船舶與海洋工程結構極限強度

徐亞威

摘要：現階段，隨著社會的發展，海上運輸行業、海洋作業平臺的發展，船舶及海工平臺的數量越來越多，發生的海上事故數量也逐年增多，加上船舶與海洋工程結構極限強度分析，能夠全面提升船舶與海洋工程結構的合理性，找到最優化結構強度配比，從而為海洋安全作業提供重要數據制成。隨著科技水平的提升和結構分析設計技術的不斷進步，船舶與海洋工程結構極限強度計算和分析水平越來越高。作為船舶與海洋工程結構設計的重要環節，需要結合具體的船體模型進行分析，從而找到科學的計算分析方法。

關鍵詞：船舶與海洋工程;結構極限強度;探究

引言

在船舶的結構開發、生產以及應用的過程當中，工作人員為了能夠將其穩定性和安全性提升上去，都必須對船舶的結構進行有效的評價，而伴隨著如今海洋工程行業的不斷發展與進步，對于船舶的生產也提出了更高的要求。為了全面的保障海洋工程的安全性，應該使用進強度比較高的建設材料，而這也是保證質量的有效依據。本文就對船舶與海洋工程結構極限其強度進行分析，供參考。

1海洋工程結構極限的具體狀態

船舶和海洋工程結構極限狀態有一個比較明顯的表示方式就是，總體結構遭到破壞和崩潰，而這和結構的強度有著直接的關系，也和其承載能力有著很大的聯系，一般情況下，成本的外殼中包含了飛機的機身，和潛艇的外表，其荷載一般都存在于薄膜之上，對于這樣的結構框架，其極限荷載一般都可以直接用對應的公式去計算出來，也可以進行大致的估算。但是，因為船舶和海洋工程的結構當中，有很多的零件和小部件，這些都是實現船舶與海洋工程結得以運行的重要組成部分。這些部件都承擔著非常大的彎矩，再加上在運行的時候會受到很多外力的干擾，有的部件難免會受到損傷，這樣一來，就使得部件的強度受到了影響。但是，因為這樣的損傷并不是在一瞬間就造成的，需要一定的時間，其斜率也不會在短時間內降到零，所以，船舶和海洋工程結構當中的一些部件還是可以繼續承擔受力。隨著運行時間的增長，損傷程度也會漸漸增加，其斜率也會上升，當達到沒有辦法承擔的量時，結構就會坍塌。這個時候，把船舶和海洋工程當中部件的幾何和非線性材料所生產的影響考慮進去的話，就可以使用到對應的荷載量上，增強原本的荷載量，再把原先就存在的結構模型進行了優化，并同時將部件的損傷情況具體考慮進去，工作人員就可以得到一個較為完整且具體的極限強度數值。

2船舶與海洋工程結構極限強度分析

2.1對復雜結構系統的可靠性分析

因為考慮到船舶與海洋工程結構系統的復雜性和多變性，對船舶進行系統而完善的分析是必不可少的一個環節?；诖昂秃Ｑ蠊こ探Y構都是復雜性結構，因此他們具備多種失效途徑和失效模式。如果采用一般的枚舉法進行搜索就會引發系列爆炸性問題的產生。另外，為了解決失效模式下的結構性問題就必須生成真實可靠的技術數據來做依靠。一般情況下，當船舶載重的隨機變量的變異性大于船體本身結構變量的變異時，就可以運用搜索系統的失效途徑確定其結構。近幾年，由于計算機技術的大力發展，人工智能化技術引入到搜索系統之中，從根本上提高了分析的可靠性以及計算效率。

2.2破壞法的計算流程

在逐步破壞法的計算上，主要可以分成兩個流程，即休斯法與有限元法，首先，休斯法就是指的通過對公式的計算，以及對船舶加筋板單元的研究，發生其中存在的實際應力和應變關系之后，再對海洋工程結構中的所有部件實際狀況進行計算，得出造成故障出現的主要原因。工作人員需要把模型劃分成為大部分的加筋板單元和角單元，這樣有助于工作人員得到準確的應力和應變關系數據。然后，工作人員要選擇一個損傷比較明顯的加筋板單元，并對所有的單元應變能力進行計算，在對船舶斷面力平衡方程創立之后，工作人員就能夠更為明確的將所有的單元應變能力計算出來。隨后，工作人員需要進行疊加計算，因為疊加計算能夠增強彎矩計算的精準度，在經過完整的計算之后，工作人員可以和之前的總彎矩數值進行對比，從而得到最后的船舶與海洋工程結構極限強度值。其次，有限元法主要是對船舶與海洋工程結構的極限強度進行計算的，在船舶的加筋板單元產生任何的損傷之后，就會出現比較嚴重的變形或者是較大的撓度，其應力以及應變關系等都會將其非線性關系的復雜性表現出來，而船舶材料的非線性等對于加筋板單元非線性而言有著比較嚴重的影響。正常情況下，在所構建出來的模型加筋板單元當中，其外表和取向都會產生巨大的變化，從而使得模型中的加筋板剛度會出現一定的改變。不僅如此，船舶與海洋工程的結構建設過程當中，最為關鍵且主要的環節就是材料的使用，通常都是使用的金屬材料，但是，因為金屬本來就有著塑性的特征和優點，這能夠給船舶的結構、外表構造帶來比較大的好處，比如，金屬的塑造性使得船舶在受到沖擊或者撞擊的時候都不容易變形。工作人員在進行計算之后，需要將一部分的非線性特征加入到非線性研究范疇之內，從而對一些比較復雜的非線性對象進行合理且科學的研究。在對非線性進行研究的時候，最常用到的方法有牛頓-拉普森法、弧長法等等，對于這些非線性框架的研究上，必須要對近似線性方法進行合理的實施才可以對其進行完整的處理，在我國實際的研究過程當中，最常見也最常用的處理方法就是牛頓—拉普森方法，在經過改善之后，也出現了牛頓迭代方法。而在研究的時候，使用進牛頓一拉普森方法可以對船舶與海洋工程的荷載與斜率進行計算，當出現的斜率比較大時，還可以進行一定的收斂。工作人員也應用進了牛頓迭代方法，這種方法也有著一定的作用，能夠在實踐中提供比較好的途徑。

2.3船底肋板和扶強材的變形損傷

根據船舶與海洋工程結構極限強度分析與計算方法的假設，可以得知船體整體的縱向結構與其極限強度密切相關，所以，對于船體底部的肋板以及位于肋板上面的扶強材出現的損壞和變形不需要進行太多考慮，只需要對肋板在變形的時候發生的能量消耗進行關注即可。船舶底部的肋板變形大致可以劃分為兩側和中間這兩部分。肋板兩側部分對由于船體底部受到礁石的碰撞的波及而導致變形，而中間部分則是直接受到礁石的作用力而產生變形。

2.4船舶底部縱桁的損傷變形

船舶底部的縱桁在整個船體中起著支撐作用，在發生擱淺事故時，船舶底部的縱桁由于受到礁石的擠壓，結構遭到破壞，導致其無法繼續支撐船體結構。為解決這種問題，可以利用逐步破壞分析法來推導縱桁受力的變形情況，有助于船舶設計人員根據其變形情況加強結構建設，提高船舶整體的極限強度，保證船舶的行駛安全。

結語

在船舶與海洋工程結構極限強度的研究上，工作人員需要建構出完整的分段模型，并對分段模型進行有針對性的研究與分析，這有助于工作人員對具體的故障、損傷部位進行判斷，并精確定位，可以應用進逐步破壞這一方法來對模型的極限強度進行計算。在逐步破壞法之中又包含了即休斯法和有限元法，利用這一方法，來有效的促進船舶與海洋工程結構的穩定性與安全性，并漸漸促進其行業的發展與進步。

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