船体结构强度与安全问题探究

姜克友 严光星

【摘  要】随着我国的经济发展，各行各业的发展也有了新的改善。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。

【关键词】船体结构强度;安全问题;探究

引言

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，想要增多離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生产导向的船体结构设计要点

近年来，随着我国经济的发展，各类科学技术得到显著提升，尤其是在进行工业生产过程中，需要对船体结构进行优化设计，融入生产导向理念，全面提高船舶的建造质量，使用传统的方式无法满足当前的质量要求。这时需要按照相关的技术标准，做好设计节点的改造工作，方便后续到现场作业。除此之外，还需要考虑到船体在生产设计和建造过程中的复杂性，由于在船体设计过程中涉及到的内容较为广泛，包含的作业内容也较多，再加上船体工作量较大、周期过长，应该采取有效的方式提高生产建设质量，做好船体结构设计以及建造细节的分析工作，保证船舶能够在航行中稳定运作，这也是船体设计人员最需要关注的问题，还需要做好密闭性和稳定性的检查工作。针对不同的材料，功能和特点进行分析，优化船体结构的建造周期，强化产品品质。对于传统的肘板节点进行折边制成的，对目前的质量要求较高，传统的包角焊接工艺无法提高船舶的建造质量。这时为了保证施工顺利进行，需要按照原有的实验进行对比，可以将轴板端顺着倾斜面进行延伸，延伸距离是一厘米，解决焊接空间被遮挡的问题。主板指端需要向垂直的方向进行延伸，使用此种方式能有效地挡住焊接空间。除此之外，在进行垂直延伸时，要考虑到圆弧过渡不平顺的问题，全面提升整体的建造质量。与此同时，可以使用和斜边平行的方式进行延伸，进而使得圆弧平滑过渡，全面提高施工建设效果，做好最后的比对分析工作，提升焊接品质。

3船体结构强度与安全优化

3.1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。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。

3.2生产设计中结构的细节设计

在船舶的整个设计周期当中，生产设计是最后也是最为重要的环节。生产设计当中需要注意和改进的细节问题多而繁杂，限于篇幅，本文仅对典型细节问题进行探讨：首先，对于分段划分的设计必须与施工单位紧密沟通和合作，依据具体情况进行设计，如施工单位起重设备的吊装能力、施工场地布置情况等。其次，生产设计过程中因轮机、电气等专业需要预开的贯穿孔应在板件套料前开出，这样可以减少分段人工开孔，有利于开孔质量和缩短工期。对于船体构件上设置的通焊孔应根据船型和区域功能进行设计，非特殊区域在施焊可行时通焊孔尽量减小以避免开孔过大焊后增设不必要的补板。部分舱室舱壁扶强材上端的肘板因装修效果受到限制时，可将肘板设计成与扶强材一体化，既满足强度要求又减小了肘板尺寸从而满足舱室装修效果。

3.3主要构件的布置

主要构件如中内龙骨、旁内龙骨、甲板纵桁和强横等在布置时应注意其合理性，在满足规范要求的同时尽量均衡布置且主要构件应在同一平面内形成强框架，有利于在计算主要构件尺寸时的均衡性，不会产生构件尺寸的冗余。对于有较大开口（如：甲板机舱开孔和客船侧壁大开口）处，主要构件在布置时应尽量避开这些区域，在前期设计时应全局考虑开口大小和主要构件间距的协调以避免使主要构件在这些位置突然断开不利于力传递。

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]中国船级社，国内航行海船建造规范[S]，2018.

[2]中国船级社，钢制内河船舶建造规范[S]，2016.

[3]吴健林，浅谈多用途拖船结构生产设计中的若干问题处理及解决措施[J].广东造船，2017（6）：36-38.

（作者单位：广州文冲船舶修造有限公司）