夏治林 黄俊
武昌船舶重工集团有限公司设计研究院
摘要：基于航运业的迅猛发展，船舶数量随之不断增多，发生事故的概率大大增加，现阶段我国对于船舶与海洋工程结构极限强度的研究力度不够，其中极限强度作为制约船舶海洋工程进步的重要因素，需要相关工作人员对其进行深层次地探索。在船舶开发研制过程中，操作员应对其结构进行正确有效的评价，使用强度较高的建设材料，从而保证海洋工程的安全性。通过对船舶与海洋工程结构极限强度的计算方法展开探究，从而提升船舶与海洋工程结构的稳定性，提高船舶结构的极限强度，从而满足现代海洋工程项目在不同阶段的建设发展需求。基于此，本文对结构极限强度计算方法、极限强度的分析方法，以及船舶搁浅结构的损伤分析进行研究，希望以此为相关研究人员提供参考，以此为我国船舶与海洋工程行业的发展贡献力量。
关键词：船舶；海洋工程；结构极限强度
引言
在船舶与海洋工程的结构设计过程中，针对于船舶结构的极限强度设计是总体设计工作中的重要环节，此项设计对计算的精准程度要求较高，考虑因素相对较为复杂。在计算过程中通常以建模的方式为主，借助模拟过程以及有限元计算最终得出船体的实际结构强度，针对此种计算方法中的优缺点，在实际操作过程中应配合其他技术，对船舶结构进行近似结果的线性反应，以此对船舶船体的结构极限强度完成进一步的调整与优化。
1结构极限状态
随着船舶与海洋工程的开发设计不断深入，结构极限状态逐渐走进相关研究人员的视野，与此同时也收到船舶行业的重点关，其中“崩溃”是结构极限状态最为显著的特征。当船舶与海洋工程发生崩溃，结构会在一定程度上丧失或大或小的承载能力，一旦总体刚度受到较大程度地破坏，危险事故发生的概率将直线上升。就目前情况而言，我国船舶行业对于结构极限状态的研究工作进行时间较长，分析较为透彻，针对多方面都进行过一定研究。结构极限状态其本质是一种较为繁琐的非线性变化进程，根据多年的研究结果分析，其中部分壳体结构的极限强度大多可使用特征数值进行进行计算。若以船舶与海洋工程为基础，在结构极限状态的计算与分析过程中会出现诸多影响因素，最终获得的结果也将以多元化情况为表现。比如船舶与海洋工程在实际运用过程中，由于不断呈现的弯矩作用，整体结构会出现发声屈曲、屈服等情况，从而造成工程破坏等影响。基于此，结构极限状态在船舶与海洋工程中的重要性不言而喻，需要相关工作人员采取合理、可行的措施进行计算与分析，从而不断优化整体系统。
2结构极限强度计算方法
船舶与海洋工程结构的分析与计算相对复杂，其过程需经过层层实验，其是否具备合理性需考虑多方面因素。在具体分析与计算过程中，通常选择有限元进行船舶模型地测量，以此得出船体模型在实际运行中出现的塑性变形数据以及构建屈曲数据，从而算出船体模型的精准强度。现阶段使用的方法虽然具备一定可行性，与此同时涵盖一些问题，比如成本过高、工作量较大等，故没有全面推行此种办法。逐步破坏法作为现下较为常见的计算方法，在计算过程中运算量较小，在进行极限强度的运算过程中能够满足数据精准的要求，逐步破坏法在船舶与海洋工程极限强度计算过程中主要具有以下优势：准确分析与计算船体模型的横向崩溃与纵向崩溃总模式的转化，其次是通过限制部分数值，以此实现相邻刚架崩溃演示。此种分析计算方法使船舶海洋工程模型实现在中拱或中垂过程中崩溃，在简化计算难度的同时保障计算结果的精准度，其计算思路成本也相对较低。
3极限强度的分析方法
2.1直接计算法
Caldwell根据船舶船体的横剖面结构展开全塑型弯矩强度估算，提出直接计算法，以此计算出船舶船体的总纵极限强度数值，在船舶海洋工程中，能够利用船体受压结构构件本身能够承载的力度分析船舶结构的屈服影响值。与此同时直接计算法也存在一定弊端，在直接计算过程中无法充分考虑加强筋所承受的应力，在实际运行过程中，一旦加强筋所承载的应力比船舶结构极限强度高时，导致加强筋出现缩短或应力分布变化等问题，从而造成船舶结构极限强度的估算结果偏高等影响。
2.2有限元法
在船舶海洋工程中，有限元法是较为常见的结构模型加载设计办法，通过引用平板设计单元、大梁设计单元等进行正交单元板计算，从而计算得到分析结构模型，从而获得在船舶分析结构状态中的静态载荷极限以及动态载荷极限，并保证动态载荷极限能完成整体响应分析，最终得到船舶扭矩状态、弯矩状态、剪力联合条件下的综合响应特征。在此过程中Kutt等科学家使用有限元计算方法，分别计算得到四种不同状态下出现的船体荷载值，通过使用不同的有限元计算模型获取船体结构的极限强度结果，以及在进行有限元分析时充分理解到船体结构的塑形效应以及屈曲情况。
2.3逐步破坏法
在进行船舶与海洋工程结构极限强度过程中使用逐步破坏法，假设船舶结构破坏过程是逐步破坏，根据理论分析，逐步破坏法的结构破坏在平端面假设基础上进行，应用增量曲率计算法则对构件进行计算，能够在船舶结构的横剖面位置获得相应的纤维应力应变关系，通过此种应变关系获取加强筋的屈服破坏值，将屈服效应理解为计算范围之中，科学家Smith通过使用有限元非线性单元计算方式获取船舶结构的弹性挠度，进而使结构单元计算出的应力应变关系结果更为准确精准。
船体模型在进行分析时每次只需考虑单一分段，其中涵盖任一骨架间距内的基本构成组件，分段应在最为糟糕的工况下进行选取工作，应遵循选取最易发生崩溃状态单元的原则，对承受较大载荷的分段进行计算与分析。分段的构成由图1所示，其中临界分段中的加筋板单元最先出现崩溃状态。在进行船体结构板格分析时，得出板的屈曲破坏大部分是非弹性屈曲，因任意一根加强筋对其他加强筋都起到独立的作用，在进行纵向极限强度计算分析时应主要以加筋板单元在强制面内压缩情况下非线性大挠度为主。
图1
在使用逐步破坏法进行分析与计算时应用分段假定，应根据不同情况明确假设。假设造成框架板格发生压缩，其主要造成原因是船体断面出现崩溃，与此同时不存在其他原因。假设框架之间的梁柱崩溃应力，在客观的角度上不会超过加筋一侧的临界点力，在此基础上不超过船体总体结构不平衡的临界力。通过假设此类条件，将实际具体事故情况融入到计算分析过程中，从而避免出现在船舶与海洋工程中存在质量问题，避免造成豆腐渣工程。
4结束语
综上所述,在对船舶与海洋工程结构极限强度进行研究时,相关研究人员应准确构建出相对完整的分段模型,与此同时对分段模型进行针对性的计算与分析,此过程有助于相关研究人员及时找出具体故障、精准判断损伤部分,从而准确定位,可以选择逐步破坏法分析计算模型的极限强度。针对船舶与海洋工程中的船体结构,在分析其极限强度时进行优化十分重要,分析船舶搁浅情况时运用极限强度理论展开船体荷载预警,从而有效提升船舶海洋工程结构设计的精准性。
参考文献：
[1]陈佳铭.关于船舶与海洋工程结构极限强度的探讨[J].船舶物资与市场,2020(08):13-14.
[2]徐海军.关于船舶与海洋工程结构极限强度的探讨[J].山东工业技术,2019(08):52.
[3]房长帅,杨宁,田振兴.基于船舶与海洋工程结构极限强度的探究[J].珠江水运,2018(16):59-60.
[4]张季.关于船舶与海洋工程结构极限强度的探讨[J].中国高新区,2018(04):137.
[5]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,2016(09):83.