基于船舶与海洋工程结构极限强度的探究
时间：2020-12-18 20:07:46 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要：就通常状况来说，船舶与海洋工程的结构极限强度的设计都是利用相关系统软件进行分析规划后得出的。但是由于国内社会的不断进步，人们对船舶和海洋工程的需求逐渐变多，导致许多工程结构的极限强度不能符合实际标准，但若是一味坚持强度的规定，又会给国内的船舶修建事业的发展带来阻碍，使其难以进步。因此，一定要按照船舶与海洋行业的未来发展趋势来加强强度的设计。本文就船舶与海洋工程结构的极限强度展开探讨，介绍了一些基础概念和极限强度的计算方法，希望为我国船舶与海洋工程事业提供帮助。
关键词：船舶 海洋工程 结构极限强度 探究
就国内当下的船舶与海洋工程结构的发展现状而言，呈现出高速发展的趋势，需要出海航行的船只数量越来越多，出现船舶搁浅的事故频率也在不断增加，一旦船舶出现搁浅事故，船体的底部纵向构成部件就有可能受到损坏，导致船体在纵向的总体强度和部分位置的强度都大大降低，给船舶的继续航行带来严重隐患。所以，在进行船舶与海洋工程的设计规划时，一定要对总体的结构强度进行全面考虑，细致地考虑船舶的安全性能，面向船舶在搁浅状况下的船舶结构承受强度的极限程度的方面进行解析和设计。
1.极限强度的计算分析方法
1.1逐步破坏分析法
当前国内在船舶与海洋工程项目上的数量呈现出高速增加的发展趋势，而且从该工程领域每年创造的经济收益和社会价值来看，其带来的经济效益不容小视。随着科技的发展和技术的进步，通过预测和分析可以得知，国内船舶与海洋工程的未来发展趋势将来还会不断增长。不过若是只是在工程的数量上出现显著增长，而相关的施工技术和管理方法不能随之得到提高，那么势必会造成船舶与海洋工程的建设过程中出现技术的脱节，导致工程出现严重的质量问题。逐步破坏法在实际的实施与应用过程中，能够对船舶工程的自身特征进行准确分析，研究其结构极限强度的状态，进而获得精准的信息和数值，因此广受青睐。
逐步破壞分析法的主要应用步骤如下：
（1）建立分段模型
使用逐步破坏分析法，不单单只是一种简单的应用方法，其具有十分严格的精度要求和系统标准。在使用逐步崩溃破坏法进行计算之前，需要依据船舶与海洋工程现在已知的各种数据信息来对船舶的模型进行细致地研究。每次研究的范围，必须控制在模型的单个分段之中。因此在对船舶模型进行分管规划时，一定要注意保证分段的合理性。此外，在对船舶进行建模和分析的过程中，一定要从模型的分段的范围出发，对其组成内容进行详细调查和了解，组成内容主要涵盖了加筋板单元和角单元这两大单元，调查组成内容的目的在于准确把握分段中各个构建的主要功能。抛开客观因素，选择使用主观的分析方法来展开分析，建立分段船体模型，可以把墙肢面内部的压缩状况作为基础，以此实现对加筋板单元的分析运算等操作，并能够得出精准的分析结果。
（2）分段基本假定
在使用逐步崩溃破坏计算法对船舶和海洋工程的结构极限强度进行分析计算时，其中分段假定这一工序是十分重要的，该步骤的主要目的是为了解下述假定：其一，假定船舶的断面发生崩溃是导致船体的框架船板发生压缩的关键原因，且不存在别的原因；其二，假定船舶框架之间的梁柱的崩溃应力就实际施工经验可知，其是不可能高出加筋部位任何一侧的临界点力。这项条件的设定，主要是为了使工程施工能够与实际状况联系起来，防止船舶与海洋工程的建设出现质量问题。
（3）具体计算步骤
分段完毕之后，各个分段的应力-应变关系则可以通过CSR这一公式求得，在计算时需要将受到压力的纵向加筋板单元选择为最容易失去效果的应力-应变关系。在获得所有分段的应力-应变曲线关系图之后，需要对其横剖面的最初中和轴位置以及最初的曲率进行演算，假定曲率电网增量 Δχ与初始曲率 χ1相等，二者的计算公式如下面的式（1）和式（2）所示，而且最初的中和轴位置N1 应当使用系数 μ来对其进行调整。
上述式子中，li表示单元距中和轴的距离。分辨弯矩是否满足当前要求的条件是：dM/dχ
有限元法具有广泛的使用性，在任何类型的船舶结构模型中都能得到使用。在有限元法中加入正交多向异性板单元、梁单元和平板单元，可以对船舶的主体结构在动态和静态两种负荷条件下的极限强度进行分析，还可以对模型的单体结构进行整体响应分析，把船舶在进行弯矩、扭矩和剪力的结合作用下的反应作为考虑对象。Kutt等人通过使用该类方式对船舶依据荷载环境、有限元模型的纵向结构的极限强度进行总结和计算。
2.船舶搁浅结构损伤分析
2.1船底肋板和扶强材的变形损伤
根据船舶与海洋工程结构极限强度分析与计算方法的假设，可以得知船体整体的纵向结构与其极限强度密切相关，所以，对于船体底部的肋板以及位于肋板上面的扶强材出现的损坏和变形不需要进行太多考虑，只需要对肋板在变形的时候发生的能量消耗进行关注即可。船舶底部的肋板变形大致可以划分为两侧和中间这两部分。肋板两侧部分对由于船体底部受到礁石的碰撞的波及而导致变形，而中间部分则是直接受到礁石的作用力而产生变形。
2.2 船舶外底板和纵骨的变形损伤
当船舶出现了搁浅事故的时候，船舶的外底板的纵骨深度通常会小于礁石的对船底的撞击深度，而且由于纵骨会受到礁石的挤压和冲撞作用，直接达到整体塑形的状态，所以在船体的结构极限强度中不能发挥出任何作用。因为纵骨的结构极限强度失效，所以在计算和分析的过程中对受到损害的船舶底部的外板也由之前的多个纵向加筋板单元变换成一块横向的加筋板单元。
3.结束语
总而言之，船舶和海洋工程的强度的优化处理尚且存在广阔的进步空间。每项工程在正式施工的时候，都需要对其结构的极限承受强度进行合理规划，并且将结构的极限强度作为关键的质量标准，使用专业、有效的方法对其展开分析，然后将分析的结果进行多次核实和校验，待到确定其能够与工程的客观条件互相符合之后，再对其进行合理的改进和升级，从而促进国内的船舶和海洋工程事业的稳健发展。
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