关于船舶与海洋工程结构极限强度的探讨

2021-09-08 03:47路东
安家(建筑与工程) 2021年7期

路东

摘要:船舶与海洋工程是系统又繁复的工程,对其结构极限强度的计算,不能单一的从材质强度方面入手,也需要综合考虑诸多方面的因素。一般情况下,建模是常用的一种计算形式,即依据所模拟构建的船体模型,展开实际的运算。但这种方法不能单独进行,需要融合其他技术才能实现最终的计算,为延展极限强度的计算内容,需结合实际情况对研究进行持续的深化。

关键词:船舶与海洋工程;结构极限状态;结构极限强度

引言

就国内当下的船舶与海洋工程结构的发展现状而言,呈现出高速发展的趋势,需要出海航行的船只数量越来越多,出现船舶搁浅的事故频率也在不断增加,一旦船舶出现搁浅事故,船体的底部纵向构成部件就有可能受到损坏,给船舶的继续航行带来严重隐患。所以,在进行船舶与海洋工程的设计规划时,一定要对总体的结构强度进行全面考虑,细致地考虑船舶的安全性能,面向船舶在搁浅状况下的船舶结构承受强度的极限程度的方面进行解析和设计。

1船舶与海洋工程结构极限的具体状态

对船舶与海洋工程来说,其结构也有极限的具体状态,这种状态的呈现即其结构完全崩溃掉,与结构承载力、强度等内容息息相关。船舶与海洋工程的结构,包含许多细小的部件以及各种类型的零件,这些零部件一起配合,保证了其正常的运行。而当数值较大的弯矩施加在这些零部件上,运行时会受到不同外力的影响,部件的损伤是不可避免的,持而久之会影响到部件的强度。在这过程当中,一些部件发挥其原有的功能承担受力,随着时间的推移损伤程度会慢慢加强,斜率亦会渐渐地提升,当部件无法继续承担受力时,结构的崩溃就会发生。此时,综合考虑船舶与海洋工程部件的几何和非线性材料所生产的影响,可以使用到对应的荷载量上,使既定的载荷数值增加,继而优化原先的结构模型,辅以考虑部件的损伤程度,完整且具体的极限强度数值就会得出。

2极限强度计算分析

结构是否合理,在船舶海洋工程中需要充分考虑诸多因素,这个计算与分析过程较为复杂,在实际计算与分析过程中,测量船舶模型多采用有限元方式,通过对模型中构件屈曲与塑性变形数据的获取,计算其船舶模型的精准强度。尽管这种方式具有一定的可行性,但尚未得到广泛推广,其工作量较大,成本相对而言较高。现阶段最常用的方法是逐步破坏方法,在极限强度计算过程中,使用这种方法可以保证计算的准确性,其计算运算量明显较少。

3船舶与海洋工程结构极限强度破坏法分析

3.1分段模型的构建

在具体运用逐步破坏法的过程中,相关工作者应重视起来,以严格审慎的态度为指引,对体系内容的要求进行持续不断地完善。针对船舶和海洋工程的各类分项数据,应当将其作为重要的依据,继而全面分析船体模型。分析内容可以在分段崩溃的情况进行下探,选择船舶模型分段之时,选择的分段性须确保规避一些不利情况的干扰。执行船体模型的建立与分析工作时,对每一个分段组成,都应当进行全面掌握、全面了解、深入分析。从另一个角度来说,分段模型的构建,对获得准确结果大有助益。

3.2分段基本假定

在使用逐步崩溃破坏计算法对船舶和海洋工程的结构极限强度进行分析计算时,其中分段假定这一工序是十分重要的,该步骤的主要目的是为了解下述假定:其一,假定船舶的断面发生崩溃是导致船体的框架船板发生压缩的关键原因,且不存在别的原因;其二,假定船舶框架之间的梁柱的崩溃应力就实际施工经验可知,其是不可能高出加筋部位任何一侧的临界点力。这项条件的设定,主要是为了使工程施工能够与实际状况联系起来,防止船舶与海洋工程的建设出现质量问题。

3.3其他的计算分析

针对一些结构模型或者是一些加载类型,运用有限元方法,也是好的选择。比如引入平板单元、梁单元,以及那些正交各向异性板单元,可以实现高效分析结构静态、丛台载荷情况下的极限状态之目标,还能够对单个结构、整体情况所做出的反应进行有效的监控,将船体在弯矩、扭矩、剪力联合等情况下的响应内容纳入到研究系统之中。另外就是直接计算方式,即充分利用受压构件的承载能力来解释对结构屈曲所造成的影响。这种方法也有劣势,比如对于加筋板单元所承受的压应力、截面应力的分布、载荷的缩短行为等缺乏统筹考虑,在估算船体结构总纵极限强度的时候,结果往往偏高一些。

4船舶搁浅结构损伤分析

4.1船底肋板和扶强材的变形损傷

根据船舶与海洋工程结构极限强度分析与计算方法的假设,可以得知船体整体的纵向结构与其极限强度密切相关,所以,对于船体底部的肋板以及位于肋板上面的扶强材出现的损坏和变形不需要进行太多考虑,只需要对肋板在变形的时候发生的能量消耗进行关注即可。船舶底部的肋板变形大致可以划分为两侧和中间这两部分。肋板两侧部分对由于船体底部受到礁石的碰撞的波及而导致变形,而中间部分则是直接受到礁石的作用力而产生变形。

4.2船舶底部纵桁的损伤变形

在整个船体中,船舶底部的纵桁具有支撑作用,船舶底部的纵桁在搁浅事故发生时,结构会遭到破坏,主要是因为受到礁石的挤压,导致其难以继续支撑船体结构。因此,可采用逐步破坏分析法解决这种问题,推导纵桁受力变形情况,这样不仅能提升船舶整体的极限强度,还能结合变形情况,使设计人员加强结构建设,从而对船舶行驶的安全性予以有效保证。

结束语

就整个船舶与海洋工程来讲,结构极限强度是首要的环节,必须给予持续的重视和认真的研究,才能为船舶的安全运行提供坚实的保障。通过分析,发现船舶与海洋工程结构极限强度非常复杂,非线性转换的特征,要求相关人员做好每一个环节,以保证数据的精确度。有鉴于此,分析运算此类强度问题时,需要有创新的方式方法,尝试一些全新的研究方式,合理运用运算的内容,彻底解决船舶航行过程中的一些问题,为推促我国海洋运输产业的可持续发展贡献力量。

参考文献

[1]陈和兴,易江龙.海洋工程焊接技术现状与分析[J].中国材料进展,2017,3412:938-939.

[2]王小燕.关于船舶与海洋工程结构极限强度的分析[J].科技与创新,2018,09:83-84.

[3]李恒,郎元荣.船舶与海洋工程结构极限强度分析[J].科技资讯,2018,1307:68-67.

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