船舶与海洋工程结构极限强度分析

船舶与海洋工程结构极限强度分析

王润

瀚辰海洋科技（天津）有限公司 天津市滨海新区 300450

摘要：现如今，随着社会的进步，以及经济的提升，海洋运输市场也变得愈来愈大，在这样的背景之下，运输使用的船舶也在持续增多，但是由于海运行业的特殊性，对各类事故做出有效的防范，也成为了关键的工作之一，而如想要保证海运船舶的安全，就不得不考量其结构的极限强度，保证船舶结构强度的恰当性。基于此，本文就以船舶的结构作为出发点，首先对极限强度做出分析，并探讨其中极限状态，其次对结构强度的限定破坏做出探析，最后着重探究强度的具体计算方式，以供参考。

关键词：船舶；结构；极限强度；探究

引言

一直以来，保证海运的安全都是极为重要的内容，而船舶作为海运的主要设施，其构造的极限强度，能够在无形中对安全程度产生影响，所以受到的注重度也随之提升。基于现实情况来看，作为船舶中极其关键的构成部分之一，在对其中的极限强度实行分析期间，由于受到各种内部、或者外部要素的干扰，致使此项活动极易浮现出偏差，增加了相关事故浮现的几率，由此可见，对这部分内容做出探究极为必要，下文将予以简要论述。

1结构极限强度的运算

对船舶与海洋工程结构极限强度的计算与分析在整个结构理性设计中是要求最高也最为复杂的环节，尽管通过对船体模型的分析计算方法能对船体模型的构件屈曲以及塑形变形等得到较为精确的测量结果，进而精确计算出船体模型的极限强度，但是有很多方法在计算过程中工作量庞大，而且计算成本很高，不利于在实际应用中推广。而用于计算船舶与海洋工程结构极限强度的逐步破坏法则在大量简化计算工作量的同时也保证了极限强度的计算精度。

逐步破坏法作为船舶与海洋工程结构极限强度的主流计算方法，很大程度上是缘于对以下两方面的计算工作量的简化：第一，将用于结构极限强度计算与分析的船体模块简化为横向崩溃和纵向崩溃这两种独立的总崩溃模式；第二，通过限制相关的尺寸保证相邻两个横向刚架发生纵向崩溃。逐步破坏法使得船舶与海洋工程的船体模型横向刚架的临界分段在中垂或者中拱过程中崩溃，这就使得机构极限强度计算简化为船体某一分段的极限纵强度的计算，在保证计算结果精确度的同时大大减少了计算工作量。

2船舶与海洋工程结构极限状态探讨

结构极限状态的一个明显特征就是结构产生崩溃，即结构丧失其承载能力与总体刚度。结构极限状态是一个极其复杂的非线性变化过程。一些壳体结构的极限强度可以直接通过特征值等来估算和计算。而在船舶与海洋工程中，结构构件可能会在不断增加的弯矩作用下发生屈曲、屈服，直至破坏。但是其他构件和已经破坏的构件可以进一步承载外界剪力荷载，这种破坏过程不会使结构的弹性刚度马上变为零，随着外界破坏不断增加，结构构件的刚性强度不断减小，最终结构构件发生崩溃，结合构件破坏情况，通过更新结构模型、采用荷载增量等才能对结构极限强度进行精确的分析计算。

3船舶与海洋工程结构极限强度破坏法分析

通过实证可以得知，船舶结构的极限状态，以及后续出现的崩溃，是一个无规则的变换，因此在对极限强度实行运算以及探析时，也非常的繁杂，当前最常使用的测试手段便是破坏法，借助于模拟，来得出船舶的结构极限强度。

3.1创建段落模型

在对船舶的结构实行探析期间，为了更好地得到极限强度，确保破坏法的应用成效，就一定要创建出段落模型，然后一段一段的对崩溃数据做出运算。在分段的过程中，应当确定出遇到状况之后的最先崩溃部分，此外，每一段模型，都应该含有筋板系统，并且确保骨架之中具有全部的构件，经验上而言，在分段点的筋板系统是最容易先崩溃的部位。

3.2进行基本假设

在完成分段建模之后，在确保极限强度运算准确程度的同时，还需要对每一段模型都实行基本的假设。例如，需要假设出船体崩坏，而致使船舶结构被压缩；或者需要假定出船舶构造中的梁、柱等部位的最大内应力。在这一流程中，需要特别注重的部分是要保证基本假设的合理程度，唯有如此，才可以确保运用破坏法期间，对结构极限强度予以探究的成效。

3.3破坏运算方式

在完成上述两个步骤之后，当前最为常用的破坏运算方式主要有下面两种：

（1）休斯法

这种方法的主要依据是休斯公式，详细来说，就是通过对板筋系统与应力的关系，对结构中各个零部件的中垂状态以及中拱状态做出运算，从而获取到最大的弯矩数值，最终得到极限的强度。在实际的运算过程中，第一步应当将船舶模型分成各个角单元；第二步得出应力关系；第三部运算出形变曲率；第四部运算船舶结构全部分段数据；第五步计算出弯矩总值；第六步得出极限弯矩值。

（2）有限元法

在对船舶结构的极限强度实行运算期间，有限元法也是极为常见的一种方式，通常状况下，筋板系统在崩溃之后，都会产生比较大的扰度，并且还会出现严重的形变，此外，由于船舶机构大多为金属，所以便可以借助于荷载以及位移曲线斜率之间的关系，对极限强度做出高效的运算，而这也是有限元法的重要展现形式。

4船舶与海洋工程结构极限强度的探究与计算

4.1分步破坏探究法

对船舶结构的损坏过程做出分析之后，可以察觉到其是逐级渐进的破坏过程，并且规律性也并不是很强，在使用分步破坏法进行探究以及计算期间，可以将横剖面纤维应力与屈服力放在一起来探析，与此同时，还应该注重屈曲效应，通过对分步破坏中的挠度加以运算，来得出相应的数据。

4.2直接运算法

在船舶结构极限强度的计算活动中，直接预算法也是较为常见的一种方式，但是相对比其它的方法，在精准程度上会有些许的差距。此类方法主要是通过对构件的负载力与屈曲的关系加以分析，并做出针对的运算，从而对板筋系统做出估算，得出极限强度，这种方式大多数时候得到的数据都会偏高。

4.3有限元法

与上述两种方法相比较，有限元法可以运用在各种形式下的船舶结构之中，能够对其中的极限强度做出准确的运算。在运用期间，不单可以对静态以及动态下的极限强度做出分别的运算，还可以对总体结构的极限强度予以计算，并对载荷也没有过度的要求，运用起来相对也会比较便捷，因此有限元法也是当前最为常用的一种方式，展现出的效果也极为全面。

5结束语

总而言之，对于船舶与海洋工程来说，其中的结构极限强度是极为重要的一环，对其做出严谨而又切实的探究，能够进一步保证船舶航运的安全程度，但是从经验上来看，这项工作拥有极强的繁杂性，由于强度属于一类非线性的变换，所以在分析期间，不论是哪一个环节浮现出问题，都会致使相关的数据产生比较大的偏差。因此，相关单位务必要对此项工作加以注重，在未来对船舶结构极限强度运算与探析过程中，采取行之有效的手段，提升这项工作的完成品质，唯有如此，才可以促使我们国家船舶及海洋事业的进步，所以上文对这部分内容实行了详尽的论述，期望带来参考。

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