船舶与海洋工程结构极限强度的分析范文

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摘要：随着航运业的不断发展，船舶数量不断增加，船舶和海洋工程的技术得到全面的发展，结构极限强度成为了重点研究内容，通过对技术的研究分析，明确船舶与海洋工程结构极限强度。本文首先详细介绍了船舶和海洋工程结构极限强度的计算方法，然后从可靠性、安全性两个方面入手对结构极限强度进行具体的分析，最终针对波浪载重这一船舶结构中最重要的内容进行研究，达到强化结构极限强度的目的。

关键词：有限元法；复杂结构系统；完全塑形状态

船舶与海洋工程结构极限强度对国家海洋工程发展具有着十分重要的作用，近年来海上事故的发生大多是因为船舶搁浅造成的，而在船舶发生事故后，结构强度就会受到严重的影响。虽然近年来国家综合实力提升，在船舶和海洋工程方面，取得了一定的成绩，但是结构极限强度依然是其中的重点研究内容，从船舶和海洋工程结构极限强度计算方式入手分析，以此为海洋工程的工作人员提供相应的参考数据。

一、船舶和海洋工程结构极限强度的计算方法

随着国家对船舶和海洋工程结构极限强度的相关概念不断完善，对船舶和海洋工程结构极限强度的计算方法也在逐渐增加，其中常见的方法有三种，分别为：逐步破坏分析法、有限元法、直接计算法。第一，逐步破坏法，船舶和海洋工程数量不断的增加，带来了巨大的经济效益、社会效益。随着时间的推移，技术和手段并没有得到提升，对于国内海洋工程的发展，存在着较大的阻碍。但是借助逐步破坏法，从船舶和海洋工程的特点入手，对结构极限状态展开分析，逐步破坏法一共分为两个部分，第一部分建立分段模型力、第二部分分段基本假定，以此得到准确的计算结果[1]。第二，有限元法，有限元法适用于不同的船舶结构模型，不仅如此，在分析结构的过程中静态载荷和动态载荷下极限状态都会得到分析，也能够对单个结构进行响应分析。第三，直接计算法，直接计算法是根据船体的横剖面全塑性弯矩情况来对船舶和海洋工程结构极限强度进行估算，但是这种方法没有考虑到加筋板单元可以承受的压力，因此所得到的估算值相对较高。

二、船舶和海洋工程结构极限强度的具体分析

（一）复杂结构系统的可靠性

从运行角度而言，船舶和海洋工程结构系统较为复杂多变，想要加强船舶运行安全，就要加强对船舶和海洋工程结构极限强度的研究。根据实际情况可知，想要确定船舶和海洋工程结构，就要对比船舶载重随机变量和船体本身结构变量之间的变异性，在船舶载重随机变量的变异性较大时，就可以运用搜索系统的失效途径。科学技术的发展，信息技术的全面引入，复杂结构系统的可靠性分析效率得到提高，计算准确性也得到根本上的提升。比如，当船舶的船底肋板出现变形损伤时，就要对船舶和海洋工程结构极限强度的具体分析，根据极限强度解析计算方法的具体原理，不需要考虑船舶底部的肋板和肋板上出现的损伤损伤变形情况，只需要依靠船舶的纵向构件，就可以得到具体的极限强度。因此在分析过程中只需要关注肋板和肋板上的变形过程，以及变形过程中的能量耗散情况。对于肋板的变形而言，可以分为两个部分。第一个部分为中间，因为礁石的作用而发生变形，第二部分为两边，因为受到波及而变形，因此当船舶的船底肋板和扶强材出现变形损伤时，船舶总的变形能为两个部分的变形能相加，也就是Efloorcentral、Efloorside叠加。

（二）受损结构系统的安全性

随着船舶载体的变形发展，从各方面出发，考虑结构系统设计的安全性和经济性也是现阶段研究的主要方向，通过对结构设计的综合考虑，明确不确定因素，继而对经济性、安全性进行分析[2]。对于受损结构系统的安全性分析，要建立在船舶原有结构上开展，得到受损力度和海域情况，并且为以后的船舶运行提供参考，避免出现同类型情况。由上可知，在船舶运行的过程中，搁浅是最常发生的海上事故，在发生海上事故后，船舶结构强度就会受到影响，因此对受损结构系统的安全性分析极为重要。比如，某船舶发生搁浅事故后，相关维修人员对受损结构系统的安全性进行分析时，发现该船舶的外底板纵骨达到完全塑形状态，如果不加以维修，就无法在船舶的极限强度中发挥作用，这是因为船舶的外底板纵骨的高度和礁石的撞击深度相比，相对较小，所以，在礁石的冲击挤压下，船舶的外底板纵骨受到了直接作用，形成完全塑形状态。在纵骨失效的情况下，其他的受损的船底外板也转变为一块横向板单元，因此在解析计算过程只需要对一块横向板单元进行分析。

（三）船舶波浪载重方法分析

在复杂结构系统的可靠性、受损结构系统的安全性进行全面的分析后，还要对船舶波浪载重方法进行分析，船舶波浪载重方法是船舶结构中必须要考虑的载荷方式，加强对船舶波浪载重方法的正确计算，可以让船舶结构得到更加优化的设计，以此保证船舶和海洋工程结构极限强度。船舶的波浪载荷方式有两种，分别为：总体载荷和局部载荷。其中前者借助了海水压力，但是海水压力也会引起全船的晃动问题，从船舶的安全性出发，波浪载荷也就是局部载荷对船舶和海洋工程结构极限强度起到了一定的作用。但是因为船体、波浪的形状不同，因此随机性较大，载荷的计算难度较大，具体的计算方法如下：第一，根据波浪诱导运动和波浪载荷，得到的相应的函数；第二，根据函数绘制相应的图表，进而得到具体的概率数据，进行长期预报和短期预报；第三，对长短期预报进行进一步的统计计算，得到设计极值。

三、总结

综上所述，船舶和海洋工程结构极限强度计算在传播结构强度运动研究中占据着十分重要的地位，但是，现阶段的研究力度较弱，研究内容较为局限，因此必须要加强对船舶和海洋工程结构极限强度的研究。将具体的研究结果应用到船体结构的研发中去，继而真正的解决船舶和海洋工程结构中存在的问题，为船舶结构设计、海洋结构设计得到全面的改善，推动国家的船舶海洋工程事业得到真正的发展。

参考文献：

[1]李帅朝.基于船舶与海洋工程结构极限强度的探究[J].科技展望,2016,26(31).

[2]刘晨.船舶与海洋工程结构极限强度研究[J].工程技术:引文版,2016(5):00294-00294.

作者：张云峰；任洪敏 单位：上海外高桥造船海洋工程有限公司