第03章 初穩(wěn)性

1、第三章第三章 初穩(wěn)性初穩(wěn)性3.1 3.1 概述概述3.2 3.2 浮心移動浮心移動, ,穩(wěn)心穩(wěn)心3.3 3.3 初穩(wěn)性和穩(wěn)性高初穩(wěn)性和穩(wěn)性高3.4 3.4 靜水力曲線靜水力曲線3.5 3.5 重量移動對浮態(tài)和穩(wěn)性的影響重量移動對浮態(tài)和穩(wěn)性的影響3.6 3.6 裝卸載荷對浮態(tài)和穩(wěn)性的影響裝卸載荷對浮態(tài)和穩(wěn)性的影響3.7 3.7 自由液面對穩(wěn)性的影響自由液面對穩(wěn)性的影響3.8 3.8 懸掛重物對穩(wěn)性的影響懸掛重物對穩(wěn)性的影響3.9 3.9 船舶進塢和擱淺穩(wěn)性船舶進塢和擱淺穩(wěn)性3.10 3.10 船舶完整穩(wěn)性校核船舶完整穩(wěn)性校核3.11 3.11 船舶傾斜試驗船舶傾斜試驗 作業(yè)作業(yè)吐魯番火焰山吐魯番

2、火焰山3.1 3.1 概述概述1/5一、一、船舶穩(wěn)性船舶穩(wěn)性 船舶受到外力矩擾動產生傾斜后，是否會傾覆？船舶受到外力矩擾動產生傾斜后，是否會傾覆？ 外力矩消失后，船舶能否回復到原來的位置？外力矩消失后，船舶能否回復到原來的位置？二、二、復原力矩復原力矩 當船舶傾斜后，重力與浮力產生的力矩。當船舶傾斜后，重力與浮力產生的力矩。 Mr = GZ =f (船形船形,吃水吃水,重心高重心高,橫傾角橫傾角)橫傾與縱傾橫傾與縱傾2/5三、三、橫傾與縱傾橫傾與縱傾 橫傾橫傾：是指船體在左右舷方向的傾斜。由于受船寬：是指船體在左右舷方向的傾斜。由于受船寬的限制，船舶提供的橫向回復力矩小。船舶的橫傾角的限制，船

3、舶提供的橫向回復力矩小。船舶的橫傾角大，容易發(fā)生傾覆。大，容易發(fā)生傾覆。 縱傾縱傾：是指船體在首尾方向的傾斜。由于船長大，：是指船體在首尾方向的傾斜。由于船長大，船舶提供的縱向回復力矩大，縱傾角一般都很小。船舶提供的縱向回復力矩大，縱傾角一般都很小。(泰泰坦尼克坦尼克)靜穩(wěn)性和動穩(wěn)性靜穩(wěn)性和動穩(wěn)性3/5四、靜穩(wěn)性和動穩(wěn)性四、靜穩(wěn)性和動穩(wěn)性 靜穩(wěn)性靜穩(wěn)性：當外力矩緩慢作用，船舶橫傾角速度很小：當外力矩緩慢作用，船舶橫傾角速度很小時的穩(wěn)性。靜穩(wěn)性主要是研究時的穩(wěn)性。靜穩(wěn)性主要是研究力矩平衡力矩平衡問題。問題。(86.4甲甲01004和和01007在青山錨地在青山錨地2*1200噸鐵礦粉翻入江中噸鐵

4、礦粉翻入江中) 動穩(wěn)性動穩(wěn)性：外力矩突然作用，船舶橫傾角速度不能忽：外力矩突然作用，船舶橫傾角速度不能忽略時的穩(wěn)性。動穩(wěn)性主要是研究略時的穩(wěn)性。動穩(wěn)性主要是研究能量的轉換與平衡能量的轉換與平衡問問題。題。(83.3甲甲1057駁在吳淞口被海輪碰撞駁在吳淞口被海輪碰撞1467噸生鐵拋噸生鐵拋入江中入江中)外力矩和復原力矩外力矩和復原力矩4/5五、五、外力矩和復原力矩外力矩和復原力矩 外力矩外力矩：包括風浪、船上貨物：包括風浪、船上貨物(液體、谷物液體、谷物)移動、旅客移動、旅客集中一舷、拖船急牽、拖網(wǎng)、火炮導彈發(fā)射、水流亂流、集中一舷、拖船急牽、拖網(wǎng)、火炮導彈發(fā)射、水流亂流、回轉等。它們是引起船

5、舶傾斜的外部因素。回轉等。它們是引起船舶傾斜的外部因素。 復原力矩復原力矩：是船舶傾斜：是船舶傾斜后由重力和浮力產生的力后由重力和浮力產生的力矩。它取決于船舶排水量、矩。它取決于船舶排水量、重心高、浮心移動的距離、重心高、浮心移動的距離、橫傾角。是內力。橫傾角。是內力。初穩(wěn)性和大角穩(wěn)性初穩(wěn)性和大角穩(wěn)性5/5六、初穩(wěn)性和大角穩(wěn)性六、初穩(wěn)性和大角穩(wěn)性 初穩(wěn)性初穩(wěn)性：船舶在小橫傾角時的穩(wěn)性：船舶在小橫傾角時的穩(wěn)性 橫傾角橫傾角 1015； 甲板邊緣入水前。甲板邊緣入水前。 大角穩(wěn)性大角穩(wěn)性：船舶橫傾角超過上述范圍時的穩(wěn)性。：船舶橫傾角超過上述范圍時的穩(wěn)性。 船舶在小角度橫船舶在小角度橫傾時，可以引入

6、某傾時，可以引入某些假設，以簡化穩(wěn)些假設，以簡化穩(wěn)性計算。性計算。3.2 3.2 浮心移動浮心移動, ,穩(wěn)心穩(wěn)心1/1 一一. .等體積傾斜水線等體積傾斜水線 二二. .浮心移動浮心移動 三三. .橫穩(wěn)心及穩(wěn)心半徑橫穩(wěn)心及穩(wěn)心半徑 四四. .縱穩(wěn)心半徑縱穩(wěn)心半徑一一. .等體積傾斜水線等體積傾斜水線1/2 船舶在外力矩作用下橫傾一小角度船舶在外力矩作用下橫傾一小角度。對橫剖面的入、。對橫剖面的入、出水三角形面積沿船長積分，求船體的：出水三角形面積沿船長積分，求船體的：入水體積入水體積出水體積出水體積2/L2/L22212/L2/L222122/L2/L21212/L2/L21211dxytgd

7、xtgyvdxytgdxtgyvv1=v2積分積分 和和 分別表示水線面分別表示水線面WL等體積傾斜水線等體積傾斜水線2/22/L2/L21dxy212/L2/L22dxy21在軸線在軸線 o-o 兩側的面積對該軸線的靜矩。由于橫傾后排兩側的面積對該軸線的靜矩。由于橫傾后排水體積不變，應有水體積不變，應有V1=V2，即水線面對，即水線面對o-o 軸的靜矩軸的靜矩= 0，所以所以等體積傾斜水線面與原水線面交線等體積傾斜水線面與原水線面交線 o-o 通過水線面通過水線面漂心漂心F。二二. .浮心移動浮心移動1/3系統(tǒng)質心移動原理：系統(tǒng)質心移動原理： 考慮考慮W=W1+W2 組成的系統(tǒng)，當組成的系統(tǒng)

8、，當W1從原位置移動到從原位置移動到新位置時，質心從新位置時，質心從g1移動到移動到g1，系統(tǒng)的質心也從，系統(tǒng)的質心也從G移移動到動到G，且質心：，且質心： 移動線：移動線： 移動距離：移動距離：WggWGGgg/GG11111（與重量成反比與重量成反比 | 移動力矩相等移動力矩相等）浮心移動浮心移動2/3同樣，船體做等體積小角度橫傾時，浮心移動服從：同樣，船體做等體積小角度橫傾時，浮心移動服從：211gg/BB111ogv2BB11ogv 其中其中 是入水體積對傾斜軸是入水體積對傾斜軸 o-o 的靜矩：的靜矩：2/L2/L2/L2/L331322111dxy)(tgydx)(ytgyogv

9、小角度時小角度時tg()=；而；而積分項是水線面面積對其積分項是水線面面積對其縱向中心軸縱向中心軸 o-o 的橫向慣的橫向慣矩矩 IT。浮心移動浮心移動3/3T1IBB 浮心移動的距離與浮心移動的距離與水線面慣矩水線面慣矩、橫傾角橫傾角成正比與成正比與排水體排水體積積成反比成反比于是：于是：dxy)y(dxyydx31312121131121 ( 微元慣矩：微元慣矩： )111ogv2BB由由2/L2/L2/L2/L331322111dxy)(tgydx)(ytgyogv三三. .橫穩(wěn)心及穩(wěn)心半徑橫穩(wěn)心及穩(wěn)心半徑1/1 船舶小角度橫傾時，浮心移動的軌跡，可視為圓心在船舶小角度橫傾時，浮心移動的

10、軌跡，可視為圓心在M點，半徑為點，半徑為 BM 的圓弧的一部分。浮力的圓弧的一部分。浮力作用線通作用線通過過M點。稱點。稱M點為穩(wěn)心；點為穩(wěn)心；BM為穩(wěn)心半徑。為穩(wěn)心半徑。四四. .縱穩(wěn)心半徑縱穩(wěn)心半徑1/2 對于縱傾也有類似的結論：對于縱傾也有類似的結論： 等體積縱傾水線面與正浮時水線面的交線是通過正浮等體積縱傾水線面與正浮時水線面的交線是通過正浮 水線面漂心水線面漂心F的橫向軸線。的橫向軸線。 浮心沿縱向移動的距離為：浮心沿縱向移動的距離為： 浮心沿縱向移動可視為圓浮心沿縱向移動可視為圓 心在心在ML 處，半徑等于處，半徑等于 BML 的圓弧的一部分。的圓弧的一部分。LLIBML1IBB縱

11、穩(wěn)心半徑縱穩(wěn)心半徑2/22/L2/L22fwLydxx2IxAII其中：其中：IL 是是正浮水線面正浮水線面面積對其面積對其漂心漂心F 的縱向慣矩：的縱向慣矩：而而I 是是正浮水線面正浮水線面面積對面積對船舯船舯的縱向慣矩。的縱向慣矩。3.3 3.3 初穩(wěn)性和穩(wěn)性高初穩(wěn)性和穩(wěn)性高1/1 一一. . 橫穩(wěn)性橫穩(wěn)性 二二. . 縱穩(wěn)性縱穩(wěn)性一一. . 橫穩(wěn)性橫穩(wěn)性1/6一、一、初穩(wěn)性公式初穩(wěn)性公式 船舶橫傾一小角度船舶橫傾一小角度，船內物體不移動，船體重心不，船內物體不移動，船體重心不變；排水量也不變。船體水下部分形狀變化，引起浮心變；排水量也不變。船體水下部分形狀變化，引起浮心移動，則浮力與重力

12、產生的回復力矩移動，則浮力與重力產生的回復力矩MR：GZ：復原力臂：復原力臂(m)；GM：橫穩(wěn)性高：橫穩(wěn)性高(初穩(wěn)性高初穩(wěn)性高m)；：排水量：排水量(噸噸);：橫傾角：橫傾角(弧度弧度)。 GM：穩(wěn)度（：穩(wěn)度（t.m）GM)sin(GMGZMR初穩(wěn)性高初穩(wěn)性高2/6二、二、初穩(wěn)性高初穩(wěn)性高是衡量船舶橫穩(wěn)性的主要指標，是衡量船舶橫穩(wěn)性的主要指標，用它可以判斷船舶是否具有穩(wěn)性及穩(wěn)性的大小。用它可以判斷船舶是否具有穩(wěn)性及穩(wěn)性的大小。穩(wěn)定平衡穩(wěn)定平衡 不穩(wěn)定平衡不穩(wěn)定平衡 隨遇平衡隨遇平衡初穩(wěn)性高與橫搖固有周期初穩(wěn)性高與橫搖固有周期3/6三、三、初穩(wěn)性高與船舶橫搖固有周期初穩(wěn)性高與船舶橫搖固有周期T的

13、關系的關系(補充補充)02GMKG4Bf58. 0T B：船寬：船寬 f=f(B/d)：修正系數(shù)（：修正系數(shù)（d：吃水）：吃水） KG: 船舶重心高度船舶重心高度 GMo: 未經自由液面修正的初穩(wěn)性高。未經自由液面修正的初穩(wěn)性高。 可見，過大的初穩(wěn)性高使船舶橫搖周期小，橫搖劇可見，過大的初穩(wěn)性高使船舶橫搖周期小，橫搖劇烈；因此應在保證船舶有足夠的穩(wěn)性的前提下，取較烈；因此應在保證船舶有足夠的穩(wěn)性的前提下，取較小的初穩(wěn)性高。小的初穩(wěn)性高。(黃河黃河9號采用高位水艙號采用高位水艙)初穩(wěn)性高與橫搖固有周期初穩(wěn)性高與橫搖固有周期B/d2.5及以下及以下 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5

14、6.0 6.5 7.0及以上及以上 f 1.0 1.03 1.07 1.10 1.14 1.17 1.21 1.24 1.27 1.3f=f(B/d)：修正系數(shù)：修正系數(shù)4/602GMKG4Bf58. 0T初穩(wěn)性高取值范圍初穩(wěn)性高取值范圍Range of GM（補充補充）5/6橫傾橫傾 1 1 o o力矩力矩6/6四、四、橫傾橫傾1力矩力矩和橫傾角計算和橫傾角計算 稱船舶橫傾稱船舶橫傾1(1/57.3)所需要的力矩為橫傾所需要的力矩為橫傾1力矩。力矩。3 .57GMMo船舶在靜橫傾力矩船舶在靜橫傾力矩MH 的作用下，引起的橫傾角的作用下，引起的橫傾角為：為： = MH / Mo ( )5=0.

15、08726; sin5=0.0871510=0.1745; sin10=0.173615=0.2618; sin15=0.2588二二. . 縱穩(wěn)性縱穩(wěn)性1/3一、一、縱穩(wěn)性公式縱穩(wěn)性公式 船舶縱傾船舶縱傾角，船體水下部分形狀變化，引起浮心移角，船體水下部分形狀變化，引起浮心移動，則浮力與重力產生的回復力矩動，則浮力與重力產生的回復力矩MRL： 通常，船舶的縱穩(wěn)通常，船舶的縱穩(wěn)性高很大，與船長同性高很大，與船長同一量級?？v穩(wěn)性問題一量級?？v穩(wěn)性問題主要是決定船舶的首主要是決定船舶的首尾吃水差尾吃水差 t = dF- -dA。LLRLGM)sin(GMMLt)(tg縱穩(wěn)性縱穩(wěn)性2/3二、二、縱傾

16、縱傾1cm力矩力矩和縱傾角計算和縱傾角計算 稱船舶縱傾稱船舶縱傾1cm(1/100m)所需要的力矩為縱傾所需要的力矩為縱傾1cm力力矩矩MTC。L100BML100GMMLLTC 船舶在靜縱傾力矩船舶在靜縱傾力矩MT 的作用下，引起的縱傾值的作用下，引起的縱傾值t為：為： t = MT / MTC (cm)(Lt =3.84+125.64-6.56=122.92 (m) =10580*122.92/(100*120)=108.4 (t-m)MT=p(x2-x1)=100*60=6000 (t-m)t=MT/MTC=6000/108.4=55.4 (cm)dF=d+t/2=7.40+0.554/

17、2=7.68 (m)dA=d-t/2=7.40-0.554/2=7.12 (m)例例 1 13/3 某海船某海船Lpp=120m，吃水，吃水d=7.4m，排水量，排水量=10580t，KB=3.8m，BML=125.64m，KG=6.56m，Xf=0，船上有一，船上有一重量重量p=100t，從尾向首移動，從尾向首移動60m，求首尾吃水。，求首尾吃水。(補補)KGBMKBGMLLL100GMMLTC3.4 3.4 靜水力曲線靜水力曲線1/3靜水力曲線靜水力曲線2/3型排水體積型排水體積 總排水體積（淡水）總排水體積（淡水）k總排水量總排水量 浮心縱向位置浮心縱向位置 xB浮心垂向位置浮心垂向位置

18、 zB水線面面積水線面面積 Aw每厘米吃水噸每厘米吃水噸 TPC漂心縱向位置漂心縱向位置 xF 靜水力曲線靜水力曲線3/3橫穩(wěn)心半徑橫穩(wěn)心半徑 BM縱穩(wěn)心半徑縱穩(wěn)心半徑 BML縱傾縱傾1厘米力矩厘米力矩 MTC水線面系數(shù)水線面系數(shù) C w舯橫剖面系數(shù)舯橫剖面系數(shù) C m方形系數(shù)方形系數(shù) C b縱向棱形系數(shù)縱向棱形系數(shù) C p 垂向棱形系數(shù)垂向棱形系數(shù) C vp 3.5 3.5 重量移動對浮態(tài)和穩(wěn)性的影響重量移動對浮態(tài)和穩(wěn)性的影響1/11 船舶在營運過程中，船舶上的部分重量經常發(fā)生移船舶在營運過程中，船舶上的部分重量經常發(fā)生移動。例如液體、散貨滑移，船員和乘客的移動，以及動。例如液體、散貨滑移，

19、船員和乘客的移動，以及為了調整浮態(tài)而進行的調壓載水操作等。為了調整浮態(tài)而進行的調壓載水操作等。移動重物會移動重物會引起船舶穩(wěn)性和浮態(tài)的變化引起船舶穩(wěn)性和浮態(tài)的變化。 本節(jié)討論在船舶的本節(jié)討論在船舶的排水量不變排水量不變的條件下，移動重量的條件下，移動重量的影響。為方便起見，先討論重量沿的影響。為方便起見，先討論重量沿垂向垂向的移動；然的移動；然后再討論重量沿后再討論重量沿船寬、船長船寬、船長方向的移動；最后討論一方向的移動；最后討論一般情況。般情況。 本節(jié)中移動的重量本節(jié)中移動的重量不超過不超過10%。重量沿垂向移動重量沿垂向移動2/11 重量重量p 從從A(z1)沿垂向移動至沿垂向移動至A1

20、(z2)，排水量不變，船，排水量不變，船體水下部分的體積和形狀不變，體水下部分的體積和形狀不變，浮心浮心、穩(wěn)心穩(wěn)心位置不變。位置不變。只是船舶只是船舶重心重心由由G變?yōu)樽優(yōu)镚1。)ZZ(PGG121由于重心移動，新的穩(wěn)性高：由于重心移動，新的穩(wěn)性高：)zz(pGMMG)zz(pGMMG12LL1121重量橫向移動重量橫向移動3/11 重量重量p 從從A(y1)水平移動至水平移動至A1(y2)，排水量不變，船舶，排水量不變，船舶重心由重心由G移動到為移動到為G1。)yy(pGG121 由于重心移動，引起船舶橫傾，由于重心移動，引起船舶橫傾，浮心由浮心由B 移至移至B1，直到，直到B1與與G1重重

21、新在同一鉛垂線上。新的平衡水新在同一鉛垂線上。新的平衡水線為線為W1L1，橫傾角為橫傾角為。GM)yy(pGMGG)(tg121船舶有固定橫傾角，將減小甲板進水角的裕度。船舶有固定橫傾角，將減小甲板進水角的裕度。重量縱向移動重量縱向移動4/11 重量重量p 從從A(x1)水平移動至水平移動至A1(x2)，排水量不變，船舶，排水量不變，船舶重心由重心由G移動到為移動到為G1。產生一縱傾力矩。產生一縱傾力矩 p(x2- -x1)，船舶，船舶縱傾，浮心由縱傾，浮心由B 移至移至 B1，直到，直到B1與與G1 重新在同一鉛垂重新在同一鉛垂線上。新的平衡水線為線上。新的平衡水線為W1L1，縱傾角為縱傾角

22、為。重量縱向移動重量縱向移動L12L1GM)xx(pGMGG)(tg縱傾角縱傾角為：為：新的首吃水新的首吃水dF，尾吃水，尾吃水dA分別為：分別為：)(tg)x2L(dd)(tg)x2L(ddfAAfFF5/11重量移動對浮態(tài)和穩(wěn)性影響重量移動對浮態(tài)和穩(wěn)性影響 重量重量p 從從A(x1,y1,z1) 移動至移動至A2(x2 ,y2,z2)，排水量不變，排水量不變，船舶重心由船舶重心由G移動到為移動到為G1。由于重心的。由于重心的垂向垂向移動將改移動將改變變船舶船舶穩(wěn)性穩(wěn)性，而重心的水，而重心的水平面平面的移動將分別引起船舶的移動將分別引起船舶橫傾橫傾和和縱傾縱傾。新的平衡水線為。新的平衡水線為

23、W1L1，橫傾角，橫傾角，縱傾角，縱傾角。因此，應按以下步驟計算：因此，應按以下步驟計算：6/11計算步驟計算步驟 1.新的初穩(wěn)性高新的初穩(wěn)性高 G1M = GM p (z2z1) / G1ML = GML p (z2z1) / GML2.橫傾角橫傾角 tg = p (y 2y 1) / G1M3. 縱傾角縱傾角 tg= p (x 2x 1) / G1ML4.首尾吃水變化首尾吃水變化 dF = (L/2 xF) tg dA = (L/2 + xF) tg5.新的首尾吃水新的首尾吃水 dF = dF +dF dA = dA+dA 7/11計算說明計算說明計算中應當注意坐標及傾斜角的正負方向的規(guī)定

24、：計算中應當注意坐標及傾斜角的正負方向的規(guī)定：X：船舯前為正；舯后為負。：船舯前為正；舯后為負。Y：右舷為正；左舷為負。：右舷為正；左舷為負。Z：基線以上為正。：基線以上為正。：向右舷傾斜為正；向左舷傾斜為負。：向右舷傾斜為正；向左舷傾斜為負。：向首傾斜為正；向尾傾斜為負。：向首傾斜為正；向尾傾斜為負。8/11算例算例 某海船某海船L=110m，船寬，船寬B=11.5m，吃水，吃水dF=3.3m， dA=3.2m，排水量，排水量=2360t，GM=0.8m，GML=115m，Xf=- -2.2m ，現(xiàn)將一重量，現(xiàn)將一重量p=50t，從，從X1=25m，Y1=3m，Z1=2.5m，移動到，移動到

25、X2=10m，Y2=1.5m，Z2=6m 。求浮態(tài)。求浮態(tài)和穩(wěn)性。和穩(wěn)性。1. 新的初穩(wěn)性高新的初穩(wěn)性高)m(682.1142360)5 . 26(50115)zz(pGMMG)m(726. 02360)5 . 26(508 . 0)zz(pGMMG12LL11219/11算例算例3. 船的縱傾角船的縱傾角00277. 0628.1142360)2510(50)(16. 0(00276. 01152360)2510(50)()(112012LLMGxxpGMxxptg或：尾）10/112. 船的橫傾角船的橫傾角)5 . 2(044. 0726. 02360)35 . 1 (50)()(0112

26、左MGyyptg(精確解精確解)算例算例11/114. 新的首尾吃水新的首尾吃水(平均平均)：)(.).)(.(.)()()(.).)(.(.)()(m34573002760225523tgx2Lddm14213002760225533tgx2LddfAAfFF或者（精確解）：或者（精確解）：)(.).)(.(.)()()(.).)(.(.)()(m34633002770225523tgx2Lddm14153002770225533tgx2LddfAAfFF3.63.6裝卸載荷對浮態(tài)和穩(wěn)性的影響裝卸載荷對浮態(tài)和穩(wěn)性的影響1/1 一一. .裝卸小量載荷裝卸小量載荷 二二. .裝卸大量載荷裝卸大量

27、載荷 裝卸載荷會引起船舶排水量和重心的變化，改變裝卸載荷會引起船舶排水量和重心的變化，改變船舶的浮態(tài)與穩(wěn)性。裝卸船舶的浮態(tài)與穩(wěn)性。裝卸小量小量載荷載荷(10%)，可用，可用初初穩(wěn)性公式穩(wěn)性公式計算，滿足工程精度。而裝卸計算，滿足工程精度。而裝卸大量大量載荷，必載荷，必須用須用靜水力曲線靜水力曲線計算。計算。一一. .裝卸小量載荷裝卸小量載荷1/10 裝卸載荷會引起船舶浮態(tài)與穩(wěn)性的變化，如果在裝卸載荷會引起船舶浮態(tài)與穩(wěn)性的變化，如果在水線面水線面漂心漂心F (xf, 0)的垂線上的垂線上裝卸小量載荷，則只引起排水量、吃裝卸小量載荷，則只引起排水量、吃水、重心和初穩(wěn)性的變化，而不產生橫傾和縱傾。水

28、、重心和初穩(wěn)性的變化，而不產生橫傾和縱傾。 1. 在水線面漂心在水線面漂心F 的垂線的垂線 (xf, 0, z) 上裝卸載荷上裝卸載荷p 新的排水量新的排水量: +p=(+v) 吃水變化吃水變化: d= v /Aw=p/(Aw) 新的重心新的重心G1，浮心，浮心B1，穩(wěn)心，穩(wěn)心M1。對橫穩(wěn)性的影響對橫穩(wěn)性的影響 計算橫傾一個小角度計算橫傾一個小角度以后的回復力矩以后的回復力矩MR。)sin()sin()sin()(CApGMMMGpMR11R 其中第二項為裝卸載荷其中第二項為裝卸載荷p與增加的浮力與增加的浮力v 組成的力組成的力矩，矩，CA是其作用點間的距離：是其作用點間的距離：)(2ddzC

29、A2/10對橫穩(wěn)性的影響對橫穩(wěn)性的影響)sin()()sin(2ddzpGMMR 比較上式與下式：比較上式與下式：)sin()(11RMGpM 新的橫穩(wěn)性高為：新的橫穩(wěn)性高為：)(zGM2ddppGMMG11 3/10討論討論)(zGM2ddppGMMG11 初穩(wěn)性高：初穩(wěn)性高：回復力矩：回復力矩：)2()(11ddzpGMMGp4/10討論討論 裝載小量載荷對裝載小量載荷對縱穩(wěn)性縱穩(wěn)性的影響與前面討論相似：的影響與前面討論相似：新的縱穩(wěn)性高為：新的縱穩(wěn)性高為：pGMGMppGMMGzGMddppGMMGLLLLLLL1111)2( 如果卸去小量載荷，只要將如果卸去小量載荷，只要將 p 用負值

30、代入上述用負值代入上述公式進行計算。公式進行計算。5/10在任意位置裝卸載荷在任意位置裝卸載荷(1) 假定在水線面漂心的垂線上裝卸載荷。假定在水線面漂心的垂線上裝卸載荷。平均吃水增加平均吃水增加:新的橫穩(wěn)性高新的橫穩(wěn)性高:新的縱穩(wěn)性高新的縱穩(wěn)性高: 2. 在任意位置在任意位置A(x,y,z)裝卸小量載荷，將引起船舶浮態(tài)裝卸小量載荷，將引起船舶浮態(tài)和穩(wěn)性的變化?？砂聪率霾襟E進行計算：和穩(wěn)性的變化?？砂聪率霾襟E進行計算： .)2(1111LLGMpMGzGMddppGMMGAwpd6/10在任意位置裝卸載荷在任意位置裝卸載荷(2) 將載荷從水線面漂心的垂線上移到實際位置。將載荷從水線面漂心的垂線上

31、移到實際位置。 橫傾角橫傾角: 縱傾角縱傾角: 平均首吃水平均首吃水: 平均尾吃水平均尾吃水:)()()()()()()()()(tgx2Ldddtgx2LdddMGpxxptgMGppytgfAAfFF1L1f11 7/10算例算例 海船海船L=91.5m, 船寬船寬B=14m，吃水，吃水dF=3.75m, dA=4.45m，排水量排水量=3340t, Aw=936.6m2, GM=0.76m, GML=101m，Xf=-3.66-3.66m ，在，在X=6m，Y=0.5m，Z=7m，處裝載重量，處裝載重量p=150t，=1.025t/m3 。求浮態(tài)和穩(wěn)性。（。求浮態(tài)和穩(wěn)性。（補充補充）1.

32、 裝載裝載 p 后平均吃水增加后平均吃水增加:)(.m156069360251150Awpd8/10算例算例2. 新的初穩(wěn)性高新的初穩(wěn)性高:)m(66.9610133401503340GMpMG)m(61. 0) 776. 02156. 01 . 4(334015015076. 0) zGM2dd (ppGMMGL1L111)(.)(.)()(右右o11203520610334015050150MGppytg 3. 橫傾角橫傾角:9/10算例算例10/104. 縱傾角縱傾角:).(.)().()()()(首首o1L1f25000430669633401506636150MGpxxptg 5.

33、首尾吃水首尾吃水:)(.).(.)()()(.).(.)()(m4340043066325911560454tgx2Ldddm1240043066325911560753tgx2LdddfAAfFF二二. .裝卸大量載荷裝卸大量載荷1/4 裝卸大量載荷時船舶的吃水變化大，裝卸前后水線面裝卸大量載荷時船舶的吃水變化大，裝卸前后水線面面積和漂心變化很大，用初穩(wěn)性公式計算會產生較大的面積和漂心變化很大，用初穩(wěn)性公式計算會產生較大的誤差。只能誤差。只能根據(jù)靜水力曲線根據(jù)靜水力曲線進行計算。進行計算。 1. 設船舶原排水量為設船舶原排水量為, 重心重心(xG,zG), 在在(x,y,z) 處裝卸載處裝卸

34、載荷荷 p 。則：。則：新的排水量：新的排水量：1=+p重心坐標：重心坐標： xG1=(xG+px) / 1 ZG1=(zG+pz) / 1 YG1=(py) / 1裝卸大量載荷裝卸大量載荷2/4 2. 在排水量在排水量曲線上曲線上, 根據(jù)根據(jù)1 求得正浮時的平均吃水求得正浮時的平均吃水d1, 并按并按d1 在有關曲線上讀取在有關曲線上讀取 xB1, zB1, B1M1, xF1, MTC1。3/4裝卸大量載荷裝卸大量載荷3. 計算新的初穩(wěn)性高和橫傾角計算新的初穩(wěn)性高和橫傾角:1111G111B11MGpytgzMBzMG )(4. 由于新重心和浮心縱向位置不一定相等由于新重心和浮心縱向位置不

35、一定相等, 引起縱傾力矩引起縱傾力矩和縱傾值和縱傾值:1TCT1B1G1TM100MtxxM)( 裝卸大量載荷裝卸大量載荷4/45. 新的首尾吃水新的首尾吃水:LtxLddLtxLddfAfF)2()2(1111 如果卸去大量載荷，只要將如果卸去大量載荷，只要將 p 用負值代入上述用負值代入上述公式進行計算。公式進行計算。3.7 3.7 自由液面對穩(wěn)性的影響自由液面對穩(wěn)性的影響1/4 船舶橫傾時，船內自由液面也隨之變化，并且始終船舶橫傾時，船內自由液面也隨之變化，并且始終與靜水面平行。自由液面的變化產生一傾斜力矩，該與靜水面平行。自由液面的變化產生一傾斜力矩，該力矩的作用將使船舶穩(wěn)性降低。力矩

36、的作用將使船舶穩(wěn)性降低。 考慮圖示的自由液面，正浮時位于考慮圖示的自由液面，正浮時位于CD，重心在，重心在a，重量為重量為1V, 橫傾橫傾角后，位于角后，位于CD，重心在，重心在a1 。 在在a 點處施加一對大小相點處施加一對大小相等等(=1V)、方向相反的力。、方向相反的力。其中其中: 向下的力表示自由液向下的力表示自由液面面CD未隨船變動；因此可未隨船變動；因此可視為視為船舶重心位置不變船舶重心位置不變，但是但是附加了一個橫傾力矩附加了一個橫傾力矩。自由液面對穩(wěn)性的影響自由液面對穩(wěn)性的影響2/4)sin(amvaavMa111 式中式中m為液面傾斜前、后液體重力作用線的交點。同為液面傾斜前

37、、后液體重力作用線的交點。同樣，在小角度范圍內，樣，在小角度范圍內，aa1可視為圓心在可視為圓心在m點半徑等于點半徑等于am的圓弧的圓弧。于是：。于是： )sin(x1iMaam= ix/vix自由液面的面積對其過液自由液面的面積對其過液 面形心的中心軸的慣矩面形心的中心軸的慣矩v 液體的體積。液體的體積。自由液面引起的附加橫傾力矩：自由液面引起的附加橫傾力矩：自由液面對穩(wěn)性的影響自由液面對穩(wěn)性的影響3/4回復力矩：回復力矩：初穩(wěn)性高：初穩(wěn)性高： x11x1x1RiGMMGiGMiGMM)sin()()sin()sin( x1i稱為稱為自由液面對初穩(wěn)性高的修正自由液面對初穩(wěn)性高的修正。其值與自

38、由。其值與自由液面的重度、大小和形狀有關，與液體的體積無關。液面的重度、大小和形狀有關，與液體的體積無關。 有多個自由液面存在時，可先分別計算每個液面的有多個自由液面存在時，可先分別計算每個液面的 ，然后求和。即：，然后求和。即：x1i x11iGMMG自由液面對穩(wěn)性的影響自由液面對穩(wěn)性的影響同樣自由液面對船舶縱穩(wěn)性的影響為：同樣自由液面對船舶縱穩(wěn)性的影響為： y1LL1iGMMG 減少自由液面對船舶橫穩(wěn)性的影響，最有效的方法是減少自由液面對船舶橫穩(wěn)性的影響，最有效的方法是在液艙內增設縱艙壁，使其面積慣矩成在液艙內增設縱艙壁，使其面積慣矩成平方關系平方關系減少。減少。 )121(41)2(12

39、1(2: )(121: )(333LbbLibLbiaxx4/43.8 3.8 懸掛重物對穩(wěn)性的影響懸掛重物對穩(wěn)性的影響1/4 船舶上的懸掛重物，如裝卸貨物、漁船起網(wǎng)、收放救船舶上的懸掛重物，如裝卸貨物、漁船起網(wǎng)、收放救生艇等，在船舶橫傾時將產生一橫傾力矩，對船舶穩(wěn)性生艇等，在船舶橫傾時將產生一橫傾力矩，對船舶穩(wěn)性有不利影響。有不利影響。 圖示中的懸掛物圖示中的懸掛物p 正浮時位于正浮時位于D，橫傾時移到，橫傾時移到D1 。同。同樣在樣在D點加一對大小相等、方向相反的力。則可點加一對大小相等、方向相反的力。則可視船的視船的重心不變重心不變，但，但增加了一個橫傾力矩增加了一個橫傾力矩。)sin(

40、 plMhl為懸掛高度。故船的實際回復力為懸掛高度。故船的實際回復力矩和初穩(wěn)性高：矩和初穩(wěn)性高： plGMMGplGMplGMM1R)sin()()sin()sin(懸掛重物對穩(wěn)性的影響懸掛重物對穩(wěn)性的影響2/4 參照船內載荷垂向移動的初穩(wěn)性公式：參照船內載荷垂向移動的初穩(wěn)性公式： )(121zzpGMMG可見，懸掛重物相當于把重量可見，懸掛重物相當于把重量p 從從D移到移到A，故稱，故稱A為懸掛重物的為懸掛重物的虛重心虛重心。 同樣懸掛重物對縱穩(wěn)性的影響：同樣懸掛重物對縱穩(wěn)性的影響： plGMMGLL1討論討論3/4 裝卸液體載荷，增減懸掛重物對船舶浮態(tài)和穩(wěn)性的影裝卸液體載荷，增減懸掛重物對

41、船舶浮態(tài)和穩(wěn)性的影響。應分兩步計算：響。應分兩步計算：1. 按裝卸小量載荷計算裝卸載荷后的初穩(wěn)性：按裝卸小量載荷計算裝卸載荷后的初穩(wěn)性：LLGMpMGzGMddppGMMGAwpd1111)2(平均吃水增加平均吃水增加:新的橫穩(wěn)性高新的橫穩(wěn)性高:新的縱穩(wěn)性高新的縱穩(wěn)性高:討論討論4/42. 考慮自由液面對穩(wěn)性的影響：考慮自由液面對穩(wěn)性的影響：yLLxiGMMGiGMMG1111或考慮懸掛重物的影響：或考慮懸掛重物的影響： plGMMGplGMMGLL113. 最后最后, 進行浮態(tài)計算進行浮態(tài)計算(略略)3.9 3.9 船舶進塢和擱淺穩(wěn)性船舶進塢和擱淺穩(wěn)性1/1 一一. .船舶進塢船舶進塢 二二

42、. .船舶擱淺船舶擱淺一一. .船舶進塢船舶進塢1/3 船舶進塢操作船舶進塢操作:1. 塢內畫線塢內畫線;2. 鋪墩鋪墩;3. 注水注水;4. 船舶進塢船舶進塢, 定位定位, 檢查檢查;5. 抽水抽水(分兩階段分兩階段);6. 支撐支撐, 加固。加固。船舶進塢船舶進塢2/3 船舶進塢時一般是在空載狀態(tài)，有小量尾傾船舶進塢時一般是在空載狀態(tài)，有小量尾傾。以便確。以便確定中心并逐漸地安全坐落在全部墩木上。定中心并逐漸地安全坐落在全部墩木上。 船舶最先觸墩的瞬間，受到最大的集中力船舶最先觸墩的瞬間，受到最大的集中力p，隨著水面，隨著水面下降，船體繞支點轉動，尾傾角減少到下降，船體繞支點轉動，尾傾角減

43、少到0。觸墩時相當在。觸墩時相當在觸點處觸點處卸掉卸掉與與p 相當?shù)南喈數(shù)妮d荷載荷。導致船舶穩(wěn)性降低。支點。導致船舶穩(wěn)性降低。支點受到的最大支反力受到的最大支反力p：)()2/()()()2()0(11tgxLGMpGMpMGMGpxLptgfLLLLf船舶進塢船舶進塢3/3可見，減小座墩反力的有效途徑有：可見，減小座墩反力的有效途徑有：減小減小船舶進塢時的船舶進塢時的排水量排水量；減??；減小縱傾角縱傾角。 在在p 的作用下，平均吃水的變化為：的作用下，平均吃水的變化為： 觸墩時的初穩(wěn)性高為：觸墩時的初穩(wěn)性高為：)()2/(tgxLGMpfL 由于由于p0, 故使初穩(wěn)性下降。故使初穩(wěn)性下降。

44、注意：推導中使用了船繞水線面漂心作等體積傾斜的公注意：推導中使用了船繞水線面漂心作等體積傾斜的公式，與座墩時式，與座墩時船舶繞支點轉動船舶繞支點轉動和水面下降的實際情況不符。和水面下降的實際情況不符。因而有誤差。不過上述分析仍是可用的。因而有誤差。不過上述分析仍是可用的。Awpd)(GM2ddppGMMG11 其中：其中：Ldd)(tgAF二二. .船舶擱淺船舶擱淺1/3 船舶擱淺處受支反力船舶擱淺處受支反力p 的作用，相當在擱淺處卸載，的作用，相當在擱淺處卸載，則船舶吃水減小，重心升高，同時產生橫傾和縱傾，如則船舶吃水減小，重心升高，同時產生橫傾和縱傾，如果船舶的初穩(wěn)性小，還可能處于危險狀態(tài)

45、。果船舶的初穩(wěn)性小，還可能處于危險狀態(tài)。 設擱淺前船浮于設擱淺前船浮于WL水線，擱淺后為水線，擱淺后為W1L1，測量其首，測量其首尾吃水尾吃水df，da 和橫傾角和橫傾角、縱傾角、縱傾角。則：。則：平均吃水：平均吃水：吃水變化：吃水變化：ddddddddARALFRFL114船舶擱淺船舶擱淺2/3支支 反反 力：力：橫穩(wěn)性高：橫穩(wěn)性高：縱穩(wěn)性高：縱穩(wěn)性高： 用裝卸載荷的初穩(wěn)性計算公式，可計算擱淺點的位置：用裝卸載荷的初穩(wěn)性計算公式，可計算擱淺點的位置：L1L111WGMpMGGM2ddppGMMGdAp)()( )()(,)()()()()(,)()(tgpMGpxxMGpxxptgtgpMG

46、pyMGppytg1L1f1L1f1111 計算時注意正負符號的規(guī)定。計算時注意正負符號的規(guī)定。船舶擱淺船舶擱淺 同樣：推導中使用了船同樣：推導中使用了船繞水線面漂心繞水線面漂心作等體積傾作等體積傾斜的公式，與擱淺時船舶斜的公式，與擱淺時船舶繞支點繞支點轉動的實際情況不符。轉動的實際情況不符。因而有誤差。不過上述分析仍是可用的。因而有誤差。不過上述分析仍是可用的。3/33.10 3.10 船舶完整穩(wěn)性校核船舶完整穩(wěn)性校核1/4Table 3.1 滿載時船舶重量重心計算滿載時船舶重量重心計算（每個狀態(tài)（每個狀態(tài)1張）張） 船舶浮態(tài)及初穩(wěn)性計算船舶浮態(tài)及初穩(wěn)性計算2/4船舶浮態(tài)及初穩(wěn)性計算船舶浮態(tài)

47、及初穩(wěn)性計算3/4船舶初穩(wěn)性匯總表船舶初穩(wěn)性匯總表 4/43.11 3.11 船舶傾斜試驗船舶傾斜試驗1/14一、傾斜試驗的目的一、傾斜試驗的目的 進行傾斜試驗的目的是為了準確地進行傾斜試驗的目的是為了準確地確定確定實船的實船的空船重空船重量量和和重心高度重心高度。 因為船舶在建造、改造中由于因為船舶在建造、改造中由于設計修改設計修改、材料代用材料代用、建造公差建造公差等原因，導致實船的空船重量和重心高度與設等原因，導致實船的空船重量和重心高度與設計計算不一致。計計算不一致。二、試驗原則二、試驗原則 通過移動船上的重物通過移動船上的重物p，產生已知的橫傾力矩，產生已知的橫傾力矩p*l。當。當船

48、舶處于平衡時，回復力矩與橫傾力矩相等。這時，測船舶處于平衡時，回復力矩與橫傾力矩相等。這時，測量船舶的橫傾角量船舶的橫傾角。利用靜水力曲線和初穩(wěn)性公式利用靜水力曲線和初穩(wěn)性公式，便，便可求得船舶在可求得船舶在試驗狀態(tài)試驗狀態(tài)下的重量和重心高。下的重量和重心高。GM = p l / ( tg) GM=Zb+BM-Zg2/14三、注意事項三、注意事項 1. 船舶應盡量處于完工狀況。會同船舶應盡量處于完工狀況。會同船檢船檢及及有關人員有關人員進行進行全船清點。按設計圖紙清點、登記全船清點。按設計圖紙清點、登記多余重量多余重量和和不足重量不足重量及及其重心位置。將所有其重心位置。將所有液艙液艙注滿或抽

49、空，并封艙，登記。固注滿或抽空，并封艙，登記。固定所有定所有可移動物可移動物。清點。清點參試人員參試人員，規(guī)定其位置并登記。計，規(guī)定其位置并登記。計算試驗時的浮態(tài)和穩(wěn)性，保證正浮。算試驗時的浮態(tài)和穩(wěn)性，保證正浮。 2. 選擇試驗水域。試驗選擇試驗水域。試驗水域水域應是無流動或緩流動區(qū)，測應是無流動或緩流動區(qū)，測量、登記水流方向和流速，迎流試驗。測量并登記量、登記水流方向和流速，迎流試驗。測量并登記浪浪向、向、浪高。測量并登記浪高。測量并登記風風向、風速，避免橫風試驗。向、風速，避免橫風試驗。 3. 松開全部松開全部纜繩纜繩，撤除，撤除跳板跳板，不得妨礙船舶自由橫傾。，不得妨礙船舶自由橫傾。3/

50、14注意事項注意事項 4. 試驗中移動的重物分成重量相等的四組，堆放在甲試驗中移動的重物分成重量相等的四組，堆放在甲板上的指定位置。為使船舶能產生板上的指定位置。為使船舶能產生2 4的橫傾角，移的橫傾角，移動重物的總量約為動重物的總量約為12%，移動距離盡量大。，移動距離盡量大。4/14注意事項注意事項 5. 測量橫傾角的擺錘應分布在船首、中、尾，懸于船測量橫傾角的擺錘應分布在船首、中、尾，懸于船中，擺線盡量長。并做記錄。為使擺錘很快停止擺動，中，擺線盡量長。并做記錄。為使擺錘很快停止擺動，擺錘應浸在重油槽中。擺錘應浸在重油槽中。No位置位置距鋼尺的垂直高度距鋼尺的垂直高度1艏艏 169#13

51、.55 m2舯舯 105#12.20 m3艉艉 20# 9.29 m5/14四、傾斜試驗四、傾斜試驗1. 按指揮的指令分八次移動重物。每次移動后，待船舶按指揮的指令分八次移動重物。每次移動后，待船舶靜止或橫搖穩(wěn)定后，讀出擺錘移動的距離靜止或橫搖穩(wěn)定后，讀出擺錘移動的距離k，并記錄。，并記錄。6/14n9五、數(shù)據(jù)處理五、數(shù)據(jù)處理橫傾角計算橫傾角計算 No橫傾力矩橫傾力矩 (t.m)橫傾角橫傾角 tg = k /No 1No 2No 3Mean22380.014330.013970.014160.0141534760.027850.027970.027950.0279242380.014300.0

52、14450.014290.0143562380.014380.014460.014310.0143874760.028170.028040.028300.0281782380.014270.014380.014220.01429船舶主尺度船舶主尺度: LOA=161.25 m, Lpp=147.18 m, B=20.4 m, D=12.4 m, d=3.75 m 移動重量移動重量 : P=14 t, l=17 m, p*l=238 t.m7/14橫穩(wěn)性高計算橫穩(wěn)性高計算No橫傾力矩橫傾力矩 M橫傾角橫傾角 tgM tg(tg)2M / tg/ GM / 22380.01415 3.3700.000200 16850 2.5234760.02792 13.2800.000779 17