船舶静力学课件(绪论及第一章)

船舶静力学主讲：李冬琴联系电话：[phone]EMAIL:[e-mail]办公(答疑)地址：C楼202或科技楼416江苏科技大学船舶与海洋工程学院绪论一、船舶静力学课程的重要性船舶静力学是船舶设计与制造专业的一门重要的专业技术基础课程，是研究船舶航海性能的一门学科。基础课程：《高等数学》《材料力学》《理论力学》《流体力学》后续课程：《船舶强度与结构规范设计》《船舶设计原理》《造船工艺学》船舶静力学绪论二、船舶原理的内容（六大航海性能）浮性稳性抗沉性船舶快速性适航性操纵性船舶静力学（以流体静力学为基础）船舶动力学（以流体动力学为基础）船舶静力学绪论船舶性能简介三、教学方法讲授自学习题课（包括习题）船舶静力学大作业（3年级下学期进行）船舶静力学绪论四、习题、课外习题①船舶静水力计算和大倾角稳性计算。如何进行这种计算，在实际设计时应提供哪些资料应有一个全面的、清楚的了解，理论与实际相结合。②完成图纸（静水力曲线，邦戎曲线，稳性横截曲线，静、动稳性曲线）。③每章结束后有5-6题习题以巩固所学的知识。④完成一份船舶稳性计算书。船舶静力学绪论五、考核方式1、采用闭卷考核方式；2、成绩组成：平时作业成绩20%平时提问、考勤成绩10%期末考试成绩70%船舶静力学绪论第一章船体形状及近似计算本章要点：①船体形状的表示方法，即船舶的特征尺度及船体曲面的图形表示方法；②掌握船体近似计算的方法（梯形法、辛氏法、乞贝雪夫法、高斯法）§1-1主尺度、船形系数和尺度比一、船舶外形表示方法三个主坐标平面1、基平面半宽水线图2、中线面（船体的对称面）纵剖线图3、中站面横剖线图二、主尺度(principaldimension)总长Loa(overall)适用于码头、船坞;1、船长L(Length)垂线间长Lpp(perpendiculars)适用于静水力性能;水线长Lwl(waterline)适用于阻力计算;2、型宽B(breadthmoulded)3、型深D(mouldeddepth)4、吃水d(draft)5、干舷F(freeboard)F=D-d+t(上甲板板厚）三、船型系数1、水线面系数如（a）图所示（waterplanecoefficient）物理含义：表示水线面的肥瘦程度；2、中横剖面系数如(b)图所示（Midshipsectioncoefficient）物理含义：表示中横剖面的肥瘦程度；LBACwwpdBACMm3、方型系数（Blockcoefficient）物理含义：表示的船体水下体积的肥瘦程度，又称排水量系数；(displacementcoefficient)dBLCB4、棱形系数(prismaticcoefficient)物理含义：表示排水体积沿船长方向的分布情况；5、垂向棱形系数(Verticalprismaticcoefficient)物理含义：表示排水体积沿吃水方向的分布情况；(U,V型剖面）wpBwpwvpCCdBLCdACLACMp四、尺度比尺度比表示船体几何特征的重要参数。——长宽比，与快速性有关；——宽度吃水比，与稳性、快速性和航向稳定性有关；——型深吃水比，与稳性、抗沉性及船体内部容积有关；——船长吃水比，与船的回转性有关，比值小船短，回转灵活；——长深比，与船体强度有关，比值小，船短而高，强度好；BLdBdDDLdL备注：选择各个要素的基本出发点（1）船长L：浮力、总布置（舱容及布置地位）、快速性；（2）船宽B：浮力、总布置（舱容及布置地位）、初稳性；（3）吃水T：浮力以及螺旋桨有适宜直径；（4）方型系数CB：浮力和快速性（5）型深D：对于载重型船舶：规范规定的最小干舷和舱容要求决定；对于布置地位船：上甲板以下各层甲板间高度以及舱室高度。从增加舱容的角度，以增加型深最有利，因为对船体重量的影响最小且不影响快速性。§1-2型线图船舶外型是一个流线型体，表示其形状最基本的图形是型线图，因此仅用船长、船宽、高三个尺度并不能说明船舶的真实形状和大小，它是通过称为船体外型线图的图样来表示的。型线图所表示的船体外型为船体型表面。钢船的型表面为外板的内表面（不包括船体外板厚度）水泥船、木船则为船壳的外表面（包括船体外板厚度）以钢质船为例：型线图上所表示的船体形状包括外板型表面的形状和甲板型表面的形状。不包括船壳板和甲板板厚度在内的船体表面（即胁骨以外船壳板以内，横梁以上甲板板以下的船体表面）采用型表面的原图：A、各部位钢板的厚度不同。B、便于建造。§1-3船体近似计算方法一、船体计算的习惯坐标系O取在中线面、中站面、基平面的交点，X轴为中线面与基平面的交线，x向纵向，指向船首为正；Y轴为中站面与基平面的交线，y向横向，指向右舷为正；Z轴为中线面与中站面的交线，z向垂向，垂直向上为正。二、近似计算方法1、梯形法（最简单的数值积分方法）基本原理：用若干直线段组成的折线近似地代替曲线。即：以若干个梯形面积之和代替曲线下的面积。)]()()()[(21)(21)(21)(2113221112101nnonndoyyyyyyyyllyylyylyyydxA2、（1）辛氏一法（1，4，1法）基本原理：采用等分间距以若干段二次抛物线近似地代替实际曲线，计算各段抛物线下面积的数值积分法。（推导计算）应用条件：曲线底边长度的等分数目为偶数（即纵坐标数目为奇数）推广图：A=A=)2122221(..2123210nnnyyyyyyyMSL)4()4(6321321yyySMLyyyLA2、（2）辛氏二法（1，3，3，1）基本原理，采用等分间距以若干段三次抛物线近似地代替实际曲线，计算各段抛物线下面积的数值积分法。推导计算：应用条件：适用于将曲线底边长度划分为三等分、六等分、九等分（即纵坐标数目为4，7，10……）推广计算：等分（须为3的倍数）)33()33(843214321yyyySMLyyyyLA)332233(11233210nnnnyyyyyyyySMA2、（3）特殊的辛氏法[5，8，-1]法：曲线具有两个等分间距，三个纵坐标，但只求曲线下相邻两个纵坐标之间所包围的面积。[3，10，-1]法：求第0号纵坐标和第1号纵坐标之间面积对第0号纵坐标的静矩。)85(12121010yyylA)103(24121020yyylM2、（4）扇形的辛氏计算法相似与ydxA212121022drAdrrdrdAdrMdrrdrdMdrMdrrdrdMoxoxoyoysin31sin31sin3221cos31cos31cos3221032203220203020321sin3121cos31drdrAMydrdrAMxoxGoyG3、乞贝雪夫法乞贝雪夫法基本原理：应用不等间距的各纵坐标值之和，再乘以一个共同的系数来得到曲线下的面积。用n次抛物线代替实际曲线，采用不等间距的几个纵坐标计算抛物线下的面积。推导示例niinynLyyynLA121)(][3321yyyLA4、高斯法基本原理：采用不等间距的纵坐标和不同的乘数。基本公式：优点：高斯法精确性较高，5个纵坐标的高斯法相当于9个纵坐标的辛氏法或9个纵坐标的乞贝雪夫法。niiinnypLypypypLydxA12211)(三、提高近似计算的精度1、选择合理的近似计算方法计算精度从低到高的次序：梯形法辛氏法乞贝雪夫法高斯法2、增加中间坐标)42423221(3)424(3)4(65432121054321121050yyyyyyyTyyyyyTyyyTydzAT3、端点坐标修正（修正方法：目测法）A：船体曲线在端点上，即，用梯形法计算少算OCA面积；修正结果：以代替B：船体曲线超过端点修正结果：以代替0y0y'0y0y'0y0yC：船体曲线不到端点，多算SBCE修正结果：以—代替EDABAEEFAEEDABEFEFDABELySyLSBEDABE2121~2121'01BEDSEDAB21)(212121'01'0yyLSyLSAEEFABDBEDABDBEDABESSS'0y0y备注：灵活应用端点坐标修正四、积分曲线特性1、积分曲线在某处的纵坐标值等于原曲线下该处以前的面积，原曲线在某处的纵坐标值为积分曲线在该处的导数。2、积分曲线的极大值或极小值对应于原曲线在轴上的交点（驻点），原曲线的极大值或极小值对应积分曲线的拐点。dxdyyydxyx101;