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

程志伟

中海油田服务股份有限公司钻井事业部

摘要：随着我国经济的快速发展，海洋事业也得到了快速的发展，船舶的数量及载量也越来越大，但同时市场对船舶的要求和需求也在提升。为了进一步提升船舶的质量，提高船舶运输的安全性，就需要对船舶结构的极限强度进行研究和探讨，进而能够进一步的强化海洋工程结构极限强度，促进我国海洋事业的持续发展。

关

键词：船舶；海洋工程结构；极限强度

引言：船舶与海洋工程是一项比较复杂的工程，因此对于船舶与海洋工程的极限强度来说，并不只是单单对材料强度进行计算，而是要充分考虑诸多相关因素，对其总体的结构性强度进行全面考虑。在这个过程中会用到建模的方式，通过模拟、有限元计算等方式来得出整体实际的结构强度，这一过程还需要和其他技术相协调配合，才能让数据更加的准确。

一 船舶结构分析

大多数的船舶主体分为船壳、船体骨架、甲板和船舱等几个部分。船壳也即是指船舶的外壳，是船舶应对各种外部冲击力量的主要方式，比如水的压力，波浪的冲击力等，能够很好的保护船体的内部。而船体是由龙骨、肋骨、旁龙骨等所构成，以此来组成整体的船舶骨架。甲板对于船舶来说是很重要的，可以保护船体内部的空间，同时也将整个船体分为上中下三部分，而船舱既是甲板以下的部分，通常分为客舱，货舱，以及船舶内一些有特殊作用的船舱。就我国目前海洋事业的发展来看，船舶的数量越来越多，体量越来越大，但随之而来的也是一系列海上事故的频频发生，由此所产生的影响是非常深远的，不仅对我国人民的生命财产安全造成威胁，同时也非常不利于我国船舶与海洋工程事业的发展，这就需要进一步加强船舶的整体结构研究，对其工程结构的极限强度进行强化和计算，以便减少海上事故发生的几率。

二 船舶结构极限强度分析

船舶在航行中容易受到各种因素的影响，比如船舶的超负荷载重以及意外搁浅等，这些对船舶的质量及结构强度是一种较大的考验。因此在船舶的设计过程中，就需要对船舶的航行环境进行考虑，将其在航行中可能会遇到的各种危险因素考虑在内，这样才能够进一步的增加其安全性。就目前情况来看，大多数船舶在设计过程中采用应力设计法，也即是在船舶本身的安全系数范围内，通过夹板的弹性应力和属性应力进行对比，得到船体的总纵强度。这种设计方式和设计理念在实际的应用过程中具有一定的局限性，缺乏对船体总体结构的实际破坏过程的了解。极限强度的参数能够影响到船体结构的整体可靠性，在进行整个研究设计中所需要的数据，大多是通过估算的方法来进行获取，比如通过载体的脆性断裂以及因应力脉动的反复作用所产生的疲劳断裂等来进行抗压测试，得出有效的数据。

三 极限强度计算分析的方法

3.1极限强度计算分析

在海洋工程的发展中，探讨海洋工程结构是否合理需要考虑多个因素，这一过程比较复杂，需要经过大量的分析和计算。在这一过程中通常会采用有限元测量船舶模型，对模型中的各构件屈曲与塑形变形等数据进行分析和计算，进而得出船体模型相关数据，再通过相关分析和计算来得到船舶模型的总体强度。但这种方式在实际过程中仍有一定的限制，比如其工作量较大，施工成本比较高，整个工程工期较长，也就导致该计算方式并不能够很好的得以广泛应用。就目前情况来看，在船舶极限强度计算过程中最常用的方法是逐步破坏法，其由于计算过程比较便捷，计算量较少以及计算结果较为准确，被很好的应用在极限强度计算当中。

3.2极限强度分析方法

3.2.1逐步破坏法

该方法主要是通过对船舶结构的材质特点和结构破坏原理进行分析，船舶发生结构损坏并不是突然发生的，而是一个逐步损坏的过程，这就需要对船舶采用逐步破坏的方式来进行问题的分析。其一是进行分段模型的构建，在具体的应用过程中，需要针对船舶和海洋工程的各个类型进行数据分析，将其作为主要的计算依据，以此来对船体结构进行分析和建模，船舶模型的建立是一个复杂的过程，由多个分段组成，这就需要工作人员对其中的每一个分段都要进行全面的掌握，了解每一个分段的具体数据。其二是进行分段的基本假定，分段的基本假定，对逐步破坏法的应用是非常必要的，对整个工程的分析有十分重要的作用，要能够考虑到所做的基本假设是否科学合理，以便能够保证破坏法的规范性和准确性。

3.2.2有限元法

这种方法的实际应用效果比较可观，在海洋工程中也比较常用，是一种效果非常显著的计算方法。该方法在实际使用过程中适用于多种加载结构和类型，其应用范围非常广泛。在运营过程中采用正交各向单元，梁单元以及异性板单元等，可以得出动态或静态加载在各条件下的结构极限强度。同时这种方式还能对单元结构进行分析和响应，将船体的剪力、弯矩等都纳入其中。通过有限元方式分析，对每一艘船的模型进行荷载计算，能够有效地考虑屈曲以及塑形效应等。

四 船舶与海洋工程结构极限强度分析

4.1可靠性分析

船舶与海洋工程结构具有复杂性和多变性，因此就需要对其进行可靠性分析，也即是分析船舶结构中的所有细节，这样才能够进一步的保障船舶在海洋上航行的稳定性。船舶海洋工程本身是一种复杂性的结构，其中具备多种失效途径和失效模式，如果采取简单的枚举法搜索可能会引起一系列问题的产生，比如发生爆炸等问题。这就需要在失效模式下的结构问题进行可靠真实的数据分析，以此来解决其中所产生的一些问题。就目前情况来看，当船舶本身的载重随机变量的变异性比船体本身的结构变异量的变异大时，就需要通过搜索系统的失效途径确定其结构。而随着科技的快速发展，信息技术得以在搜索系统中很好的应用，以及人工技能的技术的应用，增加了搜索引擎的准确性和计算效率的可靠性，从而进一步的促进船舶与海洋工程结构的发展。

4.2安全性分析

由于船舶载体本身具有多变性的特点，在开发和设计工程结构中，总会出现一些结构上的变化，就目前情况来看，很多船体工程的结构与以前的船体结构有的突出变化。因此部分学者开始加大对船体结构的分析，以结构余角的角度出发，对船体结构进行整体的安全性分析。就目前情况来看，在进行船体结构分析时，需要从多个方面出发，结合整体实际过程中的结构变化，在综合考虑结构系统中的安全性。这就需要从船体结构的设计到使用过程的多个环节进行分析，了解其中的不安全因素及不确定因素，同时也要注重经济考虑实现完整性的分析和评估。在进行船体受损结构分析时，还需要结合船舶的总体结构，以此为基础来进行结构的总体分析，进而得到受损力度和海域情况，为后续的工作提供更加精确的数据，避免发生一些安全问题。

4.3随机性分析

就目前船舶与海洋工程发展情况来看，在以往的传播结构分析中，大多采用确定性的概率得出平均值，但这种方式忽略了船舶的随机变量数据分析，也就导致其得到的数据具有不确定性。在所有的计算方法中，有限元是比较常用的一种结构分析方式，其包括响应面有限元、点估计、一阶二次矩有限元法等，对船舶结构分析有着很好的效果。但其也有一定的问题，比如会引起数据偏大的情况发生，这也就会影响到最终的数据分析结果。而为了解决这个问题，随机边界元法就得到了很好的应用，随机边界元法的使用，让结构分析更加的精准，大大的降低了数据分析的计算量。同时也提升了计算结果精准度。

结束语：船舶与海洋工程结构中需要对其极限强度进行重点研究，这就需要相关部门加强研究力度，同时也要不断的进行算法完善和改进，以便能够解决航海运行中的一些实际问题，进一步的提升船舶的安全性。

参考文献：

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