1、浙江海洋学院本科论文 目录 本科 毕业论文 (设计 ) 题 目： 基于 Sesam 振沉船稳性计算 学 院： 学生姓名： 专 业： 船舶与海洋工程 班 级： 指导教师： 起 止 日期： 浙江海洋学院本科论文 目录 目录 目录 . 2 钢箱桶振沉船的稳性计算 . 3 1 绪论 . 5 1.1 论文的目的和意义 . 5 1.2 稳性的基本概念 . 5 1.2.1 船舶初稳性的概念 . 7 1.2.2 船舶大倾角静稳性的概念 . 9 1.3 船舶稳性的要求 . 11 1.4 载荷移动、重量增减、货物悬挂对稳性的影响及计算 . 16 1.5船舶稳性检查和调整 . 17 1.6 改善船舶完整稳性的措施
2、. 21 2 国内外关于船舶稳性研究现状 . 22 2.1 稳性研究现状 . 22 2.1.1静水中船舶稳性研究现状 . 22 2.1.2 波浪中船舶稳性国外研究现状 . 23 2.1.3 波浪中船舶稳性国内研究现状 . 25 3 全船湿表面模型的建立 . 28 3.1 SESAM 软件简介 . 28 3.2 振沉船船体外表面模型 . 28 3.3 质量模型 . 36 3.4稳性计算 . 36 3.5不同工况下的示意图 . 39 4 结论与展望 . 46 参考文献 . 48 致谢词 . 49 浙江海洋学院本科论文 中文 摘要 钢箱桶振沉 船的稳性计算 摘 要 稳性是指船舶在受外力作用发生倾斜而
3、不致倾覆，当外力作用消失后，船舶仍能回复到原来平衡 位置的能力。即 船舶在完整情况必须满足的稳性要求，包括小角度的初稳性和大角度时比如遇到突风时的动稳性，分别有对最小 GM 值，稳性复原力臂，对应横倾角，进水角等方面的 衡 准要求 。 文中详细阐述了进行整船静稳性计算的过程及方法。首先建立湿表面模型进行了两种装载工况下完整稳性计算，其中包括舱容、沿船长剪力弯矩、重心曲线等。 【关键词】 完整稳性、最小 GM、进水角 浙江海洋学院本科论文 英文摘要 Piling barge Intact Stability 【 Abstract】 Stability is that a ship was ske
4、wed by external force without overturning, when the external force disappears, the ship is able to return to the original position of equilibrium. The ship in the intact condition of the stability requirements must be met, including the initial stability of small angles and dynamic stability of larg
5、e angles, such as during sudden wind, respectively, the minimum GM values, lever of stability, corresponding to the angle of heel , Angle into the waterline aspects of the criterion angle requirements.This article is described in detail the whole process of ship hydrodynamic analysis and methods. Fi
6、rst, Wet surface model for the two loading conditions intact stability calculations,Including tank capacity, bending moment along the shear captain, center of gravity curve. Key WordsIntact stability, the smallest GM, angle into the waterline 浙江海洋学院本科毕业论文 正文 1 绪论 1.1 论文的目的和意义 船舶设计过程当中 ,对性能的要求是多方面的 ,
7、包括船舶的浮态、稳性、快速性、适航性 (耐波性 )、操纵性和抗沉性等等。任何一个性能指标不理想 ,都会影响船舶的航行性能 ,严重时甚至会危及到船舶自身安全和人员生命安全。各性能之间往往是相互关联、相互制约的。某方面性能的调整 ,可能会导致其它性能指标达不到要求 ,这一点在设计中必须引起高度重 视。船舶的完整稳性是其航行安全的重要性能之一 ,完整稳性主要包括浮性、初稳性、大倾角稳性及抗风能力 .浮性是舰船在一定载况下保持漂浮姿态的能力 ,是研究舰船航海性能的基础 .稳性是舰船在外力作用下发生倾斜而不致倾覆 ,当外力作用消失后 ,仍能恢复其原来状态的能力 ,其可分为初稳性和大倾角稳性。一般在设计过
8、程中 ,只计算校核几种典型装载状态下的浮态和稳性 ;在使用过程中 ,通常按照设计时确定的配载方案装卸各种载荷、按规定的顺序消耗油水即认为满足要求 .但有些舰船因其多种任务和功能的需要而经常在不同位置变换不同种类和数量的载荷 ,并在 航行过程中因消耗燃油和淡水等而使载荷减少 ,使浮态和稳性经常发生变化 .为了知道任意时刻浮态、稳性及抗风能力是否满足要求 ,研究任意当前载况下完整稳性的实时计算方法非常必要。 目前，已有许多三维船舶运动和稳性计算的商业软件。如挪威船级社 (DNV)开发的SESAM(船舶强度计算系统 )，其中 HydroD 模块主要进行水动力计算 。 1.2 稳性的基本概念 船舶平衡
9、的 3 种状态： 船舶的平衡状态船舶漂浮于水面上，其重力为 W，浮力为， G 为船舶重心， B 为船舶初始位置的浮心。在某一性质的外力矩作用下船舶发生倾斜，由于倾斜后 水线下排水体积的几何形状改变，浮心由 B 移至 B1 点，当外力矩消失后船舶能否恢复到初始平衡位置，取决于它处在何种平衡状态如下图 1.1 浙江海洋学院本科毕业论文 正文 图 1.1 三种平衡状态 （ 1）稳定平衡。如图（ a）所示，船舶倾斜后在重力 W 和浮力作用下产生一稳性力矩，在此力矩作用下，船舶将会恢复到初始平衡位置，称该种船舶初始平衡状态为稳定平衡状态。 （ 2）随遇平衡。如图 2-1 所示，船舶倾斜后重力 W 和浮力
10、仍然作用在同一垂线上而不产生力矩，因而船舶不能恢复到初始平衡位置，则称该种船舶初始平衡状态为随遇平衡状态。 （ 3）不稳定平衡。如图 2-1（ c）所示，船舶倾斜后重力 W 和浮力作用下产生一倾覆力矩，在此力矩作用下船舶将继续倾斜，称称该种船舶初始平衡状态为不稳定平衡状态。 船舶平衡状态的判别为对船舶的平衡状态进行判别，将船舶正浮时浮力作用线和倾斜后浮力作用线的交点定义为稳心，以 M 表示。由于船舶倾斜后的浮心位置或浮力作用线与船舶吃水（或排水量）、船舶倾角有关，稳心位置也随船舶吃水（或排水量）、船舶倾角不同而变化。 进一步分析表明，船舶处于何种平衡状态与重心 G 和稳心 M 的相对位置有关。
11、船舶稳定平衡时，重心 G 位于稳心 M 之下；船舶不稳定平衡时，重心 G 位 于稳心 M 之上；船舶随遇平衡时，重心 G 和稳心 M 重合。因此，为了使船舶在受到一外力矩作用下具有一定的复原能力从而保证船舶安全，船舶重心必须在相应倾角时的稳心之下。处于稳定平衡状态的船舶，其复原能力的大小取决于倾斜后产生的稳性力矩或复原力矩 sM 的大小。由图（ a）可见，该稳性力矩大小为 GZMs (1-1) 式中： GZ 静稳性力臂 （ m），是船舶重心 G 至倾斜后浮 力作用线的垂直距离，通常简称作稳性力臂或复原力臂。船舶稳性的分类：船舶在外力矩作用下偏离其初始平衡位置而倾斜，当外力矩消失后船体能自行恢复
12、到初始平衡状态的能力称为船舶稳性。 船舶稳性通常可按以下方法分类： 1.按船舶倾斜方向分类。可分为横稳性和纵稳性。横稳性指船舶绕纵向轴（ x 轴）横倾时的稳性，纵稳性指船舶绕横向轴（ y 轴）纵倾时的稳性。由于纵稳性力矩远大于横稳性力浙江海洋学院本科毕业论文 正文 矩，故实际营运中不可能因纵稳性不足而导致船舶倾覆。 2.按倾角大小分类。可分为初稳性和大倾角稳性。初稳性（小倾角稳性）指船舶微倾时所具有的稳性，微倾 在实际营运中将倾斜角扩大至 10 15；大倾角稳性指当倾角大于10 15时的稳性。 3.按作用力矩的性质分类。可分为静稳性和动稳性。静稳性指船舶在倾斜过程中不计及角加速度和惯性矩时的稳
13、性；动稳性指船舶在倾斜过程中计及角加速度和惯性矩时的稳性。 4.按船舱是否进水分类。可分成完整稳性和破舱稳性。船体在完整状态时的稳性称为完整稳性，而船体破舱进水后所具有的稳性则称为破舱稳性。 1.2.1 船舶初稳性的概念 船舶初稳性的基本标准理论证明船舶在微倾条件下，倾斜轴过初始水线面的面积中心即初始漂心 F；过初始漂心 F 微 倾后船舶排水体积不变；当排水量一定时，船舶的稳心 M 点为一定点。船舶初稳性是以上述结论为前提进行研究和表述的。船舶在小倾角条件下，稳性力矩 Ms 和稳性力臂 GZ 可表示为 sinGMM s (1-2) sinGMGZ (1-3) 式中： GM船舶重心与稳心间的垂直
14、距离，称为初稳性高度（ m）； 船舶横倾角（）。 由上式可见，在排水量及倾角一定情况下，静稳性力矩大小取决于重心和稳心的相对位置，即取决于 GM 大小。当 M 点在 G 点之上， GM 为正值 ，此时船舶具有稳性力矩并与 GM 值成正比；当 M 点在 G 点之下， GM 为负值，此时船舶具有倾覆力矩亦与 GM 值成正比；当 M 点和 G点重合， GM 为零，此时稳性力矩为零。由此分析可知， GM 可以作为衡量船舶初稳性大小的基本标志。欲使船舶具有稳性，必须使 GM 0。 初稳性高度 GM 的计算： 1.由装载排水量查取横稳心距基线高度 KM。 2.根据装载方案按下式计算船舶 KG： 0 iip
15、zKG (1-4) 3.按式 GM KM KG 计算船舶初稳性高度 GM。 浙江海洋学院本科毕业论文 正文 自由液面对初稳性高度的影 响：船上各液体舱柜在液体未充满整个舱内空间时随船舶横倾而向倾斜一侧移动，该自由流动的液体表面称为自由液面。当船舶倾斜时，舱柜内液体随之流动，使液体的重心向倾斜一方移动，产生了一与稳性力矩方向相反的倾斜力矩，从而减少了原有的稳性力矩，也即降低了船舶初稳性高度。 自由液面对初稳性高度的修正值表达式： 由于自由液面影响而使初稳性高度减小，其减小值 GMf 可表示为 xf iGM (1-5) 式中 : s-液体密度（ g/cm3）； ix液舱柜内自由液面对 液面中心轴的
16、面积惯矩（ m4）。 当存在多个自由液面时， GMf 为 xfiGM (1-6) 减少自由液面影响的措施：船舶在建造和营运中，应尽量减小自由液面对稳性的影响，其具体措施包括： 1.减小液舱（柜）宽度。液体散装货船因装载大量液体货，其自由液面对稳性影响较大，为此船舶在设计时，通常都设置一道或两道纵向舱壁，将液舱宽度减小。对于普通货船的双层底内，其左右也是水密分隔成两个液柜。 矩形液面的液舱内设置一道纵向舱壁将其宽度二等分， ix 将减至原来的 1/4；设置两道 纵向舱壁将其宽度三等分， ix 则减至原来的 1/9。对于等腰梯形或等腰三角形液面的液舱，若中间设置一道纵向舱壁，将其左右宽度等分， i
17、x 则会减至原来的 1/3。增设横舱壁则不会减少自由液面对稳性的影响。 2.液舱（柜）应尽可能装满或空舱。对于液体散装货船，各液体货舱在考虑适当的膨胀余量后应尽量装满，若舱容有剩余，则可保留若干空舱，以减少具有自由液面的舱数。对于普通货船的油水舱，应逐舱装载和使用，这样可保持在航行中船舶未满液柜数最少。 3.保持甲板排水孔畅通。在开航前应认真检查上甲板两舷排水孔是否畅通，并防止航行过程 中堵塞，以确保甲板上浪后能迅速排出，减小因上浪而在上甲板形成自由液面的作用时间。航行中如遇严重甲板上浪，应适当采取改向或减速措施，并注意排除排水孔排水障碍物。 4.注意纵向水密分隔是否有漏水连通现象及是否有不必
18、要的积水。液舱（柜）内纵向隔壁因锈蚀、不适当受力或建造缺陷，致使漏水连通而形成较大自由液面。另外，船舶在营运中各污水舱内会积聚一定污水，应及时测量并排出。 浙江海洋学院本科毕业论文 正文 5.在排水量较小时，更应重视液舱内自由液面对稳性的不利影响。 1.2.2 船舶大倾角静稳性的概念 大倾角静稳性基本概念： 1.船舶在海上航行中，由 于风浪的作用往往使船舶横倾角超过 10 15，这时船舶的稳性就称为大倾角静稳性。大倾角稳性和初稳性的区别为：首先，两者对应的船舶横倾角不同。船舶横倾角小于 10 15时对应的稳性为初稳性，而横倾角大于 10 15时对应的稳性即为大倾角稳性。其次，船舶在大倾角横倾时
19、相邻两浮力作用线交点不再为定点 M。再次，船舶大倾角横倾时倾斜轴不再过初始水线面漂心。最后，船舶大倾角稳性不能 GM 作为基本标志来衡量。 2.大倾角静稳性的基本标志 船舶在外力矩作用下发生大倾角横倾，当外力矩消失后，船舶重力和浮力仍然形成力偶，其力矩即为静稳性力矩或称复原力矩，表示式为： GZMs (1-1) 船舶在排水量一定的条件下，稳性力矩 Ms 大小取决于船舶重心 G 到倾斜后浮力作用线的垂直距离，即取决于静稳性力臂 GZ，并与 GZ 成正比，因此，静稳性力臂 GZ 可以作为衡量大倾角静稳性的基本标志。 自由液面对大倾角稳性的影响：在计算各倾角时的静稳性力臂或静稳性力矩值时，如初稳性计
20、算一样，也需进行自由液面修正，即液舱内自由液面使静稳性力臂及静稳性力矩减小。液舱内的液体随船舶倾角的增大而引起自由液面较大变化，从而引起自由液 面力矩的较大变化。 静稳性曲线上特征参数的含义 ,静稳性曲线的主要特征体现在 ： 1.静稳性曲线在原点处的斜率。静稳性曲线在原点处的斜率等于初稳性高度 G0M。 2. 静稳性曲线上的反曲点。当横倾角增大至甲板浸水角时，静稳性曲线上升段出现一反曲点，在该点以前，曲线上升较快；在该点之后，曲线上升趋势减缓，反曲点处曲线斜率最大，这是因为船舶横倾至甲板浸水角前后浮心位置改变最大所决定的。 3.静稳性曲线上的极值点。当横倾角增大至某一角度，静稳性曲线取得极值点
21、，它标明了曲线最高点的位置，反映出船舶在横倾中所具有的最大静稳 性力矩（臂），以及取得静稳性力矩（臂）最大值时船舶的倾斜状态。极值点对应的横倾角一般在 35 45左右。 4.稳性消失点。静稳性曲线过极值点后呈下降趋势，即随着横倾角的增大， Ms（或 GZ）浙江海洋学院本科毕业论文 正文 逐渐减小，当横倾角达到某一角度时， Ms 或 GZ 等于零，此时稳性消失，表现在静稳性曲线图上则为曲线与横坐标轴的交点即为稳性消失点，对应的横倾角称为稳性消失角 v，自 O到 v 称稳性范围。船舶横倾角超过 v 时， Ms（或 GZ）出现负值，即船舶产生倾覆力矩。对于一般装载状态下的货船而言， v 约为 70
22、80。 静稳性曲线的应用： 1.求取甲板浸水角。在静稳性曲线图上，量取曲线反曲点对应的横坐标即可得到该装载状态下的甲板浸水角。 2.求取初稳性高度 G0M。由于静稳性曲线在原点处的斜率即为 G0M，通常在曲线图上求取G0M 的方法是：先过原点作 GZ 曲线的切线，然后在 57.3处量取该切线的纵坐标值即为G0M。 3.求取横倾角为 30时的静稳性力臂 GZ30。民用船舶在大风浪中横摇时所出现的最大横倾角通常不小于 30，因此在该倾角时的静稳性力臂 GZ 可以表征船舶大倾角静稳性大小。 4.求取最大静稳性力臂对应的横倾角 sm。静稳性曲线极值点 对应的横倾角即为 sm，又称极限静倾角。 5.求取
23、稳性消失角 v。静稳性曲线做出后，量取曲线与坐标轴的第二个交点对应横倾角即为稳性消失角 v。 6.确定船舶静平衡位置。设有一静态外力矩 Mh 缓慢作用于船上使船横倾，当倾角达到某一角度时船舶不再继续倾斜，此时船舶处于静平衡状态，其静平衡条件为 sh MM (1-7) 即静态外力矩与稳性力矩相等，方向相反，其合力矩为零。 当静态外力矩 Mh 增至与最大静稳性力矩 Msm 相等即 Mh 直线与 Ms 曲线相切时，船舶静倾角达最 大值，该静倾角为船舶满足静平衡条件的极限位置，因而称为极限静倾角 sm；当静态外力矩 Mh 继续增大并使 Mh Msm 时，船舶将不再能保持静平衡，而使船体继续倾斜直至倾覆，因此，最大静稳性力矩 Msm 是表示船舶在静力作用下抵御外力矩的最大能力，只有满足Mh Msm，才能确保船舶不致倾覆。 若船舶在初始状态下受一静态外力矩 Mh 作用，当倾角达到 s 时船舶不再 继续倾斜， 而处于静平衡状态。若此时静态外力矩减小至 Mh1，船舶将回摇至 Mh1 Ms 对应的横倾角处，即船舶的静倾角为 Mh1 直线与 Ms 曲线的第一个交点对应横倾角；若此时 静横倾力矩消失，船舶将回摇并停止于初始平衡位置。
