浮体静力学课程设计.docx

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浮体静力学课程设计

浮体静力学

（一）

课程设计

姓名：

学号：

班级：

指导教师：

完成日期：

同组学生：

1静水力曲线计算部分1

1.1设计要求：

1

1.2计算原理：

1

1.3原始数据：

3

1.4计算过程和图表：

3

2稳性横截曲线5

2.1设计要求：

5

2.2计算原理：

5

2.3原始数据5

2.4计算过程和图表：

5

3装载稳性计算部分（载况一）7

3.1设计要求7

3.2计算过程和图表7

3.2.1稳性横截曲线7

3.2.2浮态及初稳性计算7

3.2.3静稳性曲线及动稳性曲线8

3.2.4稳性校核9

4课程设计的收获12

1静水力曲线计算部分

1.1设计要求：

计算吃水：

0.5m,1.5m,2m,2.5m,3.0m处的以下各要素，并绘出静水力曲线图。

（1）水线面面积AW

（2）漂心纵向坐标Xf

（3）每厘米吃水吨数TPC

（4）型排水体积V

（5）总排水体积（附体系数取1.006）

（6）总排水量W

（7）浮心纵向坐标Xb

（8）浮心垂向坐标Zb

（9）横稳心垂向坐标BM

（10）纵稳心垂向坐标BML

（11）每厘米纵倾力矩曲线MTC

（12）水线面系数CW

（13）方形系数CB

（14）棱形系数CP

（15）中横剖面系数Cm

1.2计算原理：

（1）水线面面积Aw的计算：

根据计算公式

≈2δLΣ′yi，利用梯形法计算各个水线面面积.

（2）水线面漂心纵向坐标Xf的计算

水线面漂心纵向坐标Xf的计算公式为

，

，

，

用梯形法计算Moy≈2*（δL）²Σ´kjyi

式中：

Σkjyi=0*y10+1*（y11-y9）+2*（y12-y8）+…+9*（y19-y1）+10*（y20-y0）-0.5*10*（y20-y0）

水线面面积为利用梯形法所求得面积.

（3）每厘米吃水吨数TPC

由TPC=

（Aw为利用梯形法所求得面积）得

（4）型排水体积V

由水线面面积曲线的特性可知，排水体积的积分公式是：

，

利用梯形法计算各个水线面面积坐标。

（5）总排水体积=V*附体系数取k（k=1.006）

（6）总排水量

W=总排水体积*ω（ω=1.025t/m³）

（7）浮心纵向坐标xB

浮心纵向坐标的计算公式为：

。

（8）浮心垂向坐标Zb

浮心垂向坐标计算公式

。

（9）横稳心垂向坐标BM

横稳心垂向坐标KM=KB+BM，横稳心半径公式为

，

（10）纵稳心垂向坐标BML

纵稳心半径公式为

浮心垂向坐标公式

，Mxoy为各吃水体积对基线的静矩。

（11）每厘米纵倾力矩曲线MTC

其中

。

由梯形法求得。

（12）水线面系数CW

由水线面系数公式：

Cwp=

（L为垂线间长，B为型宽）

（13）方形系数CB

方形系数计算公式为

，各吃水下的排水体积除以垂线间长L、型宽B、吃水d的构成的长方体体积。

（14）棱形系数CP

CP=

（式中Am为中横剖面在水线以下的面积，L为垂线间长）

（15）中横剖面系数Cm

中横剖面系数等于方形系数除以棱形系数

1.3原始数据：

主尺度：

总长45.0m，垂线间长40.0m,型宽7.2m,型深3.6m,设计吃水2.5m还有附型值表。

1.4计算过程和图表：

计算过程见excel文件”静水力曲线计算”。

计算得各吃水下的船形系数如下表

根据以上数据绘制静水力曲线图如下：

原图见递交文件的“静水力曲线图.dwg”文件。

2稳性横截曲线

2.1设计要求：

①取各站横剖面面型值，利用纵向计算方法计算。

②选择计算倾斜水线、假定重心位置和横倾角间隔的大小。

选择0.5、1.5、2、2.5、3m水线，旋转点中线右侧0.5米处，右倾。

倾角间隔取δΦ=10°，从10°算到70°

2.2计算原理：

复原力臂由几何原理的知识易知，为求排水体积

与

，只需要求出各倾斜水线下的排水体积浮心的位置

，由几何关系可得

，即可求得复原力臂

。

排水体积浮心位置的求法：

各站上各倾斜水线与船体围成的面积

，利用CAD创建面域，查询出面域的面积心（

）利用公式积分可得排水体积浮心的位置，即：

浮心垂向坐标

，浮心横向坐标

而要求排水体积

只需求出各站上各倾斜水线以下的船舶横剖面的面积，由公式

然后才沿船长方向积分就可求出排水体积

2.3原始数据

原始数据为要船舶的型值表。

根据型值表画出船舶的横剖面图，计算水线5条（0.5，1.5m,2m,2.5m,3.0m），确定旋转点位置，倾斜水线分别取10º，20º，30º，40º，50º，60º,70°。

计算不同倾斜水线下的排水体积和形状稳性力臂ls，并画出曲线。

2.4计算过程和图表：

用CAD绘制出各站的横剖面图，然后根据各个创建面域，求出面积和质心坐标，并绘制成excle表格，进行计算。

我选取3.0m水线确定的旋转点进行计算。

详情见提交文件文件夹“第二题”中的“面域”文件和“”文件。

根据以上数据运用公式：

求得各倾斜角度下的横稳性臂ls及排水量。

绘制成如下表格:

=

10°

20°

30°

40°

50°

60°

70°

排水体积/m³

147.8584063

155.1303418

176.7580395

211.322206

229.6964714

248.7946579

265.3185649

形状稳性力臂ls/m

1.017554503

1.338464615

1.829454252

2.292102001

2.489808547

2.494968013

2.338607742

横稳性图如下：

3装载稳性计算部分（载况一）

3.1设计要求

已知：

受风面积A=166.9m2

受风面积形心距水线的垂直距离Zf=2.295m

航区：

近海

计算载况：

校核以下某一种载况下的稳性，与规范要求值比较，并对结果的合理性进行分析，稳性不满足要求的应提出改善的措施。

3.2计算过程和图表

3.2.1稳性横截曲线

由稳性插值绘制稳性横截曲线如下：

3.2.2浮态及初稳性计算

由静水力曲线及该载况下的排水可得：

浮态与初稳性计算

项目

单位

符号及公式

计算结果

排水量

t

△

360.1

平均吃水

m

d

2.51

重心纵向坐标

m

xG

-2.14

浮心纵向坐标

m

xB

0.22

重心竖向坐标

m

zG

2.388

纵稳心距基线高

m

zML

65.73

纵向初稳心高

m

GML=ZML-ZG

63.34

每厘米纵倾力矩

t*m

MTC=△*GML/（100*L）

5.89

漂心纵向坐标

m

xF

-2.85

纵倾力臂

m

XG-XB

-2.36

纵倾力矩

t*m

MT=△（XG-XB）

-849.84

纵倾值

m

dd=MT/（100*MTC）

-1.44

首吃水增量

m

ddF=（L/2-xF）（dd/L）

-0.82

尾吃水增量

m

ddA=-（L/2+xF）（dd/L）

0.62

首吃水

m

dF=d+ddF

1.69

尾吃水

m

dA=d+ddA

3.13

横稳心距基线高

m

zM

3.62

未修正初稳心高

m

GMo=zM-zG

1.232

自由液面修正值

m

dGM

0

实际初稳心高

m

GM=GMo-dGM

1.232

最终的浮态和初稳性计算结果：

平均吃水

首吃水

尾吃水

初稳心高

纵稳心高

2.51

1.69

3.13

1.232

30.362

3.2.3静稳性曲线及动稳性曲线

由稳性横截曲线和排水体积可得横稳性臂Ls，再有公式

l=ls-sinф（Zg-Zs）和ld=∫ldф

可得下表：

做出静稳性图

做出动稳性曲线图：

3.2.4稳性校核

计算稳性横准数K：

根据稳性衡准数的定义,首先计算最小倾覆力矩

或

，因为他们是根据静稳性曲线，动稳性曲线以及横摇角

来确定的，由公式

下面计算系数

1为

与波浪的波长、波高及周期有关。

根据公式

B=7.2m，KG=2.388m，GM=1.232m，B/d=7.2/2.51=2.87所以f=1.03，代入数据得

TФ=4.65近海航区，由P101中的图4-34得C1=0.34

②系数

主要与波浪的有效波倾角系数有关，公式

代入数据得：

C2=0.701

③系数

主要与船舶的宽度吃水比

有关，由表查的C3=0.013

④系数

主要与船舶的类型，和舭龙骨的尺寸有关，查表得C4=0.523

将系数

带入

得，横摇角为19.95°

然后从动稳性曲线上作出

并读出数值：

0.128

含横摇角的动稳性曲线如下图

⑤计算风压倾斜力矩

或力臂

，由公式

由给出数据可知：

p=546pa，，Af=166.9m^2,Z=2.295，△=360.1t，代入数据得：

lf=p*Af*Z/9810/△=0.059

则。

稳性横准数K=lq/lf=2.17>1.

校核：

规则规定，船舶在各种装载情况下经过自由液面修正后的初稳性高和静稳性曲线应满足以下要求：

①初稳性高等于1.232m>0.15m,满足要求。

②横倾角

处的复原力臂等于1.73m，不小于0.2m，满足要求。

③船舶最大复原力臂所对应的横倾角

=32.9°大于30°，因为船宽与型深比

=2，从静稳性曲线图中看最大值对应点符合要求。

综合以上几点可是设计满足稳性要求。

由稳性横截曲线计算静稳性曲线及动稳性曲线的表格：

装载情况：

载况序号：

排水量Disp.=t

重心高度Zg=m

横倾角

（°）

（m）

Zg××（3）

（m）

（m·°）

=（6）/57.3

（m·rad）

查曲线

（2）-（4）

（5）的

积分和

（1）

（2）

（3）

（4）

（5）

（6）

（7）

10

0.638

0.173635518

0.414641616

0.223358384

1.67437143

0.029221142

20

1.24

0.341995983

0.816686407

0.423313593

3.31456367

0.057845788

30

1.73

0.4999666

1.193920242

0.536079758

5.76297024

0.100575397

40

2.07

0.642748218

1.534882744

0.535117256

8.47478482

0.147902004

50

2.31

0.766003125

1.829215463

0.480784537

11.03097717

0.192512691

60

2.46

0.865986835

2.067976562

0.392023438

13.22423682

0.230789473

70

2.53

0.939661839

2.243912472

0.286087528

14.92296997

0.260435776

4课程设计的收获

浮体静力学课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。

在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。

学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。

课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程．”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础． 

通过这次课程设计，本人在多方面都有所提高。

通过这次课程设计，综合运用本学期所学的浮体静力学知识解决实际问题，同时也运用到CAD软件绘制船体静水力曲线、横稳性曲线等曲线。

综合运用了大学两年来的知识，对浮体静力学课程知识有了进一步的认识和了解。

在这次课程设计过程中，体现出自己思考解决问题的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。

在此感谢我们的马坤老师和张明霞老师.，两位老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；这次课程设计的每个计算方案和每个数据，都离不开老师您的细心指导。

而您开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。

同时感谢对我帮助过的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。

由于本人的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多指教,我十分乐意接受你们的批评与指正，本人将万分感谢。