關(guān)于船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度的探討

路東

摘要：船舶與海洋工程是系統(tǒng)又繁復(fù)的工程，對其結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度的計算，不能單一的從材質(zhì)強(qiáng)度方面入手，也需要綜合考慮諸多方面的因素。一般情況下，建模是常用的一種計算形式，即依據(jù)所模擬構(gòu)建的船體模型，展開實際的運算。但這種方法不能單獨進(jìn)行，需要融合其他技術(shù)才能實現(xiàn)最終的計算，為延展極限強(qiáng)度的計算內(nèi)容，需結(jié)合實際情況對研究進(jìn)行持續(xù)的深化。

關(guān)鍵詞：船舶與海洋工程;結(jié)構(gòu)極限狀態(tài);結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度

引言

就國內(nèi)當(dāng)下的船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀而言，呈現(xiàn)出高速發(fā)展的趨勢，需要出海航行的船只數(shù)量越來越多，出現(xiàn)船舶擱淺的事故頻率也在不斷增加，一旦船舶出現(xiàn)擱淺事故，船體的底部縱向構(gòu)成部件就有可能受到損壞，給船舶的繼續(xù)航行帶來嚴(yán)重隱患。所以，在進(jìn)行船舶與海洋工程的設(shè)計規(guī)劃時，一定要對總體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行全面考慮，細(xì)致地考慮船舶的安全性能，面向船舶在擱淺狀況下的船舶結(jié)構(gòu)承受強(qiáng)度的極限程度的方面進(jìn)行解析和設(shè)計。

1船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)極限的具體狀態(tài)

對船舶與海洋工程來說，其結(jié)構(gòu)也有極限的具體狀態(tài)，這種狀態(tài)的呈現(xiàn)即其結(jié)構(gòu)完全崩潰掉，與結(jié)構(gòu)承載力、強(qiáng)度等內(nèi)容息息相關(guān)。船舶與海洋工程的結(jié)構(gòu)，包含許多細(xì)小的部件以及各種類型的零件，這些零部件一起配合，保證了其正常的運行。而當(dāng)數(shù)值較大的彎矩施加在這些零部件上，運行時會受到不同外力的影響，部件的損傷是不可避免的，持而久之會影響到部件的強(qiáng)度。在這過程當(dāng)中，一些部件發(fā)揮其原有的功能承擔(dān)受力，隨著時間的推移損傷程度會慢慢加強(qiáng)，斜率亦會漸漸地提升，當(dāng)部件無法繼續(xù)承擔(dān)受力時，結(jié)構(gòu)的崩潰就會發(fā)生。此時，綜合考慮船舶與海洋工程部件的幾何和非線性材料所生產(chǎn)的影響，可以使用到對應(yīng)的荷載量上，使既定的載荷數(shù)值增加，繼而優(yōu)化原先的結(jié)構(gòu)模型，輔以考慮部件的損傷程度，完整且具體的極限強(qiáng)度數(shù)值就會得出。

2極限強(qiáng)度計算分析

結(jié)構(gòu)是否合理，在船舶海洋工程中需要充分考慮諸多因素，這個計算與分析過程較為復(fù)雜，在實際計算與分析過程中，測量船舶模型多采用有限元方式，通過對模型中構(gòu)件屈曲與塑性變形數(shù)據(jù)的獲取，計算其船舶模型的精準(zhǔn)強(qiáng)度。盡管這種方式具有一定的可行性，但尚未得到廣泛推廣，其工作量較大，成本相對而言較高?，F(xiàn)階段最常用的方法是逐步破壞方法，在極限強(qiáng)度計算過程中，使用這種方法可以保證計算的準(zhǔn)確性，其計算運算量明顯較少。

3船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度破壞法分析

3.1分段模型的構(gòu)建

在具體運用逐步破壞法的過程中，相關(guān)工作者應(yīng)重視起來，以嚴(yán)格審慎的態(tài)度為指引，對體系內(nèi)容的要求進(jìn)行持續(xù)不斷地完善。針對船舶和海洋工程的各類分項數(shù)據(jù)，應(yīng)當(dāng)將其作為重要的依據(jù)，繼而全面分析船體模型。分析內(nèi)容可以在分段崩潰的情況進(jìn)行下探，選擇船舶模型分段之時，選擇的分段性須確保規(guī)避一些不利情況的干擾。執(zhí)行船體模型的建立與分析工作時，對每一個分段組成，都應(yīng)當(dāng)進(jìn)行全面掌握、全面了解、深入分析。從另一個角度來說，分段模型的構(gòu)建，對獲得準(zhǔn)確結(jié)果大有助益。

3.2分段基本假定

在使用逐步崩潰破壞計算法對船舶和海洋工程的結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度進(jìn)行分析計算時，其中分段假定這一工序是十分重要的，該步驟的主要目的是為了解下述假定：其一，假定船舶的斷面發(fā)生崩潰是導(dǎo)致船體的框架船板發(fā)生壓縮的關(guān)鍵原因，且不存在別的原因;其二，假定船舶框架之間的梁柱的崩潰應(yīng)力就實際施工經(jīng)驗可知，其是不可能高出加筋部位任何一側(cè)的臨界點力。這項條件的設(shè)定，主要是為了使工程施工能夠與實際狀況聯(lián)系起來，防止船舶與海洋工程的建設(shè)出現(xiàn)質(zhì)量問題。

3.3其他的計算分析

針對一些結(jié)構(gòu)模型或者是一些加載類型，運用有限元方法，也是好的選擇。比如引入平板單元、梁單元，以及那些正交各向異性板單元，可以實現(xiàn)高效分析結(jié)構(gòu)靜態(tài)、叢臺載荷情況下的極限狀態(tài)之目標(biāo)，還能夠?qū)蝹€結(jié)構(gòu)、整體情況所做出的反應(yīng)進(jìn)行有效的監(jiān)控，將船體在彎矩、扭矩、剪力聯(lián)合等情況下的響應(yīng)內(nèi)容納入到研究系統(tǒng)之中。另外就是直接計算方式，即充分利用受壓構(gòu)件的承載能力來解釋對結(jié)構(gòu)屈曲所造成的影響。這種方法也有劣勢，比如對于加筋板單元所承受的壓應(yīng)力、截面應(yīng)力的分布、載荷的縮短行為等缺乏統(tǒng)籌考慮，在估算船體結(jié)構(gòu)總縱極限強(qiáng)度的時候，結(jié)果往往偏高一些。

4船舶擱淺結(jié)構(gòu)損傷分析

4.1船底肋板和扶強(qiáng)材的變形損傷

根據(jù)船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度分析與計算方法的假設(shè)，可以得知船體整體的縱向結(jié)構(gòu)與其極限強(qiáng)度密切相關(guān)，所以，對于船體底部的肋板以及位于肋板上面的扶強(qiáng)材出現(xiàn)的損壞和變形不需要進(jìn)行太多考慮，只需要對肋板在變形的時候發(fā)生的能量消耗進(jìn)行關(guān)注即可。船舶底部的肋板變形大致可以劃分為兩側(cè)和中間這兩部分。肋板兩側(cè)部分對由于船體底部受到礁石的碰撞的波及而導(dǎo)致變形，而中間部分則是直接受到礁石的作用力而產(chǎn)生變形。

4.2船舶底部縱桁的損傷變形

在整個船體中，船舶底部的縱桁具有支撐作用，船舶底部的縱桁在擱淺事故發(fā)生時，結(jié)構(gòu)會遭到破壞，主要是因為受到礁石的擠壓，導(dǎo)致其難以繼續(xù)支撐船體結(jié)構(gòu)。因此，可采用逐步破壞分析法解決這種問題，推導(dǎo)縱桁受力變形情況，這樣不僅能提升船舶整體的極限強(qiáng)度，還能結(jié)合變形情況，使設(shè)計人員加強(qiáng)結(jié)構(gòu)建設(shè)，從而對船舶行駛的安全性予以有效保證。

結(jié)束語

就整個船舶與海洋工程來講，結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度是首要的環(huán)節(jié)，必須給予持續(xù)的重視和認(rèn)真的研究，才能為船舶的安全運行提供堅實的保障。通過分析，發(fā)現(xiàn)船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度非常復(fù)雜，非線性轉(zhuǎn)換的特征，要求相關(guān)人員做好每一個環(huán)節(jié)，以保證數(shù)據(jù)的精確度。有鑒于此，分析運算此類強(qiáng)度問題時，需要有創(chuàng)新的方式方法，嘗試一些全新的研究方式，合理運用運算的內(nèi)容，徹底解決船舶航行過程中的一些問題，為推促我國海洋運輸產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

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