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

吴健

中船澄西船舶修造有限公司江苏扬州214400

摘要：海上运输行业的迅猛发展使得船舶的数目不断增多，航运的范围和规模不断增大，因此导致的海上运输事故也在逐渐增多，为了确保海上运输的安全，就需要提高船舶和海洋工程结构合理性，提高结构极限强度。对于关于船舶和海洋工程的设计中，有许多环节，其中结构极限压强设计则是其中的最后一个环节，计算船舶和海洋工程的结构极限强度正是整个过程中最为复杂的一个环节，因此必须找到合理的方法对其进行分析。

关键词：极限强度、海洋工程、计算方法

我们对船舶与海洋工程结构极限强度进行分析，就需要了解计算结构极限强度的计算方法，确定船体模块极限强度的准确值。想要对其进行计算需要建立一个合理的船体模型来确定极限强度，在计算中运用有限元分析法进行，但此种方法在理论中适用而对于实际的情况下却有着种种限制。充分考虑到各种影响因素进行准确分析，从而开展安全有序地海洋工程作业，确保海上运输行业的安全。

一、结构极限强度基础内容概述

极限强度指的是船体在遭受到一定程度的破坏时，船体结构所能够抵抗整体船体刚度和完全失去承载能力下的最大承受能力和水平。当船舶在运行过程中遭受到巨大的外界冲击受到破坏而达到结构极限状态时，为了避免事故的发生就一定要采取一定的防护措施以使损害降到最低。

1、结构极限强度的计算

作为船舶设计中的重要一步，为了准确计算船舶的结构极限强度，需要建立一定合适的船体模型作为载体，采用有限元分析法得到准确数据。但这种方法有其局限性，应用于实际情况时影响因素很多，难以计算，消耗巨大的人力和时间计算，产生较大的误差，因此现在采用这种方法计算较少，所得结果也不准确。目前较常使用的方法为逐步破坏法，该方法计算简单，能够准确计算结构极限强度，同时计算过程也显示着整个分析过程，具有代表性。此方法将船体结构按照横向和纵向两个维度进行分析分别计算，先通过逐步的分段计算和分析，再将各个部分的结果进行整合分析，提高整体计算过程的准确度。

2、结构极限状态分析

结构极限状态是一个瞬间的过程，难以准确把握，想要对结构极限状态进行判断，需要根据明确的特征进行确定，初步确定了极限状态，再在此基础上进行计算。此过程是系统受到外力冲击时，结构的刚度和承载能力完全丧失时的状态，此过程并不能用一定的公式进行一步到位的计算，数据形成的图像并非一条直线，因此需要采用逐步破坏法先分段进行计算，再将各步结果进行整合，得出最终分析结果。采用此法计算所得结果不受各种外界因素的影响，适用于实际海上运输环境，可以得到比较准确地结构计算强度，更好地运用于船舶，提高船舶和海洋工程结构的合理性，减少事故的发生。

二、极限强度分析计算方法论述

逐步破坏法适用于船舶的实际情况，主要是通过对船舶和海洋工程结构极限状态进行分析，并对此过程进行分解，虽然整体状态非线性，但通过分解可以从多个方面进行分析从中找出一定的规律，每一段近似于一个线性方程，相当于理想状态，这时可以采用有限元分析的方法进行计算，再将分段的结果进行整合，得出最终船体模型极限强度结果。

1、建立船体模型

海洋工程结构极限强度分析是一个受各方面因素影响的复杂过程，难以通过现成的公式计算得出，为了简化计算过程，对整体情况进行分析，需要通过一定的规律对整个过程进行分段计算，在合理的情况下按照时间的顺序分解展开，每一段都要包含完整的结构。船体结构发生崩溃的首发部位是分段的加筋板部分，为了正确的进行计算，构建一定的船体分段模型进行计算。

2、做好基本的假设

逐步分析法是一个人为假设的过程，是为了进行具体的运算而进行的假设，在一定的影响条件下，把船体发生崩溃的状况作为唯一的影响因素而其他的因素不产生影响，运用控制变量法进行假设。将框架之间的梁和柱的崩溃应力进行假设，条件是确保不比加强筋的临界强度高，同时也要低于船体整体结构的极限强度，同时要假设每一段都为线性关系进行分析，只有设定适合于船体模型的合理假设为下一步做铺垫，才能更好地进行计算。

三、开展结构极限强度破坏计算分析

为了得到准确地结构极限强度，运用逐步分析法分段分析，每一段采用适合的公式进行近似的线性计算，得到最优结果。

1、运用休斯公式进行计算

根据实际情况将船体模型分为不同的段，分为不同的结构单元，找到船舶的分散部分的应力和应变状况之间的规律，当第一个加强的筋板被破坏时，对刚开始的曲率进行确定，从中找到整个船体模型的变化数据。当数据确定时，进行计算，根据应用于船体截断面的力平衡方程，将数据带入每一个单元的计算式，确定单一的部分，再将这些单独的部分汇总整合计算出总体的弯曲矩。整体的计算过程需要进行反复不断地计算以确定最终的极限弯曲矩的数据。

2、运用有限元法进行分析计算

由于船舶和海洋工程所处的环境不同，并非理想的状态，受到多种因素的影响，不是理想的线性方程，为了方便计算，将整体的过程进行分段分析，那么每一段就可以看成理想状态下，此时的图像可以看做是线性方程，将复杂的问题简单化，将非线性的问题转化为线性问题，用线性方程进行计算，目前通常采用的是牛顿-拉普森法，这种方法应用范围较广，计算比较准确合理，建立一定的模型，并应用此方法就可得到准确结果，得到线性变化和非线性变化之间的规律。

四、结束语

关于船舶和海洋工程的结构极限强度的计算复杂多变，在实际状况下受到多种环境因素的影响，不能将其视为理想状况，因此采用逐步分段的分析方法，以符合现实的规律为原则，运用假设和逐步分解的方法进行计算，将整体结构分为不同的部分，对每一部分进行计算，最后进行整合，得到最为准确结构极限强度。将其应用于船舶和海洋工程中，使其结构达到最合理的状态，确保海上航行的安全顺利进行。

参考文献：

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[2].李恒，郎元荣.船舶与海洋工程结构极限强度分析[J].科技资讯，2015，13（7）

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