船体结构的强度及安全问题的探析

船体结构的强度及安全问题的探析

张壮壮

招商局金陵船舶（南京）有限公司  江苏南京  210015

摘 要：在江苏、山东、浙江等我国沿海省份，船舶生产制造企业的发展非常迅速，各种配套体系日臻完善，生产体系也愈发的健全，发展态势持续向好。虽然我国船舶的整体产能比较高，但是整个的质量水平还没有提升上来，船体结构强度以及安全等方面的问题益发凸显。船体结构一旦产生质量方面的问题，不仅会威胁船上工作者的生命安全，导致重大财产损失，亦不利于我们和谐社会的构建。因此，有必要提升船舶施工质量，在设计、制造、检测等不同的环节加以严控。对于船体设计人员来说，如果不去思索怎么创新的话，那么不仅会使理论背离实践，同时还会使整个船体设计工作变得更为复杂化，造成“剪不断，理还乱”的状态。本文主要是笔者以亲身工作为基础，探讨了船体结构强度和安全等方面的问题。

　　关键词：船体；结构强度；有限元分析法；建立模型

    0.引言

在针对船体结构强度与安全问题进行研究分析的时候，很多人都会觉得无处下手，分不清主次，因其受到各种不同因素的影响，所蕴的参数比较多，整个过程并不是那么简单，甚或有些杂乱。在外加载荷的作用下，船体结构一定要确保具备充裕的承载力，还要保证具备较好的稳定和安全性能。针对船舶营运中的船体结构、强度管理，有必要进一步细化、强化，进而达成规范化、制度化的目标，这同时也是确保船舶安全航行的关键所在。

1.船体结构强度有限元分析法 
　　船舶施工当中，残余应力往往在所难免，因为工艺缺点以及材料缺陷等各方面原因所致。即使船舶投入运行以后，在复杂海况中也会长期受到浪、风等影响，使航行安全受到威胁。所以对船体结构强度进行分析是非常必要的，一般常用的即为有限元分析法。

1.1有限元基本理论 
    分析船舶船体结构强度，有限元是不能缺少的。这种方法主要是将船体离散成为点模型，随后再开展深入的分析，这些独立点数量存在着一定限制。一般情况下，运用有限元分析法主要展开的是预处理、建模分析等内容，能够获得较为准确的船体结构可承受载荷值，并将所得到的结果设定为安全强度的基础条件。这样就能够更好地获得船体结构设计相关的内容。诚然，在具体的实践工作中，需要精确评估数值建立模型的时间等项。在获得离散点等待解答变量之后，可以借助插值等方式来拟合整体场函数，在对离散点进行增多的过程中，可能会延长求解时间，所以应增强模型计算的精准度。 
　　1.2建立模型要素分析 
　　有限元分析法的运用，需要注意的事项有很多。船体结构设计人员需要增强知识储备，根据求变量的内容，掌握相关的数据内容，针对受力荷载值予以界定，掌握有限元网络点坐标信息。有效元分析法在模型构建当中的运用，需要严格遵循既定的要求，按照相应的标准展开。具体的需要做好以下几个方面：一个是要关注模型平衡，在对整体船体结构以及相应独立节点开展受力分析的过程中，一定要使被分析对象处在静止的状态，且受力方面一定是平衡的。二是构建模型的时候不能操之过急，要从基础工作做起，完善基础性工作。比如整体结构和独立单元的基础要求等等。最后需要指出的是，还要使计算网格的分布符合规律化的形式，在摸清应力分散实际状况的前提下进行相关的论证。
　　2.船体结构强度的计算方法 
　　2.1有限元模型 
　  计算船体结构的强度，可以采取直接的计算方法，主要是结合船体结构强度的分析内容，根据有限元的结果展开相关的运算。在具体实施的过程中，有限元分析法主要是由整体、部分这两块内容构成。在实际的应用上，整体分析模型需要较大的计算量，但是其受力荷载等基础数据值的准确度较高，并且所得到的内容和真实水平比较接近；而采取部分分析模型的时候，其建立模型所需要的计算量虽然相对比较低，但是也存在着疏漏的问题，尤其是在基础要求下，其和总体内容存在着误差问题。随着船体结构越来越复杂化，其整体尺寸也在不断提升，若想研发新型船舶，势必需要设计出更为新型的结构类型。 
　　2.2建立模型要素 
　　模型的构建过程，涉及较多知识点，船舶结构设计人员需要付诸饱满的责任，开展更加合理的计算。使用满载、压载的情况，对不同波浪状态进行全面的考虑，并且在船体顶推形态中，需付诸大局眼光，考虑不同类别的工况。需要对货品所产生的压力、船体重量、弦外水压力等因素予以重点关注，保证考虑的因素无有遗漏。还需要注意的是，在实际应用计算模型的时候，还需要对外力均衡调控的关系予以控制。由于在实际的工作中，不同的因素会导致不一样的状况出现，遽然而生的情况是很多的，需要区别对待，逐个解决。所以当处在不均衡外力的状态下，利用有限元计算方法，仍旧能够对船体应力、单位点位移的结果进行准确的掌握。最后还有一点需要注意，在实际的应用中，由于外力存在着一定的差别，所得出的结果准确性会打上一定的折扣。
　　3.船体结构安全问题的分析 
　　在船舶管理的问题上，工作者需要始终关注细节方面的问题，对船体结构、强度等内容给与高度重视，以避免船体结构强度产生意外，这也是确保船体结构安全的关键所在。针对船体结构安全方面的内容，一定要重视结构检查工作，关注相应的细节问题，控制好频次管理。 

　　在实际检查的过程中，如果发现船体结构出现了老化的状态，那么其腐蚀性超出限制的问题也会逐渐地暴露出来，并且很难对其内在原因进行彻彻底底的查明，这就会给相关人员带来很大的困扰。所以工作人员在面对这方面的问题时，一定要抱有高度敬业的精神，一定要认真执行相关的检查手段，及时发现船体结构方面存在的一些隐患，尽量做到防患于未然，将这些隐患及时地排除在外，避免带来后续的麻烦。当然，在船舶的实际管理方面，船长和大副应该保持较为一致的看法，彼此之间应当形成较为强大的合力，严格按照船体管理部门的规定，每次正式航行开始之前，进行一次船体检查工作，从而把安全风险降到最低的程度。
　　航次检查的工作内容，其实就是每个航次扫舱时期，都需要对舱内的焊缝、板材、零件等进行细致的检查，这些检查绝对不能形式化，要真正深入和全面。针对高边柜的内容，可以采取抽样调查的方法，不超过半年，要覆盖全部的高边柜，并且所需要的涂水舱漆必须要进行合理的保存。像针对舱口平面、甲板、围板等容易产生腐蚀的部位，要定期地进行巡检，一旦发现安全问题，在第一时间做出及时有效的处理。与此同时，船舶上的每一名工作人员，都需要树立相应的安全责任意识，安全不是某个人某个部门的事情，与全体员工都有关联，需要大家协力做好。鉴于此，船舶管理者要定期组织召开安全培训会议，以会议的契机向工作人员就船体结构的非正常情况进行分析，鼓励大家就相关问题展开讨论，引导工作人员参与到安全防范工作之中，就船体结构巡查工作中发现的不良问题，进行及时有效的防范，这样才能长期确保船舶的安全行驶。 
　　4.结语 
　　综合以上的论述来说，在船体结构强度与安全问题的研究方面，工作人员应该结合实际情况，对船体结构强度的计算内容，进行合理化的应用，并结合实际情况，做出一些必要的创新。还有，针对安全问题，需要对船舶展开合理有效的管理，提升船舶的经济效益，尽可能地延长船舶的使用年限。这样一来，在降低船舶安全事故发生率的同时，也可以为我国航海运输事业的未来发展贡献出一份自己的力量。 

参考文献

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[2]谭开忍,李小平.船体结构极限强度研究进展[J].船舶,2006(05):19-25.

[3]祁恩荣,张晓杰,滕蓓,陈小平,蒋彩霞.大型液化天然气船船体极限强度研究[J].船舶力学,2010,14(Z1):66-73.

作者简介：

姓名：张壮壮，性别：男，出生年月：1995,05 民族：汉，籍贯：山东曹县，学历：本科，已获得职称：助理工程师，研究方向：船舶工程（船体）技术及项目管理