船体结构强度与安全问题探究

船体结构强度与安全问题探究

孙恩林

中海油能源发展采油服务分公司天津300452

摘要：在船体结构设计过程中，工作人员所追求的最终目标是为了提升船体的承载水平，并保障其强度和安全性，与此同时，需要确保最终所支付费用在可承受范围之内。本文针对船体结构强度与安全进行分析。

关键词：船体结构；强度；安全

引言：

在针对船体结构强度与安全问题进行研究时，如果仅仅使用传统计算方法，那么不仅会造成理论与实际脱节，同时还会使整个船体设计工作变得更为复杂。所以为了改善这种窘迫的设计问题，工作人员不妨利用有限元法，设定基础的工作前提，对传统结构设计工作，以及计算内容提供较为便捷的操作方法。如此一来，在提升工作效率的同时，也可以完善之前工作中的各种弊病。

1船体结构强度分析

1.1建立模型要素

在对有限元方法进行应用时，需要正确认识基础性要求，即根据求变量的内容，掌握相关数据内容，确定受力荷载，并清楚理解有限元网络点坐标信息。在利用此方法进行建模时，要按照相关标准内容执行：首先，要达到模型平衡要求，在船体结构总体，以及对独立节点进行受力分析的时候，要确保其处在一个静态受力平衡的状态；其次，建立模型时一定要掌握基础性的要求。这项内容包括总体结构的基础要求、离散点单元的基本要求；最后，按照规律化的形式分布计算网格，根据应力分散的实际性情况，就元点的受力特性，展开更为详细的论证。

1.2船体结构强度的计算方法

1.2.1规范计算

（1）主船体规范计算

根据《IGC规则》和BV的要求，运用规范软件对中横剖面的纵向构件进行计算，确定构件尺寸;再根据《IGC规则》和BV对横向构件要求，确定中横剖面图中的横向构件与横舱壁的构件尺寸。通过对规范计算结果应有针对性的选择结构尺寸，如顶边舱与底边舱间的舷侧肋骨，满足屈服强度、降低重量的有效方法是增加腹板高度，但是根据检修通道的要求，肋骨的腹板高度不能取得过大，否则会影响到A型独立舱的舱容。综合舱容、强度选择两者相匹配的肋骨尺寸。

（2）A型独立舱规范计算

根据《IGC规则》要求，A型独立舱的载荷与常规船的计算方式不同。其内部压力Peq为：

Peq=P0+Pgd(1)

式中:P0为设计蒸汽压力，最大不超过70kPa;Pgd为内部液体压力，kg/cm2。

Pgd=ραβZβ×10－4（2）

其中:ρ为设计温度时的货物最大密度，kg/m3，本船货物密度为0.61×103kg/m3;αβ为在任意的β方向上由重力和动载荷引起的无因次加速度(即相对于重力加速度);Zβ为压力计算点沿β方向向上量至液货舱壳板的最大液柱高度，即内部压头，m。根据计算得到的压头，分别运用板、加强筋的规范计算公式得到构件尺寸。

1.2.2有限元模型

选择对船体结构强度进行直接计算分析时需要一定的条件，这一条件需要按照有限元模型来开展。有限元模型分析方法主要有部分分析模型和整体分析模型2个组成部分。部分分析模型没有太多计算量，建立模型不会很困难但是也有不足的地方，部分分析模型在基础要求下获得的结果在总体上存在较大的误差；整体分析模型需要依靠较大的计算量来建立模型，但是这样的做法能够使其受力荷载以及波浪条件还有基本要求下的数值都可以比较精确，使得结构同真实水平不会有较大误差[1]。当前船体结构设计越来越向复杂化方向发展，尺寸越来越大，需要研发新船型，研究新型的结构设计方式。

1.2.3建立模型要素

在建立模型的过程中，必须要对船体工况展开合理的计算。使用满载、压载的情况，对不同波浪状态进行考虑，并且在船体顶推形态中，还需要对船体的多种工况展开分析。在对计算模型进行应用的过程中，需要对货物压力、船体重量，以及弦外水压力这些情况进行考虑，利用不同的情况，选择合理的荷载计算方法。还有在应用建设模型的时候，需要控制好外力均衡调控关系。由于在工作中，外部因素会造成多种突发情况，所以当处在不均衡外力的状态下，利用有限元计算方法，仍旧能够对船体应力、单位点位移结果进行准确的掌握[2]。此外还需要注意，在实际应用中，由于外力存在着一定的差别，结果可能不是十分准确。

2采用新设计理念，保证船体安全

2.1采用新设计理念，提高船体远航能力

运用高科技和全新的理念来研究船体，提高船体的稳定性以及远航能力，建造多功能船舶是当前发展的趋势。传统的船舶航行动力主要采用的是柴油，这样增加了船体的载荷量，而且也会使船体发动机的寿命受到影响。现在船体的动力系统大多数采用的是新能源以及汽电混合的系统，而船舶内各个场所都采用的是太阳能电池板供电，这样能够提高船体的工作效率，而且节能环保。对于船体供电系统，可以配备一定数量的蓄电池，能够时刻给太阳能电池板充电，从而保证电池处于100%的状态，防止由于缺电而影响船体远航。目前为止，我国船舶动力设备的性能还不够好，大多是从国外购买具有先进技术的发动机，从而提供船体的航行能力。但应当积极参考其他国家的发动机，研究其技术，对船体进行改良，降低船体在航行中受到的阻力[3]。除此之外，还在船底涂布防腐材料能够增加船体的防腐性能，而且也能够降低船体的摩擦力。

2.2重视操舵实验，优化船体结构配置

一般来说，船的长度超过25m，则船舶两柱的距离约为20m，对于这类船舶需要控制入海水的深度在2.5~2.8m。如果船体负荷量过大时，工作人员需要对船体的动力系统以及供电系统进行监测，防止船舶运行受到影响，而且还要控制船舶的速度在12km/h，发动机的转速也要控制在1900r/min以下，只有这样才能保证船舶的航行安全，才能够降低船体与海水的摩擦，增加船舶的使用时间。除此之外，为了保证船舶能够提高运行效率，发动机必须要达到标准[4]。为了保证船舶能够安全运行，需要调节船舶的舵角在90°左右。在这方面，应该多向其他国家学习，派专家去其他国家学习经验，掌握先进技术。在工作人员对船体的零件部位进行检测时，必须检测船体在工作状态和停止状态2种状态的性能，如果发现舵角发生了较大偏差，工作人员必须对发动机的参数以及船体的排水系统进行调整，直到能够正常航行。

结语：

通过对船体结构强度和安全性的进一步分析和阐述，可以充分认识到船体结构强度问题需要大家的共同努力，也需要船体材料供应商的鼎力支持，需要航运主管加强管理力度。对于船体来讲，其磨损、老化和外力作用无法避免，但只要船舶能够管理好，就能够有效避免、减少、防止以及延缓船舶的老化、磨损和损坏，从而保证船舶、货物和人的安全。延长船舶使用寿命，充分发挥船舶的经济效益和社会效益。因此，希望本文能为船体结构的强度和安全性提供一定的参考和帮助，从而保证船体的安全运行。减少安全事故的发生，增加船体的使用时间。

参考文献：

[1]杨勇,曾骥,袁洪涛.某400ft自升式钻井平台主船体结构强度分析[J].船海工程,2015,44(06):137-140.

[2]黄汉标,吴梵,宋金明.基于不同规范的某船船体结构总纵强度评估对比[J].船海工程,2015,44(02):40-43.

[3]张璐.船舶营运中船体结构的维护[J].中国水运(下半月),2014,14(06):12-13.

[4]赵海涛,杨余.某工程船坐底工况底座基梁载荷计算及船体结构强度校核[J].船海工程,2014,43(02):13-15.