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初稳性

船舶工程中船舶倾角影响进水前的稳性的性能

初稳性（initial stability），是指船舶倾角小于10度~15度或上甲板边缘开始进水前的稳性。也称小倾角稳性。初稳性是通过某些简化假定，可简明获得初稳性的因素及其变化规律。

平衡及初稳性
如图1所示，当船舶受外力作用，发生倾斜时，水线由W0L0变为W1L1，浮心由B0移至B1，而此时排水量△和重心G位置不变，重力与浮力不再作用在同一铅垂线上，因而产生了一个力矩，称为复原力矩。当外力消失时，复原力矩会使船舶回复到原来的平衡位置，船舶的这种性能称为稳性。这是关于稳性的传统定义。考虑到船舶在风浪中的运动及动力效应，近代稳性定义为船舶在风浪的作用下保持其不翻（或防止翻船）的概率。
当船舶横向微倾时，复原力矩的大小可用下式表示：
当M点高于G点时，初稳性高GM>0，复原力矩为正值，它抵抗船舶的横倾。
当M点低于G点时，初稳性高GM<0，复原力矩为负值，它使船舶继续横倾。
M点称为船舶的横稳心。
同样，在船舶纵倾时也存在纵向的复原力矩和纵稳心。船舶纵倾时的稳性称为纵稳性。
造成船舶离开原来平衡位置的倾侧力矩可以由风、浪的作用、船上货物的移动、旅客集中一舷、拖船的急牵以及船舶的回转等因素产生。
若倾侧力矩的作用是从零开始逐渐增加的，船舶倾斜时的角速度很小，可以忽略，这种倾斜时的稳性称为静稳性；若倾侧力矩突然加于船上，船舶倾斜时有明显的角速度变化，则这种倾斜时的稳性称为动稳性。
倾斜角在0°到10°～15°范围内或0°到上甲板边缘入水角范围内（取其小者）的稳性称为初稳性或称为小倾角稳性；倾斜角超出上述范围的稳性称为大倾角稳性。
各因素影响
移动小量载荷对初稳性及浮态的影响
若船上的某一载荷P（假定P小于5%～10%的排水量）沿纵向、横向和垂向分别移动δx，δy，δz（向首、向右、向上为正），则船的初稳性和浮态变化如下：
初稳性高的变化：
横倾角的变化：
首吃水的变化：
尾吃水的变化：
式中：
P——载荷(t)；
δx，δy，δz——载荷P的三向位移(m)。
增加或卸掉小量载荷对初稳性及浮态的影响
在船上某一位置(x，y，z)增加或卸掉某一载荷 P 时，船舶的初稳性和浮态变化如下：
平均吃水的变化：
初稳性高的变化：
横倾角的变化：
首吃水的变化：
尾吃水的变化：
或 分别为增加或卸掉载荷的情况。
悬挂载荷对初稳性的影响
船上悬挂载荷对船舶的稳性会产生不利的影响。悬挂载荷引起的初稳性高损失为
式中:P——悬挂载荷(t)；
——悬挂载荷重心到悬挂点的距离(m)。
船舶进坞及搁浅时的稳性
1)船舶进坞时的稳性
船舶进坞时的稳性和船舶承受的反作用力，如图2所示。船舶未搁坞墩时的水线为W0L0，此时的纵倾值假定为t0；当船舶即将完全座落在墩上时，此时吃水线为W1L1，纵倾为0，船舶所承受的墩的反作用力R达到最大值Rmax。
式中：xR——R力作用点的x坐标(m)；
船舶的初稳性高的变化可近似地按下式计算：
式中dm，△，GM及TPC 4个数据均是即将搁坞墩时的参数。
船舶出坞时的情况与进坞时相类似。
2)船舶搁浅时的稳性
船舶搁浅时的稳性、所承受的反作用力和接触点位置见图3。
船舶搁浅时假若所承受的反作用力不很大，船舶也未破损，搁浅前后船舶浮态的变化可以用实测得到。
在这种情况下：
船舶所承受的反作用力：
船舶初稳性高的变化：
接触点的横坐标：
接触点的纵坐标：
式中δdA，δdF——搁浅前后首、尾吃水的变化(m)。
式中所有参数除 为搁浅后船舶横倾角的变化外，其他均为搁浅前的数值。
需注意，上述公式求出的R为负值（如图所示的情况，首吃水的减少量大于尾吃水的增加量），其物理意义可看作为船上卸掉一个载荷，从而船舶的初稳性也减小了。
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