wěn)性插值繪制穩(wěn)性橫截曲線如下：（2）浮態(tài)及初穩(wěn)性計(jì)算由靜水力曲線及該載況下的排水可得：浮態(tài)與初穩(wěn)性計(jì)算項(xiàng)目單位符號及公式計(jì)算結(jié)果排水量t323.9平均吃水md2.39重心縱向坐標(biāo)mxG-1.69浮心縱向坐標(biāo)mxB-1.66重心豎向坐標(biāo)mzG2.41縱穩(wěn)心距基線高mzML59.305縱向初穩(wěn)心高mGML=ZML-ZG56.895每厘米縱傾力矩t*mMTC=*GML/(100*L)4.65漂心縱向坐標(biāo)mxF-2.79縱傾力臂mXG-XB-0.03縱傾力矩t*mMT=(XG-XB)-9.72縱傾值mdd=MT/(10

10、0*MTC)-0.021首吃水增量mddF=(L/2-xF)(dd/L)-0.012尾吃水增量mddA=-(L/2+xF)(dd/L)-0.009首吃水mdF=d+ddF2.378尾吃水mdA=d+ddA2.381橫穩(wěn)心距基線高mzM4.1218未修正初穩(wěn)心高mGMo=zM-zG1.711自由液面修正值mdGM0實(shí)際初穩(wěn)心高mGM=GMo-dGM1.711最終的浮態(tài)和初穩(wěn)性計(jì)算結(jié)果：平均吃水首吃水尾吃水初穩(wěn)心高縱穩(wěn)心高2.392.3782.3811.71156.895(3)靜穩(wěn)性曲線及動穩(wěn)性曲線。（計(jì)算過程見文件夾“第三題”中的“靜穩(wěn)性曲線計(jì)算過程”“動穩(wěn)性曲線計(jì)算過程”excel表格）由穩(wěn)性

11、橫截曲線和排水體積可得橫穩(wěn)性臂Ls，再有公式l=ls-sin（Zg-Zs）和ld=ld可得下表：度數(shù)/°IsZgsinI100.862.410.17 0.44 201.232.410.34 0.41 301.772.410.50 0.57 402.112.410.64 0.56 502.362.410.77 0.51 602.492.410.87 0.40 702.512.410.94 0.25 做出靜穩(wěn)性圖做出動穩(wěn)性曲線圖：動穩(wěn)性曲線（4)穩(wěn)性校核計(jì)算穩(wěn)性橫準(zhǔn)數(shù)K：根據(jù)穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)的定義,首先計(jì)算最小傾覆力矩或，因?yàn)樗麄兪歉鶕?jù)靜穩(wěn)性曲線，動穩(wěn)性曲線以及橫搖角來確定的，由公式下面計(jì)算系

12、數(shù) 為與波浪的波長、波高及周期有關(guān)。根據(jù)公式B=7.2m，KG=2.41m，GM=1.711m，B/d=7.2/2.39=3.01所以f=1.03，代入數(shù)據(jù)得T=3.96由P101中的圖4-34得C1=0.38系數(shù)主要與波浪的有效波傾角系數(shù)有關(guān)，公式,代入數(shù)據(jù)得：C2=0.735系數(shù)主要與船舶的寬度吃水比有關(guān)，由表查的C3=0.013 系數(shù)主要與船舶的類型，和舭龍骨的尺寸有關(guān)，查表得C4=0.577將系數(shù)帶入得，橫搖角為25.19°然后從動穩(wěn)性曲線上作出并讀出數(shù)值：0.21含橫搖角的動穩(wěn)性曲線如下圖（角度的比例尺為10:1，穩(wěn)性臂的比例尺為1000:1）計(jì)算風(fēng)壓傾斜力矩或力臂，由公式

13、由給出數(shù)據(jù)可知：p=546pa，Af=166.9m2,Z=2.295，=612.0t，代入數(shù)據(jù)得：lf= p*Af*Z/9810/=0.07則。穩(wěn)性橫準(zhǔn)數(shù)K=lq/lf=3.0>1.校核：規(guī)則規(guī)定，船舶在各種裝載情況下經(jīng)過自由液面修正后的初穩(wěn)性高和靜穩(wěn)性曲線應(yīng)滿足以下要求：初穩(wěn)性高等于1.712m>0.15m,滿足要求。橫傾角處的復(fù)原力臂等于0.565m，不小于0.2m，滿足要求。船舶最大復(fù)原力臂所對應(yīng)的橫傾角=33.7°大于30°，因?yàn)榇瑢捙c型深比=2，從靜穩(wěn)性曲線圖中看最大值對應(yīng)點(diǎn)符合要求。綜合以上幾點(diǎn)可是設(shè)計(jì)滿足穩(wěn)性要求。四、課程設(shè)計(jì)的收獲 在第二學(xué)期學(xué)習(xí)

14、的浮體靜力學(xué)老主要是在教授我們浮體靜力學(xué)的計(jì)算的一些理論知識，由于理論的教學(xué)很乏味，導(dǎo)致我對浮體靜力學(xué)這門專業(yè)課上課的效率不是很高，對書本上的理論概念模糊不清。在期末經(jīng)過2個星期的努力復(fù)習(xí)才通過考試。在小學(xué)期浮體靜力學(xué)的課程設(shè)計(jì)為我提供了再一次好好學(xué)習(xí)浮體靜力學(xué)的機(jī)會。在一開始著手浮體靜力學(xué)課程設(shè)計(jì)的15條靜水力水線的計(jì)算，自己感到無從下手，為了更好的完成課程設(shè)計(jì)，我認(rèn)真閱讀了浮體靜力學(xué)的前兩章，在理解了理論知識后再通過自己親手計(jì)算著15條靜水力曲線，讓我更加深刻的記住了15條靜水力水線的計(jì)算方法和在計(jì)算過程中我多次用到了梯形法，是自己從理論課的模糊認(rèn)識到達(dá)現(xiàn)在已經(jīng)可以熟練運(yùn)用梯形法了。在第二部分的課程設(shè)計(jì)，需要以5人為一個小組，這樣就更注重團(tuán)隊(duì)合作了，小組同學(xué)在一起討論CAD的使用方法，面域如何建立，如何才能查詢面域的相關(guān)信息。在經(jīng)過小組成員的共