船舶静力学大题汇总汇总.doc
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1、一、某船一水线半宽如下,站间距7米,试用梯形法列表计算水线面面积,漂心坐标。答:由梯形法列表计算:站号水线半宽(米)面矩乘数惯矩乘数 ()2面矩函数 ()()惯矩函数 () ()水线半宽立方()300.5-525-2.512.50.12514.4-416-17.670.485.18424.85-39-14.5543.65114.08412535-24-102012545.2-11-5.25.2140.60855.20000140.60864.95114.954.95121.28737574.8249.619.2110.59284.353913.0539.1582.31287593.154161
2、2.650.431.255875100.75253.517.50.343总和,43.1-6.15282.95951.40025修正值0.60.5150.234修正后42.5-6.65267.95951.16625计算公式AW 2LCWP AW/(LB)Xf= L/IL= 2(L)3-AWXf2 IT= 2/3L计算结果5951.63 -1.10 183099.904438.78 二、试述如何衡量初稳性和大倾角稳性的优劣,初稳性和大倾角稳性之间有何异同。(10分)初稳性初稳性有效范围015横倾角全倾角稳心位置固定(近似假定)变化衡量物理量稳心高静稳性臂,动稳性臂应用范围小倾角静稳性静稳性和动稳性
3、衡量优劣的标准稳心高的大小(唯一标准)最大静稳性臂,极限静倾角,极限动稳性臂,极限动倾角,稳性消失角,原点处斜率(稳心高)等多种参数二者的关联:静稳性曲线在原点处斜率为稳心高三、分别绘图并说明如何应用静稳性曲线及动稳性曲线,确定船舶在风浪联合作用下,所达到的动横倾角,以及船舶所能承受的最大风倾力矩和极限动倾角。(20分)答:设舰艇受到的外力矩(如风倾力矩)为,如图3.19,在静稳性曲线上,作水平线AD,使,并移动垂线CD使,即可确定动横倾角。但是,由于要凑得两块面积相等,实际操作比较麻烦,故通常直接应用动稳性曲线来确定。图1 静、动稳性曲线的应用横倾力矩所作的功为由于为常数,所以为一直线,其斜
4、率为,故当弧度53.3时,。因此,在动稳性曲线上的横坐标57.3处作一垂线,并量取得N点,连接ON,则直线ON即为随而变的规律。与TR两曲线的交点C1表示横倾力矩所作的功与复原力矩MR所作的功相等。与C1点相对应的倾角即为。潜艇所能承受的最大风倾力矩(或力臂)在静稳性曲线图上,如图1所示,如增大倾斜力矩,则垂线CD将向右移,当D点达到下降段上的D位置时,如倾斜力矩再增大,复原力矩所作的功不能与倾斜力矩所作的功相等,所以,这时的倾斜力矩即为所求的最大倾斜力矩(或力臂),D点相对应的倾角称为极限动横倾角。在动稳性曲线图上,过O点作与动稳性曲线相切的切线,此直线表示最大倾斜力矩所作的功,直线在57.
5、3处的纵坐标便是所求的最大倾斜力矩(或力臂),切点D1对应的倾角便是极限动横倾角。四、某海船,L=125m, 。现将一个矩形舱破损进水,经堵漏只淹进240t海水,进水重心位置在处,该舱长,宽,高,求淹水以后船舶的浮态和稳性。(20分)解:矩形舱进水后经过堵漏处理,没有完全进水,而且海水和舱内水没有联通,因此可按第二类舱室处理,下面采用增加重量法计算。吃水增量:新的横稳性高,具有稳定性。新的纵稳性高由于增加重量的重心在中线面上,无横倾发生。纵倾计算:五、某货船在A港内吃水T5.35m,要进入B港,其吃水不能超过T14.60m,已知吃水T25.50m时,水线面面积AW1860m2,T34.50m时
6、,AW1480m2,假设水线面面积随吃水的变化是线性的,求船进入B港前必须卸下的货物重量。(水的密度1.00 ton/m3)解:根据T2和T3时的吃水以及水线面面积随吃水变化的线性假定可得T3TT2时船舶水线面面积的变化关系为了满足吃水要求,船舶应卸下的载荷为六、 证明题:(10分)在船体计算中通常采用梯形法和辛普生法计算曲线下面积,试证明:采用辛普生第一法计算右图中曲线下的面积为l-lxy0 y1 y2第二题图 A= (y0+4y1+y2) l/3证明:假设曲线可以用抛物线近似代替y = ax2+bx+c (2分)当x = l时,y0 = al2bl + c (1分) 2.1当x = 0时,
7、y1 = c (1分) 2.2当x = l时,y2 = al2 + bl + c (1分) 2.3曲线下面积 (2分) 2.4若将面积A表示为坐标值的函数 (1分) 2.5将2.1,2.2,2.3代入2.5,并和2.4式比较可得 (2分)七、计算题(10分)某内河驳船D1100 ton,平均吃水d2.0m,每厘米吃水吨数TPC6.50 ton/cm,六个同样的舱内装石油,每个舱内都有自由液面,油舱为长方形,其尺度为l15.0m,b6.0m,这时船的初稳性高为GM1.86m,若把右舷中间的一个舱中重量p120ton的油完全抽出,其重心垂向坐标ZC0.80m,求船的横倾角。已知石油的密度r0.9t
8、on/m3。解:卸载后,船舶吃水变化量为 (2分)考虑到卸载以后船舶减少了一个自由液面,卸载后船舶的初稳心高 (5分)船舶的横倾角 (2分) (1分)船舶的横倾角为左倾9.48。八、计算题(15分)某船排水量D=4430ton,平均吃水T5.3m,重心G点距基线高度为3m,任意角度下浮力作用线至S点的距离试求:1 在静力作用下的极限倾覆力矩;2 动稳性曲线表达式;3 船在最大摆幅10度时的极限动倾角和极限倾覆力矩;cdba4 若重心升高0.2m,求时的静稳性臂。解:1.在静力作用下的极限倾覆力矩; 当时ls有极大值 (2分)静力作用下极限倾覆力矩 (2分)2.动稳性曲线表达式; (4分)3.船
9、在最大摆幅10度时的极限动倾角和极限倾覆力矩;设极限倾覆力矩为Mq10,则 (2分)即除外仅有唯一解(风倾力矩功曲线和动稳性曲线相切)。为了满足这一条件,方程 有唯一解,则 ,极限动倾角 (2分)4.若重心升高0.2m,求时的静稳性臂。重心升高后,静稳心臂 (2分)当时 (1分)九、某长方体船,L20m,B4m,T2m,现将船划分为八个舱室A-H,如右图所示。开始时处于正浮状态,求G舱破损后长方体船的漂心位置,纵、横稳性高及四个角点a,b,c,d的吃水。(假设重心高度zG = 2.0m)xyA BC DE FG H解:采用损失浮力法计算排水量: (w=1)G舱破损后漂心位置 (以上3分 )吃水
10、改变量 新的吃水 (2分) 若船仍保持正浮状态,由于水下部分为柱体,新的浮心位置; (2分)破损后船的水线面惯性矩 新的稳心高(算出稳心高得5分)横倾角纵倾角(算出浮态得2分)a点吃水:b点吃水:c点吃水:d点吃水:(算出吃水得1分)十、某箱形双体船横剖面如图所示,其重心在基线以上3.875m,吃水T2.0m,如果要求初稳性高GM2m,求两单体中心线相隔的间距d的最小值。2m3md解:双体船的水线面惯性矩: (5分)排水体积 (8分) (2分)两单体中心线相隔间距至少4m十一、已知某船的数据为:L=95m,B=12.4m,TF=5.8m,TA=6.3m,cB=0.7,cWP=0.78,xF=1
11、.4m,GM0.42m,GML=125m。因船体损伤,双层底舱淹水,该舱的体积v=60m3,形心坐标x=20m,y=2.7m,z=0.4m。求该船损伤后的横倾角和首尾吃水。解:根据题中所提供的数据可知,破损前,船舶的排水体积为 (1分)排水量为平均吃水 (1分)水线面面积 (1分)由于破损舱室为双层底舱,因此可按第一类舱室进行计算。按照增加重量法,进水量转换为重量的增加。增加的重量 ,重心位置为破损舱室的形心位置。进水后吃水的增加量 (2分)(6分)横倾角为: (1分)纵倾值为: (1分)首吃水为: (1分)尾吃水为: (1分)十二、计算题(10分)某船的水线面如图所示,求该船的水线面面积AW
12、,漂心xf及过漂心的惯性矩IT,IL。xy10m10m6m4m3m3m6m解:水线面可分为3个部分水线面面积m2 (2分)水线面关于y轴的静矩:m3 (2分)水线面漂心m (2分)绕x轴的惯性矩m4 (2分)绕y轴的惯性矩m4m4 (2分)十三、计算作图题(20分)长方体船,船长L30m,船舶的横剖面为正方形,船宽B=6m,型深D6m,吃水T3m。重心高度xg=1.5m。求:1 该船的初稳心高。(2分)2 任意横倾角时该船的浮心位置(5)。3 任意横倾角时的静稳性臂,动稳性臂。(5分)4 求该船具有25初始横倾角时的最大风倾力矩和极限动倾角。(已给出如图所示稳性曲线)(4分)5 若在甲板上方中
13、央开一舱口,求该船有25初始横倾角时的最大风倾力矩及相应的极限动倾角。(4分)(4,5采用图解法应在图上反映求解过程及标明相应物理量,静稳性曲线见大图)解:.1. 初稳心高 (2分)23,由于横剖面为正方形,任意倾角下的等体积水线都过正方形形心。甲板进水角对于如图所示的梯形,abh形心计算如下,根据梯形形心公式可知当qq45时,同样可以利用梯形形心公式得:,静稳性臂动稳性臂:当q135时,动稳性臂:(5分)4,5为作图题,区别在于5由于有甲板开口,极限动倾角不得大于90度。fd(4)=153ld(4)=0.80ld(5)=0.6157.34题的作图见图中粗实线,5题作图见粗点划线。根据作图可知
14、,4题,极限动倾角为153度,最大动稳性臂0.8m,因此,最大风倾力矩吨.米5题由于有开口,极限动倾角为90度,最大动稳性臂0.61m,最大风倾力矩吨.米(8分,包括作图)十四、某船的水线面如图所示,求该船的水线面面积AW,漂心xf及过漂心的惯性矩IT,IL。60m6m6m15m9m9m9m9m18mxy水线面面积: m2 (2分)水线面关于y轴的静矩 m3(2分)漂心m(2分)关于y轴的惯性矩m4关于x轴的惯性矩m4横倾惯性矩m4 (2分)纵倾惯性矩m4 (2分)十五、试推导(5,8,-1)法公式 l-lxyy0 y1 y2第二题图ABC解: 假设曲线可以用抛物线近似代替y = ax2+bx
15、+c (1分)当x = l时,y0 = al2bl + c 2.1当x = 0时,y1 = c 2.2当x = l时,y2 = al2 + bl + c 2.3 (2分)曲线下面积 2.4 (1分)若将面积A表示为坐标值的函数 2.5 (1分) 将2.1,2.2,2.3代入2.5,可得 (1分)与2.4比较得 (2分)可得: (2分)十六、某舰艇360t,T=2.00 m,TPC=2.8 t/cm,L56 m,Xf-2.0 m,GM=0.66 m,GML120 m,艇出航后,首部原已装满淡水的水舱,用去淡水P=5.6 t,其重心在(8.0m,2.0 m,0.7 m)处,已知淡水舱水平截面为矩形
16、,l=4.5 m,b=3.0 m,求此时艇的浮态和稳性。答:1)舰艇的平均吃水增量:T-P/(Aw)=-P/(100TPC)=-5.6/(1002.8)=-0.02 m;2) 舰艇新的横稳心高: G1MGM+(P(+P)(T +T/2Z GM) 0.66-(5.6(360-5.6)(2.0-0.01-0.7-0.66)- 0.62 m;3)舰艇新的纵稳心高: G1ML(+P)GML (360(360-5.6)120- 121.83 m;4)横倾角: tan=Py/((+P)G1M)=5.62.0/(360-5.6) 0.62)=-0.05=-2.92;5)纵倾角:tan=P(x-xf)/((+
17、P)G1ML)=5.6(8+2)/(360-5.6) 121.83)=-0.0013=-0.074;6)由纵倾引起的首尾吃水增量: TF(L/2-Xf)tan=(56/2+2) (-0.0013)=-0.039; TA(L/2+Xf)tan=-(56/2-2) (-0.0013)=0.034;7)首尾吃水TFT+TF2.00-0.0391.941 m;TAT+TA2.00+0.0342.034 m;该舰体用去淡水后产生尾倾。十七、某海船长Lpp=120米,首尾吃水均为T=7.40米,排水量10580吨,KB3.84米,BML125.64米,KG6.56米,xF=0,当船上有一重量p=100吨,
18、从船尾移向船首,移动距离为60米,求此时船的首尾吃水为多少?解: 35m20m35m100m7m12mAB 0十八、某海洋平台水下有两个箱型浮体,单个箱型体的尺寸为:,每箱型浮体和平台之间用4个的立柱连接,立柱和浮箱间为水密连接。平台的详细尺寸如图所示。重心高度在基线以上19m处,海水密度取1.028吨/立方米。求:(1) 平台的排水量和初稳心高。(2) 若A立柱受浮冰碰撞而进水,求平台在A立柱破损后的横倾角和按损失浮力法得到的初稳心高。(3) 若要将平台浮正,需要向B立柱注水,求需要注入B立柱的水量以及扶正后的初稳心高。(共20分)解:排水体积:排水量:吨浮心纵坐标:水线面惯性矩:m4 初稳
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