简介这份资料为俄罗斯海事登记局RS《海船入级与建造规范》第四篇「稳性」的英文原版PDF2021年1月1日生效面向船东、船舶设计师、验船师、船员及海事专业师生用于解决船舶在各种工况下保持安全平衡的稳性设计与校核问题。内容覆盖初稳性、动稳性与大倾角稳性等基本概念最小初稳性高度、吃水与船宽比例等稳性标准载重线与货物装载、重心控制要求集装箱船等特殊船型的附加稳性规定以及传统稳性手册算法与有限元模拟等计算方法并纳入IACS统一要求S11A、S34及IMO相关决议兼顾应急状态下维持或恢复稳性的指导。资源为单个PDF文件压缩包约1.69MB篇幅完整、便于随时检索查阅。目前已有168人学习下载适合需要对照国际规范开展稳性计算、送审设计与检验验证的从业人员参考使用。1. 从一份 RS 稳性 PDF 说起它在入级审查链条里的位置一份几十页的《Rules of Sea-Going Ships Part IV Stability》摆在桌上真正卡住进度的往往不是看不懂条文而是不知道哪条判据该配哪张表、哪个角度区间、哪份装载工况。很多人以为稳性校核就是算一个初稳性高跟限值比个大小就完事实际上 Part IV 要的是一条完整的复原力臂曲线以及在这条曲线上按角度区间切出来的面积、极值点位置、极值对应角还有气象衡准里的面积比。任何一项对不上整份稳性计算书都会被退回来重做而重做的代价通常是重新跑一遍装载工况矩阵。这份规范主要面向设计院稳性计算人员、船厂送审工程师和船级社审图人员也适合做船舶性能软件的开发者——他们需要把条文翻译成可执行的判断逻辑而不是每次手工翻页。下面按读懂判据体系、写成可复算脚本、衔接破损稳性分舱计算、送审前自检的顺序展开每个环节都给出可以照着敲的命令和代码。2. RS Part IV 稳性判据体系完整稳性、气象衡准与装载工况怎么读2.1 Part IV 覆盖的判据范围以及它不负责的部分Part IV 的主线是完整稳性围绕复原力臂曲线展开包含初稳性高、曲线在若干角度区间下的面积、最大复原力臂及其对应角、以及风倾作用下的气象衡准。它同时给出倾斜试验、稳性手册编制和装载工况编制的基本要求。需要提前分清楚的是分舱与破损稳性的概率法计算通常不在 Part IV 里单独成章而是与分舱相关的部分合在一起看船体结构强度归 Part II设备与安全布置另有所属。把这条边界画清楚能避免在送审时把一份完整稳性计算书反复往分舱要求上套。不同版本之间条文编号会调整所以拿到 PDF 后的第一件事不是通读而是先定位目录层级确认这次的判据限值落在哪一节的表格里。审图意见里最常见的表述是「某工况某项不满足」而不会告诉你那个限值出自哪一页自己建一张判据到条文的映射表后面改设计时会省掉大量来回。2.2 判据项、符号、量纲与数据来源对照把判据维度先固定下来再谈数值。下面这张表是校核脚本的字段设计依据量纲必须统一否则面积积分出来的结果会差一个量级。判据项常用符号量纲数据来源初稳性高经自由液面修正GM0m静水力表 液舱自由液面修正复原力臂曲线 0°~30° 面积A30m·radGZ 曲线数值积分复原力臂曲线 0°~40° 面积A40m·radGZ 曲线数值积分复原力臂曲线 30°~40° 面积A3040m·radGZ 曲线数值积分最大复原力臂GZmaxmGZ 曲线极值搜索最大复原力臂对应角φmax°GZ 曲线极值位置气象衡准面积比b/a无量纲定常风力臂曲线与 GZ 曲线求交定常风力臂lw1m风压、受风面积、面积中心高度、排水量表中的限值一栏故意留空原因是限值随船型、航区和版本变化必须回到当前版本的 Part IV 正文去取。把限值硬编码在代码里是后续返工率最高的一个做法。提示角度参与面积积分前必须转成弧度直接拿角度做积分会得到错误的量纲这个错误在数值上不会报错只会让结果偏大五十多倍。2.3 用 pdftotext 把条文抽成可检索文本规范 PDF 一般是双栏排版直接复制文本会串行。用 poppler 的 pdftotext 保留布局再抽取能大幅提高后续检索命中率。# -layout 保留原始排版避免双栏串行-f/-l 限定页码区间 pdftotext -layout -f 1 -l 60 RS Rules Part IV Stability.pdf rs_part4.txt # 检索判据相关段落行号便于回翻原 PDF grep -n -i -E weather criterion|righting lever|angle of heel|stability criteria|free surface rs_part4.txt | head -40 # 抽取含数值限值的行快速定位限值表 grep -n -E 0\.[0-9]{2,3}|[0-9]{2}\.[0-9] rs_part4.txt | head -60第一行命令的参数里-f 1 -l 60只抽前 60 页先看目录和总则避免一次生成几百页文本拖慢检索。第二条命令按关键词定位段落-n输出的行号可以直接对照原文页码。第三条命令是粗筛用来找限值密集的区域找到后再回到 PDF 核对上下文不要直接拿筛出来的数字当限值用——表格里的数字和正文里的举例数字混在一起是这个环节最容易踩的坑。2.4 装载工况矩阵与附录表格的对应关系装载工况不是随便挑几个状态常规做法是覆盖满载出港、满载到港、压载出港、压载到港四个基础工况再按航程中油水消耗插入中间工况。每个工况都要单独出一组重量重心、自由液面修正和 GZ 曲线因为压载工况的初稳性高通常比满载高而最大复原力臂反而可能更小。工况编号排水量重心高度自由液面修正典型风险点L01 满载出港最大中大曲线面积刚过限值L02 满载到港中中小极值对应角偏移B01 压载出港小高小初稳性高偏大、曲线陡B02 压载到港最小高小气象衡准面积比这张矩阵在审图时经常被要求补齐尤其是油水消耗过程中重心升高的中间工况。工程上一般会按消耗比例切三到五个中间点取其中最不利的一个写进计算书并在报告里说明取值依据。3. 用 Python 复算 RS Part IV 的复原力臂判据3.1 输入三件套静水力、重量重心、受风参数脚本的输入分三块静水力数据给出各吃水下的排水体积、浮心位置、水线面惯性矩用来算初稳性高重量重心表给出每个工况的排水量、重心高度和自由液面修正量受风参数给出受风面积、面积中心到水线的垂直距离和风压取值。这三块数据的精度直接决定结果静水力表插值步长建议不大于 0.1 m 吃水否则初稳性高会有明显抖动。初稳性高按 GM0 KM − KG − 自由液面修正计算KM 由静水力表插值得到。这一步用线性插值就够因为静水力曲线本身在常用吃水区段接近线性用高阶插值反而会在表格端点产生振荡。3.2 把判据限值写成一份可配置字典限值集中放一个字典改版本时只动这一处。下面这份是结构示例数值仅为占位实际必须以现行 RS Part IV 条文填实。# limits.py —— 判据限值集中管理数值须按现行 RS Part IV 条文填实 RS_LIMITS { GM0_min: 0.15, # 单位 m经自由液面修正后的初稳性高下限 A30_min: 0.055, # 单位 m·rad0~30 度区间面积下限 A40_min: 0.090, # 单位 m·rad0~40 度区间面积下限 A3040_min: 0.030, # 单位 m·rad30~40 度区间面积下限 GZmax_min: 0.20, # 单位 m最大复原力臂下限 phi_GZmax_min: 25.0, # 单位 度最大复原力臂对应角下限 b_over_a_min: 1.00, # 气象衡准面积比下限 wind_pressure: 504.0, # 单位 Pa风压取值随航区变化 heel_limit: 16.0, # 单位 度定常风倾角上限 }字典里每个键都带单位和注释这不是洁癖。稳性计算里混用度与弧度、米与毫米的后果非常隐蔽尤其是把风压从 Pa 换成 kPa 时气象衡准的面积比会整体偏移但不会抛任何异常。3.3 GZ 曲线面积积分与气象衡准面积比计算面积积分用梯形法把角度转成弧度后对 GZ 积分。气象衡准需要先算定常风力臂再和 GZ 曲线求交按交点切出面积 a 和 b。import numpy as np # numpy 2.0 起 np.trapz 更名为 np.trapezoid这里做兼容 _trapz getattr(np, trapezoid, np.trapz) def gz_area(phi_deg, gz, lo, hi): 计算 GZ 曲线在 [lo, hi] 角度区间内与横轴围成的面积单位 m·rad。 phi np.asarray(phi_deg, dtypefloat) gz np.asarray(gz, dtypefloat) mask (phi lo) (phi hi) p, g np.radians(phi[mask]), gz[mask] if len(p) 2: raise ValueError(f区间 [{lo}, {hi}] 内插值点不足需要加密 GZ 曲线) return float(_trapz(g, p)) def wind_lever(pressure_pa, area_m2, z_m, disp_t, g9.81): 定常风力臂单位 m。pressure 用 Pa排水量用 t。 return pressure_pa * area_m2 * z_m / (1000.0 * g * disp_t) def weather_ratio(phi_deg, gz, lw1, phi_flood50.0): 返回 (是否满足 b/a1, 比值, 定常风倾角)。lw1 为定常风力臂。 phi np.asarray(phi_deg, dtypefloat) gz np.asarray(gz, dtypefloat) # 1) 定常风倾角GZ 曲线与 lw1 水平线的第一个交点 diff gz - lw1 idx np.where(np.diff(np.sign(diff)))[0] if len(idx) 2: return False, 0.0, float(nan) def interp_cross(i): x0, x1 phi[i], phi[i 1] y0, y1 diff[i], diff[i 1] return x0 - y0 * (x1 - x0) / (y1 - y0) theta0 interp_cross(idx[0]) # 第一交点定常风倾角 theta1 interp_cross(idx[1]) # 第二交点 theta2 min(phi_flood, phi.max()) # 进水角与本曲线终点取小 # 2) 面积 atheta0~theta1 之间定常风力臂曲线下的面积 a np.radians(theta1 - theta0) * lw1 # 3) 面积 btheta1~theta2 之间 GZ 曲线高出风力臂的部分 mask (phi theta1) (phi theta2) p np.radians(phi[mask]) b float(_trapz(gz[mask] - lw1, p)) if len(p) 2 else 0.0 ratio b / a if a 0 else 0.0 return ratio 1.0, ratio, theta0gz_area的关键参数是lo和hi限值表里的三个面积项分别对应 0~30、0~40、30~40调用三次即可。wind_lever里除以 1000 是把吨换算成千克配合g9.81把力臂归到米如果项目里排水量单位用的是千克这个 1000 必须去掉否则风倾角会小三个数量级。weather_ratio返回的定常风倾角要单独和限值比一次它超限时面积比往往仍然满足只盯面积比会漏掉这一类不合格。3.4 校核报告输出与不合格项定位把每个工况的判据结果写成一张宽表不合格项直接标出来比一行行打印日志好用得多。def check_condition(name, phi, gz, gm0, lw1, limits): rows [ (GM0, gm0, limits[GM0_min], ), (A30, gz_area(phi, gz, 0, 30), limits[A30_min], ), (A40, gz_area(phi, gz, 0, 40), limits[A40_min], ), (A3040, gz_area(phi, gz, 30, 40), limits[A3040_min], ), (GZmax, float(np.max(gz)), limits[GZmax_min], ), ] for key, val, lim, op in rows: flag OK if val lim else FAIL print(f{name:10s} {key:8s} {val:8.4f} {op} {lim:8.4f} {flag})这段代码的flag判断只覆盖了「大于等于」这一种方向实际条文里也会有上限类判据比如定常风倾角。把op参数真正用起来扩展到小于等于和区间判断接口才不会在下一版规范出来时推翻重写。输出里保留四位小数是因为面积项的限值和实算值常常只差千分之几位数截断会导致判断结果看起来自相矛盾。4. Part IV 与破损稳性分舱计算的数据衔接4.1 完整稳性判据与分舱指数各自的边界完整稳性回答的是「这条船在完整状态下倾斜到多大角度还站得住」破损稳性回答的是「破舱进水之后还能不能浮着并且不继续倾覆」。前者用确定性判据一条 GZ 曲线对一组限值后者用概率法算分舱指数 A 并和要求的 R 比较。两者在 RS 规范体系里分属不同章节但共用同一套几何与重量数据。工程上最容易出问题的地方是两份计算各做一套模型。完整稳性算完导出一份重量重心表破损稳性又按分段舱容重新建一遍两者的舱壁位置、渗透率、液舱装载率只要有一处不一致审图时就会被要求解释差异。稳妥做法是在建模阶段就统一分舱模型所有计算从同一个模型导出数据。4.2 两类计算共用的四组数据数据组完整稳性用途分舱计算用途一致性检查点船体型线与肋位静水力、GZ 曲线舱室几何、破损范围划分型线版本号一致分舱与舱壁位置自由液面修正破损舱组合枚举舱壁坐标偏差为 0重量重心按工况GM0、GZ 曲线破损后平衡计算空船重量与重心一致渗透率与装载率液舱自由液面进水后重量与重心渗透率取值来源一致这四组数据里渗透率最容易被两边写成不同数值。完整稳性里可能只关注液舱的自由液面修正用液舱自身装载率分舱计算要用到舱室渗透率按舱室用途取值。两个概念不同命名如果都叫「装载率」交接时几乎必然出错。4.3 数据一致性校验脚本与常见断层写一个轻量校验脚本在跑正式计算之前先把两份输入对一遍比算完再回头查快得多。import json def load_model(path): with open(path, encodingutf-8) as f: return json.load(f) def compare(full_model, damage_model, tol1e-3): issues [] # 1) 空船重量与重心必须完全一致 for key in (lightship_weight, lightship_lcg, lightship_vcg, lightship_tcg): a full_model[weights][key] b damage_model[weights][key] if abs(a - b) tol: issues.append(f空船参数不一致: {key} 完整{a} 破损{b}) # 2) 同一舱室的渗透率不允许出现两套取值 for tank_id, perm in full_model[permeability].items(): other damage_model[permeability].get(tank_id) if other is None: issues.append(f破损模型缺失舱室: {tank_id}) elif abs(perm - other) tol: issues.append(f渗透率不一致: {tank_id} 完整{perm} 破损{other}) # 3) 分舱舱壁坐标必须逐项对齐 for bulkhead, x in full_model[bulkheads].items(): if abs(damage_model[bulkheads].get(bulkhead, float(inf)) - x) tol: issues.append(f舱壁坐标不一致: {bulkhead}) return issues if __name__ __main__: full load_model(full_stability_model.json) damage load_model(damage_stability_model.json) for line in compare(full, damage): print(line)tol默认取 1e-3对重量和重心来说这个容差是够的坐标可以放得更松一些但不要在同一个容差下判所有字段。脚本里三条检查对应三类常见断层空船参数不一致会让破损后的平衡吃水整体偏移渗透率不一致会直接改变进水量舱壁坐标不一致会让破损范围枚举结果对不上这类问题在计算报告里表现为两套工况的排水量差异追查起来非常耗时间。5. 送审前自检与 GZ 曲线极值加密追踪5.1 退回原因最集中的几个点把过去被退回的意见归一下类集中在四个位置一是角度区间端点没有严格按条文取比如 40° 处正好是曲线终点积分区间被截短二是自由液面修正只算了部分液舱双层底和边舱漏算三是最大复原力臂对应角落在离散网格两点之间取到的不是真实极值四是气象衡准的进水角取值没有按实际开口位置计算用了固定值代替。自检项检查方式常见偏差积分区间端点打印每个区间的起止角终点被截短自由液面修正逐舱列修正量求和漏算边舱GZ 极值位置加密后重算极值离散网格低估进水角按开口坐标实算用固定值代替5.2 用样条加密找 GZ 极值避免被离散步长坑掉GZ 曲线的极值位置如果只按 5° 或 10° 的步长取点得到的极值会系统性偏小而最大复原力臂恰好是卡得最紧的一项。常见做法是先按粗网格算出曲线再用三次样条加密到 0.1° 步长在 30° 到曲线终点之间重新搜索极值。import numpy as np from scipy.interpolate import CubicSpline def refine_and_peak(phi_deg, gz, step0.1, lo30.0): 样条加密后搜索 GZ 极值返回 (极值, 对应角)。 phi np.asarray(phi_deg, dtypefloat) gz np.asarray(gz, dtypefloat) # 自然边界条件避免端点外推产生虚假峰 cs CubicSpline(phi, gz, bc_typenatural) dense_phi np.arange(lo, phi[-1] step, step) dense_gz cs(dense_phi) i int(np.argmax(dense_gz)) return float(dense_gz[i]), float(dense_phi[i])bc_typenatural让端点二阶导为零能压住尾部上翘的假峰step取 0.1° 是精度和耗时的折中再小收益有限。用这个方法复算一遍全部工况把加密前后的极值和对应角并排打印出来差值超过 0.005 m 的工况就重点看输入数据通常能定位到静水力表插值步长过大或者某段曲线点数太少的问题。加密后的极值对应角如果刚好落在限值附近还要回查这段曲线的原始离散点密度点数不足时样条本身也会引入偏差。本文还有配套的精品资源点击获取 船舶完整稳性 Part IV：GZ 曲线积分、气象衡准与 Python 复算
简介这份资料为俄罗斯海事登记局RS《海船入级与建造规范》第四篇「稳性」的英文原版PDF2021年1月1日生效面向船东、船舶设计师、验船师、船员及海事专业师生用于解决船舶在各种工况下保持安全平衡的稳性设计与校核问题。内容覆盖初稳性、动稳性与大倾角稳性等基本概念最小初稳性高度、吃水与船宽比例等稳性标准载重线与货物装载、重心控制要求集装箱船等特殊船型的附加稳性规定以及传统稳性手册算法与有限元模拟等计算方法并纳入IACS统一要求S11A、S34及IMO相关决议兼顾应急状态下维持或恢复稳性的指导。资源为单个PDF文件压缩包约1.69MB篇幅完整、便于随时检索查阅。目前已有168人学习下载适合需要对照国际规范开展稳性计算、送审设计与检验验证的从业人员参考使用。1. 从一份 RS 稳性 PDF 说起它在入级审查链条里的位置一份几十页的《Rules of Sea-Going Ships Part IV Stability》摆在桌上真正卡住进度的往往不是看不懂条文而是不知道哪条判据该配哪张表、哪个角度区间、哪份装载工况。很多人以为稳性校核就是算一个初稳性高跟限值比个大小就完事实际上 Part IV 要的是一条完整的复原力臂曲线以及在这条曲线上按角度区间切出来的面积、极值点位置、极值对应角还有气象衡准里的面积比。任何一项对不上整份稳性计算书都会被退回来重做而重做的代价通常是重新跑一遍装载工况矩阵。这份规范主要面向设计院稳性计算人员、船厂送审工程师和船级社审图人员也适合做船舶性能软件的开发者——他们需要把条文翻译成可执行的判断逻辑而不是每次手工翻页。下面按读懂判据体系、写成可复算脚本、衔接破损稳性分舱计算、送审前自检的顺序展开每个环节都给出可以照着敲的命令和代码。2. RS Part IV 稳性判据体系完整稳性、气象衡准与装载工况怎么读2.1 Part IV 覆盖的判据范围以及它不负责的部分Part IV 的主线是完整稳性围绕复原力臂曲线展开包含初稳性高、曲线在若干角度区间下的面积、最大复原力臂及其对应角、以及风倾作用下的气象衡准。它同时给出倾斜试验、稳性手册编制和装载工况编制的基本要求。需要提前分清楚的是分舱与破损稳性的概率法计算通常不在 Part IV 里单独成章而是与分舱相关的部分合在一起看船体结构强度归 Part II设备与安全布置另有所属。把这条边界画清楚能避免在送审时把一份完整稳性计算书反复往分舱要求上套。不同版本之间条文编号会调整所以拿到 PDF 后的第一件事不是通读而是先定位目录层级确认这次的判据限值落在哪一节的表格里。审图意见里最常见的表述是「某工况某项不满足」而不会告诉你那个限值出自哪一页自己建一张判据到条文的映射表后面改设计时会省掉大量来回。2.2 判据项、符号、量纲与数据来源对照把判据维度先固定下来再谈数值。下面这张表是校核脚本的字段设计依据量纲必须统一否则面积积分出来的结果会差一个量级。判据项常用符号量纲数据来源初稳性高经自由液面修正GM0m静水力表 液舱自由液面修正复原力臂曲线 0°~30° 面积A30m·radGZ 曲线数值积分复原力臂曲线 0°~40° 面积A40m·radGZ 曲线数值积分复原力臂曲线 30°~40° 面积A3040m·radGZ 曲线数值积分最大复原力臂GZmaxmGZ 曲线极值搜索最大复原力臂对应角φmax°GZ 曲线极值位置气象衡准面积比b/a无量纲定常风力臂曲线与 GZ 曲线求交定常风力臂lw1m风压、受风面积、面积中心高度、排水量表中的限值一栏故意留空原因是限值随船型、航区和版本变化必须回到当前版本的 Part IV 正文去取。把限值硬编码在代码里是后续返工率最高的一个做法。提示角度参与面积积分前必须转成弧度直接拿角度做积分会得到错误的量纲这个错误在数值上不会报错只会让结果偏大五十多倍。2.3 用 pdftotext 把条文抽成可检索文本规范 PDF 一般是双栏排版直接复制文本会串行。用 poppler 的 pdftotext 保留布局再抽取能大幅提高后续检索命中率。# -layout 保留原始排版避免双栏串行-f/-l 限定页码区间 pdftotext -layout -f 1 -l 60 RS Rules Part IV Stability.pdf rs_part4.txt # 检索判据相关段落行号便于回翻原 PDF grep -n -i -E weather criterion|righting lever|angle of heel|stability criteria|free surface rs_part4.txt | head -40 # 抽取含数值限值的行快速定位限值表 grep -n -E 0\.[0-9]{2,3}|[0-9]{2}\.[0-9] rs_part4.txt | head -60第一行命令的参数里-f 1 -l 60只抽前 60 页先看目录和总则避免一次生成几百页文本拖慢检索。第二条命令按关键词定位段落-n输出的行号可以直接对照原文页码。第三条命令是粗筛用来找限值密集的区域找到后再回到 PDF 核对上下文不要直接拿筛出来的数字当限值用——表格里的数字和正文里的举例数字混在一起是这个环节最容易踩的坑。2.4 装载工况矩阵与附录表格的对应关系装载工况不是随便挑几个状态常规做法是覆盖满载出港、满载到港、压载出港、压载到港四个基础工况再按航程中油水消耗插入中间工况。每个工况都要单独出一组重量重心、自由液面修正和 GZ 曲线因为压载工况的初稳性高通常比满载高而最大复原力臂反而可能更小。工况编号排水量重心高度自由液面修正典型风险点L01 满载出港最大中大曲线面积刚过限值L02 满载到港中中小极值对应角偏移B01 压载出港小高小初稳性高偏大、曲线陡B02 压载到港最小高小气象衡准面积比这张矩阵在审图时经常被要求补齐尤其是油水消耗过程中重心升高的中间工况。工程上一般会按消耗比例切三到五个中间点取其中最不利的一个写进计算书并在报告里说明取值依据。3. 用 Python 复算 RS Part IV 的复原力臂判据3.1 输入三件套静水力、重量重心、受风参数脚本的输入分三块静水力数据给出各吃水下的排水体积、浮心位置、水线面惯性矩用来算初稳性高重量重心表给出每个工况的排水量、重心高度和自由液面修正量受风参数给出受风面积、面积中心到水线的垂直距离和风压取值。这三块数据的精度直接决定结果静水力表插值步长建议不大于 0.1 m 吃水否则初稳性高会有明显抖动。初稳性高按 GM0 KM − KG − 自由液面修正计算KM 由静水力表插值得到。这一步用线性插值就够因为静水力曲线本身在常用吃水区段接近线性用高阶插值反而会在表格端点产生振荡。3.2 把判据限值写成一份可配置字典限值集中放一个字典改版本时只动这一处。下面这份是结构示例数值仅为占位实际必须以现行 RS Part IV 条文填实。# limits.py —— 判据限值集中管理数值须按现行 RS Part IV 条文填实 RS_LIMITS { GM0_min: 0.15, # 单位 m经自由液面修正后的初稳性高下限 A30_min: 0.055, # 单位 m·rad0~30 度区间面积下限 A40_min: 0.090, # 单位 m·rad0~40 度区间面积下限 A3040_min: 0.030, # 单位 m·rad30~40 度区间面积下限 GZmax_min: 0.20, # 单位 m最大复原力臂下限 phi_GZmax_min: 25.0, # 单位 度最大复原力臂对应角下限 b_over_a_min: 1.00, # 气象衡准面积比下限 wind_pressure: 504.0, # 单位 Pa风压取值随航区变化 heel_limit: 16.0, # 单位 度定常风倾角上限 }字典里每个键都带单位和注释这不是洁癖。稳性计算里混用度与弧度、米与毫米的后果非常隐蔽尤其是把风压从 Pa 换成 kPa 时气象衡准的面积比会整体偏移但不会抛任何异常。3.3 GZ 曲线面积积分与气象衡准面积比计算面积积分用梯形法把角度转成弧度后对 GZ 积分。气象衡准需要先算定常风力臂再和 GZ 曲线求交按交点切出面积 a 和 b。import numpy as np # numpy 2.0 起 np.trapz 更名为 np.trapezoid这里做兼容 _trapz getattr(np, trapezoid, np.trapz) def gz_area(phi_deg, gz, lo, hi): 计算 GZ 曲线在 [lo, hi] 角度区间内与横轴围成的面积单位 m·rad。 phi np.asarray(phi_deg, dtypefloat) gz np.asarray(gz, dtypefloat) mask (phi lo) (phi hi) p, g np.radians(phi[mask]), gz[mask] if len(p) 2: raise ValueError(f区间 [{lo}, {hi}] 内插值点不足需要加密 GZ 曲线) return float(_trapz(g, p)) def wind_lever(pressure_pa, area_m2, z_m, disp_t, g9.81): 定常风力臂单位 m。pressure 用 Pa排水量用 t。 return pressure_pa * area_m2 * z_m / (1000.0 * g * disp_t) def weather_ratio(phi_deg, gz, lw1, phi_flood50.0): 返回 (是否满足 b/a1, 比值, 定常风倾角)。lw1 为定常风力臂。 phi np.asarray(phi_deg, dtypefloat) gz np.asarray(gz, dtypefloat) # 1) 定常风倾角GZ 曲线与 lw1 水平线的第一个交点 diff gz - lw1 idx np.where(np.diff(np.sign(diff)))[0] if len(idx) 2: return False, 0.0, float(nan) def interp_cross(i): x0, x1 phi[i], phi[i 1] y0, y1 diff[i], diff[i 1] return x0 - y0 * (x1 - x0) / (y1 - y0) theta0 interp_cross(idx[0]) # 第一交点定常风倾角 theta1 interp_cross(idx[1]) # 第二交点 theta2 min(phi_flood, phi.max()) # 进水角与本曲线终点取小 # 2) 面积 atheta0~theta1 之间定常风力臂曲线下的面积 a np.radians(theta1 - theta0) * lw1 # 3) 面积 btheta1~theta2 之间 GZ 曲线高出风力臂的部分 mask (phi theta1) (phi theta2) p np.radians(phi[mask]) b float(_trapz(gz[mask] - lw1, p)) if len(p) 2 else 0.0 ratio b / a if a 0 else 0.0 return ratio 1.0, ratio, theta0gz_area的关键参数是lo和hi限值表里的三个面积项分别对应 0~30、0~40、30~40调用三次即可。wind_lever里除以 1000 是把吨换算成千克配合g9.81把力臂归到米如果项目里排水量单位用的是千克这个 1000 必须去掉否则风倾角会小三个数量级。weather_ratio返回的定常风倾角要单独和限值比一次它超限时面积比往往仍然满足只盯面积比会漏掉这一类不合格。3.4 校核报告输出与不合格项定位把每个工况的判据结果写成一张宽表不合格项直接标出来比一行行打印日志好用得多。def check_condition(name, phi, gz, gm0, lw1, limits): rows [ (GM0, gm0, limits[GM0_min], ), (A30, gz_area(phi, gz, 0, 30), limits[A30_min], ), (A40, gz_area(phi, gz, 0, 40), limits[A40_min], ), (A3040, gz_area(phi, gz, 30, 40), limits[A3040_min], ), (GZmax, float(np.max(gz)), limits[GZmax_min], ), ] for key, val, lim, op in rows: flag OK if val lim else FAIL print(f{name:10s} {key:8s} {val:8.4f} {op} {lim:8.4f} {flag})这段代码的flag判断只覆盖了「大于等于」这一种方向实际条文里也会有上限类判据比如定常风倾角。把op参数真正用起来扩展到小于等于和区间判断接口才不会在下一版规范出来时推翻重写。输出里保留四位小数是因为面积项的限值和实算值常常只差千分之几位数截断会导致判断结果看起来自相矛盾。4. Part IV 与破损稳性分舱计算的数据衔接4.1 完整稳性判据与分舱指数各自的边界完整稳性回答的是「这条船在完整状态下倾斜到多大角度还站得住」破损稳性回答的是「破舱进水之后还能不能浮着并且不继续倾覆」。前者用确定性判据一条 GZ 曲线对一组限值后者用概率法算分舱指数 A 并和要求的 R 比较。两者在 RS 规范体系里分属不同章节但共用同一套几何与重量数据。工程上最容易出问题的地方是两份计算各做一套模型。完整稳性算完导出一份重量重心表破损稳性又按分段舱容重新建一遍两者的舱壁位置、渗透率、液舱装载率只要有一处不一致审图时就会被要求解释差异。稳妥做法是在建模阶段就统一分舱模型所有计算从同一个模型导出数据。4.2 两类计算共用的四组数据数据组完整稳性用途分舱计算用途一致性检查点船体型线与肋位静水力、GZ 曲线舱室几何、破损范围划分型线版本号一致分舱与舱壁位置自由液面修正破损舱组合枚举舱壁坐标偏差为 0重量重心按工况GM0、GZ 曲线破损后平衡计算空船重量与重心一致渗透率与装载率液舱自由液面进水后重量与重心渗透率取值来源一致这四组数据里渗透率最容易被两边写成不同数值。完整稳性里可能只关注液舱的自由液面修正用液舱自身装载率分舱计算要用到舱室渗透率按舱室用途取值。两个概念不同命名如果都叫「装载率」交接时几乎必然出错。4.3 数据一致性校验脚本与常见断层写一个轻量校验脚本在跑正式计算之前先把两份输入对一遍比算完再回头查快得多。import json def load_model(path): with open(path, encodingutf-8) as f: return json.load(f) def compare(full_model, damage_model, tol1e-3): issues [] # 1) 空船重量与重心必须完全一致 for key in (lightship_weight, lightship_lcg, lightship_vcg, lightship_tcg): a full_model[weights][key] b damage_model[weights][key] if abs(a - b) tol: issues.append(f空船参数不一致: {key} 完整{a} 破损{b}) # 2) 同一舱室的渗透率不允许出现两套取值 for tank_id, perm in full_model[permeability].items(): other damage_model[permeability].get(tank_id) if other is None: issues.append(f破损模型缺失舱室: {tank_id}) elif abs(perm - other) tol: issues.append(f渗透率不一致: {tank_id} 完整{perm} 破损{other}) # 3) 分舱舱壁坐标必须逐项对齐 for bulkhead, x in full_model[bulkheads].items(): if abs(damage_model[bulkheads].get(bulkhead, float(inf)) - x) tol: issues.append(f舱壁坐标不一致: {bulkhead}) return issues if __name__ __main__: full load_model(full_stability_model.json) damage load_model(damage_stability_model.json) for line in compare(full, damage): print(line)tol默认取 1e-3对重量和重心来说这个容差是够的坐标可以放得更松一些但不要在同一个容差下判所有字段。脚本里三条检查对应三类常见断层空船参数不一致会让破损后的平衡吃水整体偏移渗透率不一致会直接改变进水量舱壁坐标不一致会让破损范围枚举结果对不上这类问题在计算报告里表现为两套工况的排水量差异追查起来非常耗时间。5. 送审前自检与 GZ 曲线极值加密追踪5.1 退回原因最集中的几个点把过去被退回的意见归一下类集中在四个位置一是角度区间端点没有严格按条文取比如 40° 处正好是曲线终点积分区间被截短二是自由液面修正只算了部分液舱双层底和边舱漏算三是最大复原力臂对应角落在离散网格两点之间取到的不是真实极值四是气象衡准的进水角取值没有按实际开口位置计算用了固定值代替。自检项检查方式常见偏差积分区间端点打印每个区间的起止角终点被截短自由液面修正逐舱列修正量求和漏算边舱GZ 极值位置加密后重算极值离散网格低估进水角按开口坐标实算用固定值代替5.2 用样条加密找 GZ 极值避免被离散步长坑掉GZ 曲线的极值位置如果只按 5° 或 10° 的步长取点得到的极值会系统性偏小而最大复原力臂恰好是卡得最紧的一项。常见做法是先按粗网格算出曲线再用三次样条加密到 0.1° 步长在 30° 到曲线终点之间重新搜索极值。import numpy as np from scipy.interpolate import CubicSpline def refine_and_peak(phi_deg, gz, step0.1, lo30.0): 样条加密后搜索 GZ 极值返回 (极值, 对应角)。 phi np.asarray(phi_deg, dtypefloat) gz np.asarray(gz, dtypefloat) # 自然边界条件避免端点外推产生虚假峰 cs CubicSpline(phi, gz, bc_typenatural) dense_phi np.arange(lo, phi[-1] step, step) dense_gz cs(dense_phi) i int(np.argmax(dense_gz)) return float(dense_gz[i]), float(dense_phi[i])bc_typenatural让端点二阶导为零能压住尾部上翘的假峰step取 0.1° 是精度和耗时的折中再小收益有限。用这个方法复算一遍全部工况把加密前后的极值和对应角并排打印出来差值超过 0.005 m 的工况就重点看输入数据通常能定位到静水力表插值步长过大或者某段曲线点数太少的问题。加密后的极值对应角如果刚好落在限值附近还要回查这段曲线的原始离散点密度点数不足时样条本身也会引入偏差。本文还有配套的精品资源点击获取