船舶積載(3-4)

1、 船舶積載船舶積載第三章第三章 保證船舶具有適度穩(wěn)性保證船舶具有適度穩(wěn)性一一. 穩(wěn)性的基本概念穩(wěn)性的基本概念 穩(wěn)性穩(wěn)性(Stability)(Stability)的定義的定義 船舶在外力（矩）船舶在外力（矩）作用下偏離其初始平衡作用下偏離其初始平衡位置而傾斜，當(dāng)外力位置而傾斜，當(dāng)外力（矩）消失后船舶能自（矩）消失后船舶能自行恢復(fù)到初始平衡狀態(tài)行恢復(fù)到初始平衡狀態(tài)的能力。的能力。 復(fù)原力矩復(fù)原力矩M MR R(Righting (Righting moment)moment)M MR R = = GZ GZ GZ GZ 復(fù)原力臂復(fù)原力臂( (重力和重力和浮力作用線之間的距離浮力作用線之間的距離)

2、 )。一一. 穩(wěn)性的基本概念穩(wěn)性的基本概念船舶的三種平衡狀態(tài)船舶的三種平衡狀態(tài)（能否恢復(fù)到初始平衡位置）（能否恢復(fù)到初始平衡位置） 穩(wěn)定平衡：穩(wěn)定平衡：G G在在M M下，產(chǎn)生一恢復(fù)力矩。下，產(chǎn)生一恢復(fù)力矩。 不穩(wěn)定平衡：不穩(wěn)定平衡：G G在在M M上，產(chǎn)生一傾覆力矩。上，產(chǎn)生一傾覆力矩。 中性（隨遇）平衡：中性（隨遇）平衡：G G與與M M重合，不產(chǎn)生力矩。重合，不產(chǎn)生力矩。一一. 穩(wěn)性的基本概念穩(wěn)性的基本概念一一. 穩(wěn)性的基本概念穩(wěn)性的基本概念船舶積載涉及的穩(wěn)性船舶積載涉及的穩(wěn)性 靜穩(wěn)性靜穩(wěn)性(Statical stability) (Statical stability) ：船舶受靜：船

3、舶受靜態(tài)外力矩作用，不計(jì)及傾斜角速度的穩(wěn)性。態(tài)外力矩作用，不計(jì)及傾斜角速度的穩(wěn)性。（初穩(wěn)性、大傾角靜穩(wěn)性初穩(wěn)性、大傾角靜穩(wěn)性） 動(dòng)穩(wěn)性動(dòng)穩(wěn)性(Dynamical stability) (Dynamical stability) ：船舶受：船舶受動(dòng)態(tài)外力作用，計(jì)及傾斜角速度和角加速動(dòng)態(tài)外力作用，計(jì)及傾斜角速度和角加速度的穩(wěn)性。度的穩(wěn)性。二二. 初穩(wěn)性的概念初穩(wěn)性的概念 初穩(wěn)性初穩(wěn)性(Initial stability)(Initial stability)：船舶傾角小于船舶傾角小于1010-15-15或上甲板邊緣開(kāi)始入水前所表現(xiàn)的穩(wěn)性?；蛏霞装暹吘夐_(kāi)始入水前所表現(xiàn)的穩(wěn)性。 初穩(wěn)性假定條件：初穩(wěn)性

4、假定條件： 船舶微傾前后水線面的交線過(guò)原水線面的漂心船舶微傾前后水線面的交線過(guò)原水線面的漂心F F。 浮心移動(dòng)軌跡為圓弧段，圓心為定點(diǎn)浮心移動(dòng)軌跡為圓弧段，圓心為定點(diǎn)M(M(穩(wěn)心穩(wěn)心) )，半，半徑為徑為BM(BM(穩(wěn)心半徑穩(wěn)心半徑) )。 初穩(wěn)性公式：初穩(wěn)性公式： 復(fù)原力矩：復(fù)原力矩： M MR R = = GZGZ滿足假定條件時(shí)：滿足假定條件時(shí)：M MR R = = GMGM sinsin 復(fù)原力矩（靜穩(wěn)性力矩）復(fù)原力矩（靜穩(wěn)性力矩）可以表征船舶靜穩(wěn)性?？梢员碚鞔办o穩(wěn)性。二二. 初穩(wěn)性的概念初穩(wěn)性的概念 通常選用經(jīng)自由液面修正后的初穩(wěn)性高度通常選用經(jīng)自由液面修正后的初穩(wěn)性高度GMGM作為

5、作為衡量船舶初穩(wěn)性的一項(xiàng)主要指標(biāo)衡量船舶初穩(wěn)性的一項(xiàng)主要指標(biāo)。 G G在在M M下，下，GMGM0，船舶具有穩(wěn)性。，船舶具有穩(wěn)性。 GMGM并不能全面表征船舶的初穩(wěn)性（其他條并不能全面表征船舶的初穩(wěn)性（其他條件相同時(shí)，對(duì)于排水量相差懸殊的兩艘船件相同時(shí)，對(duì)于排水量相差懸殊的兩艘船舶或同一船舶在滿載和空載條件下，其復(fù)舶或同一船舶在滿載和空載條件下，其復(fù)原力矩就存在著明顯的差別）。原力矩就存在著明顯的差別）。M MR R = = GMGM sinsin 二二. 初穩(wěn)性的概念初穩(wěn)性的概念 GMGM的基本計(jì)算法的基本計(jì)算法 GM = KM - KG - GM = KM - KG - GMGMf f )

6、(iiZPKG 合力矩定理合力矩定理：平行力系中，各分力對(duì)給定：平行力系中，各分力對(duì)給定平面力矩的代數(shù)和等于其合力對(duì)該平面之矩。平面力矩的代數(shù)和等于其合力對(duì)該平面之矩。重心重心G G (X (Xg g、Y Yg g、Z Zg g)(Center of gravity)(Center of gravity)(P(Pi iZ Zi i) ) 全船垂向重量力矩全船垂向重量力矩二二. 初穩(wěn)性的概念初穩(wěn)性的概念各重量各重量Z Zi i的的計(jì)算計(jì)算 ： 空船重量及其重心高度為定值，可由船舶空船重量及其重心高度為定值，可由船舶穩(wěn)性計(jì)算資料查取。穩(wěn)性計(jì)算資料查取。 貨物重心高度確定：貨物重心高度確定： 估算法

7、（適用于貨艙內(nèi)裝載積載因數(shù)差異較大的多種貨物）估算法（適用于貨艙內(nèi)裝載積載因數(shù)差異較大的多種貨物） 艙容曲線（表）查取法（適用于裝載單一貨種）艙容曲線（表）查取法（適用于裝載單一貨種） 以艙內(nèi)所裝貨物總體積中心作為該艙貨物計(jì)算重心以艙內(nèi)所裝貨物總體積中心作為該艙貨物計(jì)算重心 油水艙的油水重量及重心高度可根據(jù)量尺油水艙的油水重量及重心高度可根據(jù)量尺深度查相應(yīng)液艙艙容曲線或艙容表。深度查相應(yīng)液艙艙容曲線或艙容表。二二. 初穩(wěn)性的概念初穩(wěn)性的概念 GMGM的基本計(jì)算法的基本計(jì)算法 GM = KM - KG - GM = KM - KG - GMGMf f 液艙內(nèi)未裝滿的液體會(huì)隨液艙內(nèi)未裝滿的液體會(huì)隨

8、船舶橫傾向傾斜一側(cè)移動(dòng)，船舶橫傾向傾斜一側(cè)移動(dòng)，該自由流動(dòng)的液體表面稱為該自由流動(dòng)的液體表面稱為自由液面自由液面。 GMGMf f 自由液面對(duì)初穩(wěn)性自由液面對(duì)初穩(wěn)性高度的修正值。高度的修正值。二二. 初穩(wěn)性的概念初穩(wěn)性的概念 GMGM的基本計(jì)算法的基本計(jì)算法 GM = KM - KG - GM = KM - KG - GMGMf f 由于液體具有流動(dòng)性，艙內(nèi)未由于液體具有流動(dòng)性，艙內(nèi)未裝滿的液體（具有自由液面的液裝滿的液體（具有自由液面的液體），在船舶橫傾過(guò)程中會(huì)自動(dòng)體），在船舶橫傾過(guò)程中會(huì)自動(dòng)向傾斜一側(cè)流動(dòng)，使其重心向船向傾斜一側(cè)流動(dòng)，使其重心向船舶傾斜的方向移動(dòng)。液體重心移舶傾斜的方向移動(dòng)

9、。液體重心移動(dòng)所產(chǎn)生的力矩稱自由液面傾側(cè)動(dòng)所產(chǎn)生的力矩稱自由液面傾側(cè)力矩（力矩（pg0g1），它將部分抵消復(fù)），它將部分抵消復(fù)原力矩，從而降低船舶的初穩(wěn)性原力矩，從而降低船舶的初穩(wěn)性高度。高度。二二. 初穩(wěn)性的概念初穩(wěn)性的概念 GMGM的基本計(jì)算法的基本計(jì)算法 GM = KM - KG - GM = KM - KG - GMGMf f )(xiifiGM i ix x 自由液面對(duì)液面中心軸自由液面對(duì)液面中心軸的面積慣性距的面積慣性距(m(m4 4) )。通常船。通常船舶穩(wěn)性計(jì)算資料或液艙容積舶穩(wěn)性計(jì)算資料或液艙容積表中提供了表中提供了“各液艙自由液各液艙自由液面慣性矩面慣性矩i ix x表表”

10、。二二. 初穩(wěn)性的概念初穩(wěn)性的概念 GMGM的基本計(jì)算法的基本計(jì)算法 i ix x公式計(jì)算法：公式計(jì)算法：梯形液面：梯形液面： 矩形液面：矩形液面： 22212148bbbblix 123blix 二二. 初穩(wěn)性的概念初穩(wěn)性的概念 自由液面對(duì)穩(wěn)性的影響與存在自由液面的自由液面對(duì)穩(wěn)性的影響與存在自由液面的液艙個(gè)數(shù)有關(guān)。液艙個(gè)數(shù)有關(guān)。 影響自由液面對(duì)影響自由液面對(duì)GMGM的修正值的主要因素是的修正值的主要因素是液面慣性矩，它是一個(gè)與液艙水平截面形液面慣性矩，它是一個(gè)與液艙水平截面形狀有關(guān)的參數(shù)。自由液面慣性矩與液艙寬狀有關(guān)的參數(shù)。自由液面慣性矩與液艙寬度的三次方成正比。度的三次方成正比。 )(xi

11、ifiGM 二二. 初穩(wěn)性的概念初穩(wěn)性的概念 減小液艙（柜）寬度（油輪減小液艙（柜）寬度（油輪設(shè)計(jì)時(shí)通常都設(shè)置一道或兩設(shè)計(jì)時(shí)通常都設(shè)置一道或兩道縱向艙壁，以減小液貨艙道縱向艙壁，以減小液貨艙寬度；普通貨船雙層底也左寬度；普通貨船雙層底也左右水密分隔成兩個(gè)液柜）。右水密分隔成兩個(gè)液柜）。 可以證明：對(duì)矩形液艙，可以證明：對(duì)矩形液艙，等間距加等間距加n n道縱艙壁，對(duì)道縱艙壁，對(duì)GMGM影響影響值將減少到原來(lái)的值將減少到原來(lái)的1/1/（n+1n+1）2 2。三三. 大傾角穩(wěn)性的概念大傾角穩(wěn)性的概念 大傾角穩(wěn)性大傾角穩(wěn)性(Stability at large angles)(Stability at

12、 large angles)：船舶傾角大于船舶傾角大于1010-15-15或上甲板邊緣開(kāi)始或上甲板邊緣開(kāi)始入水后所表現(xiàn)的穩(wěn)性。入水后所表現(xiàn)的穩(wěn)性。 與初穩(wěn)性的區(qū)別：與初穩(wěn)性的區(qū)別：初穩(wěn)性的兩項(xiàng)假定條件初穩(wěn)性的兩項(xiàng)假定條件不成立，不能直接以不成立，不能直接以GMGM作為其衡準(zhǔn)指標(biāo)。作為其衡準(zhǔn)指標(biāo)。 M M不為定點(diǎn)，不同不為定點(diǎn)，不同傾角時(shí)傾角時(shí)M M具有不同位置。具有不同位置。三三. 大傾角穩(wěn)性的概念大傾角穩(wěn)性的概念 大傾角穩(wěn)性的表示方法大傾角穩(wěn)性的表示方法 M MR R = = GZGZ靜穩(wěn)性力臂靜穩(wěn)性力臂GZGZ可作為大傾角穩(wěn)性的基本標(biāo)志。可作為大傾角穩(wěn)性的基本標(biāo)志。 由于不同的船舶可能由于

13、不同的船舶可能給出不同形式的穩(wěn)性交叉給出不同形式的穩(wěn)性交叉曲線，則曲線，則GZGZ表達(dá)式也不同。表達(dá)式也不同。 基點(diǎn)法基點(diǎn)法 假定重心點(diǎn)法假定重心點(diǎn)法 穩(wěn)心點(diǎn)法穩(wěn)心點(diǎn)法三三. 大傾角穩(wěn)性的概念大傾角穩(wěn)性的概念 大傾角穩(wěn)性的表示方法大傾角穩(wěn)性的表示方法基點(diǎn)法基點(diǎn)法M MR R = = GZGZ = = (KN - KH)(KN - KH) = = (KN - KG(KN - KG sinsin ) )KN KN 形狀穩(wěn)性力臂形狀穩(wěn)性力臂，可，可 從從“基點(diǎn)法穩(wěn)性交叉（橫基點(diǎn)法穩(wěn)性交叉（橫交）曲線交）曲線”或或“穩(wěn)性交叉穩(wěn)性交叉數(shù)值表數(shù)值表”中查取中查取; ; KH KH 重量穩(wěn)性力臂重量穩(wěn)性力臂

14、。 三三. 大傾角穩(wěn)性的概念大傾角穩(wěn)性的概念 靜穩(wěn)性曲線靜穩(wěn)性曲線 (M(MR R=f(=f( ) )或或GZ=f(GZ=f( ) ) 復(fù)原力矩或復(fù)原力臂與橫傾角的函數(shù)關(guān)系曲線。復(fù)原力矩或復(fù)原力臂與橫傾角的函數(shù)關(guān)系曲線。 靜穩(wěn)性力矩曲線靜穩(wěn)性力矩曲線靜穩(wěn)性力臂曲線靜穩(wěn)性力臂曲線 靜穩(wěn)性曲線能全面反映船舶在所核算的裝載條靜穩(wěn)性曲線能全面反映船舶在所核算的裝載條件下，復(fù)原力矩（復(fù)原力臂）隨橫傾角的變化規(guī)律件下，復(fù)原力矩（復(fù)原力臂）隨橫傾角的變化規(guī)律及任一橫傾角時(shí)的及任一橫傾角時(shí)的M MR R或或GZGZ的大小。的大小。M MR R = =(KN - KG(KN - KG sinsin ) )因：因

15、： GZ = GMGZ = GM sinsin 故當(dāng)故當(dāng) = 0= 0時(shí)：時(shí)： 三三. 大傾角穩(wěn)性的概念大傾角穩(wěn)性的概念 靜穩(wěn)性曲線的特征值靜穩(wěn)性曲線的特征值（決定曲線形狀和曲線（決定曲線形狀和曲線下面積的特征點(diǎn)）下面積的特征點(diǎn)） 曲線在原點(diǎn)處的斜率為曲線在原點(diǎn)處的斜率為GMGM cos GMddGZdGZdGM 三三. 大傾角穩(wěn)性的概念大傾角穩(wěn)性的概念 靜穩(wěn)性曲線的特征值靜穩(wěn)性曲線的特征值 橫傾角橫傾角3030 處的復(fù)原力臂處的復(fù)原力臂GZ|GZ| =30=30 （民用海船營(yíng)運(yùn)中受靜態(tài)（民用海船營(yíng)運(yùn)中受靜態(tài)外力矩作用所出現(xiàn)的最大橫傾角通常都避免超過(guò)外力矩作用所出現(xiàn)的最大橫傾角通常都避免超過(guò)3

16、030） 曲線上極值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的橫傾角曲線上極值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的橫傾角 smaxsmax( (極限靜傾角極限靜傾角) ) 船舶所具有的最大靜穩(wěn)性力矩船舶所具有的最大靜穩(wěn)性力矩( (臂臂) )（抵御外力矩的最大能（抵御外力矩的最大能力）及其取得最大值時(shí)船舶的傾斜狀態(tài)。力）及其取得最大值時(shí)船舶的傾斜狀態(tài)。三三. 大傾角穩(wěn)性的概念大傾角穩(wěn)性的概念 靜穩(wěn)性曲線的特征值靜穩(wěn)性曲線的特征值 曲線上反曲點(diǎn)對(duì)應(yīng)角曲線上反曲點(diǎn)對(duì)應(yīng)角 imim（甲板邊緣入水角、甲板（甲板邊緣入水角、甲板浸水角），由入水前后的形狀穩(wěn)性力臂所決定。浸水角），由入水前后的形狀穩(wěn)性力臂所決定。 穩(wěn)性消失角穩(wěn)性消失角 v v ：在：在 smaxsma

17、x且且M MR R = 0 = 0所對(duì)應(yīng)的橫所對(duì)應(yīng)的橫傾角。傾角。 三三. 大傾角穩(wěn)性的概念大傾角穩(wěn)性的概念 靜穩(wěn)性曲線的特征值靜穩(wěn)性曲線的特征值 靜穩(wěn)性曲線下的面積靜穩(wěn)性曲線下的面積A AR R：受靜態(tài)外力矩作用，當(dāng)：受靜態(tài)外力矩作用，當(dāng)傾側(cè)外力矩傾側(cè)外力矩M Mh h（逐漸作用于船上）與復(fù)原力矩（逐漸作用于船上）與復(fù)原力矩M MR R達(dá)到平衡時(shí)，達(dá)到平衡時(shí)，M Mh h所做的功所做的功W Wh h全部轉(zhuǎn)換為船舶位能，全部轉(zhuǎn)換為船舶位能，即靜穩(wěn)性曲線下的面積即靜穩(wěn)性曲線下的面積A AR R。面積越大，穩(wěn)性越大。面積越大，穩(wěn)性越大。三三. 大傾角穩(wěn)性的概念大傾角穩(wěn)性的概念 靜平衡位置和靜平衡角

18、靜平衡位置和靜平衡角 船舶靜穩(wěn)性被假定為外力矩逐漸作用于船上，船舶靜穩(wěn)性被假定為外力矩逐漸作用于船上，當(dāng)傾側(cè)外力矩當(dāng)傾側(cè)外力矩M Mh h不再增加并等于復(fù)原力矩不再增加并等于復(fù)原力矩M MR R時(shí)，船舶時(shí)，船舶處于處于靜平衡狀態(tài)靜平衡狀態(tài)，所對(duì)應(yīng)的橫傾角稱為，所對(duì)應(yīng)的橫傾角稱為靜傾角靜傾角 s s。 靜平衡條件：靜平衡條件： M Mh h=M=MR R 滿足滿足M Mh hMMRmRm，才，才能確保船舶在靜態(tài)能確保船舶在靜態(tài)外力矩作用下不致外力矩作用下不致傾覆。傾覆。四四. 動(dòng)穩(wěn)性的概念動(dòng)穩(wěn)性的概念 動(dòng)穩(wěn)性動(dòng)穩(wěn)性 動(dòng)穩(wěn)性動(dòng)穩(wěn)性(Dynamical stability)(Dynamical st

19、ability)：船舶在動(dòng)態(tài)外：船舶在動(dòng)態(tài)外力矩作用下計(jì)及橫傾斜角加速度和慣性矩的穩(wěn)性。力矩作用下計(jì)及橫傾斜角加速度和慣性矩的穩(wěn)性。（外力矩在較短時(shí)間內(nèi)有明顯變化或突然作用于（外力矩在較短時(shí)間內(nèi)有明顯變化或突然作用于船上）船上） 靜穩(wěn)性靜穩(wěn)性(Statical stability)(Statical stability)：船舶受靜態(tài)外力：船舶受靜態(tài)外力矩作用，不計(jì)及傾斜角速度的穩(wěn)性。矩作用，不計(jì)及傾斜角速度的穩(wěn)性。 動(dòng)穩(wěn)性動(dòng)穩(wěn)性(Dynamical stability)(Dynamical stability)：船舶受動(dòng)態(tài)外：船舶受動(dòng)態(tài)外力矩作用，計(jì)及傾斜角速度和角加速度的穩(wěn)性。力矩作用，計(jì)及

20、傾斜角速度和角加速度的穩(wěn)性。 四四. 動(dòng)穩(wěn)性的概念動(dòng)穩(wěn)性的概念 船舶動(dòng)平衡及動(dòng)傾角船舶動(dòng)平衡及動(dòng)傾角 船舶在動(dòng)態(tài)外力矩作用下，當(dāng)外力矩等于復(fù)原力矩時(shí)，船舶在動(dòng)態(tài)外力矩作用下，當(dāng)外力矩等于復(fù)原力矩時(shí)，由于慣性作用船舶將繼續(xù)傾斜，當(dāng)外力矩所做的功完全由復(fù)原由于慣性作用船舶將繼續(xù)傾斜，當(dāng)外力矩所做的功完全由復(fù)原力矩所做的功抵消時(shí)，船舶的角速度才變?yōu)榱愣Ｖ箖A斜，但力矩所做的功抵消時(shí)，船舶的角速度才變?yōu)榱愣Ｖ箖A斜，但此時(shí)并未達(dá)到力的平衡狀態(tài)，船舶將開(kāi)始復(fù)原。如此往復(fù)擺動(dòng)，此時(shí)并未達(dá)到力的平衡狀態(tài)，船舶將開(kāi)始復(fù)原。如此往復(fù)擺動(dòng)，受水和空氣的阻力作用，船舶的擺動(dòng)角速度逐漸減小，船舶最受水和空氣的阻力作用

21、，船舶的擺動(dòng)角速度逐漸減小，船舶最終將平衡于其靜傾角處。終將平衡于其靜傾角處。 船舶橫傾過(guò)程中，船舶橫傾過(guò)程中，M Mh h和和M MR R不等，則產(chǎn)生一角加速度，不等，則產(chǎn)生一角加速度，迫使船舶作加（減）速傾斜；迫使船舶作加（減）速傾斜；W Wh h不等于不等于W WR R，船舶就具有一，船舶就具有一定的角速度使船舶繼續(xù)傾斜。定的角速度使船舶繼續(xù)傾斜。四四. 動(dòng)穩(wěn)性的概念動(dòng)穩(wěn)性的概念 船舶動(dòng)平衡及動(dòng)傾角船舶動(dòng)平衡及動(dòng)傾角 在動(dòng)態(tài)外力矩作用下在動(dòng)態(tài)外力矩作用下船舶發(fā)生傾斜，當(dāng)角速船舶發(fā)生傾斜，當(dāng)角速度為零時(shí)不再向傾斜方度為零時(shí)不再向傾斜方向繼續(xù)傾斜，此時(shí)船舶向繼續(xù)傾斜，此時(shí)船舶處于處于動(dòng)平衡狀

22、態(tài)動(dòng)平衡狀態(tài)。 船舶達(dá)到動(dòng)平衡時(shí)的船舶達(dá)到動(dòng)平衡時(shí)的橫傾角稱橫傾角稱動(dòng)傾角動(dòng)傾角。 船舶船舶動(dòng)平衡條件動(dòng)平衡條件： W Wh h=W=WR R四四. 動(dòng)穩(wěn)性的概念動(dòng)穩(wěn)性的概念 船舶動(dòng)平衡及動(dòng)傾角船舶動(dòng)平衡及動(dòng)傾角靜傾角靜傾角 s s：船舶在靜力作用下的最大橫傾角。：船舶在靜力作用下的最大橫傾角。動(dòng)傾角動(dòng)傾角 d d：船舶在動(dòng)力作用下的最大橫傾角。：船舶在動(dòng)力作用下的最大橫傾角。四四. 動(dòng)穩(wěn)性的概念動(dòng)穩(wěn)性的概念 動(dòng)穩(wěn)性大小的基本標(biāo)志動(dòng)穩(wěn)性大小的基本標(biāo)志動(dòng)穩(wěn)性用動(dòng)穩(wěn)性用復(fù)原力矩所做的功復(fù)原力矩所做的功W WR R來(lái)表征。來(lái)表征。 靜穩(wěn)性用復(fù)原力矩靜穩(wěn)性用復(fù)原力矩M MR R來(lái)表征。來(lái)表征。 四四.

23、 動(dòng)穩(wěn)性的概念動(dòng)穩(wěn)性的概念最小傾覆力矩最小傾覆力矩M Mhminhmin 船舶在極限動(dòng)平衡時(shí)對(duì)船舶在極限動(dòng)平衡時(shí)對(duì)應(yīng)的外力矩為船舶能夠應(yīng)的外力矩為船舶能夠承受外力矩的最大值，承受外力矩的最大值，即使船舶傾覆所需力矩即使船舶傾覆所需力矩的最小值。的最小值。 最小傾覆力矩最小傾覆力矩M Mhminhmin：船：船舶在極限動(dòng)平衡時(shí)的外舶在極限動(dòng)平衡時(shí)的外力矩（衡量船舶動(dòng)穩(wěn)性力矩（衡量船舶動(dòng)穩(wěn)性的重要參數(shù)）。的重要參數(shù)）。 從動(dòng)穩(wěn)性考慮，保證船從動(dòng)穩(wěn)性考慮，保證船舶不致傾覆的條件為：舶不致傾覆的條件為： M Mh hMMhminhmin四四. 動(dòng)穩(wěn)性的概念動(dòng)穩(wěn)性的概念 最小傾覆力矩最小傾覆力矩M Mh

24、minhmin動(dòng)穩(wěn)性的衡準(zhǔn)指標(biāo)動(dòng)穩(wěn)性的衡準(zhǔn)指標(biāo) ( (穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)K)K) wminhwminhllMMKM Mhminhmin、l lhminhmin 最小傾覆力矩和力臂，即使船舶最小傾覆力矩和力臂，即使船舶發(fā)生傾覆的最小動(dòng)傾外力矩和力臂；發(fā)生傾覆的最小動(dòng)傾外力矩和力臂；M Mw w、l lw w 風(fēng)壓傾側(cè)力矩和力臂，即設(shè)定的惡劣風(fēng)壓傾側(cè)力矩和力臂，即設(shè)定的惡劣海況下風(fēng)壓對(duì)船舶的動(dòng)傾力矩和力臂。海況下風(fēng)壓對(duì)船舶的動(dòng)傾力矩和力臂。 四四. 動(dòng)穩(wěn)性的概念動(dòng)穩(wěn)性的概念 動(dòng)穩(wěn)性與靜穩(wěn)性的區(qū)別動(dòng)穩(wěn)性與靜穩(wěn)性的區(qū)別 靜靜 穩(wěn)穩(wěn) 性性動(dòng)動(dòng) 穩(wěn)穩(wěn) 性性受力性質(zhì)受力性質(zhì)靜態(tài)外力作用靜態(tài)外力作用動(dòng)態(tài)外力

25、作用動(dòng)態(tài)外力作用表表 征征復(fù)原力矩復(fù)原力矩M MR R( (力臂力臂GZ) GZ) M MR R = = GZGZM MR R所作功所作功W WR R( (力臂力臂l ld d) ) M Md d=W=WR R = = l ld d平衡條件平衡條件當(dāng)當(dāng)M MR R = M = Mh h時(shí)，船舶平時(shí)，船舶平衡于靜傾角衡于靜傾角 s s當(dāng)當(dāng)W WR R = W = Wh h時(shí)，船時(shí)，船舶平衡于動(dòng)傾角舶平衡于動(dòng)傾角 d d五五. 法定規(guī)則法定規(guī)則對(duì)船舶穩(wěn)性的要求對(duì)船舶穩(wěn)性的要求 對(duì)國(guó)內(nèi)航行海船穩(wěn)性的基本要求對(duì)國(guó)內(nèi)航行海船穩(wěn)性的基本要求 經(jīng)自由液面修正后，船舶在所核算的裝載狀經(jīng)自由液面修正后，船舶在所

26、核算的裝載狀況下必須同時(shí)滿足：況下必須同時(shí)滿足： (1) GM (1) GM 0.15m 0.15m； (2) GZ|(2) GZ| =30=30 0.20m 0.20m，當(dāng)，當(dāng) f f302.02.0時(shí)，該要求可適當(dāng)放寬；時(shí)，該要求可適當(dāng)放寬； (4) K (4) K 1.00 1.00。 wminhwminhllMMK五五. 法定規(guī)則法定規(guī)則對(duì)船舶穩(wěn)性的要求對(duì)船舶穩(wěn)性的要求 對(duì)國(guó)際航行海船的穩(wěn)性基本要求對(duì)國(guó)際航行海船的穩(wěn)性基本要求 經(jīng)自由液面修正后，船舶在所核算裝載狀態(tài)經(jīng)自由液面修正后，船舶在所核算裝載狀態(tài)下必須同時(shí)滿足（符合下必須同時(shí)滿足（符合IMOIMO穩(wěn)性規(guī)則）：穩(wěn)性規(guī)則）： (1)

27、GM (1)GM 0.15m 0.15m； (2)(2)復(fù)原力臂曲線下的面積：在橫傾角復(fù)原力臂曲線下的面積：在橫傾角0 03030之間所之間所圍面積應(yīng)不小于圍面積應(yīng)不小于0.055m0.055mradrad；在橫傾角；在橫傾角0 04040或進(jìn)水角或進(jìn)水角中較小者之間所圍面積應(yīng)不小于中較小者之間所圍面積應(yīng)不小于0.090m0.090mradrad；在橫傾角；在橫傾角30304040或進(jìn)水角中較小者之間所圍面積應(yīng)不小于或進(jìn)水角中較小者之間所圍面積應(yīng)不小于0.030m0.030mradrad； (3)GZ|(3)GZ| =30=30 0.20m 0.20m； (4)(4)smaxsmax 25 2

28、5； (5)(5)滿足天氣衡準(zhǔn)要求。滿足天氣衡準(zhǔn)要求。 (1)GM (1)GM 0.15m 0.15m； (2)(2)復(fù)原力臂曲線下的面積：在橫傾角復(fù)原力臂曲線下的面積：在橫傾角0 03030之間所之間所圍面積應(yīng)不小于圍面積應(yīng)不小于0.055m0.055mradrad；在橫傾角；在橫傾角0 04040或進(jìn)水角或進(jìn)水角中較小者之間所圍面積應(yīng)不小于中較小者之間所圍面積應(yīng)不小于0.090m0.090mradrad；在橫傾角；在橫傾角30304040或進(jìn)水角中較小者之間所圍面積應(yīng)不小于或進(jìn)水角中較小者之間所圍面積應(yīng)不小于0.030m0.030mradrad； (3)GZ|(3)GZ| =30=30 0

29、.20m 0.20m； (4)(4)smaxsmax 25 25； (5)(5)滿足天氣衡準(zhǔn)要求。滿足天氣衡準(zhǔn)要求。六六. 船舶臨界穩(wěn)性資料船舶臨界穩(wěn)性資料 最小許用初穩(wěn)性高度最小許用初穩(wěn)性高度GMGMc c（臨界初穩(wěn)性高度）：（臨界初穩(wěn)性高度）：恰能同時(shí)滿足船舶完整穩(wěn)性全部指標(biāo)的最低要求恰能同時(shí)滿足船舶完整穩(wěn)性全部指標(biāo)的最低要求時(shí)，對(duì)船舶初穩(wěn)性高度的最低限制值。時(shí)，對(duì)船舶初穩(wěn)性高度的最低限制值。 許用重心高度許用重心高度KGKGc c（極限重心高度）：（極限重心高度）：恰能同時(shí)恰能同時(shí)滿足船舶完整穩(wěn)性全部指標(biāo)的最低要求時(shí)，對(duì)船滿足船舶完整穩(wěn)性全部指標(biāo)的最低要求時(shí)，對(duì)船舶重心高度的最高限制值。

30、舶重心高度的最高限制值。 KGKGc c = KM - GM = KM - GMc c 應(yīng)用：應(yīng)用：GMGMGMGMc cKGKGKGKGc c法定規(guī)則法定規(guī)則規(guī)定船舶資料規(guī)定船舶資料必須提供必須提供GMGMc c或或KGKGc c曲線。曲線。六六. 船舶臨界穩(wěn)性資料船舶臨界穩(wěn)性資料七七. 船舶穩(wěn)性的調(diào)整船舶穩(wěn)性的調(diào)整 船舶穩(wěn)性的適用范圍船舶穩(wěn)性的適用范圍GMGMc c ,GM| ,GM|T=9sT=9s 橫搖周期為橫搖周期為15s15s左右對(duì)應(yīng)的左右對(duì)應(yīng)的GMGM值為適宜值。值為適宜值。0202GMKG4Bf58. 0T 20TBfGM 法定規(guī)則法定規(guī)則經(jīng)驗(yàn)公式經(jīng)驗(yàn)公式七七. 船舶穩(wěn)性的調(diào)整

31、船舶穩(wěn)性的調(diào)整設(shè)設(shè)GMGM的調(diào)整值的調(diào)整值:GM=:GM=要求的要求的GMGM2 2- -調(diào)整前調(diào)整前GMGM1 1。 垂向移動(dòng)載荷垂向移動(dòng)載荷Z Z P P重心垂向移動(dòng)距離重心垂向移動(dòng)距離(m),(m), 下移取下移取“+ +”，上移取，上移取“- -”。 垂移前后不變，則垂移前后不變，則KMKM不變，垂不變，垂移所引起的重心高度改變量在數(shù)值移所引起的重心高度改變量在數(shù)值上等于初穩(wěn)性高度改變量。上等于初穩(wěn)性高度改變量。 該方法適用于配載計(jì)劃編制階段。該方法適用于配載計(jì)劃編制階段。七七. 船舶穩(wěn)性的調(diào)整船舶穩(wěn)性的調(diào)整 垂向移動(dòng)載荷垂向移動(dòng)載荷 當(dāng)滿艙無(wú)法上下移貨時(shí)，可采用輕重當(dāng)滿艙無(wú)法上下移貨

32、時(shí)，可采用輕重貨等體積互換方法調(diào)整。貨等體積互換方法調(diào)整。 七七. 船舶穩(wěn)性的調(diào)整船舶穩(wěn)性的調(diào)整 加減載荷加減載荷( ( P P 10% 10% ) ) P P加載取加載取“+”+”，減載取，減載取“-”-”。 此方法屬于少量載荷增減，此方法屬于少量載荷增減，適用于船舶配載時(shí)、裝載后或適用于船舶配載時(shí)、裝載后或航行中的穩(wěn)性調(diào)整。航行中的穩(wěn)性調(diào)整。第四章第四章 保證滿足船舶的強(qiáng)度要求保證滿足船舶的強(qiáng)度要求一一. 船舶強(qiáng)度的定義和分類船舶強(qiáng)度的定義和分類 船舶強(qiáng)度船舶強(qiáng)度(Strength of ships)(Strength of ships)：船體結(jié)構(gòu)船體結(jié)構(gòu)抵抗內(nèi)外作用力的能力。抵抗內(nèi)外作用

33、力的能力。 船舶強(qiáng)度可分為：船舶強(qiáng)度可分為： 二二. 船體縱向結(jié)構(gòu)的受力概述船體縱向結(jié)構(gòu)的受力概述 單位長(zhǎng)度船體的重力、浮力和載荷的分布單位長(zhǎng)度船體的重力、浮力和載荷的分布曲線曲線 二二. 船體縱向結(jié)構(gòu)的受力概述船體縱向結(jié)構(gòu)的受力概述切力及其分布曲線切力及其分布曲線 若船體縱向坐標(biāo)若船體縱向坐標(biāo)為為x x的橫剖面一側(cè)所受的橫剖面一側(cè)所受的重力和浮力總數(shù)不的重力和浮力總數(shù)不相等，該側(cè)船體必然相等，該側(cè)船體必然受到來(lái)自另一側(cè)船體受到來(lái)自另一側(cè)船體的作用力（的作用力（切力切力）。）。 船舶最大切力通船舶最大切力通常出現(xiàn)在距首尾常出現(xiàn)在距首尾1/41/4船船長(zhǎng)附近。長(zhǎng)附近。二二. 船體縱向結(jié)構(gòu)的受力概

34、述船體縱向結(jié)構(gòu)的受力概述切力及其分布曲線切力及其分布曲線 若船體縱向坐標(biāo)若船體縱向坐標(biāo)為為x x的橫剖面一側(cè)的重的橫剖面一側(cè)的重力對(duì)剖面的力矩和浮力對(duì)剖面的力矩和浮力對(duì)剖面的力矩不相力對(duì)剖面的力矩不相等，該側(cè)船體必然受等，該側(cè)船體必然受到來(lái)自另一側(cè)船體的到來(lái)自另一側(cè)船體的力矩（力矩（彎矩彎矩）。）。 船舶最大彎矩通船舶最大彎矩通常出現(xiàn)在船舯前后。常出現(xiàn)在船舯前后。二二. 船體縱向結(jié)構(gòu)的受力概述船體縱向結(jié)構(gòu)的受力概述 船體總縱彎曲變形（拱垂變形）船體總縱彎曲變形（拱垂變形） 切力與彎矩作用于船體，使船體產(chǎn)生剪切切力與彎矩作用于船體，使船體產(chǎn)生剪切變形和彎曲變形，構(gòu)成船體的縱向變形，變形和彎曲變形

35、，構(gòu)成船體的縱向變形，即總縱彎曲變形（拱垂變形）。即總縱彎曲變形（拱垂變形）。 船體產(chǎn)生總縱彎曲的主要原因是由于重力船體產(chǎn)生總縱彎曲的主要原因是由于重力和浮力沿船長(zhǎng)分布不一致所引起。和浮力沿船長(zhǎng)分布不一致所引起。二二. 船體縱向結(jié)構(gòu)的受力概述船體縱向結(jié)構(gòu)的受力概述 船體總縱彎曲變形（拱垂變形）船體總縱彎曲變形（拱垂變形） 中拱中拱(Hogging)(Hogging)船體中船體中部上拱的彎曲狀態(tài)部上拱的彎曲狀態(tài)( (受正受正彎矩作用彎矩作用) )。 中垂中垂(Sagging)(Sagging)船體中船體中部下垂的彎曲狀態(tài)部下垂的彎曲狀態(tài)( (受負(fù)受負(fù)彎矩作用彎矩作用) )。 不利位置不利位置二二

36、. 船體縱向結(jié)構(gòu)的受力概述船體縱向結(jié)構(gòu)的受力概述 船體縱向強(qiáng)度船體縱向強(qiáng)度：指船體結(jié)構(gòu)所具有的抵御：指船體結(jié)構(gòu)所具有的抵御因重力和浮力沿縱向分布不一致而造成的因重力和浮力沿縱向分布不一致而造成的極度變形或損壞的能力。極度變形或損壞的能力。 船體受力超過(guò)縱向強(qiáng)度的允許范圍，將導(dǎo)船體受力超過(guò)縱向強(qiáng)度的允許范圍，將導(dǎo)致船體縱向構(gòu)件（如甲板、龍骨等）發(fā)生致船體縱向構(gòu)件（如甲板、龍骨等）發(fā)生永久變形或損壞。永久變形或損壞。三三. 船體縱向強(qiáng)度的校核方法船體縱向強(qiáng)度的校核方法 許用切力和許用彎矩許用切力和許用彎矩 校核各橫剖面的靜水切力和靜水彎矩校核各橫剖面的靜水切力和靜水彎矩 強(qiáng)度曲線圖和載荷對(duì)船中彎矩

37、允許范圍表強(qiáng)度曲線圖和載荷對(duì)船中彎矩允許范圍表 用經(jīng)驗(yàn)方法控制船體的總縱變形用經(jīng)驗(yàn)方法控制船體的總縱變形 根據(jù)實(shí)船吃水判斷船舶總縱彎曲變形根據(jù)實(shí)船吃水判斷船舶總縱彎曲變形 船體應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)船體應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)三三. 船體縱向強(qiáng)度的校核方法船體縱向強(qiáng)度的校核方法 用經(jīng)驗(yàn)方法控制船體的總縱變形用經(jīng)驗(yàn)方法控制船體的總縱變形（滿足縱（滿足縱向強(qiáng)度條件的經(jīng)驗(yàn)積載方法；向強(qiáng)度條件的經(jīng)驗(yàn)積載方法；按艙容比例按艙容比例分配各艙載貨重量）分配各艙載貨重量） A Ai i 第第i i艙調(diào)整值艙調(diào)整值(t)(t)。兩種確定方法：。兩種確定方法： 取夏季滿載時(shí)該艙裝載量的取夏季滿載時(shí)該艙裝載量的10%10%。 取本航次該艙裝載量的取本航次該艙裝載量的10%10%。 ichchiiAQVVP %10NDWVVAschi .chi %10QVVAchi .chi 三三. 船體縱向強(qiáng)度的校核方法船體縱向強(qiáng)度的校核方法 根據(jù)實(shí)船吃水判斷船舶總縱彎曲變形根據(jù)實(shí)船吃水判斷船舶總縱彎曲變形判別拱垂變形的方法判別拱垂變形的方法設(shè)拱垂值設(shè)拱垂值 ，則：則： 當(dāng)當(dāng) 0 0時(shí)，船舶呈時(shí)，船舶呈中拱變形；中拱變形； 當(dāng)當(dāng) 0 0時(shí)，船舶呈時(shí)，船舶呈中垂變形。中垂變形。 2dd