船舶与海洋工程结构极限强度探究朱元庭

船舶与海洋工程结构极限强度探究朱元庭

朱元庭刘虎胡亦鹏

扬州大洋造船有限公司江苏扬州225000

摘要：为保证船舶与海洋工程安全，避免事故的发生，延长使用寿命，做好其结构极限强度分析尤为重要。通过研究不同环境下船舶和海洋工程结构极限强度，可为船舶与海洋工程的安全评估提供依据。本文简单阐述船舶与海洋工程结构极限强度，探讨结构极限强度相关计算方法，并对船舶搁浅状态下的结构损坏情况，以及荷载响应及极限强度解析预报进行分析，以供参考。

关键词：船舶海洋工程结构极限强度

船舶与海洋工程结构极限强度的分析专业性强，需构建专业的模型，进行复杂的计算，因此，需要技术人员做好理论知识研究，积极总结以往经验，不断提高船舶和海洋工程结构极限强度分析水平，更好的服务于我国的船舶与海洋工程事业。

一、船舶与海洋工程结构极限强度

船舶和海洋工程结构极限强度指其能够承受的所有内力与外力总和的最大值。众所周知，船舶和海洋工程结构庞大、受力复杂，甚至一些受力呈现周期性变化，无不对其结构产生影响影响，一旦这些力超过结构极限强度，便会对结构造成破坏，致使其发生断裂，给船舶与海洋工程的安全性构成较大威胁，因此，船舶与海洋工程设计时，需对结构极限强度进行分析、评估，明确各部分结构极限强度，在应用中严格控制船舶和海洋工程受力，避免其超过结构极限强度，保障船舶和海洋工程安全。

二、结构极限强度相关计算方法

基于总纵极限强度，人们研究与总结多种计算船舶和海洋工程结构极限强度的方法，包括直接计算法、有限元法、破坏分析法。

1.直接计算法

结合船体横剖面全塑性弯矩可估算总纵极限强度，借助受压构件承载能力折减，对结构屈曲造成的影响进行分析。不过此种计算方法计算结果一般高于实际值，原因在于一旦产生的压应力超过加筋板单元的结构极限强度，应力会在截面重新分布，且荷载会出现缩短行为。

2.有限元法

有限元法应用较为广泛，适合用在多种结构、加载类型。计算时考虑正交各向异性板单元、梁单元、平板单元等，可分析出结构在动、静两种状态下的结构极限荷载。同时，还能整体响应分析单个结构，即，将剪力、弯矩、扭矩形等联合作用下响应考虑在内。

3.逐步破坏分析法

逐步破坏分析法是分析结构强度的有效方法，得出的数据精度高，具有较高的参考价值。应用该种方法分为以下两个步骤：其一，构建分段模型。结合船舶与海洋工程实际情况，详细了解其各项参数，保证分段的合理性，即，每次分析时应以一个分段崩溃状态为研究对象，且分段对象应是在不良情况下最先崩溃的部分。船舶模型各分段单元主要由加筋板单元、角单元构成。研究发现，临界分段的加筋单元往往最先崩溃，因此，需要基于分段模型，对加筋板单元非线性大挠度进行认真的分析、计算。其二，进行基本假设。应用逐步破坏分析法时，需进行以下基本假设：首先，受综合应力影响船体断面崩溃时框架板格出现压缩屈服；其次，位于框架中的梁-柱崩溃应力不能超过整体结构的失稳临界应力以及加强筋的侧倾临界力；最后，船体结构出现曲率变化时，横断面应力的分布形式为线性。

三、搁浅状态下船舶结构损坏分析

船舶搁浅时受到的应力比较复杂，容易造成船舶结构的破坏，因此，做好搁浅状态下船舶结构破坏分析，成为船舶结构极限强度分析的重要内容。主要的分析内容包括船底纵桁及加强筋、底板及纵骨、船底肋板及扶强材料的变形损伤。众所周知，船底纵桁以及底板连接在一起发挥着重要的支撑作用，一旦发生搁浅，其容易受到外力而变形，因此，应根据相关理论以及以往经验，对纵桁的损伤情况加以认真分析、评估。船舶搁浅状态下，底板纵骨高度通常小于礁石的撞击深度。受礁石的挤压，纵骨会发生完全塑性变形，给船舶结构极限强度造成的影响较小，因此，对船底的受损情况进行计算时应做出一定的改变，即，将船底外板作为一块横向单元考虑。由结构极限强度计算中的假设可知，结构极限强度主要受船舶纵向构件影响，因此，船底肋板以及扶强的变形可不比过多的考虑，应将重点放在变形期间能量的耗散上。肋板变形包括两边和中间两部分，其中中间位置因受到礁石的直接冲击发生形变，两边部分或多或少受到影响，因此，船舶受到的总的变形能力，应是这两个部分能量的和。另外，扶强材料的变形能耗散主要通过塑性弯曲、膜拉伸变形加以呈现。

四、荷载响应及极限强度解析预报

对荷载响应进行准确的预报，可避免超过船舶及海洋工程结构极限强度，保障船舶及海洋工程安全。为提高荷载响应预报准确度，不得不分析船舶及海洋工程所受的波浪荷载。波浪荷载包括局部荷载、总体荷载，同时还应考虑船舶舱内液体晃荡力、甲板上浪的水压力、波浪的冲击力等。

结构极限强度解析预报时，需将船体横剖面划分成多个单元，尤其需明确硬角单元、横向加筋板、纵向加筋板的构成，使用专业的公式，分析得出不同单元应力和应变存在的关系。其中硬角单位主要由不共面的两块板组成；横向加筋板通常情况下只有一块板，而纵向加筋板由一根纵向加强筋与一块板构成。

五、结论

综上可以知道，结构极限强度是衡量船舶与海洋工程质量的重要指标，关系着其使用寿命及使用安全，因此，做好船舶与海洋工程结构极限强度分析、计算，准确把握其结构极限强度，重要性不言而喻。本文通过研究得出的结论有：

（1）船舶及海洋工程结构复杂，结构极限强度指衡量其所能承受各种力能力的大小，因此，船舶和海洋工程承受的力超过结构极限强度，便会导致其崩溃，造成较大破坏，甚至引发事故。

（2）船舶和海洋工程结构极限强度的计算方法较多，包括直接计算、有限元法、逐步破坏分析法。为保证计算结果的准确性，需技术人员加强各计算方法理论研究，明确计算方法的步骤，做好计算数据处理等。

（3）搁浅时船舶承受的力量较大，注重该情况下船舶结构极限强度分析，具有较强的代表性，要求技术人员引起足够的重视。另外，还应做好极限荷载响应以及极限强度解析预报工作，避免船舶及海洋工程结构承受力超过其极限强度，保证其安全性。

参考文献

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