大连理工大学浮体静力学课程设计.docx
《大连理工大学浮体静力学课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大连理工大学浮体静力学课程设计.docx（16页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
大连理工大学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：
马坤张明霞
完成日期：
同组学生：
一、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：
计算过程见文件夹第一题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“第一题“文件的“静水力曲线图.dwg”文件。
二、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
（1）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（见文件夹第二题中横剖面.dwg），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（1米水线）：
旋转点的选取过程（见文件夹“第二题”中的“横剖面图.dwg”），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（见文件夹“第二题”中文件夹“数据准备”），进行计算。
我选取1.0m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“横截稳性曲线计算过程”excel文件和“小组横截稳性曲线汇总”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:
度数
10°
20°
30°
40°
50°
60°
70°
排水体积/立米
71.97
73.76
75.39
109.42
143.09
171.88
201.00
横稳心臂/米
0.64
1.23
1.72
2.34
2.76
2.87
2.83
横稳性图如下：
三.装载稳性计算部分（载况二）
1-1设计要求
给出资料：
受风面积=166.9m^2
受风面积形心距水线高=2.295m
稳性插值曲线（完整的）
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，并提出改善的措施。
计算内容：
浮态及初稳性
静稳性曲线及动稳性曲线
稳性校核（注：
自由液面修正及进水角暂不考虑）
2-2计算过程和图表
校核：
（1）由稳性插值绘制稳性横截曲线如下：
（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
△
323.9
平均吃水
m
d
2.39
重心纵向坐标
m
xG
-1.69
浮心纵向坐标
m
xB
-1.66
重心竖向坐标
m
zG
2.41
纵稳心距基线高
m
zML
59.305
纵向初稳心高
m
GML=ZML-ZG
56.895
每厘米纵倾力矩
t*m
MTC=△*GML/（100*L）
4.65
漂心纵向坐标
m
xF
-2.79
纵倾力臂
m
XG-XB
-0.03
纵倾力矩
t*m
MT=△（XG-XB）
-9.72
纵倾值
m
dd=MT/（100*MTC）
-0.021
首吃水增量
m
ddF=（L/2-xF）（dd/L）
-0.012
尾吃水增量
m
ddA=-（L/2+xF）（dd/L）
-0.009
首吃水
m
dF=d+ddF
2.378
尾吃水
m
dA=d+ddA
2.381
横稳心距基线高
m
zM
4.1218
未修正初稳心高
m
GMo=zM-zG
1.711
自由液面修正值
m
dGM
0
实际初稳心高
m
GM=GMo-dGM
1.711
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
2.39
2.378
2.381
1.711
56.895
（3）静稳性曲线及动稳性曲线。
（计算过程见文件夹“第三题”中的“静稳性曲线计算过程”“动稳性曲线计算过程”excel表格）
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：
度数/°
Is
Zg
sin
I
10
0.86
2.41
0.17
0.44
20
1.23
2.41
0.34
0.41
30
1.77
2.41
0.50
0.57
40
2.11
2.41
0.64
0.56
50
2.36
2.41
0.77
0.51
60
2.49
2.41
0.87
0.40
70
2.51
2.41
0.94
0.25
做出静稳性图
做出动稳性曲线图：
动稳性曲线
（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=2.41m，GM=1.711m，B/d=7.2/2.39=3.01所以f=1.03，代入数据得
TФ=3.96
由P101中的图4-34得C1=0.38
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=0.735
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=0.577
将系数
带入
得，横摇角为25.19°
然后从动稳性曲线上作出
并读出数值：
0.21
含横摇角的动稳性曲线如下图（角度的比例尺为10:
1，稳性臂的比例尺为1000:
1）
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，△=612.0t，代入数据得：
lf=p*Af*Z/9810/△=0.07
则。
稳性横准数K=lq/lf=3.0>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1.712m>0.15m,满足要求。
②横倾角
处的复原力臂等于0.565m，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
=33.7°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。
四、课程设计的收获
在第二学期学习的《浮体静力学》老主要是在教授我们浮体静力学的计算的一些理论知识，由于理论的教学很乏味，导致我对浮体静力学这门专业课上课的效率不是很高，对书本上的理论概念模糊不清。
在期末经过2个星期的努力复习才通过考试。
在小学期浮体静力学的课程设计为我提供了再一次好好学习浮体静力学的机会。
在一开始着手浮体静力学课程设计的15条静水力水线的计算，自己感到无从下手，为了更好的完成课程设计，我认真阅读了《浮体静力学》的前两章，在理解了理论知识后再通过自己亲手计算着15条静水力曲线，让我更加深刻的记住了15条静水力水线的计算方法和在计算过程中我多次用到了梯形法，是自己从理论课的模糊认识到达现在已经可以熟练运用梯形法了。
在第二部分的课程设计，需要以5人为一个小组，这样就更注重团队合作了，小组同学在一起讨论CAD的使用方法，面域如何建立，如何才能查询面域的相关信息。
在经过小组成员的共同努力，我们顺利完成了稳性横截曲线的绘制。
第三部分主要是在考察我们队船舶的相关系数的有关规定，主要有初稳性高，稳性衡准数的相关要求，这样也可以间接验证我们前面的数据是否正确。
通过本次课程设计加深了我对静水力曲线，稳性横截面曲线，静稳性曲线，动稳性曲线的认识，在相关水线和曲线的计算方面也有了提高，例如梯形法的运用已经熟练，还有就是自己的CAD制图能力和Excel的运用能力也有了很大的提高。
总之，本次浮体静力学课程设计让我受益匪浅。
升级会员 