浮体与潜体的稳定性分析

在浮岛、渔礁的实际工作状态中，他们的稳定性是很重要的。浮岛是浮在水面上要稳，渔礁是下沉过程和浮在水中两种状态要稳定，下沉过程过多的翻滚容易造成沉底时的撞击位置不对收到破坏，这边从浮体和潜体的受力情况进行分析并进行总结。

1、浮体的几个力学概念 重心：重力的合力作用点

浮心：浮力的合力作用点，取为排开水体部分的重心

稳心：船舶浮心曲线的曲率中心，船正浮时的浮力作用线与非正浮时的浮力作用线的交点。首先稳心是个交点——两条浮力作用线的交点——正浮状态下和非正浮状态下两条浮力作用线的交点。浮心不能太高，太高时，船舶摇摆周期会缩短，让在船舶上的人员乘坐很不舒服,因此船底做成弧形成不是宽扁形状，这样稳心会比较低。

2、浮体与潜体的受力分析

对于一个物体，他的重心C是固定不变的，而浮心P则跟排水状态有关。图1中，物体全部浸在水中，图a中B在上C在下，当物体发生翻滚时B、C的合力矩将物体拉回平衡状态；图b中B在下C在上，B、C的合力矩将物体拉回重心在下的平衡状态；图C中为达到平衡状态时B、C的合力在同一竖直线上，物体稳定下沉。

由以上分析，我们可以知道渔礁下沉的时候浮心为礁体的几何中心，重心则为物理中心,为了使下沉过程中礁体能得自我调节平衡应该让重心低于礁体的几何中心，重心越底调节能力越强，礁体应该尽量对称让几何中心礁体中心点，从而使重心浮心在同一竖直线上稳定下沉，沉底的时候不会发生太大的翻转使礁体脆弱的边角部分首先着地撞坏。假如礁体均匀物理重心跟几何中心重合，则重心与浮心重合，那么下沉过程中两个力就不能起到调节作用，礁体则由下沉过程中在任意外力作用下随便翻转。

浮体分析:

图2浮体受力图

重心位置：重心位置影响平衡的状态，如图，当船受外边影响的时候，船会向一边倾斜（如向边倾斜），那么浮心也会向右倾斜，而重心是不弯的，浮心和重心上两边的合力矩将船身拉回平衡状态使浮力重心在同一竖直线上，因此，船体的重心最好是不变的，不然船体受影响倾斜后，重心改变，回力合矩重新拉回的平衡状态将与新的重心平衡，从而达不到原本理想的平衡状态（如在浮岛铁盒内放水，倾斜后水往一边跑，重心改变了，重新平衡后船体还是斜的）。

图3不同浮体形状不同稳心高度受力图

稳心位置：对于浮体的稳心，稳心跟船的稳定状态有关，浮体越扁平，那么船体所受的侧向水平力越小，船底的竖向浮力越大，浮力合力偏离竖直方向的角度就越小，与竖直线的交点就越高，稳心就越高，船体越稳定。因此，一般扁平的浮体稳心都在浮体上方，而重心在几何中心，稳心大于重心，除非外力非常大，不然不可能倾覆。

对于普通的弧形船底，水平浮力跟竖向的浮力差别就没扁平浮体那么大，浮力合力偏离竖直线比较大，稳心也较低，所以，稳定性比较差，但是回复周期会长一点，船上人员比较舒服。浮岛实验中，20*20*60的浮体比较高，所以稳心比较低，稳定性比较差。