船舶与海洋工程结构极限强度的研究

范吉豪 聂英钊

摘要：为了进一步优化船舶与海洋工程结构的设计，对其结构的极限强度展开准确的分析有着重要的意义。基于此，本文说明了逐步破坏分析法、有限元法这两种常用的船舶与海洋工程结构极限强度的分析方法，阐述了基于复杂结构的可靠性分析、基于受损结构与原有工程结构两者的安全性分析、以及基于大型复杂结构的随机性分析这些实际分析内容。

关键词：船舶；海洋工程；结构；极限强度

引言：

现阶段，我国船舶与海洋工程得到了高速的发展，对于出海航行的船只数量与质量有了更多的要求。在这样的背景下，船舶搁浅事故的避免受到了更多的关注，相关人员对于船舶与海洋工程结构的极限强度更为重视。一旦在实际的航行中发生搁浅事故，船舶的各个位置强度都会明显下降，提升了船舶继续航行的安全隐患。因此，在实际的工程设计中，相关人员需要重点关注与掌控结构的极限强度。

一、船舶与海洋工程结构极限强度的分析方法

（一）逐步破坏分析法

就当前船舶与海洋工程的结构极限强度分析工作来说，逐步破坏分析法是较为常见的一种计算分析法。对于逐步破坏分析法来说，其能够准确的分析船舶与海洋工程的自身特征以及结构极限强度的状态，完成数据信息的获取，有着较高的应用优势。逐步破坏分析法在实际的应用中需要完成以下几个步骤：第一，分段模型的建立。此时，相关人员要结合船舶与海洋工程的实际数据信息完成，并确保每一次研究于分析都在模型的单个分段范围内。第二，分段的基本假定。在这一过程中，要重点对“船舶断面发生崩溃导致框架船板压缩”、“船舶框架的各个梁柱的崩溃应力不能大于加筋部位任意一侧的临界点力”这两项假定进行了解[1]。第三，具体的计算。相关人员要结合不同的公式，完成各个分段应力-应变关系、整个剖面的总弯矩等的计算。计算得出的最高弯矩即为船舶与海洋工程结构的极限强度。

（二）有限元法

除了逐步破坏分析法外，有限元法也是现阶段船舶与海洋工程结构极限强度的常用分析方法，该方法具有更广泛的使用性，能够应用于所有类型的船舶与海洋工程结构模型中。为了进一步分析出船舶与海洋工程的主体结构在静态和动态两种负荷条件下的极限强度，相关人员可以将有限元法中结合正交多向异性板单元、平板单元以及梁单元完成分析。还可以将船舶与海洋工程在扭矩、弯矩、剪力结合作用下产生的反应作为考量的对象，并对结构模型中的单体结构展开整体响应分析。

二、船舶与海洋工程结构极限强度的分析内容

（一）基于复杂结构的可靠性分析

对于船舶与海洋工程结构来说，其具有较高的多变性与复杂性，因此，相关人员在架构船舶与海洋工程结构中，必须要展开完善的分析。船舶与海洋工程结构为复杂性结构的一种，所以，该结构具有多种的失效模式与失效途径。此时，若是相关人员应用枚举法展开搜索，就会导致系列性的、爆炸性的问题发生。同时，想要更好的解决基于失效模式的结构性问题，就必須要以搜集依托真实可靠技术的完善、准确数据信息作为前提。通常来说，在船体本身的结构变量变异低于船舶与海洋工程的载重随机变量变异的条件下，相关人员可以利用搜索系统的失效途径完成相应结构的确定。

现阶段，计算机信息技术、人工智能技术不断发展，也的得到了较为广泛的应用。在船舶与海洋工程结构的极限强度分析时，通过将人工智能技术引入到搜索系统中，能够有效提升极限强度分析的可靠性以及计算的效率。

（二）基于受损结构与原有工程结构两者的安全性分析

结合上文的分析能够了解到，除了复杂性之外，船舶与海洋工程的载体及其结构也同样将原有多变性。相比较来说，近几年的传播与海洋工程结构设计具有一定的变化，所以对应的结构极限强度分析也有所转变。有部分学者与研究人员转变原有的分析切入点，从结构余度的角度出发，完成相关结构完整性与安全性的评定[2]。还要部分学者与研究人员对船舶与海洋工程结构系统的设计投入到使用中的各个环节的不确定因素与安全性展开了综合性的分析，并结合经济效益（或成本）完成了结构的完整性评估。

另外，需要相关人员注意的是，要在船舶与海洋工程原有的结构上完成船体受损结构分析，最终得出海域情况以及受损力度。同时，相关人员也要结合实际的分析结果，完成结构与强度的优化，避免在后续的运行中再次发生同样的问题。

（三）基于大型复杂结构的随机性分析

在传统的船舶与海洋工程结构极限强度的分析中，相关人员需要结合确定性概率的平均值完成，虽然这样的方法具有较高的适用性，但是由于其并未对多种随机变量纳入考量范围，导致分析结果数据具有高度的不确定性。结合上述的分析能够发现，有限元法在当前船舶与海洋工程结构极限强度的分析中得到了较好的应用，主要包括响应面有限元法、一阶二次矩有限元法、点估计有限元法等等。但是，这种分析方法普遍使得整体分析数据偏大，影响了分析结果的准确性。为了完成该问题的有效解决，相关人员可以应用随机边界元法完成分析，确保分析数据的精细化，并进一步降低分析计算工作量。

总结：

综上所述，在实际的船舶与海洋工程设计中，相关人员需要重点关注与掌控结构的极限强度。通过应用逐步破坏分析法、有限元法，结合基于复杂结构的可靠性分析、基于受损结构与原有工程结构两者的安全性分析、以及基于大型复杂结构的随机性分析，降低了船舶实际航行中发生问题的概率，降低了安全隐患，提升了船舶与海洋工程极限强度分析的可靠性以及计算的效率。

参考文献

[1]徐海军.关于船舶与海洋工程结构极限强度的探讨[J].山东工业技术，2019（08）：52.

[2]房长帅，杨宁，田振兴.基于船舶与海洋工程结构极限强度的探究[J].珠江水运，2018（16）：59-60.

（作者单位：哈尔滨工程大学）