船舶与海洋工程结构极限强度

徐亚威

摘要：现阶段，随着社会的发展，海上运输行业、海洋作业平台的发展，船舶及海工平台的数量越来越多，发生的海上事故数量也逐年增多，加上船舶与海洋工程结构极限强度分析，能够全面提升船舶与海洋工程结构的合理性，找到最优化结构强度配比，从而为海洋安全作业提供重要数据制成。随着科技水平的提升和结构分析设计技术的不断进步，船舶与海洋工程结构极限强度计算和分析水平越来越高。作为船舶与海洋工程结构设计的重要环节，需要结合具体的船体模型进行分析，从而找到科学的计算分析方法。

关键词：船舶与海洋工程;结构极限强度;探究

引言

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设材料，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。

1海洋工程结构极限的具体状态

船舶和海洋工程結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。

2船舶与海洋工程结构极限强度分析

2.1对复杂结构系统的可靠性分析

因为考虑到船舶与海洋工程结构系统的复杂性和多变性，对船舶进行系统而完善的分析是必不可少的一个环节。基于船舶和海洋工程结构都是复杂性结构，因此他们具备多种失效途径和失效模式。如果采用一般的枚举法进行搜索就会引发系列爆炸性问题的产生。另外，为了解决失效模式下的结构性问题就必须生成真实可靠的技术数据来做依靠。一般情况下，当船舶载重的随机变量的变异性大于船体本身结构变量的变异时，就可以运用搜索系统的失效途径确定其结构。近几年，由于计算机技術的大力发展，人工智能化技术引入到搜索系统之中，从根本上提高了分析的可靠性以及计算效率。

2.2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。

2.3船底肋板和扶强材的变形损伤

根据船舶与海洋工程结构极限强度分析与计算方法的假设，可以得知船体整体的纵向结构与其极限强度密切相关，所以，对于船体底部的肋板以及位于肋板上面的扶强材出现的损坏和变形不需要进行太多考虑，只需要对肋板在变形的时候发生的能量消耗进行关注即可。船舶底部的肋板变形大致可以划分为两侧和中间这两部分。肋板两侧部分对由于船体底部受到礁石的碰撞的波及而导致变形，而中间部分则是直接受到礁石的作用力而产生变形。

2.4船舶底部纵桁的损伤变形

船舶底部的纵桁在整个船体中起着支撑作用，在发生搁浅事故时，船舶底部的纵桁由于受到礁石的挤压，结构遭到破坏，导致其无法继续支撑船体结构。为解决这种问题，可以利用逐步破坏分析法来推导纵桁受力的变形情况，有助于船舶设计人员根据其变形情况加强结构建设，提高船舶整体的极限强度，保证船舶的行驶安全。

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，并漸渐促进其行业的发展与进步。

参考文献：

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[2]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（31）

[3]张季.关于船舶与海洋工程结构极限强度的探讨[J].中国高新区.2018（04）