對船舶結構疲勞強度分析探討

劉明雪 秦超 王偉新

摘 要：隨著社會經濟的不斷發展，我國的船舶事業也不斷的進步，造船行業的壓力也是不斷地增大。在船舶制造中，最主要的是質量問題，因而保障船舶的質量是造船的關鍵。其中，由于造船不當或者長期的使用，船舶結構會出現結構疲勞，這是造成船舶事故的重要因素之一，所以對船舶結構疲勞強度作分析是必不可少的。

關鍵詞：船舶結構；疲勞強度；分析

船舶作為海上主要的交通運輸工具，在海上運輸中發揮著至關重要的作用。但是長期在海上進行工作，面對千變萬化的海上環境，船舶所承受的壓力是非常巨大的，船體時刻都在遭受著海水的侵蝕，長期的累積，就會使船舶出現結構疲勞的現象，從而導致船舶出現質量問題，對船舶結構疲勞問題給予重視是提高其使用效率的關鍵。

一、對船舶結構疲勞強度問題進行分析的必要性

1.有利于提高船舶的安全系數。船舶在進行航海時，安全問題是首要的問題，海上航行不同于陸地行駛，海上的環境相比陸地來說要更加復雜，所以船舶在行駛時要面對各種各樣復雜的海上環境，這些都是可能造成船舶結構疲勞問題的因素，提前對船舶結構疲勞強度做出分析，可以提前做好海上的應對措施，以便隨時應對海上復雜的環境。同時，提前對船舶的結構疲勞強度做出分析，也可以進一步的掌握船舶的具體信息，從而更好的保障船舶的安全，提高船舶航行的安全系數，為船舶的安全行駛保駕護航。

2.有利于延長船舶的使用壽命。船舶的建造是一項任務比較繁重的工程，隨著社會經濟的不斷發展，大型船舶的需求量在不斷的上升，為了滿足社會的需求，及時完成社會上的任務，一些船舶建造商往往會忽視船舶結構疲勞強度問題，不能嚴格按照要求來進行船舶建造，這時就需要使用者對船舶的結構疲勞強度進行詳細的分析，以便及時的發現問題，進行修正和提高，從而進一步提高船舶的安全性能，延長船舶的使用壽命，更好的為航海事業做貢獻。

二、造成船舶結構疲勞的原因

1.對于船舶結構疲勞強度的重視不足。在進行船舶建造時，船舶相關各方面的結構性能和功能都有嚴格的要求，但是由于社會上的需求不斷地增加，導致一些船舶建造廠商在進行船舶建造時，忽視了對于船舶結構強度的重視，未嚴格按照施工工藝進行焊接，有的時候也未按照設計院、船檢退審圖進行施工，從而導致了船舶在使用中出現安全問題，這是造成船舶結構疲勞強度問題的主要因素。重視度不足會讓整個船舶的安全性能大幅度下降，降低船舶的使用壽命，降低船舶的質量，造成不可預期的船舶安全問題。

2.船舶應力變化較大。船舶作為海上航行的必要工具，在載客量和載貨量上都有一定的要求，但是由于供不應求，導致一些船舶在進行運輸時超載運輸，而在運輸淡季時，船舶的運載量又是大幅度的降低，這樣交變的運輸量會造成船舶應力的交變性，從而導致船舶的結構疲勞，使得整個船舶的結構失穩，這是造成船舶結構疲勞強度的關鍵因素。

3.對船舶結構疲勞強度的分析方法不足。由于長期的運輸和海上工作，會使船舶出現一些功能和結構上的問題，這是不可避免的，但是由于缺乏對于船舶結構疲勞強度的分析方法，導致船舶結構疲勞問題不能夠及時的解決，不能全面的分析船舶結構疲勞強度的原因和解決措施，這對于船舶的安全來說是非常不利的，長期這樣的積累會加劇船舶的結構疲勞損傷，從而影響整個船舶的功能。

三、做好船舶結構疲勞強度分析的有效措施

1.提高對于船舶結構疲勞強度的重視。在進行船舶建造時，需要嚴格按照船舶建造的要求來進行船舶建造，這樣才能保證船舶功能和結構上的完整性，但是一些船舶建造廠商忽視船舶結構疲勞強度問題，造成了很嚴重的后果。在船舶建造時，要提高對于船舶結構疲勞強度的重視，對于應力集中區域最好選擇高強度鋼材，并且建造圖紙要由專業設計院或者船級社審批，建造過程中要有專業船檢人員驗收，確保在建造環節就保障船舶的結構安全，另外在使用船舶前和使用的過程中，都要提高對于船舶結構疲勞強度的重視，船舶航行后，每五年進行相應的檢驗，這樣才能有效的避免船舶結構疲勞強度的問題，進一步保障船舶的運行安全，降低安全事故的發生幾率，更好的避免船舶結構疲勞強度問題的出出現。

2.嚴格保證船舶的應力，減少交變應力的出現。在船舶進行載物和運輸時，運載量是很關鍵的，但是由于船舶的數量不是很多，很難滿足當前的海上運輸需求，直接造成了船舶的運輸載貨量超標，造成船舶結構疲勞的問題。在船舶運輸中，需要嚴格控制船舶的載貨量，減少船舶應力的突變幾率，減少船舶結構疲勞強度問題的出現，保證船舶的安全運行。同時，還需要對船舶的載貨量給予有效的監督和管理，海關部門要加大嚴查力度，嚴格保證船舶的應力，從而有效減少交變應力的出現。

3.學習正確的船舶結構疲勞強度分析方法。在船舶進行航海運輸時由于海上環境的變化和船舶本身應力的突變，會使得船舶的結構出現大幅度的變化，造成船舶的結構疲勞強度，這是不利于船舶安全運行的，加上對于船舶的結構疲勞強度分析方法不足，造成了船舶結構疲勞強度問題的屢屢發生。在平時，需要不斷的學習對于船舶結構疲勞強度的分析方法，掌握常見的S-N曲線分析法和斷裂力學的分析方法，積極的學習先進的船舶結構疲勞強度的分析方法，以便更好的對船舶的結構疲勞強度進行分析，減少船舶安全問題的出現，保證船舶海上航行的安全。掌握正確的船舶結構疲勞強度分析方法，才能更好的對船舶的結構疲勞強度問題進行分析。

（1）S-N曲線法。S-N曲線法在船舶結構疲勞強度分析過程中應用的基本思路是：借助有限元分析來獲取焊趾處的結構應力分布情況，并根據斷裂力學理論就可以獲得等效結構應力分布情況，最后借助S-N曲線疲勞模型就可以得到船舶結構疲勞強度。實際上，在進行船舶結構疲勞強度分析過程中，選擇S-N曲線法通常需要在船舶結構截面特性和相似的載荷類型基礎上進行的，以準確獲取相應的名義應力幅值。

（2）斷裂法。通過從微觀角度進行分析可以發現，船舶零部件和結構都有可能出現不同程度上的裂縫，當有正應力作用時，將會在裂縫尖端位置出現應力場，此時可以借助“應力場強度因子”K的參量來對其進行描述，如果其參量達到臨界值Kc時，則會誘發脆斷現象。如果材料斷裂韌性抑制及應力強度因子的合理，則可以計算出最大允許應力，同時也可以算出零部件或構件產生破壞的臨界裂縫尺寸。

四、結語

本文對船舶結構疲勞強度進行了分析和探討，船舶作為海上航行的主要工具，承擔著海上航行的主要任務。但是由于海上環境復雜，會對船舶的結構造成損害。提高對船舶結構疲勞強度的重視，減少交變力的出現，掌握正確的船舶結構疲勞強度分析方法，可以提高船舶的安全性能，減少安全問題的出現。

參考文獻：

[1]楊黎.淺議船舶結構疲勞強度分析中的幾個問題[J].江西建材，2015，（16）：134-134，125.

[2]張明強，藍文龍.大型船舶結構的疲勞強度研究[J].中國水運（下半月），2016，16（3）：8-9，12.

[3]胡靜，王蓓.船舶結構疲勞強度分析中的幾個問題[J].科學與財富，2014，（6）：491-491.