船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)極限強度

徐亞威

摘要：現(xiàn)階段，隨著社會的發(fā)展，海上運輸行業(yè)、海洋作業(yè)平臺的發(fā)展，船舶及海工平臺的數(shù)量越來越多，發(fā)生的海上事故數(shù)量也逐年增多，加上船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)極限強度分析，能夠全面提升船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)的合理性，找到最優(yōu)化結(jié)構(gòu)強度配比，從而為海洋安全作業(yè)提供重要數(shù)據(jù)制成。隨著科技水平的提升和結(jié)構(gòu)分析設(shè)計技術(shù)的不斷進步，船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)極限強度計算和分析水平越來越高。作為船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要環(huán)節(jié)，需要結(jié)合具體的船體模型進行分析，從而找到科學(xué)的計算分析方法。

關(guān)鍵詞：船舶與海洋工程;結(jié)構(gòu)極限強度;探究

引言

在船舶的結(jié)構(gòu)開發(fā)、生產(chǎn)以及應(yīng)用的過程當(dāng)中，工作人員為了能夠?qū)⑵浞€(wěn)定性和安全性提升上去，都必須對船舶的結(jié)構(gòu)進行有效的評價，而伴隨著如今海洋工程行業(yè)的不斷發(fā)展與進步，對于船舶的生產(chǎn)也提出了更高的要求。為了全面的保障海洋工程的安全性，應(yīng)該使用進強度比較高的建設(shè)材料，而這也是保證質(zhì)量的有效依據(jù)。本文就對船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)極限其強度進行分析，供參考。

1海洋工程結(jié)構(gòu)極限的具體狀態(tài)

船舶和海洋工程結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)有一個比較明顯的表示方式就是，總體結(jié)構(gòu)遭到破壞和崩潰，而這和結(jié)構(gòu)的強度有著直接的關(guān)系，也和其承載能力有著很大的聯(lián)系，一般情況下，成本的外殼中包含了飛機的機身，和潛艇的外表，其荷載一般都存在于薄膜之上，對于這樣的結(jié)構(gòu)框架，其極限荷載一般都可以直接用對應(yīng)的公式去計算出來，也可以進行大致的估算。但是，因為船舶和海洋工程的結(jié)構(gòu)當(dāng)中，有很多的零件和小部件，這些都是實現(xiàn)船舶與海洋工程結(jié)得以運行的重要組成部分。這些部件都承擔(dān)著非常大的彎矩，再加上在運行的時候會受到很多外力的干擾，有的部件難免會受到損傷，這樣一來，就使得部件的強度受到了影響。但是，因為這樣的損傷并不是在一瞬間就造成的，需要一定的時間，其斜率也不會在短時間內(nèi)降到零，所以，船舶和海洋工程結(jié)構(gòu)當(dāng)中的一些部件還是可以繼續(xù)承擔(dān)受力。隨著運行時間的增長，損傷程度也會漸漸增加，其斜率也會上升，當(dāng)達到?jīng)]有辦法承擔(dān)的量時，結(jié)構(gòu)就會坍塌。這個時候，把船舶和海洋工程當(dāng)中部件的幾何和非線性材料所生產(chǎn)的影響考慮進去的話，就可以使用到對應(yīng)的荷載量上，增強原本的荷載量，再把原先就存在的結(jié)構(gòu)模型進行了優(yōu)化，并同時將部件的損傷情況具體考慮進去，工作人員就可以得到一個較為完整且具體的極限強度數(shù)值。

2船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)極限強度分析

2.1對復(fù)雜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的可靠性分析

因為考慮到船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的復(fù)雜性和多變性，對船舶進行系統(tǒng)而完善的分析是必不可少的一個環(huán)節(jié)。基于船舶和海洋工程結(jié)構(gòu)都是復(fù)雜性結(jié)構(gòu)，因此他們具備多種失效途徑和失效模式。如果采用一般的枚舉法進行搜索就會引發(fā)系列爆炸性問題的產(chǎn)生。另外，為了解決失效模式下的結(jié)構(gòu)性問題就必須生成真實可靠的技術(shù)數(shù)據(jù)來做依靠。一般情況下，當(dāng)船舶載重的隨機變量的變異性大于船體本身結(jié)構(gòu)變量的變異時，就可以運用搜索系統(tǒng)的失效途徑確定其結(jié)構(gòu)。近幾年，由于計算機技術(shù)的大力發(fā)展，人工智能化技術(shù)引入到搜索系統(tǒng)之中，從根本上提高了分析的可靠性以及計算效率。

2.2破壞法的計算流程

在逐步破壞法的計算上，主要可以分成兩個流程，即休斯法與有限元法，首先，休斯法就是指的通過對公式的計算，以及對船舶加筋板單元的研究，發(fā)生其中存在的實際應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系之后，再對海洋工程結(jié)構(gòu)中的所有部件實際狀況進行計算，得出造成故障出現(xiàn)的主要原因。工作人員需要把模型劃分成為大部分的加筋板單元和角單元，這樣有助于工作人員得到準(zhǔn)確的應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系數(shù)據(jù)。然后，工作人員要選擇一個損傷比較明顯的加筋板單元，并對所有的單元應(yīng)變能力進行計算，在對船舶斷面力平衡方程創(chuàng)立之后，工作人員就能夠更為明確的將所有的單元應(yīng)變能力計算出來。隨后，工作人員需要進行疊加計算，因為疊加計算能夠增強彎矩計算的精準(zhǔn)度，在經(jīng)過完整的計算之后，工作人員可以和之前的總彎矩數(shù)值進行對比，從而得到最后的船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)極限強度值。其次，有限元法主要是對船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)的極限強度進行計算的，在船舶的加筋板單元產(chǎn)生任何的損傷之后，就會出現(xiàn)比較嚴(yán)重的變形或者是較大的撓度，其應(yīng)力以及應(yīng)變關(guān)系等都會將其非線性關(guān)系的復(fù)雜性表現(xiàn)出來，而船舶材料的非線性等對于加筋板單元非線性而言有著比較嚴(yán)重的影響。正常情況下，在所構(gòu)建出來的模型加筋板單元當(dāng)中，其外表和取向都會產(chǎn)生巨大的變化，從而使得模型中的加筋板剛度會出現(xiàn)一定的改變。不僅如此，船舶與海洋工程的結(jié)構(gòu)建設(shè)過程當(dāng)中，最為關(guān)鍵且主要的環(huán)節(jié)就是材料的使用，通常都是使用的金屬材料，但是，因為金屬本來就有著塑性的特征和優(yōu)點，這能夠給船舶的結(jié)構(gòu)、外表構(gòu)造帶來比較大的好處，比如，金屬的塑造性使得船舶在受到?jīng)_擊或者撞擊的時候都不容易變形。工作人員在進行計算之后，需要將一部分的非線性特征加入到非線性研究范疇之內(nèi)，從而對一些比較復(fù)雜的非線性對象進行合理且科學(xué)的研究。在對非線性進行研究的時候，最常用到的方法有牛頓-拉普森法、弧長法等等，對于這些非線性框架的研究上，必須要對近似線性方法進行合理的實施才可以對其進行完整的處理，在我國實際的研究過程當(dāng)中，最常見也最常用的處理方法就是牛頓—拉普森方法，在經(jīng)過改善之后，也出現(xiàn)了牛頓迭代方法。而在研究的時候，使用進牛頓一拉普森方法可以對船舶與海洋工程的荷載與斜率進行計算，當(dāng)出現(xiàn)的斜率比較大時，還可以進行一定的收斂。工作人員也應(yīng)用進了牛頓迭代方法，這種方法也有著一定的作用，能夠在實踐中提供比較好的途徑。

2.3船底肋板和扶強材的變形損傷

根據(jù)船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)極限強度分析與計算方法的假設(shè)，可以得知船體整體的縱向結(jié)構(gòu)與其極限強度密切相關(guān)，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(guān)注即可。船舶底部的肋板變形大致可以劃分為兩側(cè)和中間這兩部分。肋板兩側(cè)部分對由于船體底部受到礁石的碰撞的波及而導(dǎo)致變形，而中間部分則是直接受到礁石的作用力而產(chǎn)生變形。

2.4船舶底部縱桁的損傷變形

船舶底部的縱桁在整個船體中起著支撐作用，在發(fā)生擱淺事故時，船舶底部的縱桁由于受到礁石的擠壓，結(jié)構(gòu)遭到破壞，導(dǎo)致其無法繼續(xù)支撐船體結(jié)構(gòu)。為解決這種問題，可以利用逐步破壞分析法來推導(dǎo)縱桁受力的變形情況，有助于船舶設(shè)計人員根據(jù)其變形情況加強結(jié)構(gòu)建設(shè)，提高船舶整體的極限強度，保證船舶的行駛安全。

結(jié)語

在船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)極限強度的研究上，工作人員需要建構(gòu)出完整的分段模型，并對分段模型進行有針對性的研究與分析，這有助于工作人員對具體的故障、損傷部位進行判斷，并精確定位，可以應(yīng)用進逐步破壞這一方法來對模型的極限強度進行計算。在逐步破壞法之中又包含了即休斯法和有限元法，利用這一方法，來有效的促進船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性，并漸漸促進其行業(yè)的發(fā)展與進步。

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