船舶與海洋工程結構極限強度分析

周昕達 羅京

摘 要：在我國海洋事業持續進行發展的同時，船舶數量在不斷的增加，與之相互對應的同時，船舶擱淺這種事故的數量也是頻發增長，在遇到這種施工的時候，船舶自身的強度會受到影的影響，對于船舶日后的使用也是十分不利的，目前我國對于船舶海洋工程的極限強度開展的研究力度并不足，導致船舶海洋工程發展受到了一定的限制，因此需要人們進一步的分析研究，促進我國船舶海洋事業持續的前進。

關鍵詞：船舶;海洋工程;結構;極限強度;分析

對于船舶海洋工程而言，其極限的強度計算是需要對很多因素進行充分的考慮，不是簡單的對材質強度進行計算就可以，在進行計算的時候，一般情況下是需要采取建模的方式，根據其模擬以及有限元的方式計算出船體的實際結構強度，但是這種方式也是存在一定的弊端，實際的使用中要和其他的技術進行配合。所以在本文中，主要是分析船舶海洋工程的結構極限強度計算，在此基礎上提出下文內容。

1 極限強度計算分析

對于船舶海洋工程來說，其結構是否合理必須要對眾多因素進行考慮，是一個比較復雜的分析和計算過程，在對其進行分析和計算的時候，多數情況下是采用有限元對船舶模型進行測量，在得出模型運行中的塑性變形和構件屈曲數據，從而對其船舶模型的精準強度進行計算。雖然是這種方法可用，但是成本也是相對比較高和工作量大，因此沒有得到廣泛的推廣。但是逐步破壞的方法是現如今較為常用的方法，這種方法的計算運算量較少，在極限強度計算中也是可以保證準確。

2 極限強度的分析方法

2.1 逐步破壞的方法

對于這種方法來說，主要是采用船舶結構的材質特點和結構破壞時候的原理，大家都知道，船舶的結構在使用中并不是瞬間進行損壞的，然而是從小問題到大問題進行逐步損壞的過程，因此通過合理的利用平斷面假設正逐步破壞增量曲線的方法，可以直接的得出纖維應力的變化關系，將其合理的應用到描述屈服中，此外史密斯采用了非線性的有限元對其單元彈性大繞組撓度進行分析，從而獲得了單元的平均應變關系，這種方法是否準確是根據應力的應變關系所進行決定的。

2.2 有限元的方法

對于限元來說，主要是一種應用效果相對較為顯著的方法，這種方法不管是對于那一種的結構和加載類型都是可以進行應用，采用正交各向異性板單元以及梁單元等可以坐在得出了動態或者是靜態荷載條件下的結構極限強度，這種方法也是可以直接的響應和分析單元的結構，將其船體的剪力以及彎曲等納入到其中。庫特通過采用這種方法機損除了超過四條船的極限強度，同時也是對每一條船的有限元模型荷載情況做出了響應的家計算，最終所得到的結果也是充分的考慮了屈曲以及塑性效應等。

2.3直接計算的方法

由于考德威爾通過對船舶的泡面全塑性彎曲進行分析，對其船體的總縱極限強度做出了響應的估算，同時也是解釋了屈曲的影響，但并沒有將其加筋板所承受的壓力考慮到其中，因此對于這種方法來說，最終將會超過船體的真實極限強度。

3 工程的極限強度分析

3.1 可靠性分析

由于船舶海洋工程自身便是存在著多變性以及復雜性的特點，所以為了能夠保證船舶在海平面上得到穩定的運行，必須要對船舶結構之中的所有細節進行分析，因為船舶海洋工程是比較復雜的，存在著較多的失效模式以及失效的途徑，因此采取簡單的枚舉法搜索只會出現更大的問題，甚至是可能會出現爆炸等問題。在此之外失效模式之下的結構問題是需要可靠以及真實的數據，一般情況下在船舶載重量不變的時候，是需要應用搜索的系統對結構進行確定，但是最近幾年來隨著科學技術的發展，采用計算機的技術對應用搜索系統進行代替，人工智能技術在搜索引擎中應用，也是全面的提高了計算的效率和分析時候的可靠性。

3.2 安全性分析

對于船舶載體來說，并不是統一的，是具有著多邊性特點，通過對最近幾年來的數據情況結合分析得出，船舶工程和多年前的結構是具有著突出性的變化，一些研究人員根據結構的余度開展相關的分析，對結構的整體性和安全性進行測評，通過進行全方位的分析得出了不確定性因素，并且站在經濟學的角度上作出了相應的評估。在此之外船舶結構分析也是需要對船舶的原來結構進行分析，從而可以得出船舶的受損情況以及海域的條件，在根據前面所得到的數據綜合的分析考慮，避免出現故障問題。

3.3 隨機性分析

以往針對于船舶結構的分析多數情況下都是采用概率對平均值進行計算，對于這種方式來說，沒有辦法將其全部的將所有的變量都融入到其最終，在數據分析的過程中存在一定的不確定性問題，目前比較常用的計算方法主要是有限元，這種方法對于船舶結構分析具有著良好的效果，其中包括了點估計以及響應面等，限元的方法將會導致數據出現偏大，這種情況對于最終結果存在一定的應先，為了對這種情況解決可以采用隨機邊界，可以對其數據進行細化分析，減少計算量的基礎上保證計算的準確度。

通過上述分析來說，對于船舶的設計工作，安全是首先要進行考慮的問題，在海洋工程和船舶的整體構思以及極限強度設計的時候，必須要通過圍繞著安全的需求作出深入的分析，通過合理的應用逐步破壞方法和有限元方法以及直接計算等方式，只有這樣才能在一定程度上更好的實現船體結構的強度升級。

參考文獻：

[1]張季.關于船舶與海洋工程結構極限強度的探討[J].中國高新區，2018，99（04）：198-199.