梁晋豪
青岛黄海学院 山东 青岛 66500
摘要：船舶运行安全与船舶的安全性与可靠性有着直接的关系。为此，本文主要是从船舶与海洋工程的角度出发，对船舶与海洋工程结构极限的具体状态进行深入的探讨，希望能够给相关的从业者提供一些借鉴。
关键词：船舶与海洋工程；结构极限状态；结构极限强度
引言
对于船舶海洋工程来说，必须充分考虑诸多相关因素才能顺利开展极限强度计算，若只是简单计算材质强度是不行的。在实际计算过程中，通常会采取建模方式，通过有限元与模拟方式，对船体的结构强度予以计算。但当前仍有一些弊端存在于这种方式中，需要与其他技术结合使用。本文将进一步分析船舶海洋工程的结构极限强度计算。从而更好地评定海洋工程钢结构的极限强度，为海洋船舶事业提供有效的数据资料支持。
1船舶与海洋工程结构极限的具体状态
任何事物和现象都有极限状态。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
逐步破坏法进行的分析就是将其与船舶和海洋工程的实际特点充分结合起来，将结构极限状态作为主要对象，其分析深入以获取更加精准的数据信息。
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船舶搁浅情况下的结构损伤分析
4.1船舶纵向骨架和外底板的损伤变形
若海中有暗礁和船舶发生碰撞，会造成船舶搁浅。由于受到礁石的撞击，船舶纵向骨架和外底板会发生变形。至此船舶纵向骨架发生变形严重且结构变成塑性状态，船舶结构的极限强度使用在船舶搁浅事故中不能有效发挥出来，所以可以通过对逐步破坏计算法的运用开展数据计算。另外，因为在变形后纵向骨架的支撑作用很难发挥出来，所以对于纵向骨架，可以在对船舶结构进行设计的过程中，将其设计为受力时变为横向板，既有利于发挥分散受力作用，还能将纵向骨架极限强度最大程度得到发挥，对于降低船舶结构变形非常有利。
4.2船舶外底板与纵骨变形分析
当船舶在礁石区域发生搁浅事故时，由于船舶的外底板高度，一般情况下要低于礁石的碰撞高度，因此在碰撞能量转化的过程中，可以发现船舶的纵骨直接出现了严重的塑性形变，由此可以判断出船舶钢结构的极限强度，在纵骨结构中发挥不出有效的保护作用。由于触礁导致船舶纵骨的结构失效，在根据有限元理论进行解析计算时，可以将船外底板的多个纵骨结构单元转化为一块横向的外底板结构单元，这样可以很好的控制船舶的制作成本，提高船舶的生产效率。
4.3船底肋板和扶强材的变形损伤
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。
结束语
总之，船舶的设计与生产全过程，安全是较为关键的因素。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。本文通过对工作实践的积累，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，以为推促我国海洋运输产业的可持续发展贡献力量。
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