2500dwt油船的穩(wěn)性計(jì)算【畢業(yè)設(shè)計(jì)】

1、<p>　　本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　題 目：2500DWT油船的穩(wěn)性計(jì)算</p><p>　學(xué) 院：</p><p>　學(xué)生姓名：</p><p>　專 業(yè)：船舶與海洋工程</p><p>

2、;　班 級(jí)：</p><p>　指導(dǎo)教師：</p><p>　起止日期：</p><p><b>　　目錄II</b></p><p><b>　　摘 要II</b></p><p>　　[Abstract].III</p><p>

3、<b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 論文的目的和意義1</p><p>　　1.2 油船的發(fā)展2</p><p>　　1.3 早期穩(wěn)性研究現(xiàn)狀5</p><p>　　1.4 國(guó)內(nèi)外船舶穩(wěn)性研究現(xiàn)狀6</p><p>　　1.4.1國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀6</p&

4、gt;<p>　　1.4.1國(guó)外研究現(xiàn)狀7</p><p>　　2 穩(wěn)性的基本概念8</p><p>　　2.1船舶初穩(wěn)性的概念10</p><p>　　2.2船舶大傾角靜穩(wěn)性的概念12</p><p>　　2.3 船舶穩(wěn)性的要求14</p><p>　　2.4船舶穩(wěn)性檢驗(yàn)及調(diào)整18<

5、/p><p>　　2.5 改善船舶完整穩(wěn)性的措施22</p><p>　　3 全船濕表面模型的建立23</p><p>　　3.1 Sesam軟件簡(jiǎn)介23</p><p>　　3.2 油船船體外表面模型24</p><p>　　3.3 質(zhì)量模型28</p><p>　　3.4穩(wěn)性計(jì)算29

6、</p><p>　　3.5穩(wěn)性計(jì)算結(jié)果49</p><p>　　4 結(jié)論與展望51</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)52</b></p><p><b>　　致謝詞53</b></p><p>　　2500DWT油船的穩(wěn)性計(jì)算</p><p&

7、gt;<b>　　摘 要</b></p><p>　　本文介紹了研究油船穩(wěn)性的一些目的和重要性以及國(guó)內(nèi)外油船穩(wěn)性的研究現(xiàn)狀， 詳細(xì)闡述了2500DWT油船完整穩(wěn)性計(jì)算的過程及方法。</p><p>　　首先運(yùn)用有限元軟件PATRAN軟件建立2500DWT油船模型，運(yùn)用SESAM 軟件中的PatranPre 模塊和HydroD 模塊對(duì)油船穩(wěn)性進(jìn)行了

8、計(jì)算和運(yùn)動(dòng)響應(yīng)分析，借助計(jì)算機(jī)根據(jù)patran軟件將船模建模后將其導(dǎo)入SESAM中，然后選擇計(jì)算的物理模型、施加邊界條件與材料特性，選用適合的計(jì)算算法、計(jì)算求解和后處理等幾大主要環(huán)節(jié)，最終完成剪力彎矩圖，從而達(dá)到實(shí)船穩(wěn)性計(jì)算的目的。這對(duì)于我們研究船舶的穩(wěn)性帶來了很大的幫助。同時(shí)也闡述了一些在研究中遇到的問題與不足。</p><p>　　【關(guān)鍵詞】2500DWT油船、SESAM軟件、穩(wěn)性計(jì)算</p>

9、<p>　　2500DWT tanker Intact Stability</p><p>　　[Abstract]This article is aim to describes a tanker stability researching, and the current situation of tanker stability domestic and the international , d

10、etail process and calculation method of 2500DWT intact stability.</p><p>　　Firstly, establishing 2500DWT tanker model based on software Patran, applying SESAM software module PatranPre , and HydroD module t

11、o calculate and analysis the stability of the tanker, using software patran importing tanker model to SESAM ,furthermore, deciding the calculation of physical model ,boundary conditions and material properties, using the

12、 most capable calculation method to figure out the Major link in solving and post-processing, reaching the purpose of the share moment diagram in ord</p><p>　　【Keyword】2500DWT tanker, SESAM software , Stabil

13、ity calculation</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 論文的目的和意義</p><p>　　穩(wěn)性是確保船舶及各種海上浮體安全航行及作業(yè)的主要性能之一, 目前世界各國(guó)都制定了相應(yīng)的規(guī)則, 作為船舶設(shè)計(jì)或航行中判斷穩(wěn)性的主要依據(jù)。但嚴(yán)格地說, 這些規(guī)則的制定在理論上是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?有不少需進(jìn)一步完

14、善之處。主要在于船舶及海上浮體在惡劣海況下發(fā)生大幅度搖蕩運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致的傾覆現(xiàn)象極為復(fù)雜, 人們對(duì)其傾覆機(jī)理的認(rèn)識(shí)有一定局限性, 加上新船型的發(fā)展以及新的海損事故發(fā)生, 提出了很多新課題。因此關(guān)于穩(wěn)性的研究一直是船舶力學(xué)研究的熱點(diǎn)。ITT C( 國(guó)際船模試驗(yàn)池會(huì)議) 專門成立了穩(wěn)性專家委員會(huì), 組織各國(guó)研究人員進(jìn)行深入研究。國(guó)際穩(wěn)性會(huì)議每4 年舉行一次, 及時(shí)交流各國(guó)關(guān)于穩(wěn)性研究的成果。國(guó)內(nèi)有關(guān)的大專院校及科研機(jī)構(gòu)也在不斷研究, 人們對(duì)船舶

15、傾覆機(jī)理的認(rèn)識(shí)不斷加深, 不少成果已在穩(wěn)性規(guī)則的修改中應(yīng)用。但總體而言, 仍有很多未解決的難點(diǎn), 有待人們深化研究。</p><p>　　船舶穩(wěn)性(包括完整穩(wěn)性與破艙穩(wěn)性)是船舶安全的核心。船舶的完整穩(wěn)性是船舶安全航行的重要性能之一;在船舶穩(wěn)性研究領(lǐng)域，現(xiàn)有的計(jì)算也大多局限于直接應(yīng)用規(guī)范。而現(xiàn)代船舶結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的變化，如油輪設(shè)置了雙底雙殼，使得船體重心偏高;而眾多的液艙，特別是貨油艙寬度很大，使得自由液面影響的

16、修正量很大。對(duì)規(guī)范的研究表明，在油船的穩(wěn)性衡準(zhǔn)中，是采用近似計(jì)算方法處理液艙自由液面的影響。由于計(jì)算方法本身的原因?qū)е路€(wěn)性裕度極小或不足。另外，水面戰(zhàn)斗艦艇也擁有為數(shù)眾多的艙室，也會(huì)發(fā)生類似的情況。因此，如何準(zhǔn)確的描述船體和艙室型值、計(jì)算自由液面對(duì)大傾角穩(wěn)性的影響，進(jìn)而快速準(zhǔn)確的計(jì)算破損船舶的自由浮態(tài)和穩(wěn)性曲線，具有重要的理論意義。</p><p>　　石油作為一種能源，與我們的生活息息相關(guān)，石油作為工業(yè)的血液在

17、這個(gè)社會(huì)中扮演的較色在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)還無(wú)法替代，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，使得各類大小油船需求量大大增加，所以說保證油船穩(wěn)性刻不容緩。本設(shè)計(jì)主要進(jìn)行的是對(duì)油船進(jìn)行完整穩(wěn)性計(jì)算，完整穩(wěn)性是保證船舶安全的一項(xiàng)重要性能。</p><p>　　我國(guó)的石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備任務(wù)的主要靠油船的運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)和完成的，這是由我國(guó)的地理環(huán)境、經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀以及自然資源等許多因素所共同決定的。油船行業(yè)的目前狀況、發(fā)展前景、油船的安全和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等都應(yīng)該引起

18、我們的關(guān)注和重視， 所以油船穩(wěn)定性的提高對(duì)于現(xiàn)在的船舶行業(yè)具有積極的作用。</p><p>　　目前，已有許多三維船舶運(yùn)動(dòng)和穩(wěn)性計(jì)算的商業(yè)軟件。本文以2500DWT油船為研究對(duì)象, 采用SESAM軟件詳細(xì)敘述了油船穩(wěn)性分析的過程和方法, 包括有限元建模、船舶艙室的定義 、建立艙室并定義工況 、靜水力計(jì)算分析、最后確定最佳的裝載工況。</p><p><b>　　1.2 油船的發(fā)

19、展</b></p><p>　　石油,素有“工業(yè)血液”之稱,是一種涉及國(guó)家經(jīng)濟(jì)安全的戰(zhàn)備資源。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,我國(guó)對(duì)能源的需求不斷加大。供需缺口拉大,石油的進(jìn)口依存度逐年增加。 在2007年博鰲亞洲論壇上，中國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)副主任陳德銘在此次年會(huì)舉行的“亞洲如何進(jìn)行合作確保能源安全”專題討論會(huì)上表示，中國(guó)從發(fā)展的角度出發(fā)，應(yīng)當(dāng)建立一定的石油儲(chǔ)備，以防止突然出現(xiàn)的復(fù)雜問題，并及時(shí)做出緊急應(yīng)

20、對(duì)。據(jù)其透露，在2010年，中國(guó)將建成相當(dāng)于30天進(jìn)口量的石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備規(guī)模。 而石油的運(yùn)輸在目前的環(huán)境中主要靠油輪來實(shí)現(xiàn)的，那么油船行業(yè)的目前狀況、發(fā)展前景、油船的安全和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等都應(yīng)該引起我們的關(guān)注和重視。 </p><p>　　隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和世界石油貿(mào)易的日益廣泛，油船運(yùn)輸業(yè)也得到迅發(fā)展，現(xiàn)代油船正趨于大型化、巨型化，油船貨油系統(tǒng)也趨于復(fù)雜化、自動(dòng)化和智能化，油船船員的貨油裝卸操作則趨于高強(qiáng)度化和知識(shí)化

21、。然而，由此引起的油船事故也在顯著地增加，貨油裝卸操作的一點(diǎn)微小的失誤都可能導(dǎo)致貨油溢出從而導(dǎo)致貨損、海洋污染等事故，嚴(yán)重時(shí)甚至發(fā)生油船貨油燃燒爆炸等危及船員和船舶安全的海難事故。</p><p>　　我國(guó)的石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備任務(wù)的主要靠油船的運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)和完成的，這是由我國(guó)的地理環(huán)境、經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀以及自然資源等許多因素所共同決定的。由于需求增加，導(dǎo)致石油運(yùn)輸市場(chǎng)開始紅火起來，水陸運(yùn)輸相對(duì)緊張。2004年上半年，中國(guó)的石油

22、品進(jìn)口量同比增長(zhǎng)57%，達(dá)到1989萬(wàn)噸，其中重油1533萬(wàn)噸, 航空煤油137萬(wàn)噸 ,輕油114萬(wàn)噸. 據(jù)日本能源經(jīng)濟(jì)研究所預(yù)測(cè), 中國(guó)石油制品進(jìn)口量今后將繼續(xù)增加, 2007年約3400萬(wàn)噸 2010年4200-4800萬(wàn)噸。由于需求日益增加，各大油運(yùn)企業(yè)把目光瞄向國(guó)際航運(yùn) ，紛紛建造大油輪 。像中海這樣的國(guó)內(nèi)油運(yùn)龍頭，這幾年就在國(guó)內(nèi)造船廠訂造了數(shù)艘 MP型和 LRI型成品油輪，還訂造了幾艘 10萬(wàn)噸級(jí)的。中國(guó)努力擴(kuò)大油運(yùn)中國(guó)內(nèi)船公

23、司承運(yùn)比例，盡管如此，相對(duì)于我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)于石油的需求，還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，相信各大油運(yùn)企業(yè)也會(huì)看到這一點(diǎn)，因此未來幾年里還會(huì)有新的大型油輪會(huì)陸續(xù)出現(xiàn)在我們的視野中。而在目前我們的遠(yuǎn)洋運(yùn)輸?shù)拇?duì)中油船存在著嚴(yán)重的年齡偏大的問題，需要大量的新船去取代它們。</p><p>　　從石油之于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要性以及世界各國(guó)石油進(jìn)出口以及運(yùn)輸?shù)那闆r，和我國(guó)現(xiàn)在運(yùn)油船的結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀（油船結(jié)構(gòu)單一、規(guī)模小等）。我們不難看出，油船的制造

24、即將迎來它的高峰。</p><p>　　早期的石油是由桶裝、用干貨船運(yùn)輸?shù)摹Ｗ?9世紀(jì)60年代起，開始有帆船載運(yùn)桶裝石油。到70年代，已有改裝的汽輪大量載運(yùn)散裝石油。1886年英國(guó)建造的“好運(yùn)”號(hào)機(jī)帆船，將貨艙分隔成若干長(zhǎng)方格艙，可裝石油2307噸。這艘船用泵和管道系統(tǒng)裝卸，是第一艘具有現(xiàn)代油船特征的散裝油船。它在歐洲和美國(guó)之間來往運(yùn)油，平靜地過了7年，1893年在長(zhǎng)島觸礁斷裂。在它建成的前一年，美國(guó)運(yùn)往歐洲的石

25、油有99%用桶裝；“好運(yùn)”號(hào)出現(xiàn)后，運(yùn)往歐洲的石油很快就有99%轉(zhuǎn)為散裝。第一次世界大戰(zhàn)后，隨著石油產(chǎn)量和運(yùn)輸量的迅速增長(zhǎng),油船向?qū)I(yè)化和大型化發(fā)展，逐漸成為一種專用運(yùn)輸船舶。1928年，德國(guó)不來梅建造的載重23060噸的“斯蒂爾曼”號(hào)，成為當(dāng)時(shí)世界上最大的油輪，直到1949年它仍保持著這一紀(jì)錄，它同時(shí)也是當(dāng)時(shí)世界上最大的柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)船舶。第一艘超過10萬(wàn)噸的油輪是1959年日本造的“宇宙·阿波羅”號(hào)。1966年1月，15萬(wàn)噸的

26、“Tokyo Maru”成為世界上最大的油輪，同時(shí)它也超過了當(dāng)時(shí)世界上最大的客輪——英國(guó)“伊麗莎白女王”號(hào)。早期的油輪被稱為“三島式”，因?yàn)楫?dāng)它的船體在地平線盡頭時(shí)，我們從遠(yuǎn)處所能看得見的只是它</p><p>　　伴隨著石油的開采利用，油船運(yùn)輸在世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的作用越來越明顯，噸位越來越大，其發(fā)展大體經(jīng)歷了6個(gè)階段：</p><p>　　1）二戰(zhàn)前，對(duì)石油開發(fā)生產(chǎn)和應(yīng)用處于初級(jí)階段，油運(yùn)

27、船舶最大噸位由1886年3000t、1914年10000t增加到1942年20000t；</p><p>　　2）二戰(zhàn)后，50年代后期（1953～1960年），由于世界經(jīng)濟(jì)處于工業(yè)化恢復(fù)時(shí)期，石油消費(fèi)急劇增長(zhǎng)，加上蘇伊士運(yùn)河封鎖，運(yùn)距增長(zhǎng)，船舶最大載重量大幅度上升，由1955年的55000t增加到100000t；</p><p>　　3）1961～1966年，世界經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)并進(jìn)入重化工業(yè)

28、發(fā)展時(shí)期，加上石油消費(fèi)持續(xù)增長(zhǎng)，造船技術(shù)因計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用有了長(zhǎng)足進(jìn)步，出現(xiàn)了200000t級(jí)油船；</p><p>　　4）1967～1975年，石油運(yùn)量增長(zhǎng)迅速，蘇伊士運(yùn)河再度關(guān)閉加快了油船大型化進(jìn)程，1968年出現(xiàn)了326000t油船。1973年第二次石油危機(jī)后出現(xiàn)了477000t油船，以及后來超過500000t的改裝油船；</p><p>　　5）1975～2002年（“9

29、3;11”前后），世界再次經(jīng)歷兩次石油危機(jī)的油價(jià)上漲，世界各主要石油消費(fèi)國(guó)采取節(jié)能措施，尋求石油代用品，使海上原油運(yùn)量連年下降，平均海運(yùn)距離由長(zhǎng)向短轉(zhuǎn)化，油船大型化格局開始重構(gòu)。同時(shí)國(guó)際海事組織，通過一系列的法規(guī)措施，提高油船運(yùn)輸?shù)陌踩?，加?qiáng)對(duì)海洋環(huán)境的保護(hù)，單殼油船逐漸退出油運(yùn)市場(chǎng)，船舶的安全性大大提高。防污染、高節(jié)能、輕結(jié)構(gòu)、自動(dòng)化、短肥高是這一階段油船的主要特點(diǎn)；</p><p>　　伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)后，油價(jià)屢

30、創(chuàng)新高，給世界經(jīng)濟(jì)帶來重大影響，出現(xiàn)新型能源危機(jī)。減小對(duì)石油特別是中東石油的過度依賴并把多渠道中長(zhǎng)期穩(wěn)定供應(yīng)安全作為主導(dǎo)戰(zhàn)略，由此，使以海運(yùn)為主，輔以陸海管道運(yùn)輸?shù)目傮w油運(yùn)格局開始形成。同時(shí)油船海損事故對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境造成的破壞使人觸目驚心。隨著國(guó)際海事組織會(huì)議通過了加速單殼油船淘汰的新規(guī)則，到2010年期間將有大量的單殼油船退出油船運(yùn)輸市場(chǎng)。在高運(yùn)價(jià)的驅(qū)動(dòng)下，世界各大船東都在大批量訂購(gòu)雙殼油船，為盡快滿足油運(yùn)市場(chǎng)的需要。大噸位的油船（1

31、6～20萬(wàn)噸）、巨型油船（VLCC）、超大型油船（ULCC）越來越受到船東的重視。</p><p>　　自1983年10月2日MARPOL 73／78公約生效以來，IMO海洋環(huán)境保護(hù)委員會(huì)(MEPC)根據(jù)各成員國(guó)的公約執(zhí)行情況，以及造船業(yè)和防污染設(shè)備生產(chǎn)技術(shù)方面的發(fā)展情況，再加上全世界對(duì)環(huán)境保護(hù)的日趨重視，對(duì)該公約進(jìn)行了多次討論研究。1989年在美國(guó)阿拉斯加發(fā)生Exxon Valdez油輪破損，流出36000t原

32、油。由于這起事故，附近海域產(chǎn)生滅絕性的生態(tài)破壞。據(jù)推測(cè)，死亡了幾千頭海洋哺乳類動(dòng)物和250000只鳥類，清理海域花了22億美元的費(fèi)用，該事故加速了船舶防污染研究。研究成果之一即是對(duì)油船船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)。1992年3月，國(guó)際海事組織的海上環(huán)境保護(hù)委員會(huì)（MEPC）第32次會(huì)議正式批準(zhǔn)通過MAPOL 73／78-92修正案，修正案要求1993年7月6日后訂購(gòu)的載重量600～5000t油船必須設(shè)置雙層底結(jié)構(gòu)，載重量5000t以上的油船

33、設(shè)置雙層殼結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在已經(jīng)在營(yíng)運(yùn)的單底結(jié)構(gòu)總噸位小于5000t油輪在2015年后必須為雙層底結(jié)構(gòu)對(duì)于總噸位大于5000t油船在2010年后必須為雙層殼結(jié)構(gòu)。下圖為雙層殼船型的典型結(jié)構(gòu)形式</p><p><b>　　圖2.1 雙殼油船</b></p><p>　　將油船改為雙層殼結(jié)構(gòu),使油船在整個(gè)液艙范圍內(nèi)與海洋之間以一個(gè)大約為2至3m寬度的</p>&l

34、t;p>　　空間分割開,形成了兩個(gè)隔層。雙層船殼在低速的情況下發(fā)生一般性意外事故時(shí)，僅外層船體承受力被擊穿，液貨依舊保持在船殼內(nèi)，因此可以有效地防止海上溢油的發(fā)生，減少海上污染。這是將油船改為雙層殼型結(jié)構(gòu)的最重要的原因。其次，從建造工藝上來看，采用雙層殼結(jié)構(gòu)型式，使貨油艙具有光滑完整平面，無(wú)骨架，大量減少鋼材表面加工的工作量和特涂面積。由于油艙內(nèi)構(gòu)件較少，因而洗艙干凈，沒有死角。</p><p>　　經(jīng)過1

35、20多年的變化發(fā)展，油船的結(jié)構(gòu)形式已經(jīng)發(fā)展成熟，雙殼油船已經(jīng)是世界油船的大勢(shì)所趨，隨著共同規(guī)范的制訂實(shí)施，油船的結(jié)構(gòu)形式不僅在大方向上保持統(tǒng)一，而且將除去以前因各國(guó)規(guī)范的不同，而引起的不一致，在結(jié)構(gòu)的鋼料厚度，鋼料分布也漸趨向于統(tǒng)一。船舶設(shè)計(jì)傾向于以安全為目標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)，而不是以安全為約束的經(jīng)濟(jì)設(shè)計(jì)，不僅考慮造價(jià)，而且要充分地考慮船舶安全。隨著新技術(shù),新科研成果的采用，油船的結(jié)構(gòu)形式的發(fā)展是使油船使用壽命增加,安全性進(jìn)一步提高,維護(hù)檢修

36、更加方便。同時(shí)，隨著低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)程的不斷推進(jìn)，節(jié)能減排的新技術(shù)將不斷被采用?？傊?，經(jīng)濟(jì),安全,環(huán)保,人性化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是未來發(fā)展的主題。</p><p>　　1.3 早期穩(wěn)性研究現(xiàn)狀</p><p>　　最早的穩(wěn)性理論研究工作主要是由Bouguer, Atw ood 和Moseley 等開創(chuàng)的。他們的研究屬于最古老的穩(wěn)性概念。這一概念認(rèn)為船舶穩(wěn)性可以由船舶的幾何形狀和重量分布決定, 即:

37、船舶的穩(wěn)性取決于船舶在靜水中的復(fù)原力臂曲線的形狀。這一概念是建立在若干失事和非失事船舶的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上而嚴(yán)格假定的, 這些假定是: 浮力保持不變; 任何形式的能量增加或損失可以忽略; 所有形式的擾動(dòng)均是有勢(shì)的、定常的; 耦合力和其他流體動(dòng)力可以忽略。</p><p>　　18 世紀(jì)是造船發(fā)展史上具有重要意義的時(shí)期。法國(guó)人Bouguer[ 1] 首次提出了穩(wěn)心的概念, 并定義了穩(wěn)心半徑和初穩(wěn)性高的概念。穩(wěn)心半徑r

38、定義為: r = I T / 􀀁 , 式中IT , ?? 分別為橫向慣性矩和排水體積。初穩(wěn)性高GM 定義為: GM = z B + r - z G , 式中z B, z G 分別為浮心和重心的垂向坐標(biāo)。Boug uer 的研究確立了船舶穩(wěn)性中初穩(wěn)性的研究。Atw ood 用出水和入水楔形體積構(gòu)成的容積轉(zhuǎn)移力矩來更加精確地計(jì)算船舶的復(fù)原力臂。他提出的復(fù)原力臂的公式為: GZ = v g 1g 2/ 􀀁-

39、 ( z G - z B ) sin ??, 式中v 為入水或出水楔形的容積, g 1g 2 為容積轉(zhuǎn)移力臂。之后, Reverend Moseley 提出了?? 動(dòng)穩(wěn)性?? 的概念, 這一概念考慮的是傾覆力矩所作的功與船舶復(fù)原力矩所作的功相平衡, 它是我國(guó)、前蘇聯(lián)和日本等國(guó)使用的穩(wěn)性規(guī)范的基礎(chǔ)。</p><p>　　由于船舶穩(wěn)性研究的實(shí)用意義在于制定穩(wěn)性衡準(zhǔn), 在早期, 穩(wěn)性衡準(zhǔn)主要應(yīng)用初穩(wěn)性高作為船舶穩(wěn)性的量

40、度, 根據(jù)船舶大小, 認(rèn)為初穩(wěn)性高在0. 2~ 0. 6 m 之間穩(wěn)性就足夠了, 這是一種純粹憑經(jīng)驗(yàn)的方法。1887 年, Denny 第一次提出了一條標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)性力臂曲線, 以此作為穩(wěn)性的衡準(zhǔn)。后來, Benjamin 通過對(duì)大量安全航行的船舶進(jìn)行比較后提出了用動(dòng)穩(wěn)性力臂曲線作為穩(wěn)性衡準(zhǔn)。1939 年Rahola[ 2] 根據(jù)大量失事船舶資料的統(tǒng)計(jì)結(jié)果提出了基于船舶靜水中的實(shí)際復(fù)原力臂曲線下面積的穩(wěn)性估計(jì)及穩(wěn)性界限, 他第一次比較全面地

41、、科學(xué)地將實(shí)船經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方法應(yīng)用于船舶穩(wěn)性的研究之中, 他的成果對(duì)后來國(guó)際海事組織( IMO) 穩(wěn)性規(guī)范的制定具有重要作用。</p><p>　　1.4 國(guó)內(nèi)外船舶穩(wěn)性研究現(xiàn)狀</p><p>　　1.4.1國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀</p><p>　　船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)需要相當(dāng)?shù)睦碚摶A(chǔ)和計(jì)算手段，需要針對(duì)不同的結(jié)構(gòu)型式，根據(jù)相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范，建立合理可行的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，即確定結(jié)構(gòu)

42、優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)、設(shè)計(jì)變量和約束條件，選擇適當(dāng)?shù)膬?yōu)化策略，選擇或開發(fā)高效實(shí)用的優(yōu)化算法方能進(jìn)行。一般大型油船均需進(jìn)行直接計(jì)算法設(shè)計(jì)，其中包含了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的思想。目前，船體結(jié)構(gòu)的中部艙段結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)包括縱向構(gòu)件優(yōu)化設(shè)計(jì)，橫向構(gòu)件優(yōu)化設(shè)計(jì)及橫艙壁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。</p><p>　　1.4.1國(guó)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　國(guó)外的船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)思想起始于1966年，D.Kva和J.Moe等將

43、數(shù)學(xué)規(guī)劃方法用于船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從此開創(chuàng)了一個(gè)船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新時(shí)代。近年來，隨著世界航運(yùn)事業(yè)的發(fā)展，船舶的建造尺寸、噸位日益增大，以降低船舶建造成本、提高船舶整體性能為目標(biāo)的船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論和技術(shù)一直吸引著國(guó)外眾多學(xué)者和技術(shù)人員的研究興趣。因此，建立在計(jì)算機(jī)分析和模擬基礎(chǔ)上的船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過吸收有關(guān)基礎(chǔ)學(xué)科的研究成果，借鑒相關(guān)工程學(xué)科的共同規(guī)律，已取得了卓有成效的進(jìn)展。從船舶重點(diǎn)部位的優(yōu)化到基于有限元方法的艙段優(yōu)化所進(jìn)行的探索性

44、工作;在探索具有魯棒性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法中所進(jìn)行的基礎(chǔ)性工作;在以人工智能原理和專家系統(tǒng)技術(shù)為基礎(chǔ)的智能型優(yōu)化等優(yōu)化方法方面進(jìn)行的開創(chuàng)性研究，這些研究構(gòu)成了國(guó)外船舶結(jié)構(gòu)現(xiàn)代優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的主要內(nèi)容。</p><p>　　ITT C( 國(guó)際船模試驗(yàn)池會(huì)議) 專門成立了穩(wěn)性專家委員會(huì), 組織各國(guó)研究人員進(jìn)行深入研究。國(guó)際穩(wěn)性會(huì)議每4 年舉行一次, 及時(shí)交流各國(guó)關(guān)于穩(wěn)性研究的成果。國(guó)內(nèi)有關(guān)的大專院校及科研機(jī)構(gòu)也在不斷研究,

45、 人們對(duì)船舶傾覆機(jī)理的認(rèn)識(shí)不斷加深, 不少成果已在穩(wěn)性規(guī)則的修改中應(yīng)用。但總體而言, 仍有很多未解決的難點(diǎn), 有待人們深化研究。為了進(jìn)一步保障船舶的安全和防止造成海洋環(huán)境污染，國(guó)際公約和規(guī)則對(duì)船舶分艙和船舶穩(wěn)性的要求越來越高，今后仍有更從嚴(yán)要求的趨勢(shì)?，F(xiàn)行的國(guó)際公約和規(guī)則，除了小型船舶以外，幾乎對(duì)所有各類運(yùn)輸船舶都有破艙穩(wěn)性的要求，對(duì)油船還有具體的分艙規(guī)定。對(duì)油船，除載重量小于3000t的油船可免除雙殼體要求以外，其余要求與國(guó)際海事組織

46、IMO的MARPOL公約[3]基本一致。</p><p>　　赫璟 在倡導(dǎo)海洋環(huán)境保護(hù)的今天,石油運(yùn)輸?shù)膸淼木薮笥臀凼鹿试絹碓揭鹑蜿P(guān)注。國(guó)際海事組織在一些國(guó)家的壓力下,不斷提高對(duì)油船構(gòu)造的要求。發(fā)達(dá)國(guó)家不斷提前單殼油輪的淘汰時(shí)間,這些被淘汰的油輪必然會(huì)駛?cè)胛覈?guó)海域。立足于我國(guó)未來更加嚴(yán)峻的防污局勢(shì),倡議國(guó)家有關(guān)部門應(yīng)當(dāng)立即采取措施,防患于未然。</p><p>　　陳恒強(qiáng)船舶完整穩(wěn)性

47、及抗沉性實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的研究，根據(jù)時(shí)域脈沖反射測(cè)量( TDR) 技術(shù)設(shè)計(jì)的高精度液位測(cè)量?jī)x，實(shí)時(shí)測(cè)出船舶在破損狀態(tài)下首尾吃水值，能夠動(dòng)態(tài)計(jì)算該破損狀態(tài)下的船舶浮態(tài)及穩(wěn)性參數(shù); 此時(shí)若受到定值陣風(fēng)橫向作用下，也可以實(shí)時(shí)進(jìn)行穩(wěn)性衡準(zhǔn)，在穩(wěn)性不滿足時(shí)給出最優(yōu)調(diào)整方案，以此保證船舶的實(shí)時(shí)航行安全。</p><p>　　佟國(guó)峰論述了關(guān)于VLCC的幾點(diǎn)關(guān)鍵和應(yīng)急操作其中包括了破艙溢油處理程序；

48、 祁恩榮等也就大型油船船體極限強(qiáng)度分析的理論方法進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究。利用完整和破損船體極限強(qiáng)度非線性有限元分析的完整框架、經(jīng)局部改進(jìn)船體極限強(qiáng)度分析的理想結(jié)構(gòu)單元法，并從多方面對(duì)船體極限強(qiáng)度計(jì)算方法進(jìn)行比較分析.</p><p>　　柳存根等探討了雙殼體壓載艙的劃分方式和尺度變化對(duì)破艙穩(wěn)性的影

49、響，從破艙穩(wěn)性看，U型艙最佳，L型艙最差。舷邊艙的寬度對(duì)破艙穩(wěn)性影響較大。雙殼體VLCC如能選擇合適的壓載艙布置形式，就能提高船舶在破艙后的生存能力，滿足MARPOL公約有關(guān)破艙穩(wěn)性的規(guī)定。</p><p>　　破艙穩(wěn)性的衡準(zhǔn)以往都采用確定性的計(jì)算方法。該方法規(guī)定了船體破損的范圍、位置以及破艙前的船舶狀態(tài)，確定一個(gè)或幾個(gè)最危險(xiǎn)的破損艙或艙組，計(jì)算出破艙后的浮態(tài)和穩(wěn)性，按規(guī)定的殘存條件來衡準(zhǔn)船舶是否滿足破艙穩(wěn)性要求

50、。確定性方法要求任一計(jì)算狀態(tài)都必須滿足所有的殘存條件。但是，海損事故統(tǒng)計(jì)表明，船舶的破損是隨機(jī)的，各種可能的水密艙壁的分隔情況在浸水后對(duì)船舶殘存能力的貢獻(xiàn)也存在概率因素。因此，在20世紀(jì)70年代初提出了建立在海損事故統(tǒng)計(jì)分析基礎(chǔ)上的破艙穩(wěn)性概率衡準(zhǔn)方法。1973年國(guó)際海事組織大會(huì)通過決議，首先在客船的破艙穩(wěn)性衡準(zhǔn)中采用了這種方法。隨后，新建立起來的干貨船的破艙穩(wěn)性衡準(zhǔn)也采用了概率衡準(zhǔn)方法。概率衡準(zhǔn)方法的校核計(jì)算工作量要比確定性方法大得多

51、。隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的普及和計(jì)算能力的提高，今后有可能更多采用概率衡準(zhǔn)方法。</p><p>　　胡中凱等[9]提出針對(duì)目前船舶與海洋工程領(lǐng)域的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估大多為一些描述性的定性分析,難以確定風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的頻率以及風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生后的區(qū)域的狀況,依據(jù)P.T.Pedersen研究船舶碰撞概率的計(jì)算方法,以某一區(qū)域?yàn)槔?計(jì)算并分析了該區(qū)域的船舶碰撞事故發(fā)生概率;運(yùn)用由挪威船級(jí)社（DNV）開發(fā)的NEPTUNE軟件對(duì)油品特性進(jìn)行了分析,

52、并模擬了某一油船發(fā)生泄漏的油膜范圍,預(yù)測(cè)了由泄漏所引發(fā)的火災(zāi)及爆炸事故的損害區(qū)域,這對(duì)油船上設(shè)備的合理布置及艙室設(shè)計(jì)工作具有一定的參考意義。</p><p>　　樓丹平的雙殼油船穩(wěn)性分析分析了傳統(tǒng)型具有兩道縱艙壁的單底單殼油船演變?yōu)殡p底雙殼油船后,發(fā)生穩(wěn)性不足的原因。闡述了MARPOL條款25A和統(tǒng)一解釋U I11A對(duì)油船穩(wěn)性的要求,并指出其中存在的不妥之處。敘述了作為U I11A變通等效的IACS(WP /SS

53、LL) 40次會(huì)議U IMPC決議案的內(nèi)容,提出了一套執(zhí)行該決議案的具體核算方法。</p><p>　　2 穩(wěn)性的基本概念</p><p>　　船舶在外力如風(fēng)、浪作用下, 向一側(cè)傾斜,當(dāng)外力消失后, 船舶仍能平穩(wěn)地恢復(fù)到原來的漂浮狀態(tài)的能力, 就叫做船舶的穩(wěn)性。穩(wěn)性是船舶最基本的航行性能之一, 它直接影響著船舶的航行安全。有時(shí)因漁船駕駛?cè)藛T不注重或者不懂船舶舜性而導(dǎo)致翻船, 造成人命的傷

54、亡等嚴(yán)重事故的事時(shí)有發(fā)生, 給漁民生命財(cái)產(chǎn)帶來巨人報(bào)失。因此穩(wěn)性對(duì)船舶的安全航行是十分重要的。</p><p>　　1.船舶平衡的3種狀態(tài)： </p><p>　　船舶漂浮于水面上，其重力為W，浮力為△，G為船舶重心，B為船舶初始位置的浮心。在某一性質(zhì)的外力矩作用下船舶發(fā)生傾斜，由于傾斜后水線下排水體積的幾何形狀改變，浮心由B移至B1點(diǎn)，當(dāng)外力矩消失后船舶能否恢復(fù)到初始平衡位置，取決于它處

55、在何種平衡狀態(tài)如下圖1.1</p><p>　　圖1.1 三種平衡狀態(tài)</p><p>　　（1）穩(wěn)定平衡。如圖（a）所示，船舶傾斜后在重力W和浮力△作用下產(chǎn)生一穩(wěn)性力矩，在此力矩作用下，船舶將會(huì)恢復(fù)到初始平衡位置，稱該種船舶初始平衡狀態(tài)為穩(wěn)定平衡狀態(tài)。</p><p>　　（2）隨遇平衡。如圖1-1所示，船舶傾斜后重力W和浮力△仍然作用在同一垂線上而不產(chǎn)生力矩，

56、因而船舶不能恢復(fù)到初始平衡位置，則稱該種船舶初始平衡狀態(tài)為隨遇平衡狀態(tài)。</p><p>　?。?）不穩(wěn)定平衡。如圖1-1（c）所示，船舶傾斜后重力W和浮力△作用下產(chǎn)生一傾覆力矩，在此力矩作用下船舶將繼續(xù)傾斜，稱稱該種船舶初始平衡狀態(tài)為不穩(wěn)定平衡狀態(tài)。</p><p>　　2.船舶穩(wěn)性通?？砂匆韵路椒ǚ诸悾?lt;/p><p>　?。?）按船舶傾斜方向分類?？煞譃闄M穩(wěn)性

57、和縱穩(wěn)性。橫穩(wěn)性指船舶繞縱向軸（x軸）橫傾時(shí)的穩(wěn)性，縱穩(wěn)性指船舶繞橫向軸（y軸）縱傾時(shí)的穩(wěn)性。由于縱穩(wěn)性力矩遠(yuǎn)大于橫穩(wěn)性力矩，故實(shí)際營(yíng)運(yùn)中不可能因縱穩(wěn)性不足而導(dǎo)致船舶傾覆。</p><p>　?。?）按傾角大小分類?？煞譃槌醴€(wěn)性和大傾角穩(wěn)性。初穩(wěn)性（小傾角穩(wěn)性）指船舶微傾時(shí)所具有的穩(wěn)性，微傾在實(shí)際營(yíng)運(yùn)中將傾斜角擴(kuò)大至10°～15°；大傾角穩(wěn)性指當(dāng)傾角大于10°～15°時(shí)的穩(wěn)

58、性。</p><p>　　（3）按作用力矩的性質(zhì)分類。可分為靜穩(wěn)性和動(dòng)穩(wěn)性。靜穩(wěn)性指船舶在傾斜過程中不計(jì)及角加速度和慣性矩時(shí)的穩(wěn)性；動(dòng)穩(wěn)性指船舶在傾斜過程中計(jì)及角加速度和慣性矩時(shí)的穩(wěn)性。</p><p>　　（4）按船艙是否進(jìn)水分類。可分成完整穩(wěn)性和破艙穩(wěn)性。船體在完整狀態(tài)時(shí)的穩(wěn)性稱為完整穩(wěn)性，而船體破艙進(jìn)水后所具有的穩(wěn)性則稱為破艙穩(wěn)性。 </p><p>　　3

59、. 船舶具有穩(wěn)性的條件：初始狀態(tài)為穩(wěn)定平衡，這只是穩(wěn)性的第一層含義；僅僅具有穩(wěn)性是不夠的，還應(yīng)有足夠大的回復(fù)能力，使船舶不致傾覆，這是穩(wěn)性的另一層含義。</p><p>　　4. 穩(wěn)性大小和船舶航行的關(guān)系</p><p>　　1)穩(wěn)性過大，船舶搖擺劇烈，造成人員不適、航海儀器使用不便、船體結(jié)構(gòu)容易受損、艙內(nèi)貨物容易移位以致危及船舶安全。</p><p>　　2)穩(wěn)性

60、過小，船舶抗傾覆能力較差，容易出現(xiàn)較大的傾角，回復(fù)緩慢，船舶長(zhǎng)時(shí)間斜置于水面，航行不力。 </p><p>　　2.1船舶初穩(wěn)性的概念 　</p><p>　　船舶作傾角小于 10°傾斜時(shí)的穩(wěn)性，又稱小傾角穩(wěn)性。小角度傾斜是船在航行中經(jīng)常發(fā)生的。此時(shí)，船舶有無(wú)穩(wěn)性及穩(wěn)性優(yōu)劣決定于橫穩(wěn)心高度（又稱初穩(wěn)性高度）,即從重心G到穩(wěn)心M的垂直距離GM。穩(wěn)心M為船舶傾斜時(shí),浮心移動(dòng)軌跡的曲率

61、中心，在小角度傾斜時(shí)，可視作是一個(gè)固定點(diǎn)。具有初穩(wěn)性的船舶,傾斜后浮力能夠與重力W構(gòu)成一個(gè)使船回復(fù)的力矩,其值Mr=·GM·sinθ。式中為船舶的排水量；θ為傾角。橫穩(wěn)心高為正值，穩(wěn)心在重心之上，GM值大，船舶的復(fù)原能力也大。但過大的橫穩(wěn)心高會(huì)使船舶在風(fēng)浪中劇烈搖蕩，使適航性變壞。因此，要選擇適當(dāng)。一般上限值取決于對(duì)船舶橫搖周期的要求，最低值為船舶安全要求所確定。</p><p>　　船舶初穩(wěn)

62、性的基本標(biāo)準(zhǔn)： 理論證明：船舶在微傾條件下，傾斜軸過初始水線面的面積中心即初始漂心F；過初始漂心F微傾后船舶排水體積不變；當(dāng)排水量一定時(shí)，船舶的穩(wěn)心M點(diǎn)為一定點(diǎn)。船舶初穩(wěn)性是以上述結(jié)論為前提進(jìn)行研究和表述的。</p><p>　　船舶在小傾角條件下，穩(wěn)性力矩Ms和穩(wěn)性力臂GZ可表示為</p><p>　　(1-1) (1-2)

63、 </p><p>　　式中：GM───船舶重心與穩(wěn)心間的垂直距離，稱為初穩(wěn)性高度（m）；</p><p>　　θ───船舶橫傾角（°）。</p><p>　　由上式可見，在排水量及傾角一定情況下，靜穩(wěn)性力矩大小取決于重心和穩(wěn)心的相對(duì)位置，即取決于GM大小。當(dāng)M點(diǎn)在G點(diǎn)之上，GM為正值，此時(shí)船舶具有穩(wěn)性力矩并與GM值

64、成正比；當(dāng)M點(diǎn)在G點(diǎn)之下，GM為負(fù)值，此時(shí)船舶具有傾覆力矩亦與GM值成正比；當(dāng)M點(diǎn)和G點(diǎn)重合，GM為零，此時(shí)穩(wěn)性力矩為零。</p><p>　　由此分析可知，GM可以作為衡量船舶初穩(wěn)性大小的基本標(biāo)志。欲使船舶具有穩(wěn)性，必須使GM＞0。 </p><p>　　初穩(wěn)性高度GM的計(jì)算： 1．由裝載排水量查取橫穩(wěn)心距基線高度KM。</p><p>　　自由液面對(duì)初穩(wěn)性高

65、度的影響：船上各液體艙柜在液體未充滿整個(gè)艙內(nèi)空間時(shí)隨船舶橫傾而向傾斜一側(cè)移動(dòng)，該自由流動(dòng)的液體表面稱為自由液面。當(dāng)船舶傾斜時(shí)，艙柜內(nèi)液體隨之流動(dòng)，使液體的重心向傾斜一方移動(dòng)，產(chǎn)生了一與穩(wěn)性力矩方向相反的傾斜力矩，從而減少了原有的穩(wěn)性力矩，也即降低了船舶初穩(wěn)性高度。 </p><p>　　自由液面對(duì)初穩(wěn)性高度的修正值表達(dá)式： 由于自由液面影響而使初穩(wěn)性高度減小，其減小值δGMf可表示為</p>&l

66、t;p><b>　　(1-3)</b></p><p>　　式中: ρs-―液體密度（g/cm3）；</p><p>　　ix───液艙柜內(nèi)自由液面對(duì)液面中心軸的面積慣矩（m4）。</p><p>　　當(dāng)存在多個(gè)自由液面時(shí)，δGMf為</p><p><b>　　(1-4)</b></p

67、><p>　　減少自由液面影響的措施：船舶在建造和營(yíng)運(yùn)中，應(yīng)盡量減小自由液面對(duì)穩(wěn)性的影響，其具體措施包括：</p><p>　　1．減小液艙（柜）寬度。液體散裝貨船因裝載大量液體貨，其自由液面對(duì)穩(wěn)性影響較大，為此船舶在設(shè)計(jì)時(shí)，通常都設(shè)置一道或兩道縱向艙壁，將液艙寬度減小。對(duì)于普通貨船的雙層底內(nèi)，其左右也是水密分隔成兩個(gè)液柜。</p><p>　　2．液艙（柜）應(yīng)盡可能裝

68、滿或空艙。對(duì)于液體散裝貨船，各液體貨艙在考慮適當(dāng)?shù)呐蛎浻嗔亢髴?yīng)盡量裝滿，若艙容有剩余，則可保留若干空艙，以減少具有自由液面的艙數(shù)。對(duì)于普通貨船的油水艙，應(yīng)逐艙裝載和使用，這樣可保持在航行中船舶未滿液柜數(shù)最少。</p><p>　　3．保持甲板排水孔暢通。在開航前應(yīng)認(rèn)真檢查上甲板兩舷排水孔是否暢通，并防止航行過程中堵塞，以確保甲板上浪后能迅速排出，減小因上浪而在上甲板形成自由液面的作用時(shí)間。航行中如遇嚴(yán)重甲板上浪，

69、應(yīng)適當(dāng)采取改向或減速措施，并注意排除排水孔排水障礙物。</p><p>　　4．注意縱向水密分隔是否有漏水連通現(xiàn)象及是否有不必要的積水。液艙（柜）內(nèi)縱向隔壁因銹蝕、不適當(dāng)受力或建造缺陷，致使漏水連通而形成較大自由液面。另外，船舶在營(yíng)運(yùn)中各污水艙內(nèi)會(huì)積聚一定污水，應(yīng)及時(shí)測(cè)量并排出。</p><p>　　5．在排水量較小時(shí)，更應(yīng)重視液艙內(nèi)自由液面對(duì)穩(wěn)性的不利影響。</p><

70、;p>　　2.2船舶大傾角靜穩(wěn)性的概念</p><p>　　1．大傾角靜穩(wěn)性基本概念： </p><p>　　船舶在海上航行中，由于風(fēng)浪的作用往往使船舶橫傾角超過10°～15°，這時(shí)船舶的穩(wěn)性就稱為大傾角靜穩(wěn)性。大傾角穩(wěn)性和初穩(wěn)性的區(qū)別為：首先，兩者對(duì)應(yīng)的船舶橫傾角不同。船舶橫傾角θ小于10°～15°時(shí)對(duì)應(yīng)的穩(wěn)性為初穩(wěn)性，而橫傾角大于10

71、76;～15°時(shí)對(duì)應(yīng)的穩(wěn)性即為大傾角穩(wěn)性。其次，船舶在大傾角橫傾時(shí)相鄰兩浮力作用線交點(diǎn)不再為定點(diǎn)M。再次，船舶大傾角橫傾時(shí)傾斜軸不再過初始水線面漂心。最后，船舶大傾角穩(wěn)性不能GM作為基本標(biāo)志來衡量。</p><p>　　2．大傾角靜穩(wěn)性的基本標(biāo)志</p><p>　　船舶在外力矩作用下發(fā)生大傾角橫傾，當(dāng)外力矩消失后，船舶重力和浮力仍然形成力偶，其力矩即為靜穩(wěn)性力矩或稱復(fù)原力矩，表

72、示式為：</p><p><b>　　(1-5)</b></p><p>　　船舶在排水量一定的條件下，穩(wěn)性力矩Ms大小取決于船舶重心G到傾斜后浮力作用線的垂直距離，即取決于靜穩(wěn)性力臂GZ，并與GZ成正比，因此，靜穩(wěn)性力臂GZ可以作為衡量大傾角靜穩(wěn)性的基本標(biāo)志。</p><p>　　自由液面對(duì)大傾角穩(wěn)性的影響：在計(jì)算各傾角時(shí)的靜穩(wěn)性力臂或靜穩(wěn)性

73、力矩值時(shí)，如初穩(wěn)性計(jì)算一樣，也需進(jìn)行自由液面修正，即液艙內(nèi)自由液面使靜穩(wěn)性力臂及靜穩(wěn)性力矩減小。液艙內(nèi)的液體隨船舶傾角的增大而引起自由液面較大變化，從而引起自由液面力矩的較大變化。</p><p>　　靜穩(wěn)性曲線上特征參數(shù)的含義,靜穩(wěn)性曲線的主要特征體現(xiàn)在：</p><p>　　1．靜穩(wěn)性曲線在原點(diǎn)處的斜率。靜穩(wěn)性曲線在原點(diǎn)處的斜率等于初穩(wěn)性高度G0M。</p><p&

74、gt;　　2. 靜穩(wěn)性曲線上的反曲點(diǎn)。當(dāng)橫傾角增大至甲板浸水角時(shí)，靜穩(wěn)性曲線上升段出現(xiàn)一反曲點(diǎn)，在該點(diǎn)以前，曲線上升較快；在該點(diǎn)之后，曲線上升趨勢(shì)減緩，反曲點(diǎn)處曲線斜率最大，這是因?yàn)榇皺M傾至甲板浸水角前后浮心位置改變最大所決定的。</p><p>　　3．靜穩(wěn)性曲線上的極值點(diǎn)。當(dāng)橫傾角增大至某一角度，靜穩(wěn)性曲線取得極值點(diǎn)，它標(biāo)明了曲線最高點(diǎn)的位置，反映出船舶在橫傾中所具有的最大靜穩(wěn)性力矩（臂），以及取得靜穩(wěn)性力

75、矩（臂）最大值時(shí)船舶的傾斜狀態(tài)。極值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的橫傾角一般在35°～45°左右。</p><p>　　4．穩(wěn)性消失點(diǎn)。靜穩(wěn)性曲線過極值點(diǎn)后呈下降趨勢(shì)，即隨著橫傾角的增大，Ms（或GZ）逐漸減小，當(dāng)橫傾角達(dá)到某一角度時(shí)，Ms或GZ等于零，此時(shí)穩(wěn)性消失，表現(xiàn)在靜穩(wěn)性曲線圖上則為曲線與橫坐標(biāo)軸的交點(diǎn)即為穩(wěn)性消失點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的橫傾角稱為穩(wěn)性消失角θv，自O(shè)到θv稱穩(wěn)性范圍。船舶橫傾角超過θv時(shí)，Ms（或GZ）

76、出現(xiàn)負(fù)值，即船舶產(chǎn)生傾覆力矩。對(duì)于一般裝載狀態(tài)下的貨船而言，θv約為70°～80°。</p><p>　　靜穩(wěn)性曲線的應(yīng)用： </p><p>　　1．求取甲板浸水角。在靜穩(wěn)性曲線圖上，量取曲線反曲點(diǎn)對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)即可得到該裝載狀態(tài)下的甲板浸水角。</p><p>　　2．求取初穩(wěn)性高度G0M。由于靜穩(wěn)性曲線在原點(diǎn)處的斜率即為G0M，通常在曲線圖

77、上求取G0M的方法是：先過原點(diǎn)作GZ曲線的切線，然后在θ＝57.3°處量取該切線的縱坐標(biāo)值即為G0M。</p><p>　　3．求取橫傾角為30°時(shí)的靜穩(wěn)性力臂GZ30。民用船舶在大風(fēng)浪中橫搖時(shí)所出現(xiàn)的最大橫傾角通常不小于30°，因此在該傾角時(shí)的靜穩(wěn)性力臂GZ可以表征船舶大傾角靜穩(wěn)性大小。</p><p>　　4．求取最大靜穩(wěn)性力臂對(duì)應(yīng)的橫傾角θsm。靜穩(wěn)性曲

78、線極值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的橫傾角即為θsm，又稱極限靜傾角。</p><p>　　5．求取穩(wěn)性消失角θv。靜穩(wěn)性曲線做出后，量取曲線與坐標(biāo)軸的第二個(gè)交點(diǎn)對(duì)應(yīng)橫傾角即為穩(wěn)性消失角θv。</p><p>　　6．確定船舶靜平衡位置。設(shè)有一靜態(tài)外力矩Mh緩慢作用于船上使船橫傾，當(dāng)傾角達(dá)到某一角度時(shí)船舶不再繼續(xù)傾斜，此時(shí)船舶處于靜平衡狀態(tài)，其靜平衡條件為</p><p><b&g

79、t;　　(1-6)</b></p><p>　　即靜態(tài)外力矩與穩(wěn)性力矩相等，方向相反，其合力矩為零。</p><p>　　若船舶在初始狀態(tài)下受一靜態(tài)外力矩Mh作用，當(dāng)傾角達(dá)到θs時(shí)船舶不再繼續(xù)傾斜，而處于靜平衡狀態(tài)。若此時(shí)靜態(tài)外力矩減小至Mh1，船舶將回?fù)u至Mh1＝Ms對(duì)應(yīng)的橫傾角處，即船舶的靜傾角為Mh1直線與Ms曲線的第一個(gè)交點(diǎn)對(duì)應(yīng)橫傾角；若此時(shí)靜橫傾力矩消失，船舶將回?fù)u并

80、停止于初始平衡位置。</p><p>　　若船舶在初始狀態(tài)下受一靜態(tài)外力矩Mh作用且Mh＞Msm，當(dāng)船舶橫傾至極限靜傾角θsm與穩(wěn)性消失角θv之間的某一傾角時(shí)，靜態(tài)外力矩減小為Mh1并滿足Mh1≤Msm，船舶也不會(huì)發(fā)生傾覆，而是回?fù)u至Mh1＝Ms對(duì)應(yīng)的橫傾角處，即船舶的靜傾角為Mh1直線與Ms曲線的第二個(gè)交點(diǎn)對(duì)應(yīng)橫傾角。若Mh1＝0，船舶同樣將回?fù)u至初始平衡位置。</p><p>　　7．

81、計(jì)算船舶動(dòng)穩(wěn)性的基礎(chǔ)</p><p>　　船舶靜穩(wěn)性大小取決于靜穩(wěn)性力矩Ms，而船舶動(dòng)穩(wěn)性大小則取決于動(dòng)穩(wěn)性力矩，即靜穩(wěn)性力矩作的功，它在數(shù)值上等于靜穩(wěn)性力矩Ms曲線下的面積。</p><p>　　2.3 船舶穩(wěn)性的要求</p><p>　　我國(guó)《穩(wěn)性規(guī)則》對(duì)船舶穩(wěn)性的基本要求：</p><p>　　國(guó)際航行船舶應(yīng)滿足IMO《穩(wěn)性規(guī)則》中規(guī)定

82、的穩(wěn)性衡準(zhǔn)。</p><p>　　IMO《穩(wěn)性規(guī)則》對(duì)船舶的完整穩(wěn)性核算：在核算裝載狀態(tài)下，經(jīng)自由液面修正后</p><p>　　(1)初穩(wěn)性高度GM應(yīng)不小于0.15m；</p><p>　　(2)靜穩(wěn)性力臂GZ曲線下的面積：</p><p>　　在橫傾角0°～30°間所圍面積A30應(yīng)不小于0.055 m·rad

83、；</p><p>　　在靜傾角0°～40°或進(jìn)水角中較小者間所圍面積A40°（θf(wàn)），應(yīng)不小于0.090m.rad；</p><p>　　在橫傾角30°～40°或進(jìn)水角中較小者間所圍面積A30° 40°（θf(wàn)）應(yīng)不小于0.030m.rad；</p><p>　　(3)橫傾角30°處的靜

84、穩(wěn)性力臂（GZ30°）應(yīng)不小于0.20m：</p><p>　　(4)最大靜穩(wěn)性力臂對(duì)應(yīng)橫傾角θsm最好大于30°，但至少不應(yīng)小于25°；</p><p>　　(5)對(duì)L≥24m的船舶，尚應(yīng)滿足天氣衡準(zhǔn)。</p><p>　　對(duì)于L≥24m的船舶，IMO規(guī)定了在正常裝載狀況下船舶抵抗橫風(fēng)和橫搖聯(lián)合作用應(yīng)具有的能力。</p>

85、<p>　?。?）船舶受到垂直作用在其中心線上的一個(gè)穩(wěn)定風(fēng)壓的作用下，產(chǎn)生穩(wěn)定風(fēng)壓傾側(cè)力臂，此時(shí)船舶的靜傾角為；</p><p>　?。?）假定在橫浪的作用下，船舶由靜傾角向上風(fēng)舷橫搖至處；</p><p>　?。?）然后船舶受到一個(gè)突風(fēng)作用，產(chǎn)生突風(fēng)風(fēng)壓傾側(cè)力臂；</p><p>　?。?）在此情況下，靜穩(wěn)性曲線下的面積應(yīng)滿足面積≥面積。</p&

86、gt;<p>　　在進(jìn)行上述穩(wěn)性核算時(shí)，各項(xiàng)具體規(guī)定包括：</p><p>　　圖1.2 靜穩(wěn)性力臂曲線</p><p>　?。?）風(fēng)壓傾側(cè)力臂和不隨橫傾角變化；</p><p>　?。?）風(fēng)壓傾側(cè)力臂和按下式求取</p><p><b>　　(1-7)</b></p><p>　　

87、式中：───穩(wěn)定風(fēng)壓傾側(cè)力矩（kNm）；</p><p>　　───單位計(jì)算風(fēng)壓（kPa），取=kPa；</p><p>　　───水線以上船體和甲板貨的側(cè)投影面積（m2）；</p><p>　　───的中心到水線下船體側(cè)面積中心或近似地到吃水一半處的垂直距離（m）。</p><p>　?。?）計(jì)算面積時(shí)右邊界角的確定：

88、 </p><p>　　(1-8) </p><p>　　式中：───船舶進(jìn)水角（º）； </p><p>　　───與GZ曲線的第二個(gè)交點(diǎn)對(duì)應(yīng)橫傾角（º）。 </p><p><b>　　2．國(guó)內(nèi)航

89、行船舶</b></p><p>　　經(jīng)自由液面修正后，船舶穩(wěn)性在所核算的裝載狀況下必須同時(shí)滿足：</p><p>　?。?）初穩(wěn)性高度G0M不小于0.15m；</p><p>　?。?）在橫傾角為30°時(shí)的靜穩(wěn)性力臂GZ30°應(yīng)不小于0.20 m；若進(jìn)水角小于30°時(shí)，則進(jìn)水角處的靜穩(wěn)性力臂值應(yīng)不小于該值；</p>

90、;<p>　　（3）最大靜穩(wěn)性力臂對(duì)應(yīng)橫傾角θsm應(yīng)不小于25°；</p><p>　　（4）穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)K不小于1。</p><p>　　穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)K是指船舶最小傾覆力矩（臂）與風(fēng)壓傾側(cè)力矩（臂）之比，即</p><p><b>　　(1-9)</b></p><p>　　式中：lhmin-―最小

91、傾覆力臂（m）；</p><p><b>　　(1-10)</b></p><p>　　lw-―風(fēng)壓傾側(cè)力臂（m）；</p><p><b>　　(1-11)</b></p><p>　　Mw-―風(fēng)壓傾側(cè)力矩（kN.m）</p><p>　　當(dāng)船舶寬深比B/D＞2時(shí)，則對(duì)θs

92、m的要求可適當(dāng)減小，其減小值δθ為</p><p><b>　　(1-12)</b></p><p>　　式中：D-―船舶型深（m）；</p><p>　　B-―船舶型寬（m），但B/D＞2.5時(shí)．取B/D=2.5；</p><p>　　K-―穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)，但當(dāng)K＞1.5時(shí)，取K＝1.5。</p><p

93、>　　船舶穩(wěn)性的適用范圍：過大穩(wěn)性或過小穩(wěn)性都是船舶正常營(yíng)運(yùn)所不允許的，因而應(yīng)給出船舶穩(wěn)性的適用范圍。</p><p>　　從穩(wěn)性規(guī)則對(duì)船舶穩(wěn)性的要求考慮，船舶最小初穩(wěn)性高度應(yīng)為GM＝GMc；從船舶搖擺性考慮，橫搖周期不宜過小，以免船舶劇烈搖擺，一般認(rèn)為船舶自由橫搖周期不小于9s，而在15～16s左右是比較合適的，則船舶最大初穩(wěn)性高度應(yīng)為，船舶穩(wěn)性的適用范圍應(yīng)為，而橫搖周期為15s左右對(duì)應(yīng)的GM值則為初穩(wěn)性

94、高度適宜值；對(duì)萬(wàn)噸級(jí)船舶滿載時(shí)GM取4%～5%B較適宜。 </p><p>　　在核算裝載狀態(tài)下，經(jīng)自由液面修正后</p><p>　　1．初穩(wěn)性高度GM應(yīng)不小于0.15m；</p><p>　　2．靜穩(wěn)性力臂GZ曲線下的面積：</p><p>　　（1）在橫傾角0°～30°間所圍面積A30應(yīng)不小于0.055 m

95、3;rad；</p><p>　?。?）在靜傾角0°～40°或進(jìn)水角中較小者間所圍面積A40°（θf(wàn)），應(yīng)不小于0.090m.rad；</p><p>　?。?）在橫傾角30°～40°或進(jìn)水角中較小者間所圍面積A30° 40°（θf(wàn)）應(yīng)不小于0.030m.rad；</p><p>　　3．橫傾角3

96、0°處的靜穩(wěn)性力臂（GZ30°）應(yīng)不小于0.20m：</p><p>　　4．最大靜穩(wěn)性力臂對(duì)應(yīng)橫傾角θsm最好大于30°，但至少不應(yīng)小于25°；</p><p>　　5．對(duì)L≥24m的船舶，尚應(yīng)滿足天氣衡準(zhǔn)。</p><p>　　對(duì)于L≥24m的船舶，IMO規(guī)定了在正常裝載狀況下船舶抵抗橫風(fēng)和橫搖聯(lián)合作用應(yīng)具有的能力。<

97、;/p><p>　　（1）船舶受到垂直作用在其中心線上的一個(gè)穩(wěn)定風(fēng)壓的作用下，產(chǎn)生穩(wěn)定風(fēng)壓傾側(cè)力臂，此時(shí)船舶的靜傾角為；</p><p>　　（2）假定在橫浪的作用下，船舶由靜傾角向上風(fēng)舷橫搖至處；</p><p>　　（3）然后船舶受到一個(gè)突風(fēng)作用，產(chǎn)生突風(fēng)風(fēng)壓傾側(cè)力臂；</p><p>　?。?）在此情況下，靜穩(wěn)性曲線下的面積應(yīng)滿足面積≥面積

98、。 </p><p>　　3.船舶獲得適度穩(wěn)性的方法： </p><p>　　（1）了解船舶狀況及航線情況。了解船舶裝載或壓載的能力、重量分布及相應(yīng)的穩(wěn)性狀態(tài)；熟悉本航線所經(jīng)海區(qū)的自然條件、可能出現(xiàn)的氣象現(xiàn)象等，從而確定既安全又適當(dāng)?shù)姆€(wěn)性值。</p><p>　?。?）合理配載。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，對(duì)于萬(wàn)噸級(jí)船舶滿載時(shí)，底艙和二層艙裝載量所占

99、全部載貨量的比例約為65%：35%；若需裝載甲板貨時(shí)，則甲板貨重量一般不超過全船載貨量的10%，且堆積高度一般不超過船寬的1/6～1/5，這樣，底艙、二層艙、甲板貨的配貨比例大體為65%：25%：10%；對(duì)于具有3層甲板的船舶，底艙、下二層艙、上二層艙的配貨比例大體為55%：25%：20%。</p><p>　?。?）合理調(diào)整船舶穩(wěn)性。在采取加（排）壓載水方法時(shí)，應(yīng)注意自由液面對(duì)穩(wěn)性的影響，且加（排）壓載水后因排

100、水量的變化導(dǎo)致許用重心高度或最小許用初穩(wěn)性高度改變。加裝甲板貨時(shí)因受風(fēng)面積增大，引起風(fēng)壓傾側(cè)力矩增大致使穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)減小。</p><p>　?。?）貨物緊密堆垛，防止大風(fēng)浪航行中移位。</p><p>　?。?）合理平艙。對(duì)于件雜貨而言，各艙裝載后應(yīng)保持貨物表面基本平整，不允許出現(xiàn)不同艙位處的貨物表面凹凸不平，尤其是因艙口前后兩端因堆垛困難而將其艙位棄之不用；對(duì)于固體散貨，根據(jù)裝貨數(shù)量和貨

101、艙形狀確定是否采取分段平艙，無(wú)論如何，散貨裝載完畢時(shí)應(yīng)保證貨物表面平整，對(duì)于滿載艙應(yīng)盡量將貨物充滿整個(gè)貨艙空間，必要時(shí)采取止移措施。</p><p>　?。?）盡量減少自由液面形響。</p><p>　?。?）消除船舶初始橫傾。船舶的初始橫傾使穩(wěn)性力矩降低，從而對(duì)船舶的大傾角靜穩(wěn)性、動(dòng)穩(wěn)性都產(chǎn)生不利影響。</p><p>　　（8）航行中做好貨物檢查和加固。<

102、/p><p>　　（9）改變船舶與波浪的相對(duì)位置。在航行中可通過改向或變速的措施來改變船舶與波浪的相對(duì)狀態(tài)，以脫離相應(yīng)的危險(xiǎn)境遇，改變船舶的外部環(huán)境。</p><p>　　(10) 船長(zhǎng)的責(zé)任</p><p>　　船舶在航行中船長(zhǎng)應(yīng)注意其裝載、氣象和海況等情況，運(yùn)用良好船藝謹(jǐn)慎駕駛。</p><p>　　2.4船舶穩(wěn)性檢驗(yàn)及調(diào)整</p>

103、;<p>　　測(cè)定橫搖周期檢驗(yàn)船舶穩(wěn)性：船舶橫搖周期是指船舶橫搖一個(gè)全擺程所需的時(shí)間（s）。船舶自正浮起橫搖至一舷的傾角稱為一個(gè)擺幅，4個(gè)擺幅稱為一個(gè)全擺程。</p><p>　　《法定規(guī)則》中提供的船舶自搖周期Tθ與GM的關(guān)系式為</p><p><b>　　(1-13)</b></p><p>　　式中：f-―由B/d查得的系

104、數(shù)；</p><p>　　GM-―船舶裝載狀況下未經(jīng)自由液面修正的初穩(wěn)性高度（m）。</p><p>　　IMO《穩(wěn)性規(guī)則》給出的Tθ與GM關(guān)系式為</p><p><b>　　(1-14)</b></p><p>　　對(duì)于船長(zhǎng)不足70m的船舶，IMO建議使用如下簡(jiǎn)便公式</p><p><

105、b>　　(1-15)</b></p><p>　　式中：f-―橫搖周期系數(shù)，其值與船舶大小、形狀、裝載情況、液體數(shù)量等因素有關(guān)，對(duì)空船或壓載時(shí)f取0.88；對(duì)滿載船舶，液體占總載重的20%、10%和5% 時(shí)，其f分別取0.78、0.75和0.730。</p><p>　　觀測(cè)在橫傾力作用下產(chǎn)生的橫傾角： 1．載荷橫移</p><p>　　船上載荷

106、橫移后產(chǎn)生橫傾力矩，從而引起船舶橫傾，橫傾角可由傾側(cè)儀讀出?？傻?lt;/p><p><b>　　(1-16)</b></p><p>　　式中：p-―載荷橫移重量（t）；</p><p>　　y-―載荷橫移距離（m）；</p><p>　　θ-―傾斜儀讀取的橫傾讀數(shù)（°）。</p><p>

107、;　　2. 橫向不對(duì)稱載荷增減</p><p>　　船上橫向不對(duì)稱載荷增減后，由于載荷增減量較小，可認(rèn)為載荷增減后初穩(wěn)心位置不變。設(shè)載荷增量為p，先將其置于船舶中縱剖面上的KP處，所引起的初穩(wěn)性高度變化亦可忽略不計(jì)，然后由中縱剖面橫移至實(shí)際位置處，則船舶產(chǎn)生橫傾角，于是有：</p><p><b>　　(1-17)</b></p><p>　　

108、式中：───載荷p的橫坐標(biāo)，即p的重心至中縱剖面距離（m）。</p><p>　　觀測(cè)船舶征兆檢測(cè)船舶穩(wěn)性： 船舶當(dāng)穩(wěn)性過小時(shí)，由于穩(wěn)性力矩小而使得抵抗橫傾力矩的能力減弱，因而即使船舶在較小橫傾力矩作用下，也會(huì)出現(xiàn)較大橫傾角，具體表現(xiàn)在：</p><p>　　1．船舶在較小風(fēng)浪中航行時(shí)，橫搖擺幅較大，搖擺周期較長(zhǎng)；</p><p>　　2．油水使用左右不均時(shí)，船舶

109、很快偏向一舷；</p><p>　　3．用舵轉(zhuǎn)向或拖船拖頂時(shí)，船舶明顯傾斜且復(fù)原較慢；</p><p>　　4．甲板上浪、艙內(nèi)貨物少量移動(dòng)、貨艙少量進(jìn)水時(shí)船舶出現(xiàn)較大橫傾角；</p><p>　　5．貨物裝卸時(shí)因吊桿起落擺動(dòng)或艙內(nèi)貨物左右不均而橫傾異常，或纜繩受力過大。</p><p>　　船舶穩(wěn)性過大時(shí)主要表現(xiàn)在航行中稍有風(fēng)浪即搖擺劇烈，橫

110、搖周期較小。 </p><p>　　船舶穩(wěn)性調(diào)整原則： 1．載荷垂移法調(diào)整GM</p><p>　　載荷垂向移動(dòng)調(diào)整船舶穩(wěn)性的手段適應(yīng)于配載圖編制階段。載荷垂移所引起的船舶重心高度改變量在數(shù)值上就等于初穩(wěn)性高度改變量。船舶在配載圖編制時(shí)，經(jīng)校核后若穩(wěn)性過大，可將載荷上移；反之將載荷下移。當(dāng)上下艙單獨(dú)移貨因滿艙而無(wú)法實(shí)現(xiàn)時(shí)，可采用上下艙輕重貨等體積互換的方法達(dá)到調(diào)整穩(wěn)性的目的。<