浅谈船舶与海洋工程结构极限强度

韩余贺

摘 要：在船舶的结构开发、生产以及应用的过程当中，工作人员为了能够将其稳定性和安全性提升上去，都必须对船舶的结构进行有效的评价，而伴随着如今海洋工程行业的不断发展与进步，对于船舶的生产也提出了更高的要求。为了全面的保障海洋工程的安全性，应该使用进强度比较高的建設材料，而这也是保证质量的有效依据。本文就对船舶与海洋工程结构极限其强度进行分析，供参考。

关键词：船舶;海洋工程结构;极限强度

在实际的施工过程当中，必须考虑到船舶的安全性和强度，假如在运行的时候，船舶出现了搁浅现象，若船舶没有较好的强度，就会导致船舶没有办法承受巨大的冲击或撞击而出现故障，因此，为了彻底解决这一问题，就必须对船舶和海洋工程的结构强度进行精确的计算。

一、海洋工程结构极限的具体状态

船舶和海洋工程结构极限状态有一个比较明显的表示方式就是，总体结构遭到破坏和崩溃，而这和结构的强度有着直接的关系，也和其承载能力有着很大的联系，一般情况下，成本的外壳中包含了飞机的机身，和潜艇的外表，其荷载一般都存在于薄膜之上，对于这样的结构框架，其极限荷载一般都可以直接用对应的公式去计算出来，也可以进行大致的估算。但是，因为船舶和海洋工程的结构当中，有很多的零件和小部件，这些都是实现船舶与海洋工程结得以运行的重要组成部分。这些部件都承担着非常大的弯矩，再加上在运行的时候会受到很多外力的干扰，有的部件难免会受到损伤，这样一来，就使得部件的强度受到了影响。但是，因为这样的损伤并不是在一瞬间就造成的，需要一定的时间，其斜率也不会在短时间内降到零，所以，船舶和海洋工程结构当中的一些部件还是可以继续承担受力。随着运行时间的增长，损伤程度也会渐渐增加，其斜率也会上升，当达到没有办法承担的量时，结构就会坍塌。这个时候，把船舶和海洋工程当中部件的几何和非线性材料所生产的影响考虑进去的话，就可以使用到对应的荷载量上，增强原本的荷载量，再把原先就存在的结构模型进行了优化，并同时将部件的损伤情况具体考虑进去，工作人员就可以得到一个较为完整且具体的极限强度数值。

二、船舶与海洋工程结构极限强度的逐步破坏法

1.分段模型的建立。在船舶与海洋工程结构的极限强度的计算上，我国有关部门使用最多的就是逐步破坏法，而建立分段模型是首先要做的，一般，在对模型进行研究的时候，一次只可以对一个分段模型进行设计，而当分段模型出现崩溃的时候，一次也只可以对一个分段模型的崩溃情况进行研究。在对详细的分段模型进行选择的过程当中，工作人员要注意的是，要保证所选中的分段模型处于不正常的状态下，因为只有这样，才能够在短时间内判断出该分段出现损坏的具体位置。在对船舶模型建立的时候，因为其是由角单元和加筋板单元构成的，在每一个单元和单元之间又包含了很多个小的构成部件，而这也意味着整个模型构建过程是比较复杂且繁琐的，工作人员必须拥有非常足够的经验，才可以完成其模型构建任务。一般情况下，在实验模型的时候，第一个出现瘫痪的部位就是加筋板单元，在对对应的分段模型全部建立完成之后，这些分段模型大约是在强制面压缩的情况下得以运算的，而在这种情况下，工作人员才能够准备的计算出加筋板单元的非线性最大强度。

2.分段的基本设定。在船舶与海洋工程结构分段模型的设计上，不管是使用任何一种方法，其弯矩斜率都会有所影响，而在使用任何一种方法的时候都必须和弯矩斜率有所联系，当外部的斜率增强的时候，单元模块也会受到影响，其也会随着横断面的深入而发生变化，本文提出了四种分段的基本设定，具体如下：第一，是对平断面的设定，如果说船舶的横断面有斜率变化，那么能够确定的是，横断面的变化会跟随深度的方向而改变，其线性分布也会发生变化;第二，假如船舶的横断面有所损伤，而这些损伤主要是出现子在两个框架之间的，那么也就意味着这两个框架之间的隔板可能产生了压缩现象，应当进行及时的补救;第三，当船舶整个不具有稳定性的时候，其局限性会比框架之间的崩溃应力大;第四，船舶增强筋的倾斜力也应该比崩溃应力大。

3.破坏法的计算流程。在逐步破坏法的计算上，主要可以分成两个流程，即休斯法与有限元法，首先，休斯法就是指的通过对公式的计算，以及对船舶加筋板单元的研究，发生其中存在的实际应力和应变关系之后，再对海洋工程结构中的所有部件实际状况进行计算，得出造成故障出现的主要原因。工作人员需要把模型划分成为大部分的加筋板单元和角单元，这样有助于工作人员得到准确的应力和应变关系数据。然后，工作人员要选择一个损伤比较明显的加筋板单元，并对所有的单元应变能力进行计算，在对船舶断面力平衡方程创立之后，工作人员就能够更为明确的将所有的单元应变能力计算出来。随后，工作人员需要进行叠加计算，因为叠加计算能够增强弯矩计算的精准度，在经过完整的计算之后，工作人员可以和之前的总弯矩数值进行对比，从而得到最后的船舶与海洋工程结构极限强度值。其次，有限元法主要是对船舶与海洋工程结构的极限强度进行计算的，在船舶的加筋板单元产生任何的损伤之后，就会出现比较严重的变形或者是较大的挠度，其应力以及应变关系等都会将其非线性关系的复杂性表现出来，而船舶材料的非线性等对于加筋板单元非线性而言有着比较严重的影响。正常情况下，在所构建出来的模型加筋板单元当中，其外表和取向都会产生巨大的变化，从而使得模型中的加筋板刚度会出现一定的改变。不仅如此，船舶与海洋工程的结构建设过程当中，最为关键且主要的环节就是材料的使用，通常都是使用的金属材料，但是，因为金属本来就有着塑性的特征和优点，这能够给船舶的结构、外表构造带来比较大的好处，比如，金属的塑造性使得船舶在受到冲击或者撞击的时候都不容易变形。工作人员在进行计算之后，需要将一部分的非线性特征加入到非线性研究范畴之内，从而对一些比较复杂的非线性对象进行合理且科学的研究。在对非线性进行研究的时候，最常用到的方法有牛顿-拉普森法、弧长法等等，对于这些非线性框架的研究上，必须要对近似线性方法进行合理的实施才可以对其进行完整的处理，在我国实际的研究过程当中，最常见也最常用的处理方法就是牛顿—拉普森方法，在经过改善之后，也出现了牛顿迭代方法。而在研究的时候，使用进牛顿一拉普森方法可以对船舶与海洋工程的荷载与斜率进行计算，当出现的斜率比较大时，还可以进行一定的收敛。工作人员也应用进了牛顿迭代方法，这种方法也有着一定的作用，能够在实践中提供比较好的途径。

三、结语

在船舶与海洋工程结构极限强度的研究上，工作人员需要建构出完整的分段模型，并对分段模型进行有针对性的研究与分析，这有助于工作人员对具体的故障、损伤部位进行判断，并精确定位，可以应用进逐步破坏这一方法来对模型的极限强度进行计算。在逐步破坏法之中又包含了即休斯法和有限元法，利用这一方法，来有效的促进船舶与海洋工程结构的稳定性与安全性，并渐渐促进其行业的发展与进步。

参考文献：

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