货运03船舶稳性.

海上货物运输第9章船舶稳性主讲：张兢船舶稳性很重要SafetyFirst§9—1船舶稳性分类1）稳性（stability）：船舶在外力矩(TheExternalmoment)作用下发生倾斜，当外力消除后能自行恢复初始平衡位置的能力。2）物理意义：船舶倾斜后具有复原力矩(rightingmoment)或力臂(rightingarm）。§9—1船舶稳性分类①按倾斜方向分：横稳性（Transversestability）纵稳性（Longitudinalstability）②按倾斜角大小分：初稳性（initialstability）θ≤10°～15°甲板边缘不入水，舭部不出水。大倾角稳性(Stabilityatlargeangles)稳性及其分类③按作用力矩的性质分：静稳性（staticalstability）动稳性（Dynamicalstability）④按船舱是否破损进水分：完整稳性（Intactstability）破舱稳性（Damagedstability）§9—2船舶初稳性一、船舶的静平衡状态稳心M：船舶倾斜前后浮力作用线的交点。①稳定平衡状态：（StableEquilibrium)：船舶稳心M在重心G之上，GM0。船舶倾斜后重力W与浮力Δ构成的稳性力矩能使船舶恢复到初始平衡状态。一、船舶的静平衡状态②随遇平衡状态（Neutralequilibrium)：船舶稳心M与重心G重合，GM=0。船舶倾斜后重力W与浮力Δ所构成的稳性力矩不能使船舶恢复到初始平衡状态一、船舶的静平衡状态③不稳定平衡状态（Unstableequilibrium)船舶稳心M在重心G之下，GM0。船舶倾斜后重力W与浮力Δ所构成的稳性力矩能使船舶继续倾斜。§9—2船舶初稳性二、初稳性的衡量标志静稳性：船舶受静态外力矩的作用，不计及倾斜角速度。复原力矩MR=9.81ΔGZ(KN·m)MR=ΔGZ(9.81KN·m)GZ为复原力臂MR与Δ、KG、θ有关§9—2船舶初稳性§9—2船舶初稳性初稳性船舶倾角10°~15°或上甲板边缘开始入水前的稳性1）特征：①倾斜轴过正浮时漂心②横稳心M为定点，横稳心半径BM（r）为定值§9—2船舶初稳性2）初稳性的表示方法①初稳性方程：MR=9.81Δ•GZ=9.81Δ•GMsinθGZ=GMsinθ②衡量标志：GM③影响初稳性因素：Δ↗、GM↗→MR↗θV1V2GB0WΔMZrB1KW1L1WL§9—2船舶初稳性三、GM的表达式GM=KB+BM－KG=KM－KGh=Zb+r－Zg=Zm－Zgr=Ix/V初稳性高度GM值的计算四、GM的求取GM0=KB+BM－KG0=KM－KG0①KM=KB+BM:查静水力资料初稳性高度GM值的计算②KG:空船重量、重心查船舶资料iiLLZPZKG0KG的计算货物重心高度的确定：载荷Pi重心距基线高Zi的确定（1）计算法：按SF归类求近似货堆高计算各货重心高：平行中体:0.5Hc首尾：0.54~0.58Hc7.2m日用品棉纺织品草制品五金1.5mbCiCihhΕzcchciCiHVVhKG的计算（2）舱容曲线查取法纵：货堆表面距基线高下横：舱容上横：容积中心距基线高应用：根据货堆表面高度求货物所占舱容和货物重心距基线高；舱容曲线02468容积中心距基线高（m)10123456500100015002000250030003500舱容（m3)ABKG的计算c.取舱内货物体积中心。d.取舱容中心，实用，偏于安全3）油水重量、重心的确定用舱容曲线法MR=Δ•g•GZkN·mMR=Δ•GZ9.81kN·mGM经验值§9—3影响初稳性的因素及其计算一、自由液面对GM值的影响自由液面的影响：MR=Mh+δMGM下降GZ减小一、自由液面对GM值的影响1.GM修正表达式：δGMf的计算（FreeSurfaceCorrection）:----自由液面力矩（Freesurfacemoment）ixi——液舱自由液面的面积对横倾轴的惯性矩（m4）()ixiiGMmxiii2.ix的确定：1）查船舶资料根据IS2008按0度横倾角计算。一、自由液面对GM值的影响2）公式计算法（1）对称的舱柜–矩形：–等腰三角形：–ix与液面宽的三次方成正比43121mlbixb1b2l4222121))((481mbbbblix一、自由液面对GM值的影响43481mlbix一、自由液面对GM值的影响（2）不对称舱柜直角三角形：直角梯形：原式ix与液面宽的三次方成正比3361lbix4222121))((361mbbbblixlblb2b1（3）无折点且液面对称液化气船的液舱为球形、圆柱形或椭圆形l、b—分别为液面最大长度和最大宽度。3641lbix一、自由液面对GM值的影响一、自由液面对GM值的影响3.GM表达式：ffGMKGBMKBGMKGKMGM1）减小液舱柜宽度矩形液舱宽b,分为n个等分则：ixn=ix/n24.减小自由液面影响的措施b结构措施(a)未隔舱(b)分隔为两个相等液舱分隔为两个相等液舱后，自由液面效应将会减少至原来数值之四分之一。(c)分隔为三个相等液舱分隔为两个相等液舱后，自由液面效应将会减少至原来数值之九分之一。因此，当自由液面效应产生时可以下式说明:n21其中n为所隔相等液舱数量。若当分隔为四个相等液舱时，所减少的自由液面效应为十六分之一。1614122）液舱柜装满或排空3）保持甲板排水孔通畅4）注意纵舱壁漏水或舱内积水5）注意小排水量的影响4.减小自由液面影响的措施二、舱内载荷移动：少量P条件：ΣPi10%Δ1.载荷水平横移GM不变，但对稳性有影响§9—3影响初稳性的因素及其计算GMyypGMpytg)(12§9—3影响初稳性的因素及其计算2.载荷垂移：假设KM不变pzGMzzpzzpKGGM)()(2112GMGMGM1§9—3影响初稳性的因素及其计算三、货物悬挂1、悬挂载荷的倾侧力矩l——悬挂长度（m）P——悬挂载荷重量（t）m——虚重心).81.9(sin21mkNlPggPM§9—3影响初稳性的因素及其计算三、货物悬挂2、悬挂载荷对船舶初稳性的影响lpGMGM1)()(sin)(sinsin1mlPGMmlPGMlPGMMlR§9—3影响初稳性的因素及其计算四、载荷重量增减1.重量大量增减111KGKMGMiiipzpKGKG1§9—3影响初稳性的因素及其计算四、载荷重量增减2.重量少量增减单票：多票：PKPKGPGMPgGPGGKGGM00PKPKGPPKGKPPoo)()(iioiiioiPKPKGPGMPKPKGPGM)()(§9-4船舶大倾角稳性一、大倾角静稳性的基本概念1.区别：①横倾轴不过正浮时漂心②M点不为定点③B点轨迹不是圆心的圆弧，非固定半径M1M2M3W0L0W1W2W3L3L2L1§9-4船舶大倾角稳性2）大倾角稳性衡量标志—GZMR=9.81ΔGZΔ一定时：GZ↗MR↗WLW1L1KHNB1GΔZWθ图静稳性力臂§9-4船舶大倾角稳性二、静稳性力臂的求算1.GZ表达式1）基点法：GZ0=KN-KHKH——重量稳性力臂KH=KG0sinθ，与KG，θ有关。考虑自由液面KN——形状稳性力臂，与Δ，θ有关,由稳性交叉曲线查取WLW1L1KHNB1GΔZWθ图静稳性力臂§9-4船舶大倾角稳性•稳性交叉曲线(CrossCurvesofStability)：•横坐标：型排水体积V或Δ•纵坐标：KN（或lf）;10～80°WLW1L1KHNB1GΔZWθ图静稳性力臂法一：GZ=KN-KH§9-4船舶大倾角稳性2）假定重心法：•GZ=GAZA+（KGA-KG）sinθKGA——假定重心高度GAZA——假定重心高度处复原力臂值，查稳性交叉曲线•将假定重心处的GAZA修正到实际重心处的GZB0B1ZZAGGAKGZ=GAZA+（KGA-KG）sinθ§9-4船舶大倾角稳性3）初稳心点法：•GZ0=MS+GM0sinθMS——形状稳性力臂§9-4船舶大倾角稳性2.静稳性力臂的计算自由液面对静稳性力臂的修正特点：自由液面倾侧力矩（力臂）随θ而变1）查取“液舱自由液面倾侧力矩表”大倾角的自由液面修正力矩MfiΣMfi——各舱自由液面修正力矩代数（KN.m）81.90fiMGZGZ81.9fiMGZ§9-4船舶大倾角稳性2)重心高度修正法（通过对初稳性进行修正）将自由液面对初稳性高度的修正值看作船舶重心升高δGMf=-δKG=–（KG-KGo）KG=KGo+δGMfGZ=KN–KGsinθ=KN–(KGo+δGMf)·sinθB0B1Z0ZG0GKNH4）自由液面对大倾角稳性修正复原力臂值减少(重量稳性力臂增加)：δGZ=δGMfsinθ(m)此法未考虑自由液面对横倾轴惯性矩影响。xfiGM§9-4船舶大倾角稳性三、静稳性曲线(CurveofIntactStaticalStabilityorRightingArmCurve)一定Δ情况下，MR或GZ（lR）与θ关系曲线三、静稳性曲线1.静稳性曲线绘制：①计算KG和Δ②据Δ在稳性横交曲线上查取各θ（10°～80°）下KN值。③计算各θ的sin值④计算KH=KGsinθ⑤计算GZ（lR）=KN-KH或⑥计算MR=9.81ΔGZ⑦标连各点复原力臂和复原力矩数值计算表静稳性曲线计算θ°010203040506070KN(m)01.63.254.625.786.57.097.45sinθ00.170.340.50.640.770.870.94KH(m)01.402.764.035.196.186.997.58GZ(m)00.200.490.590.590.320.10-0.13MRt·m037079143109161100959711866-2426MRkN·m036365896971070871080025857718305-23797三、静稳性曲线PositiveStabilityNegativeStabilityNeutralStability三、静稳性曲线2.静稳性曲线的主要特征特征值：GM、GZmaxθsmaxθv1020304050607080GZ(m)12θ°θSθdθvGZ曲线lh曲线θsmax静稳性曲线的基本特征57.3°GM2.静稳性曲线的主要特征1）曲线原点处切线的斜率GM值GZ曲线在原点处的切线斜率GZ′|θ=0=GMcosθ|θ=0=GMa.作原点处曲线的切线b.θ=1rad(57°.3)处作轴垂线交切线于C点c.GM=DC1020304050607080GZ(m)12θ°θSθdθvGZ曲线lh曲线θsmax静稳性曲线的基本特征57.3°GMDC2.静稳性曲线的主要特征2）曲线上的反曲点甲板浸水角θim原点到最高点间的反曲点，θim后GZ增长减缓2.静稳性曲线的主要特征3）静稳性曲线上的极值MaximumRightingArm(GZmax)或MaximumRightingmoment(Mrmax)2.静稳性曲线的主要特征4）稳性消失角(Capsizingangle)θv静稳性曲线x横轴交点对应角稳性范围(RangeofStability)：0°～θv°2.静稳性曲线的主要特征5）静平衡角（静倾角）θSMR=Mh(外力)1020304050607080GZ(m)12θ°θSθdθvGZ曲线lh曲线θsmax静稳性曲线的基本特征57.3°GM2.静稳性曲线的主要特征6）MRmax或GZmax对应角θsmax(极限静倾角,AngleofGZmax)2.静稳性曲线的主要特征7）θ=30°对应的复原力臂GZ|θ=30°可用以表征船舶的大倾角稳性1020304050607080GZ(m)12θ°θSθdθvGZ曲线lh曲线