关于船舶与海洋工程结构极限强度的探讨

关于船舶与海洋工程结构极限强度的探讨

范明锋

南通中远海运船务工程有限公司

摘要：在我国海洋事业持续进行发展的同时，船舶数量在不断的增加，与之相互对应的同时，船舶搁浅这种事故的数量也是频发增长，在遇到这种施工的时候，船舶自身的强度会受到影的影响，对于船舶日后的使用也是十分不利的，目前我国对于船舶海洋工程的极限强度开展的研究力度并不足，导致船舶海洋工程发展受到了一定的限制，因此需要人们进一步的分析研究，促进我国船舶海洋事业持续的前进。

关键词：船舶;海洋工程;结构;极限强度;分析

对于船舶海洋工程而言，其极限的强度计算是需要对很多因素进行充分的考虑，不是简单的对材质强度进行计算就可以，在进行计算的时候，一般情况下是需要采取建模的方式，根据其模拟以及有限元的方式计算出船体的实际结构强度，但是这种方式也是存在一定的弊端，实际的使用中要和其他的技术进行配合。在船舶的结构开发、生产以及应用的过程当中，工作人员为了能够将其稳定性和安全性提升上去，都必须对船舶的结构进行有效的评价，而伴随着如今海洋工程行业的不断发展与进步，对于船舶的生产也提出了更高的要求。为了全面的保障海洋工程的安全性，应该使用进强度比较高的建設材料，而这也是保证质量的有效依据。本文就对船舶与海洋工程结构极限其强度进行分析，供参考。所以在本文中，主要是分析船舶海洋工程的结构极限强度计算，在此基础上提出下文内容。

一、海洋工程结构极限的具体状态

船舶和海洋工程结构极限状态有一个比较明显的表示方式就是，总体结构遭到破坏和崩溃，而这和结构的强度有着直接的关系，也和其承载能力有着很大的联系，一般情况下，成本的外壳中包含了飞机的机身，和潜艇的外表，其荷载一般都存在于薄膜之上，对于这样的结构框架，其极限荷载一般都可以直接用对应的公式去计算出来，也可以进行大致的估算。但是，因为船舶和海洋工程的结构当中，有很多的零件和小部件，这些都是实现船舶与海洋工程结得以运行的重要组成部分。这些部件都承担着非常大的弯矩，再加上在运行的时候会受到很多外力的干扰，有的部件难免会受到损伤，这样一来，就使得部件的强度受到了影响。但是，因为这样的损伤并不是在一瞬间就造成的，需要一定的时间，其斜率也不会在短时间内降到零，所以，船舶和海洋工程结构当中的一些部件还是可以继续承担受力。随着运行时间的增长，损伤程度也会渐渐增加，其斜率也会上升，当达到没有办法承担的量时，结构就会坍塌。这个时候，把船舶和海洋工程当中部件的几何和非线性材料所生产的影响考虑进去的话，就可以使用到对应的荷载量上，增强原本的荷载量，再把原先就存在的结构模型进行了优化，并同时将部件的损伤情况具体考虑进去，工作人员就可以得到一个较为完整且具体的极限强度数值。

二、极限强度计算分析

对于船舶海洋工程来说，其结构是否合理必须要对众多因素进行考虑，是一个比较复杂的分析和计算过程，在对其进行分析和计算的时候，多数情况下是采用有限元对船舶模型进行测量，在得出模型运行中的塑性变形和构件屈曲数据，从而对其船舶模型的精准强度进行计算。虽然是这种方法可用，但是成本也是相对比较高和工作量大，因此没有得到广泛的推广。但是逐步破坏的方法是现如今较为常用的方法，这种方法的计算运算量较少，在极限强度计算中也是可以保证准确。

三、极限强度的分析方法

（一）逐步破坏的方法

对于这种方法来说，主要是采用船舶结构的材质特点和结构破坏时候的原理，大家都知道，船舶的结构在使用中并不是瞬间进行损坏的，然而是从小问题到大问题进行逐步损坏的过程，因此通过合理的利用平断面假设正逐步破坏增量曲线的方法，可以直接的得出纤维应力的变化关系，将其合理的应用到描述屈服中，此外史密斯采用了非线性的有限元对其单元弹性大绕组挠度进行分析，从而获得了单元的平均应变关系，这种方法是否准确是根据应力的应变关系所进行决定的。

（二）有限元的方法

对于限元来说，主要是一种应用效果相对较为显著的方法，这种方法不管是对于那一种的结构和加载类型都是可以进行应用，采用正交各向异性板单元以及梁单元等可以坐在得出了动态或者是静态荷载条件下的结构极限强度，这种方法也是可以直接的响应和分析单元的结构，将其船体的剪力以及弯曲等纳入到其中。库特通过采用这种方法机损除了超过四条船的极限强度，同时也是对每一条船的有限元模型荷载情况做出了响应的家计算，最终所得到的结果也是充分的考虑了屈曲以及塑性效应等。

（三）直接计算的方法

由于考德威尔通过对船舶的泡面全塑性弯曲进行分析，对其船体的总纵极限强度做出了响应的估算，同时也是解释了屈曲的影响，但并没有将其加筋板所承受的压力考虑到其中，因此对于这种方法来说，最终将会超过船体的真实极限强度。

三、工程的极限强度分析

（一）可靠性分析

由于船舶海洋工程自身便是存在着多变性以及复杂性的特点，所以为了能够保证船舶在海平面上得到稳定的运行，必须要对船舶结构之中的所有细节进行分析，因为船舶海洋工程是比较复杂的，存在着较多的失效模式以及失效的途径，因此采取简单的枚举法搜索只会出现更大的问题，甚至是可能会出现爆炸等问题。在此之外失效模式之下的结构问题是需要可靠以及真实的数据，一般情况下在船舶载重量不变的时候，是需要应用搜索的系统对结构进行确定，但是最近几年来随着科学技术的发展，采用计算机的技术对应用搜索系统进行代替，人工智能技术在搜索引擎中应用，也是全面的提高了计算的效率和分析时候的可靠性。

（二）安全性分析

对于船舶载体来说，并不是统一的，是具有着多边性特点，通过对最近几年来的数据情况结合分析得出，船舶工程和多年前的结构是具有着突出性的变化，一些研究人员根据结构的余度开展相关的分析，对结构的整体性和安全性进行测评，通过进行全方位的分析得出了不确定性因素，并且站在经济学的角度上作出了相应的评估。在此之外船舶结构分析也是需要对船舶的原来结构进行分析，从而可以得出船舶的受损情况以及海域的条件，在根据前面所得到的数据综合的分析考虑，避免出现故障问题。

（三）随机性分析

以往针对于船舶结构的分析多数情况下都是采用概率对平均值进行计算，对于这种方式来说，没有办法将其全部的将所有的变量都融入到其最终，在数据分析的过程中存在一定的不确定性问题，目前比较常用的计算方法主要是有限元，这种方法对于船舶结构分析具有着良好的效果，其中包括了点估计以及响应面等，限元的方法将会导致数据出现偏大，这种情况对于最终结果存在一定的应先，为了对这种情况解决可以采用随机边界，可以对其数据进行细化分析，減少计算量的基础上保证计算的准确度。

结束语

通过上述分析来说，对于船舶的设计工作，安全是首先要进行考虑的问题，在海洋工程和船舶的整体构思以及极限强度设计的时候，必须要通过围绕着安全的需求作出深入的分析，通过合理的应用逐步破坏方法和有限元方法以及直接计算等方式，只有这样才能在一定程度上更好的实现船体结构的强度升级。

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