船體結構強度與安全問題探究

姜克友 嚴光星

【摘 ?要】隨著我國的經濟發展，各行各業的發展也有了新的改善。船體結構強度分析這項工作關系到大量技術參數和影響因素，屬于一個十分繁瑣的流程。其最終目標就是要解決船體在具體承受水平下安全以及穩定方面的問題。并且還要確保其支出的經濟費用能夠承受，或者是最低的條件。使用之前船體尺寸設計計算方式，既無法達到理論計算與真實條件統一，還造成船體整個設計工作和方式復雜混亂。因此，采取有限元法和基于有限元分析法前提條件下去計算，能夠給船體結構設計以及計算方面提供極大的方便。因此，下面將進一步分析船體結構強度和安全問題。

【關鍵詞】船體結構強度;安全問題;探究

引言

針對船體結構強度與安全問題進行研究時，如果僅僅使用傳統計算方法，那么不僅會造成理論與實際脫節，同時還會使整個船體設計工作變得更為復雜。所以為了改善這種窘迫的設計問題，工作人員不妨利用有限元法，設定基礎的工作前提，對傳統結構設計工作，以及計算內容提供較為便捷的操作方法。如此一來，在提升工作效率的同時，也可以完善之前工作中的各種弊病。

1船體結構強度有限元分析方法

1.1基本理論

這里所說的有限元分析方式是利用把整個或者部分船體結構離散成為獨立單一的點模型，然后對其結構進行分析的一種方式，因為其獨立點數量存在限制，所以將其叫做有限元。我們將運用總體物力模型得到的方程在所有符合要求的點上面進行運用，就能夠產生一個使用線性方程組進行解答的計算模型。在具體計算的時候，有限元的重點處理步驟可以分成預處理以及建模分析兩個程序。通過有限元分析法對于船體結構實施建立模型計算這個技術程序是，在完全符合船體材料幾何以及非線性變形條件下，能夠獲得船體承受力荷載情況下的變形直到破損的全過程，可以根據得到的結果獲取到全體安全強度基礎條件。之后再求出全體安全大小以及結構設計。并且，一定要充分思考數值建立模型時間的代價和科學的方式。在獲得離散點等待解答變量之后，就應該使用插值計算的方式把總體場函數實施擬合以及插值。并且，想要增多離散點一定會造成模型計算量以及求解時間的延長，但是這個時候也要加強模型計算的精確程度，離散解持續接近標準解。

1.2模型建立的要素

使用有限元這種方法數據要求是，等待求變量掌控數據和船體材料已經得到的參數，受力荷載規定，有限元網絡點坐標信息等。并且使用這種方法建立模型一定要按照相應的標準進行。首先，模型平衡要求，在船體結構總體以及獨立節點受力分析過程中一定要保證靜態受力均衡。其次，建立模型一定要擁有基本要求，包含總體結構基本要求和離散點單元的基本要求。最后，對于計算網格的分布必須要根據整體規律，應力分散的實際情況，但元點受力特性，還有詳細的準確程度要求。

2生產導向的船體結構設計要點

近年來，隨著我國經濟的發展，各類科學技術得到顯著提升，尤其是在進行工業生產過程中，需要對船體結構進行優化設計，融入生產導向理念，全面提高船舶的建造質量，使用傳統的方式無法滿足當前的質量要求。這時需要按照相關的技術標準，做好設計節點的改造工作，方便后續到現場作業。除此之外，還需要考慮到船體在生產設計和建造過程中的復雜性，由于在船體設計過程中涉及到的內容較為廣泛，包含的作業內容也較多，再加上船體工作量較大、周期過長，應該采取有效的方式提高生產建設質量，做好船體結構設計以及建造細節的分析工作，保證船舶能夠在航行中穩定運作，這也是船體設計人員最需要關注的問題，還需要做好密閉性和穩定性的檢查工作。針對不同的材料，功能和特點進行分析，優化船體結構的建造周期，強化產品品質。對于傳統的肘板節點進行折邊制成的，對目前的質量要求較高，傳統的包角焊接工藝無法提高船舶的建造質量。這時為了保證施工順利進行，需要按照原有的實驗進行對比，可以將軸板端順著傾斜面進行延伸，延伸距離是一厘米，解決焊接空間被遮擋的問題。主板指端需要向垂直的方向進行延伸，使用此種方式能有效地擋住焊接空間。除此之外，在進行垂直延伸時，要考慮到圓弧過渡不平順的問題，全面提升整體的建造質量。與此同時，可以使用和斜邊平行的方式進行延伸，進而使得圓弧平滑過渡，全面提高施工建設效果，做好最后的比對分析工作，提升焊接品質。

3船體結構強度與安全優化

3.1采用新設計理念，提高船體遠航能力

運用高科技和全新的理念來研究船體，提高船體的穩定性以及遠航能力，建造多功能船舶是當前發展的趨勢。傳統的船舶航行動力主要采用的是柴油，這樣增加了船體的載荷量，而且也會使船體發動機的壽命受到影響?，F在船體的動力系統大多數采用的是新能源以及汽電混合的系統，而船舶內各個場所都采用的是太陽能電池板供電，這樣能夠提高船體的工作效率，而且節能環保。對于船體供電系統，可以配備一定數量的蓄電池，能夠時刻給太陽能電池板充電，從而保證電池處于100%的狀態，防止由于缺電而影響船體遠航。目前為止，我國船舶動力設備的性能還不夠好，大多是從國外購買具有先進技術的發動機，從而提供船體的航行能力。但應當積極參考其他國家的發動機，研究其技術，對船體進行改良，降低船體在航行中受到的阻力。除此之外，還在船底涂布防腐材料能夠增加船體的防腐性能，而且也能夠降低船體的摩擦力。

3.2生產設計中結構的細節設計

在船舶的整個設計周期當中，生產設計是最后也是最為重要的環節。生產設計當中需要注意和改進的細節問題多而繁雜，限于篇幅，本文僅對典型細節問題進行探討：首先，對于分段劃分的設計必須與施工單位緊密溝通和合作，依據具體情況進行設計，如施工單位起重設備的吊裝能力、施工場地布置情況等。其次，生產設計過程中因輪機、電氣等專業需要預開的貫穿孔應在板件套料前開出，這樣可以減少分段人工開孔，有利于開孔質量和縮短工期。對于船體構件上設置的通焊孔應根據船型和區域功能進行設計，非特殊區域在施焊可行時通焊孔盡量減小以避免開孔過大焊后增設不必要的補板。部分艙室艙壁扶強材上端的肘板因裝修效果受到限制時，可將肘板設計成與扶強材一體化，既滿足強度要求又減小了肘板尺寸從而滿足艙室裝修效果。

3.3主要構件的布置

主要構件如中內龍骨、旁內龍骨、甲板縱桁和強橫等在布置時應注意其合理性，在滿足規范要求的同時盡量均衡布置且主要構件應在同一平面內形成強框架，有利于在計算主要構件尺寸時的均衡性，不會產生構件尺寸的冗余。對于有較大開口（如：甲板機艙開孔和客船側壁大開口）處，主要構件在布置時應盡量避開這些區域，在前期設計時應全局考慮開口大小和主要構件間距的協調以避免使主要構件在這些位置突然斷開不利于力傳遞。

結語

通過對船體結構強度和安全性的進一步分析和闡述，可以充分認識到船體結構強度問題需要大家的共同努力，也需要船體材料供應商的鼎力支持，需要航運主管加強管理力度。對于船體來講，其磨損、老化和外力作用無法避免，但只要船舶能夠管理好，就能夠有效避免、減少、防止以及延緩船舶的老化、磨損和損壞，從而保證船舶、貨物和人的安全。延長船舶使用壽命，充分發揮船舶的經濟效益和社會效益。因此，希望本文能為船體結構的強度和安全性提供一定的參考和幫助，從而保證船體的安全運行。減少安全事故的發生，增加船體的使用時間。

參考文獻：

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[3]吳健林，淺談多用途拖船結構生產設計中的若干問題處理及解決措施[J].廣東造船，2017（6）：36-38.

（作者單位：廣州文沖船舶修造有限公司）