船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度的分析范文

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摘要：隨著航運(yùn)業(yè)的不斷發(fā)展，船舶數(shù)量不斷增加，船舶和海洋工程的技術(shù)得到全面的發(fā)展，結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度成為了重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容，通過(guò)對(duì)技術(shù)的研究分析，明確船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度。本文首先詳細(xì)介紹了船舶和海洋工程結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度的計(jì)算方法，然后從可靠性、安全性兩個(gè)方面入手對(duì)結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度進(jìn)行具體的分析，最終針對(duì)波浪載重這一船舶結(jié)構(gòu)中最重要的內(nèi)容進(jìn)行研究，達(dá)到強(qiáng)化結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度的目的。

關(guān)鍵詞：有限元法；復(fù)雜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)；完全塑形狀態(tài)

船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度對(duì)國(guó)家海洋工程發(fā)展具有著十分重要的作用，近年來(lái)海上事故的發(fā)生大多是因?yàn)榇皵R淺造成的，而在船舶發(fā)生事故后，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度就會(huì)受到嚴(yán)重的影響。雖然近年來(lái)國(guó)家綜合實(shí)力提升，在船舶和海洋工程方面，取得了一定的成績(jī)，但是結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度依然是其中的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容，從船舶和海洋工程結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度計(jì)算方式入手分析，以此為海洋工程的工作人員提供相應(yīng)的參考數(shù)據(jù)。

一、船舶和海洋工程結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度的計(jì)算方法

隨著國(guó)家對(duì)船舶和海洋工程結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度的相關(guān)概念不斷完善，對(duì)船舶和海洋工程結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度的計(jì)算方法也在逐漸增加，其中常見的方法有三種，分別為：逐步破壞分析法、有限元法、直接計(jì)算法。第一，逐步破壞法，船舶和海洋工程數(shù)量不斷的增加，帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益。隨著時(shí)間的推移，技術(shù)和手段并沒(méi)有得到提升，對(duì)于國(guó)內(nèi)海洋工程的發(fā)展，存在著較大的阻礙。但是借助逐步破壞法，從船舶和海洋工程的特點(diǎn)入手，對(duì)結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)展開分析，逐步破壞法一共分為兩個(gè)部分，第一部分建立分段模型力、第二部分分段基本假定，以此得到準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果[1]。第二，有限元法，有限元法適用于不同的船舶結(jié)構(gòu)模型，不僅如此，在分析結(jié)構(gòu)的過(guò)程中靜態(tài)載荷和動(dòng)態(tài)載荷下極限狀態(tài)都會(huì)得到分析，也能夠?qū)蝹€(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行響應(yīng)分析。第三，直接計(jì)算法，直接計(jì)算法是根據(jù)船體的橫剖面全塑性彎矩情況來(lái)對(duì)船舶和海洋工程結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度進(jìn)行估算，但是這種方法沒(méi)有考慮到加筋板單元可以承受的壓力，因此所得到的估算值相對(duì)較高。

二、船舶和海洋工程結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度的具體分析

（一）復(fù)雜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的可靠性

從運(yùn)行角度而言，船舶和海洋工程結(jié)構(gòu)系統(tǒng)較為復(fù)雜多變，想要加強(qiáng)船舶運(yùn)行安全，就要加強(qiáng)對(duì)船舶和海洋工程結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度的研究。根據(jù)實(shí)際情況可知，想要確定船舶和海洋工程結(jié)構(gòu)，就要對(duì)比船舶載重隨機(jī)變量和船體本身結(jié)構(gòu)變量之間的變異性，在船舶載重隨機(jī)變量的變異性較大時(shí)，就可以運(yùn)用搜索系統(tǒng)的失效途徑。科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，信息技術(shù)的全面引入，復(fù)雜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的可靠性分析效率得到提高，計(jì)算準(zhǔn)確性也得到根本上的提升。比如，當(dāng)船舶的船底肋板出現(xiàn)變形損傷時(shí)，就要對(duì)船舶和海洋工程結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度的具體分析，根據(jù)極限強(qiáng)度解析計(jì)算方法的具體原理，不需要考慮船舶底部的肋板和肋板上出現(xiàn)的損傷損傷變形情況，只需要依靠船舶的縱向構(gòu)件，就可以得到具體的極限強(qiáng)度。因此在分析過(guò)程中只需要關(guān)注肋板和肋板上的變形過(guò)程，以及變形過(guò)程中的能量耗散情況。對(duì)于肋板的變形而言，可以分為兩個(gè)部分。第一個(gè)部分為中間，因?yàn)榻甘淖饔枚l(fā)生變形，第二部分為兩邊，因?yàn)槭艿讲岸冃危虼水?dāng)船舶的船底肋板和扶強(qiáng)材出現(xiàn)變形損傷時(shí)，船舶總的變形能為兩個(gè)部分的變形能相加，也就是Efloorcentral、Efloorside疊加。

（二）受損結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的安全性

隨著船舶載體的變形發(fā)展，從各方面出發(fā)，考慮結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的安全性和經(jīng)濟(jì)性也是現(xiàn)階段研究的主要方向，通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的綜合考慮，明確不確定因素，繼而對(duì)經(jīng)濟(jì)性、安全性進(jìn)行分析[2]。對(duì)于受損結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的安全性分析，要建立在船舶原有結(jié)構(gòu)上開展，得到受損力度和海域情況，并且為以后的船舶運(yùn)行提供參考，避免出現(xiàn)同類型情況。由上可知，在船舶運(yùn)行的過(guò)程中，擱淺是最常發(fā)生的海上事故，在發(fā)生海上事故后，船舶結(jié)構(gòu)強(qiáng)度就會(huì)受到影響，因此對(duì)受損結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的安全性分析極為重要。比如，某船舶發(fā)生擱淺事故后，相關(guān)維修人員對(duì)受損結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的安全性進(jìn)行分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)該船舶的外底板縱骨達(dá)到完全塑形狀態(tài)，如果不加以維修，就無(wú)法在船舶的極限強(qiáng)度中發(fā)揮作用，這是因?yàn)榇暗耐獾装蹇v骨的高度和礁石的撞擊深度相比，相對(duì)較小，所以，在礁石的沖擊擠壓下，船舶的外底板縱骨受到了直接作用，形成完全塑形狀態(tài)。在縱骨失效的情況下，其他的受損的船底外板也轉(zhuǎn)變?yōu)橐粔K橫向板單元，因此在解析計(jì)算過(guò)程只需要對(duì)一塊橫向板單元進(jìn)行分析。

（三）船舶波浪載重方法分析

在復(fù)雜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的可靠性、受損結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的安全性進(jìn)行全面的分析后，還要對(duì)船舶波浪載重方法進(jìn)行分析，船舶波浪載重方法是船舶結(jié)構(gòu)中必須要考慮的載荷方式，加強(qiáng)對(duì)船舶波浪載重方法的正確計(jì)算，可以讓船舶結(jié)構(gòu)得到更加優(yōu)化的設(shè)計(jì)，以此保證船舶和海洋工程結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度。船舶的波浪載荷方式有兩種，分別為：總體載荷和局部載荷。其中前者借助了海水壓力，但是海水壓力也會(huì)引起全船的晃動(dòng)問(wèn)題，從船舶的安全性出發(fā)，波浪載荷也就是局部載荷對(duì)船舶和海洋工程結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度起到了一定的作用。但是因?yàn)榇w、波浪的形狀不同，因此隨機(jī)性較大，載荷的計(jì)算難度較大，具體的計(jì)算方法如下：第一，根據(jù)波浪誘導(dǎo)運(yùn)動(dòng)和波浪載荷，得到的相應(yīng)的函數(shù)；第二，根據(jù)函數(shù)繪制相應(yīng)的圖表，進(jìn)而得到具體的概率數(shù)據(jù)，進(jìn)行長(zhǎng)期預(yù)報(bào)和短期預(yù)報(bào)；第三，對(duì)長(zhǎng)短期預(yù)報(bào)進(jìn)行進(jìn)一步的統(tǒng)計(jì)計(jì)算，得到設(shè)計(jì)極值。

三、總結(jié)

綜上所述，船舶和海洋工程結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度計(jì)算在傳播結(jié)構(gòu)強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)研究中占據(jù)著十分重要的地位，但是，現(xiàn)階段的研究力度較弱，研究?jī)?nèi)容較為局限，因此必須要加強(qiáng)對(duì)船舶和海洋工程結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度的研究。將具體的研究結(jié)果應(yīng)用到船體結(jié)構(gòu)的研發(fā)中去，繼而真正的解決船舶和海洋工程結(jié)構(gòu)中存在的問(wèn)題，為船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、海洋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得到全面的改善，推動(dòng)國(guó)家的船舶海洋工程事業(yè)得到真正的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]李帥朝.基于船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度的探究[J].科技展望,2016,26(31).

[2]劉晨.船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度研究[J].工程技術(shù):引文版,2016(5):00294-00294.

作者：張?jiān)品澹蝗魏槊?單位：上海外高橋造船海洋工程有限公司