關于船舶與海洋工程結構極限強度的探討

路東

摘要：船舶與海洋工程是系統(tǒng)又繁復的工程，對其結構極限強度的計算，不能單一的從材質強度方面入手，也需要綜合考慮諸多方面的因素。一般情況下，建模是常用的一種計算形式，即依據所模擬構建的船體模型，展開實際的運算。但這種方法不能單獨進行，需要融合其他技術才能實現(xiàn)最終的計算，為延展極限強度的計算內容，需結合實際情況對研究進行持續(xù)的深化。

關鍵詞：船舶與海洋工程;結構極限狀態(tài);結構極限強度

引言

就國內當下的船舶與海洋工程結構的發(fā)展現(xiàn)狀而言，呈現(xiàn)出高速發(fā)展的趨勢，需要出海航行的船只數量越來越多，出現(xiàn)船舶擱淺的事故頻率也在不斷增加，一旦船舶出現(xiàn)擱淺事故，船體的底部縱向構成部件就有可能受到損壞，給船舶的繼續(xù)航行帶來嚴重隱患。所以，在進行船舶與海洋工程的設計規(guī)劃時，一定要對總體的結構強度進行全面考慮，細致地考慮船舶的安全性能，面向船舶在擱淺狀況下的船舶結構承受強度的極限程度的方面進行解析和設計。

1船舶與海洋工程結構極限的具體狀態(tài)

對船舶與海洋工程來說，其結構也有極限的具體狀態(tài)，這種狀態(tài)的呈現(xiàn)即其結構完全崩潰掉，與結構承載力、強度等內容息息相關。船舶與海洋工程的結構，包含許多細小的部件以及各種類型的零件，這些零部件一起配合，保證了其正常的運行。而當數值較大的彎矩施加在這些零部件上，運行時會受到不同外力的影響，部件的損傷是不可避免的，持而久之會影響到部件的強度。在這過程當中，一些部件發(fā)揮其原有的功能承擔受力，隨著時間的推移損傷程度會慢慢加強，斜率亦會漸漸地提升，當部件無法繼續(xù)承擔受力時，結構的崩潰就會發(fā)生。此時，綜合考慮船舶與海洋工程部件的幾何和非線性材料所生產的影響，可以使用到對應的荷載量上，使既定的載荷數值增加，繼而優(yōu)化原先的結構模型，輔以考慮部件的損傷程度，完整且具體的極限強度數值就會得出。

2極限強度計算分析

結構是否合理，在船舶海洋工程中需要充分考慮諸多因素，這個計算與分析過程較為復雜，在實際計算與分析過程中，測量船舶模型多采用有限元方式，通過對模型中構件屈曲與塑性變形數據的獲取，計算其船舶模型的精準強度。盡管這種方式具有一定的可行性，但尚未得到廣泛推廣，其工作量較大，成本相對而言較高。現(xiàn)階段最常用的方法是逐步破壞方法，在極限強度計算過程中，使用這種方法可以保證計算的準確性，其計算運算量明顯較少。

3船舶與海洋工程結構極限強度破壞法分析

3.1分段模型的構建

在具體運用逐步破壞法的過程中，相關工作者應重視起來，以嚴格審慎的態(tài)度為指引，對體系內容的要求進行持續(xù)不斷地完善。針對船舶和海洋工程的各類分項數據，應當將其作為重要的依據，繼而全面分析船體模型。分析內容可以在分段崩潰的情況進行下探，選擇船舶模型分段之時，選擇的分段性須確保規(guī)避一些不利情況的干擾。執(zhí)行船體模型的建立與分析工作時，對每一個分段組成，都應當進行全面掌握、全面了解、深入分析。從另一個角度來說，分段模型的構建，對獲得準確結果大有助益。

3.2分段基本假定

在使用逐步崩潰破壞計算法對船舶和海洋工程的結構極限強度進行分析計算時，其中分段假定這一工序是十分重要的，該步驟的主要目的是為了解下述假定：其一，假定船舶的斷面發(fā)生崩潰是導致船體的框架船板發(fā)生壓縮的關鍵原因，且不存在別的原因;其二，假定船舶框架之間的梁柱的崩潰應力就實際施工經驗可知，其是不可能高出加筋部位任何一側的臨界點力。這項條件的設定，主要是為了使工程施工能夠與實際狀況聯(lián)系起來，防止船舶與海洋工程的建設出現(xiàn)質量問題。

3.3其他的計算分析

針對一些結構模型或者是一些加載類型，運用有限元方法，也是好的選擇。比如引入平板單元、梁單元，以及那些正交各向異性板單元，可以實現(xiàn)高效分析結構靜態(tài)、叢臺載荷情況下的極限狀態(tài)之目標，還能夠對單個結構、整體情況所做出的反應進行有效的監(jiān)控，將船體在彎矩、扭矩、剪力聯(lián)合等情況下的響應內容納入到研究系統(tǒng)之中。另外就是直接計算方式，即充分利用受壓構件的承載能力來解釋對結構屈曲所造成的影響。這種方法也有劣勢，比如對于加筋板單元所承受的壓應力、截面應力的分布、載荷的縮短行為等缺乏統(tǒng)籌考慮，在估算船體結構總縱極限強度的時候，結果往往偏高一些。

4船舶擱淺結構損傷分析

4.1船底肋板和扶強材的變形損傷

根據船舶與海洋工程結構極限強度分析與計算方法的假設，可以得知船體整體的縱向結構與其極限強度密切相關，所以，對于船體底部的肋板以及位于肋板上面的扶強材出現(xiàn)的損壞和變形不需要進行太多考慮，只需要對肋板在變形的時候發(fā)生的能量消耗進行關注即可。船舶底部的肋板變形大致可以劃分為兩側和中間這兩部分。肋板兩側部分對由于船體底部受到礁石的碰撞的波及而導致變形，而中間部分則是直接受到礁石的作用力而產生變形。

4.2船舶底部縱桁的損傷變形

在整個船體中，船舶底部的縱桁具有支撐作用，船舶底部的縱桁在擱淺事故發(fā)生時，結構會遭到破壞，主要是因為受到礁石的擠壓，導致其難以繼續(xù)支撐船體結構。因此，可采用逐步破壞分析法解決這種問題，推導縱桁受力變形情況，這樣不僅能提升船舶整體的極限強度，還能結合變形情況，使設計人員加強結構建設，從而對船舶行駛的安全性予以有效保證。

結束語

就整個船舶與海洋工程來講，結構極限強度是首要的環(huán)節(jié)，必須給予持續(xù)的重視和認真的研究，才能為船舶的安全運行提供堅實的保障。通過分析，發(fā)現(xiàn)船舶與海洋工程結構極限強度非常復雜，非線性轉換的特征，要求相關人員做好每一個環(huán)節(jié)，以保證數據的精確度。有鑒于此，分析運算此類強度問題時，需要有創(chuàng)新的方式方法，嘗試一些全新的研究方式，合理運用運算的內容，徹底解決船舶航行過程中的一些問題，為推促我國海洋運輸產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展貢獻力量。

參考文獻

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