2025年船舶與海洋工程考試試卷及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.船舶靜水力曲線中，表征船舶排水體積隨吃水變化的曲線是（）A.型排水體積曲線（?-d）B.橫穩(wěn)心半徑曲線（BM-d）C.每厘米吃水噸數(shù)曲線（TPC-d）D.浮心垂向坐標(biāo)曲線（KB-d）2.半潛式海洋平臺的主要工作水深范圍是（）A.50-200米B.200-1500米C.1500-3000米D.3000米以上3.船舶在波浪中航行時，由于船體前后部分浮力變化導(dǎo)致的縱向運(yùn)動稱為（）A.橫搖B.縱搖C.垂蕩D.首搖4.以下哪種材料是LNG船液貨艙的典型圍護(hù)系統(tǒng)材料？（）A.Q345B鋼B.殷瓦鋼（Invar）C.鋁合金D.鈦合金5.船舶阻力中，由粘性摩擦引起的阻力稱為（）A.興波阻力B.粘壓阻力C.摩擦阻力D.洶濤阻力6.海洋平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，API規(guī)范規(guī)定的環(huán)境載荷不包括（）A.風(fēng)載荷B.冰載荷C.地震載荷D.船舶碰撞載荷7.船舶初穩(wěn)性高度GM的計(jì)算公式為（）A.GM=KM-KGB.GM=KB+BM-KGC.GM=KM+KGD.GM=KB-BM+KG8.以下哪種海洋能開發(fā)裝置屬于波浪能轉(zhuǎn)換設(shè)備？（）A.潮流能水輪機(jī)B.振蕩水柱式裝置C.溫差能朗肯循環(huán)系統(tǒng)D.鹽差能滲透膜裝置9.船舶軸系校中的主要目的是（）A.提高推進(jìn)效率B.減少軸系振動和磨損C.增加船舶航速D.降低主機(jī)油耗10.極地船舶的破冰等級PC3對應(yīng)的冰情是（）A.全年可航于中等厚度多年冰區(qū)B.夏季可航于厚多年冰區(qū)C.全年可航于薄多年冰區(qū)D.僅夏季可航于一年冰區(qū)二、填空題（每空1分，共20分）1.船舶浮性的平衡條件是______等于船舶總重量，且______與重心在同一垂直線上。2.海洋平臺按結(jié)構(gòu)形式可分為固定式平臺、______平臺、______平臺和順應(yīng)式平臺。3.船舶阻力試驗(yàn)中，通常通過______法將總阻力分解為摩擦阻力和剩余阻力。4.船舶穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)K的計(jì)算公式為______，規(guī)范要求K≥______。5.半潛式平臺的主體由______、______和立柱三部分組成。6.船舶動力裝置的推進(jìn)形式包括______推進(jìn)、噴水推進(jìn)和______推進(jìn)。7.海洋腐蝕的主要類型有______腐蝕、______腐蝕和生物腐蝕。8.LNG船的液貨艙設(shè)計(jì)需滿足______性、______性和低溫韌性要求。9.船舶操縱性的主要指標(biāo)包括______性、______性和航向穩(wěn)定性。10.深海采礦船的關(guān)鍵設(shè)備包括______系統(tǒng)、______系統(tǒng)和揚(yáng)礦系統(tǒng)。三、簡答題（每題8分，共40分）1.簡述船舶靜穩(wěn)性曲線的繪制方法及主要特征參數(shù)。2.說明半潛式海洋平臺相對于導(dǎo)管架平臺的優(yōu)勢及適用場景。3.分析船舶在淺水中航行時阻力增加的主要原因。4.列舉海洋工程結(jié)構(gòu)物常用的防腐措施（至少5種）。5.解釋船舶推進(jìn)軸系中“校中”的具體含義及主要校中方法。四、計(jì)算題（每題10分，共30分）1.某船型寬B=25m，型深D=12m，設(shè)計(jì)吃水d=8m，水線面面積A_W=1800m2，排水體積?=15000m3，海水密度ρ=1.025t/m3。求：（1）船舶的方形系數(shù)C_b；（2）每厘米吃水噸數(shù)TPC；（3）浮心垂向坐標(biāo)KB（假設(shè)排水體積形心距基線高度為0.55d）。2.某船初穩(wěn)性高度GM=1.2m，橫搖周期T_θ=12s，船舶排水量Δ=10000t，橫搖慣性半徑r=0.8B（B為型寬，B=24m）。驗(yàn)證該船橫搖周期是否符合規(guī)范要求（規(guī)范推薦T_θ=0.7~1.3√(Δ/GM)）。3.某導(dǎo)管架平臺樁腿為圓形截面，外徑D=2.5m，壁厚t=50mm，受橫向波浪力作用。已知波浪水質(zhì)點(diǎn)水平速度u=3m/s，加速度a=1.5m/s2，海水密度ρ=1025kg/m3，拖曳力系數(shù)C_D=1.2，慣性力系數(shù)C_M=2.0。計(jì)算單位長度樁腿受到的波浪力。五、綜合分析題（20分）隨著全球海洋開發(fā)向深遠(yuǎn)海延伸，新型浮式海洋結(jié)構(gòu)物（如浮式風(fēng)電平臺、浮式LNG接收站）的設(shè)計(jì)面臨諸多挑戰(zhàn)。請結(jié)合船舶與海洋工程專業(yè)知識，分析深遠(yuǎn)海浮式結(jié)構(gòu)物在水動力性能、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)，并提出相應(yīng)的解決方案。答案及解析一、單項(xiàng)選擇題1.A（靜水力曲線中?-d直接表示排水體積隨吃水變化）2.B（半潛式平臺適用于中深水，200-1500米為典型范圍）3.B（縱搖是繞橫軸的前后搖擺，由前后浮力變化引起）4.B（殷瓦鋼熱膨脹系數(shù)極低，是LNG船圍護(hù)系統(tǒng)的核心材料）5.C（摩擦阻力由粘性邊界層內(nèi)的剪切應(yīng)力產(chǎn)生）6.D（API規(guī)范主要考慮環(huán)境自然載荷，船舶碰撞屬意外載荷）7.B（初穩(wěn)性高度GM=KB+BM-KG，其中KM=KB+BM）8.B（振蕩水柱式裝置通過波浪起伏壓縮空氣發(fā)電，屬波浪能轉(zhuǎn)換）9.B（軸系校中確保各軸承負(fù)荷合理，減少振動和磨損）10.A（PC3對應(yīng)“全年可航于中等厚度多年冰區(qū)”，PC1為最嚴(yán)酷）二、填空題1.浮力；浮心2.半潛式；張力腿（或“鉆井船”）3.傅汝德相似（或“船模試驗(yàn)分解”）4.K=最小傾覆力矩/風(fēng)壓傾側(cè)力矩；1.05.下浮體；上平臺（或“甲板”）6.螺旋槳；吊艙（或“直翼”）7.電偶；點(diǎn)蝕（或“縫隙”“應(yīng)力”）8.氣密；絕熱（或“耐低溫”）9.回轉(zhuǎn)；應(yīng)舵（或“追隨”）10.采礦車；集礦（或“海底作業(yè)”）三、簡答題1.靜穩(wěn)性曲線繪制方法：以橫傾角θ為橫坐標(biāo)，復(fù)原力矩M_R=Δ·GM·sinθ（小角度）或積分計(jì)算大角度下的復(fù)原力臂GZ為縱坐標(biāo)，通過傾斜試驗(yàn)或理論計(jì)算得到不同θ對應(yīng)的GZ值，連接成曲線。主要特征參數(shù)：最大復(fù)原力臂GZ_max及其對應(yīng)角度θ_max，穩(wěn)性消失角θ_v（GZ=0的最大角度），靜穩(wěn)性面積（曲線下積分面積，反映動穩(wěn)性）。2.半潛式平臺優(yōu)勢：①工作水深大（200-3000米），遠(yuǎn)超導(dǎo)管架平臺（<300米）；②水線面小，波浪載荷小，運(yùn)動性能優(yōu)于鉆井船；③可移動重復(fù)使用，經(jīng)濟(jì)性高。適用場景：深水油氣勘探開發(fā)、深?？茖W(xué)考察、浮式風(fēng)電支撐等。3.淺水阻力增加原因：①船體周圍水流受限制，興波增強(qiáng)（淺水波長減小，船行波與邊界反射波疊加）；②船底與海底間隙減小，粘性邊界層厚度相對增大，摩擦阻力增加；③船體下沉和縱傾變化（“淺水效應(yīng)”）導(dǎo)致濕表面積增大，附加阻力上升；④臨界水深（h/d≈1.5）附近出現(xiàn)“阻塞效應(yīng)”，阻力劇增。4.防腐措施：①涂層保護(hù)（環(huán)氧瀝青、聚氨酯等涂料）；②陰極保護(hù)（犧牲陽極法：鋁鋅合金；外加電流法：輔助陽極+電源）；③選用耐蝕材料（超級雙相鋼、鎳基合金）；④結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化（避免縫隙、減少焊接缺陷）；⑤腐蝕監(jiān)測（安裝腐蝕探頭、定期檢測厚度）；⑥表面處理（熱噴涂鋁、滲鋅）。5.軸系校中含義：通過調(diào)整各軸承位置，使軸系在重力和機(jī)械載荷下處于合理的彈性曲線狀態(tài)，保證各軸承負(fù)荷分配均勻，減少附加應(yīng)力和振動。主要方法：①直線校中法（強(qiáng)制對中，適用于短軸系）；②合理校中法（按軸承允許負(fù)荷分配，彈性曲線計(jì)算）；③動態(tài)校中法（考慮主機(jī)熱膨脹、船體變形等動態(tài)因素）。四、計(jì)算題1.（1）方形系數(shù)C_b=?/(L·B·d)，需先求船長L：水線面面積A_W≈L·B·C_W（C_W為水線面系數(shù)，通常C_W=0.85~0.95），假設(shè)C_W=0.9，則L=A_W/(B·C_W)=1800/(25×0.9)=80m。故C_b=15000/(80×25×8)=15000/16000=0.9375（注：實(shí)際C_b通常0.6~0.8，此處假設(shè)C_W=0.9僅為計(jì)算）。（2）TPC=ρ·A_W/100=1.025×1800/100=18.45t/cm。（3）KB=0.55d=0.55×8=4.4m。2.規(guī)范推薦周期范圍：下限0.7√(Δ/GM)=0.7√(10000/1.2)=0.7×91.29≈63.9s（錯誤，應(yīng)為√(Δ/GM)單位需統(tǒng)一，正確公式應(yīng)為T_θ≈0.58√(I_θ/(Δ·GM))，其中I_θ=Δ·r2/g，r=0.8×24=19.2m，I_θ=10000×103×(19.2)2/9.81≈3.75×10^9kg·m2。T_θ=2π√(I_θ/(Δ·GM·g))=2π√(3.75×10^9/(10^7×1.2×9.81))≈2π×5.6≈35.2s。題目中T_θ=12s過短，不符合規(guī)范（實(shí)際橫搖周期通常10-30s，此處可能題目參數(shù)設(shè)置問題，正確驗(yàn)證應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)公式）。3.單位長度波浪力F=F_D+F_I，其中：F_D=0.5·ρ·D·C_D·u2=0.5×1025×2.5×1.2×32=0.5×1025×2.5×1.2×9≈34593.75N/mF_I=ρ·(πD2/4)·C_M·a=1025×(π×2.52/4)×2.0×1.5≈1025×4.909×3≈15183.5N/m總力F=34593.75+15183.5≈49777.25N/m≈49.8kN/m。五、綜合分析題深遠(yuǎn)海浮式結(jié)構(gòu)物關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)及解決方案：1.水動力性能：難點(diǎn)：深遠(yuǎn)海波浪周期長（12-20s）、波高幅值大（10-20m），浮體運(yùn)動（垂蕩、縱搖、橫搖）與系泊系統(tǒng)耦合作用復(fù)雜，易引發(fā)共振；風(fēng)、浪、流多向載荷疊加，水動力干擾效應(yīng)顯著。解決方案：①采用多體結(jié)構(gòu)（如半潛式、張力腿平臺）減小水線面面積，降低波浪激勵；②優(yōu)化浮體形狀（如立柱垂蕩板、船型浮體）增加附加質(zhì)量和阻尼；③運(yùn)用CFD數(shù)值模擬+水池模型試驗(yàn)，精確預(yù)報多自由度運(yùn)動響應(yīng)；④引入主動控制技術(shù)（如減搖鰭、調(diào)諧質(zhì)量阻尼器）抑制大幅運(yùn)動。2.結(jié)構(gòu)強(qiáng)度：難點(diǎn)：長期承受循環(huán)載荷（波浪、風(fēng)、系泊力），易發(fā)生疲勞破壞；深海環(huán)境低溫、高壓，材料韌性要求高；節(jié)點(diǎn)連接（如導(dǎo)管架與樁腿、系泊鏈與浮體）應(yīng)力集中嚴(yán)重。解決方案：①采用高強(qiáng)度、高韌性材料（如API2W鋼、復(fù)合材料），提升抗疲勞性能；②優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（如圓滑過渡節(jié)點(diǎn)、減少焊接缺陷），降低應(yīng)力集中；③基于S-N曲線和斷裂力學(xué)，開展疲勞壽命分析（如譜分析、雨流計(jì)數(shù)法）；④安裝結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)（光纖傳感器、應(yīng)變片），實(shí)時監(jiān)測關(guān)鍵部位應(yīng)力。3.系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)：難點(diǎn)：深遠(yuǎn)海系泊深度大（>1000m），傳統(tǒng)懸鏈線系泊纜（鋼纜）重量大、成本高；浮體運(yùn)動導(dǎo)致系泊力周期性變化，易發(fā)生纜索松弛-張緊沖擊；海流剪切力大，