船体结构强度与安全问题分析

船体结构强度与安全问题分析

李威1李玖2

1身份证号码：42900419910119xxxx；2身份证号码：42010619831010xxxx

摘要：船体结构均依据规范方法、直接设计方法或两者结合的方法进行设计。新设计的船舶由于其主尺度、线型、总布置、重心位置、重量分布、结构形式和构件尺寸等重要参数一般不同于已经服役多年并经过风浪考验的船舶；规范中的半经验半理论公式往往也不能完全正确地反映船体结构的设计特点；设计者通过规范并不能知道相应海况下的船体结构响应特性等。

关键词：船体结构；强度；安全问题

引言

船体结构强度分析这项工作关系到大量技术参数和影响因素，属于一个十分繁琐的流程。其最终目标就是要解决船体在具体承受水平下安全以及稳定方面的问题。并且还要确保其支出的经济费用能够承受，或者是最低的条件。使用之前船体尺寸设计计算方式，既无法达到理论计算与真实条件统一，还造成船体整个设计工作和方式复杂混乱。因此，采取有限元法和基于有限元分析法前提条件下去计算，能够给船体结构设计以及计算方面提供极大的方便。因此，下面将进一步分析船体结构强度和安全问题。

1.船体结构强度有限元分析方法

1.1基本理论

这里所说的有限元分析方式是利用把整个或者部分船体结构离散成为独立单一的点模型，然后对其结构进行分析的一种方式，因为其独立点数量存在限制，所以将其叫做有限元。我们将运用总体物力模型得到的方程在所有符合要求的点上面进行运用，就能够产生一个使用线性方程组进行解答的计算模型。在具体计算的时候，有限元的重点处理步骤可以分成预处理以及建模分析两个程序。通过有限元分析法对于船体结构实施建立模型计算这个技术程序是，在完全符合船体材料几何以及非线性变形条件下，能够获得船体承受力荷载情况下的变形直到破损的全过程，可以根据得到的结果获取到全体安全强度基础条件。之后再求出全体安全大小以及结构设计。并且，一定要充分思考数值建立模型时间的代价和科学的方式。在获得离散点等待解答变量之后，就应该使用插值计算的方式把总体场函数实施拟合以及插值。并且，想要增多离散点一定会造成模型计算量以及求解时间的延长，但是这个时候也要加强模型计算的精确程度，离散解持续接近标准解。

1.2模型建立的要素

使用有限元这种方法数据要求是，等待求变量掌控数据和船体材料已经得到的参数，受力荷载规定，有限元网络点坐标信息等。并且使用这种方法建立模型一定要按照相应的标准进行。首先，模型平衡要求，在船体结构总体以及独立节点受力分析过程中一定要保证静态受力均衡。其次，建立模型一定要拥有基本要求，包含总体结构基本要求和离散点单元的基本要求。最后，对于计算网格的分布必须要根据整体规律，应力分散的实际情况，但元点受力特性，还有详细的准确程度要求。

2.船体结构安全性评估的比较强度方法

表1八条试验船试验海况及船中主甲板应力测量结果

近年来开展的八条试验船的试验海况及船中主甲板应力测量结果列于表1。表1中试验工况均为顶浪工况，此时船舶所受波浪载荷以垂向弯曲载荷为主，水平弯矩和扭矩比较小，此时船中主甲板应力可以表征为船中总纵垂向弯曲应力。表1中前七条船的船长比较接近，船用材料相同，从测量到的航速和波浪周期而言比较接近，具有比较大的可比性，各船单位波高下船中总纵垂向弯曲应力全幅值列于表2，从表2中三一值的结果可以看出这七条试验船在可比条件下的船中总纵弯曲应力之比，从比较强度的角度来看，1号和2号船的总纵强度偏弱，如果1号和2号船的船体结构经长期航行考验，则可以认为3～5号船的船体结构安全性就总纵强度方面来说也能有保证。

3.船体结构强度直接计算方式

3.1有限元模型

采取直接计算这种方式对于船体结构强度实施分析，要求必须要根据有限元的一些结果。有限元分析法主要由部分和整体分析模型构成，使用整体分析模型建立模型计算量巨大，但是其受力荷载以及波浪条件还有基本要求下的数据值相对精确，得到的结构和真实水平几乎一样。采取部分分析模型建立模型计算量相对较小，但是具有一定的不足之处，特别是在基础要求下获得的结果在总体上存在较大误差。由于船体结构设计不断朝着复杂化发展，尺寸持续加大，不断研发出新的船型，因此，还要不断研究新型结构设计方式。

3.2模型建立的要素

要求模型建立必须要计算船体工况，使用满载以及压载情况，静水与中拱波浪，还有中垂波浪这三种弦外水情况，还有船体顶推形态这些条件计算出船体的多种工况。并且在计算模型的过程中必须要对货物压力和船体重量以及推顶力和弦外水压力这些不一样的情况，使用对应的方式对其荷载计算问题进行解决。同时，计算模型不仅要控制好外力均衡调控的关系。因为多方面因素造成的影响，就算是在多种不均衡外力和惯性释放作用这些情况下，使用有限元计算方式依然能够获得船体应力和单位点位移的结果。但是因为受到的外力存在差别，结果不是十分准确。还要针对相关强度要求确定处理板单元形中心地方的中面和轴心应力最大使用值方面的问题。

4.船体结构安全问题

要求船体管理工作者一定要对船体结构以及强度方面给予高度关注。加强船体结构强度第一这个认识。由于针对船体来讲，稳定方面的问题并不是特别重要，但是结构强度问题却需要我们时刻关注。船体稳定性较差，应该针对其非正常的现象，及时的找出并且采取有效的方式调整，最多只是导致险情出现，而船体结构强度只要产生问题，那么很有可能在毫无察觉的情况下出现毁灭性的灾难，针对船体结构安全方面一定要给予高度的关注，并且一定要注重船体结构检查，确保做好细节以及频次工作。船体结构设置老化疲劳超出限制，腐蚀性超出限制等一系列的问题已经逐渐凸显出来，并且很难找出问题，一定要拿出高度敬业的精神，认真有效的检查方式，才可以及时的找出船体结构方面存在的问题和安全隐患，这样才能够做到防患于未然。还有要确保船长和大副二者之间保持相同的意见，把船体管理部门规定的半年进行一次船体检查工作变成每次航前检查，以及随时检查这种模式。这里所说的航次检查就是每个航次扫舱时期均需要对各种舱中的板材和零件以及焊缝，还有管路以及人孔这些实施一次总体的近距离检查。高边柜里面检查的各个重载航次要着重进行抽样检查，不超过半年一定要覆盖全部高边柜，并且所需涂水舱漆的必须涂好。而随时检查，也就是船长和大副每天巡查加班的过程中形成的检查良好习惯，具有针对性的把视线放到舷内主甲板和上面那些应力聚集、容易腐蚀的地方。例如，舱口平面和围板以及甲板等。除此之外，还要给所有工作人员讲解船体结构非正常现象的情况，鼓励工作人员一起防范，采取上面的安全防范对策，能够有效解决全体结构安全方面的问题，确保船体的正常行驶。

5.结语

通过本文对船体结构强度和安全问题的进一步分析和阐述，使我们了解到船体结构、强度问题需要船员和船东的共同努力，同时也需要物料、油漆、航运等主管的共同关注和支持。船体的磨损、老化、承受外力等不可避免，但只要船舶管理得当，就可以避免、减少、防止和延缓船舶的磨损、老化和损坏，从而保障船、货、人的安全，延长船舶的使用寿命，充分获得船舶应有的经济效益和社会效益。因此，希望通过本文对船体结构强度和安全问题的阐述，能够给船体结构强度和安全方面提供一定的参考和帮助，进而确保船体能够在安全的状态下行驶，减少安全事故的发生，增加船体使用的时间。

参考文献：

[1]路金花.基于CSR的船体结构强度分析和焊趾处疲劳强度分析[D].哈尔滨工程大学，2014.