浅析船舶与海洋工程结构极限强度

浅析船舶与海洋工程结构极限强度

蒋浙东

身份证号：370602198708144911

摘要：在社会经济快速发展的背景下，中国的航运业也在如火如荼地发展。因此，为了进一步降低航运过程中发生事故的概率，需要进一步提高船舶和海洋工程的结构极限强度，以确保我国航运业的高质量发展，保障船员的生命财产安全，避免造成严重的经济损失和不利的社会影响。结构的极限强度是船舶和海洋工程结构安全评价的重要指标。本文将对这一问题进行讨论和分析，探讨船舶和海洋工程结构极限强度分析的有效方法，以供参考。

关键词：船舶；海洋工程；结构；极限强度

引言

目前，我国正在积极探索船舶和海洋工程结构和线路强度分析的有效方法，为促进通信和海洋工程的结构安全提供更多的理论支持。只有这样，才能进一步促进中国航运业健康稳定发展，为中国经济升级奠定良好基础。船舶和海洋工程的极限强度计算不仅需要简单的材料强度计算，还需要许多其他数据支持。在材料强度计算过程中，研究人员通常需要首先建模并通过模拟和有限元计算获得船体的实际结构强度。当然，这种建模方法也有其缺点，即在实际使用中需要与其他技术一起使用。作者介绍的论文主要从船舶和海洋工程强度设计中需要考虑的问题入手，阐述了计算方法和极限强度要求，希望能帮助更多的设计人员，为研究人员提供具体建议。

1.船体结构极限强度分析

船舶和海洋工程结构投入使用后，在各种内部和外部环境中可能会发生不同的变形或荷载效应，如极限荷载、常规荷载、意外荷载等。因此，在结构设计过程中，为了进一步提高船舶和海洋工程结构的安全性，必须考虑这些不同的因素和荷载。

在船舶和海洋工程结构的传统设计过程中，通常采用许用应力设计方法进行有效设计。该设计方法基于在线弹性理论。同时，在评估船体的总纵向强度时，将甲板上的弹性应力与容许应力进行比较。容许应力通常是以材料屈服强度为基准的若干百分比。通常，标称垂直波浪弯矩也将与该方法一起用于设计，这可以确保某些常规船舶结构具有较高的安全性。然而，这种设计方法并不能让人们真正了解船舶的具体强度，也不能帮助人们在受损过程中掌握船体结构的实际情况。因此，如果在一些非常规船型的设计中仍然使用这种方法，则无法成功实现设计目标。

在全纵向弯曲模式下，船体处于渐进损伤状态。例如，如果船体梁段上的薄弱构件因屈服或屈曲而损坏，则结构无法承受相应的船体载荷，船体的刚度将不断降低；然而，在这种情况下，船体结构中的其他部件不会损坏。它们不仅可以承受相应的载荷，还可以分担受损部件传递的载荷。因此，船体梁在整体上仍能承受相应的荷载[1]。因此，借助于船体结构极限强度的相关理论，建立极限状态的设计策略不仅比在线弹性设计方法更加科学，而且可以进一步提高船体结构的安全性，有效降低船体结构的建造成本。因此，对船舶和海洋工程结构进行有效的极限强度研究和分析，可以进一步提高对船舶结构稳定性的有效评估。然而，由于船体结构相对复杂，需要在测量和统计过程中获得更准确、更海量的数据。通常，极限强度的研究和分析是通过估计船体在破坏过程中的阻力来实现的。常见的失效过程主要包括：屈曲或屈曲后失稳；过载引起的脆性断裂；屈曲导致的塑性破坏；应力波动反复作用引起的疲劳断裂。

2.船舶与海洋工程结构极限强度分析

2.1加筋板的极限强度分析

在船体结构中，船体板是最基本的部件，因此如果要分析极限强度，必须首先研究船体板的极限强度。目前，在对船体板和加筋板进行极限强度分析时，通常采用半解析法、解析法和数值法进行计算，并结合试验数据回归经验公式、有效带宽概念法、相关方程模型等分析方法进行有效研究。

Paik等人对加筋板的屈曲强度特性进行了研究，并以弹性扭转约束边界为实验条件进行了深入探索，得到了可以简单计算屈曲强度的公式，可以有效地分析弹性扭转约束条件下四边或单面支撑构件的强度。Steen研究并简化了加筋板的极限强度和屈曲强度的计算公式，将横向压应力和双轴压应力作为实验的基本条件。Yao等人讨论了影响加筋板极限强度和屈曲强度的因素，并分析了在单轴压缩应力影响下初始变形和焊接残余应力对加筋板的影响。目前，许多船级社在研究极限强度和屈曲强度时，经常使用Johnson Osten-feld公式作为计算依据，该公式可以借助于修正系数，通过弹性屈曲强度来测量塑性屈曲强度。此外，Paik和Fu jikubo基于非线性有限元方法，通过曲线拟合优化和修改了塑性屈曲强度的经验公式。

2.2船体板架的极限强度分析

船体格栅也是传统的重要结构之一。因此，船体格架的有效极限强度分析也是船舶和海洋工程结构极限强度分析的重要内容。在早期，在计算和分析船体格架的稳定性时，通常使用经典边界条件作为基础，即船体格架边界通过刚性固定或简单支撑固定。然而，在实际施工过程中，船体格架的边界不是两种绝对情况，而是两种情况之间的弹性约束状态。因此，船体格架的特定屈曲强度在很大程度上取决于格架边界的约束。Sveneerud在进行研究时模拟了真实的惯性矩，并使用固定横向骨架下的惯性矩作为实验条件。在研究过程中，一些学者认为可以通过分离梁解来约束边界，并可以创新板框边界上弹性约束的计算方法。

有限元法是一种非常有效的方法来计算各种不规则和复杂的格栅，它可以综合考虑实际情况中的各种复杂因素。例如，舱口的不同形状、支柱的布置位置、主梁截面的变化等。

2.3船体梁总纵极限强度分析

目前，在船体梁的极限纵向强度分析方面已经取得了一些经验和成果，并提出了许多更有效的分析和计算方法，主要包括以下内容。

（1）直接计算法

Caldwell通过分析船体横截面结构模式下的全塑性弯矩，实现了船体梁的极限纵向强度分析，可以有效地计算受压构件的承载力条件，从而分析结构屈曲的变化和影响。然而，该方法没有充分考虑加筋板的压缩应力极限，也没有考虑荷载降低。因此，获得的结果通常高于船体结构总纵向极限强度的实际值。

（2）逐步破坏分析法

由于船体结构的破坏是一个渐进过程，基于平面截面假设理论和增量曲率法，对船体结构的渐进破坏进行了分析。通过对横截面纤维的应力应变分析，可以显示加筋板在屈曲或屈服条件下的变化，并充分考虑了后屈曲效应。

（3）有限元法

有限元方法可以在不同的结构类型和荷载类型下获得更精确的结果。该方法有效地结合了板单元、梁单元和各向异性板单元。它不仅可以分析静态极限强度，还可以分析动态极限强度。它还可以从整体角度有效地分析结构的响应，还可以分析船体在扭矩、弯矩和剪力作用下的结构响应。

结语：

综上所述，如果我们想进一步提高中国航运业的质量和效率，就必须推动有效提高船舶和海洋结构的安全性和可靠性。极限强度分析可以有效地评估船舶和海洋结构的实际荷载，从而为船舶和海洋工程结构的设计和建造提供有效的参考依据，进一步提高船舶和海洋工程结构的强度，促进船舶和海洋工程结构物使用寿命的进一步提高，为中国航运业健康稳定发展奠定良好基础，确保中国航运经济持续改善。

参考文献

[1]韩余贺. 浅谈船舶与海洋工程结构极限强度[J]. 农家科技, 2019, 000(009):208.

[2]赵博. 浅论基于船舶与海洋工程的船体结构设计[J]. 农家科技(下旬刊), 2018.

[3]陈佳铭. 关于船舶与海洋工程结构极限强度的探讨[J]. 船舶物资与市场, 2020(8):2.