船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與安全問題分析

摘要：船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析涉及到大量的技術(shù)參數(shù)和因素，這是一個(gè)非常繁瑣的過程。最終的目標(biāo)是解決船體在特定水平上的安全和穩(wěn)定問題，并確保其支出的費(fèi)用足以在使用負(fù)擔(dān)最低。船體尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算方法不僅能實(shí)現(xiàn)理論計(jì)算與實(shí)際情況的統(tǒng)一，而且會(huì)造成船體的整體設(shè)計(jì)工作和復(fù)雜的混亂。有限元法的提出和有限元分析的前提條件，為船體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算提供了極大的方便。基于此，本文對(duì)船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與安全問題進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：船體；結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；安全問題

在船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，工作人員所追求的最終目標(biāo)就是為了提升船體的承載水平，并保障其強(qiáng)度和安全性，與此同時(shí)，還需要確保最終所支付的經(jīng)濟(jì)費(fèi)用可以在可承受的范圍之內(nèi)。在針對(duì)船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與安全問題進(jìn)行研究的時(shí)候，如果僅僅使用傳統(tǒng)的計(jì)算方法，那么不僅會(huì)造成理論與實(shí)際的脫節(jié)，同時(shí)還會(huì)使整個(gè)船體設(shè)計(jì)工作變得更為復(fù)雜化。所以為了改善這種窘迫的設(shè)計(jì)問題，工作人員不妨利用有限元法，設(shè)定基礎(chǔ)的工作前提，對(duì)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，以及計(jì)算內(nèi)容提供較為便捷的操作方法。如此一來，在提升工作效率的同時(shí)，也可以完善之前工作中的各種弊病。

1船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有限元分析法

1.1基本理論

在對(duì)船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，主要是利用有限元分析的方法，將船體離散成為單一化的點(diǎn)模型，然后再對(duì)這些結(jié)構(gòu)展開進(jìn)一步的分析，由于這些獨(dú)立點(diǎn)數(shù)量存在著限制，所以也將其稱之為是有限元。在實(shí)際計(jì)算的過程中，針對(duì)有限元的處理內(nèi)容，可以將其分為預(yù)處理、建模分析這兩個(gè)程序。通過有限元分析方法，對(duì)于船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模計(jì)算時(shí)，主要是在符合船體材料幾何、非線性變形的條件下，獲得船體能夠承受的載荷情況，并將所得到的結(jié)果設(shè)定為安全強(qiáng)度的基礎(chǔ)條件。然后，在利用這些內(nèi)容求出船體安全大小，以及相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容，當(dāng)然，在執(zhí)行這個(gè)過程的時(shí)候，還應(yīng)該對(duì)數(shù)值建立模型的時(shí)間、代價(jià)做出合理的評(píng)估。在獲得離散點(diǎn)等待解答變量之后，可以借助插值的方法，將總體場(chǎng)函數(shù)的內(nèi)容進(jìn)行擬合，在對(duì)離散點(diǎn)進(jìn)行增多的過程中，可能會(huì)延長(zhǎng)求解的時(shí)間，所以也應(yīng)該增強(qiáng)模型計(jì)算的精準(zhǔn)度。

1.2建立模型要素

在對(duì)有限元這種方法進(jìn)行應(yīng)用的時(shí)候，需要正確認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)性的要求，也即是根據(jù)求變量的內(nèi)容，掌握相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容，確定受力荷載，并清楚理解有限元網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)坐標(biāo)信息。在利用這種方法進(jìn)行建模的時(shí)候，要按照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容執(zhí)行：首先，要達(dá)到模型平衡的要求。在船體結(jié)構(gòu)總體，以及對(duì)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)進(jìn)行受力分析的時(shí)候，要確保其處在一個(gè)靜態(tài)受力平衡的狀態(tài)；其次，建立模型時(shí)一定要掌握基礎(chǔ)性的要求。這項(xiàng)內(nèi)容包括有總體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)要求、離散點(diǎn)單元的基本要求；最后，還應(yīng)該按照規(guī)律化的形式分布計(jì)算網(wǎng)格，根據(jù)應(yīng)力分散的實(shí)際性情況，就元點(diǎn)的受力特性，展開更為詳細(xì)的論證。

2.船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的計(jì)算方法

2.1有限元模型

選擇對(duì)船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行直接計(jì)算這種方法來分析需要一定的條件，這一條件就是要按照有限元模型來開展。有限元模型分析方法主要有兩個(gè)組成部分，分別是部分分析模型以及整體分析模型。部分分析模型沒有太多計(jì)算量，建立模型不會(huì)很困難但是也有不足的地方，部分分析模型在基礎(chǔ)要求下獲得的結(jié)果在總體上存在較大的誤差；整體分析模型需要依靠較大的計(jì)算量來建立模型，但是這樣的做法能夠使其受力荷載以及波浪條件還有基本要求下的數(shù)據(jù)值都可以比較精確，使得到結(jié)構(gòu)同真實(shí)水平不會(huì)有較大誤差。當(dāng)前船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)越來越向復(fù)雜化方向發(fā)展，尺寸越來越大就需要研發(fā)新船型，研究新型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式。

2.2建立模型要素

在建立模型的過程中，必須要對(duì)船體的工況展開合理的計(jì)算。使用滿載、壓載的情況，對(duì)不同波浪狀態(tài)進(jìn)行考慮，并且在船體頂推形態(tài)中，還需要對(duì)船體的多種工況展開分析。在對(duì)計(jì)算模型進(jìn)行應(yīng)用的過程中，需要對(duì)貨物的壓力、船體的重量，以及弦外水壓力這些情況進(jìn)行考慮，利用不同的情況，選擇合理的荷載計(jì)算方法。還有，就是在應(yīng)用建設(shè)的模型時(shí)候，還需要控制好外力均衡調(diào)控關(guān)系。由于在工作中，外部因素會(huì)造成多種突發(fā)情況，所以當(dāng)處在不均衡外力的狀態(tài)下，利用有限元計(jì)算方法，仍舊能夠?qū)Υw應(yīng)力、單位點(diǎn)位移的結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確的掌握。還有一點(diǎn)需要注意，在實(shí)際應(yīng)用中，由于外力存在著一定的差別，結(jié)果可能不是十分的準(zhǔn)確。

3船體結(jié)構(gòu)安全問題的分析

船體管理人員必須密切關(guān)注船體結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度，加強(qiáng)對(duì)船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的理解。相對(duì)而言，船體的穩(wěn)定性問題并不是很重要，但結(jié)構(gòu)強(qiáng)度問題卻一直是我們關(guān)注的問題。船體的穩(wěn)定性差，應(yīng)針對(duì)其異常現(xiàn)象，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取有效的調(diào)整方法，最多只能導(dǎo)致危險(xiǎn)的出現(xiàn)，而船體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度只要存在問題，極有可能在不事先通知的情況下發(fā)生破壞性災(zāi)害。我們必須高度重視船體結(jié)構(gòu)的安全性，重視船體結(jié)構(gòu)的檢查，以確保船體結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)和頻率工作做好。

在檢查的過程中，如果發(fā)現(xiàn)船體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)老化狀態(tài)，那么其腐蝕性超出限制的問題也會(huì)逐漸的暴露出來，并且很難對(duì)其內(nèi)在原因進(jìn)行徹底的查明。所以工作人員在面對(duì)這方面的問題時(shí)，一定要抱有高度敬業(yè)的精神，認(rèn)真執(zhí)行相關(guān)的檢查手段，及時(shí)發(fā)現(xiàn)船體結(jié)構(gòu)方面存在的隱患，盡量做到防患于未然。當(dāng)然，在船舶管理上，船長(zhǎng)和大副應(yīng)該保持一致的看法，按照船體管理部門的規(guī)定，每次航前進(jìn)行一次船體檢查工作。

航次檢查的工作內(nèi)容，就是每個(gè)航次掃艙時(shí)期，都需要對(duì)艙內(nèi)的焊縫、板材、零件進(jìn)行細(xì)致的檢查。針對(duì)高邊柜的內(nèi)容，可以進(jìn)行抽樣調(diào)查，不超過半年，要覆蓋全部的高邊柜，并且所需要的涂水艙漆必須要進(jìn)行合理的保存。像針對(duì)艙口平面、甲板、圍板等容易腐蝕的部位，要定期地進(jìn)行巡檢，發(fā)現(xiàn)安全問題，在第一時(shí)間做出處理。與此同時(shí)，船舶上的每一名工作人員，都需要樹立相應(yīng)的安全責(zé)任意識(shí)，船舶管理者要定期組織召開安全培訓(xùn)會(huì)議，向工作人員就船體結(jié)構(gòu)的非正常情況進(jìn)行分析，引導(dǎo)工作人員參與到防范工作之中，就船體結(jié)構(gòu)巡查工作中發(fā)現(xiàn)的不良問題，進(jìn)行及時(shí)有效的防范，確保船體的安全行駛。

在設(shè)計(jì)船體結(jié)構(gòu)的過程中，應(yīng)當(dāng)認(rèn)真考慮其實(shí)用性能，在使船體結(jié)構(gòu)安全性得到保證的前提下使船體外觀變得更加美觀。在船體的設(shè)計(jì)理念中，穩(wěn)定性處于基礎(chǔ)地位，船只結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)與相關(guān)力學(xué)條件符合。運(yùn)用實(shí)際的航海定律，充分考慮水位與天氣因素所造成的影響，使船體結(jié)構(gòu)的承重性能得到充分保障，在設(shè)計(jì)船體外部形態(tài)的過程中，應(yīng)當(dāng)滿足航行動(dòng)力的相關(guān)要求。為了保證設(shè)計(jì)工作的科學(xué)性與合理性，應(yīng)當(dāng)做好相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的積累與總結(jié)工作，運(yùn)用科學(xué)的方式方法進(jìn)行構(gòu)思與計(jì)算。

結(jié)語(yǔ)：

通過對(duì)船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和安全性的進(jìn)一步分析和闡述，可以充分認(rèn)識(shí)到船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度問題需要大家的共同努力，也需要船體材料供應(yīng)商的鼎力支持，需要航運(yùn)主管加強(qiáng)管理力度。對(duì)于船體來講，其磨損、老化和外力作用無法避免，但只要船舶能夠管理得好，就能夠有效的避免、減少、防止以及延緩船舶的老化、磨損和損壞，從而保證船舶、貨物和人的安全。延長(zhǎng)船舶使用壽命，充分發(fā)揮船舶的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。因此，希望本文能為船體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和安全性提供一定的參考和幫助，從而保證船體的安全運(yùn)行。減少安全事故的發(fā)生，增加船體的使用時(shí)間。

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