楊德喜（中國(guó)船級(jí)社天津分社，天津 300457）

船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度的若干研究

楊德喜
（中國(guó)船級(jí)社天津分社，天津 300457）

隨著科技的發(fā)展和國(guó)家綜合實(shí)力的提升，我國(guó)在船舶與海洋工程方面，表現(xiàn)出了較大的進(jìn)步。在今后的研究當(dāng)中在，結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度成為了研究的重點(diǎn)。通過(guò)技術(shù)上的分析和實(shí)踐上的操作，可以逐步的強(qiáng)化結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度，為工程的拓展和經(jīng)濟(jì)效益的提升，提供更多的助力。文章針對(duì)船舶與海洋工程的結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度展開(kāi)討論，并提出合理化建議。

船舶；海洋；結(jié)構(gòu)；極限強(qiáng)度

一般而言，在船舶與海洋工程當(dāng)中，極限強(qiáng)度的設(shè)定，都是經(jīng)過(guò)系統(tǒng)計(jì)算和分析后來(lái)確定的。但是隨著國(guó)內(nèi)需求的增加和國(guó)家發(fā)展的進(jìn)步，很多的極限強(qiáng)度，根本無(wú)法滿足客觀上的標(biāo)準(zhǔn)，如果固守強(qiáng)度，勢(shì)必會(huì)影響船舶與海洋工程的進(jìn)步，并且對(duì)今后的發(fā)展而言，也是非常不利的。所以，要根據(jù)船舶與海洋工程的特點(diǎn)及未來(lái)方向，將結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度不斷的強(qiáng)化，制定出更多的應(yīng)對(duì)策略。

1 結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)

隨著船舶與海洋工程的開(kāi)發(fā)深度不斷增加，結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)獲得了業(yè)界和社會(huì)上的高度關(guān)注。簡(jiǎn)單而言，結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)，其最明顯的特征在于“崩潰”。一旦出現(xiàn)了崩潰的情況，則結(jié)構(gòu)會(huì)喪失相應(yīng)的承載能力，總體剛度遭到了極大的破壞，進(jìn)而產(chǎn)生較多的危險(xiǎn)和事故。目前，我國(guó)對(duì)結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)的分析比較深入，在很多方面都進(jìn)行了較多的研究。結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)，是一種非常復(fù)雜的非線性變化過(guò)程。在研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，部分殼體結(jié)構(gòu)的極限強(qiáng)度，可以通過(guò)特征數(shù)值來(lái)計(jì)算。但是，倘若以船舶與海洋工程作為基礎(chǔ)，則在結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)的計(jì)算中，會(huì)受到很多因素的影響，最終的結(jié)果也表現(xiàn)為多元化的情況。例如，工程在投入運(yùn)營(yíng)后，整體結(jié)構(gòu)會(huì)在不斷的彎矩作用下，發(fā)聲屈曲、屈服等現(xiàn)象，最終導(dǎo)致工程的破壞。由此可見(jiàn)，結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)，對(duì)于船舶與海洋工程而言，是非常重要的，必須采用比較可行的方法進(jìn)行計(jì)算和分析，之后才能進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化處理。

2 逐步破壞法

船舶與海洋工程在我國(guó)的數(shù)量，表現(xiàn)為逐年增加的趨勢(shì)，且創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益均是非常值得肯定的。隨著時(shí)間的推移，我國(guó)未來(lái)的船舶與海洋工程，仍然表現(xiàn)為較強(qiáng)的增長(zhǎng)趨勢(shì)。但是，如果僅僅在數(shù)量上提升，相應(yīng)的技術(shù)和手段跟不上，勢(shì)必會(huì)影響船舶與海洋工程的壽命，對(duì)國(guó)內(nèi)的發(fā)展而言，是極為不利的。逐步破壞法在應(yīng)用中，可以結(jié)合船舶與海洋工程本身的特點(diǎn)，對(duì)結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)展開(kāi)分析，同時(shí)得到精確的數(shù)據(jù)與信息，值得推廣應(yīng)用。

（1）建立分段模型。逐步破壞法的應(yīng)用，并非是隨意應(yīng)用的方法，而是有著精密的體系和系統(tǒng)的要求。首先，我們要根據(jù)船舶與海洋工程的各項(xiàng)已知數(shù)據(jù)，針對(duì)船體模型進(jìn)行分析。每次分析，只能對(duì)某個(gè)分段崩潰情況下琛。所以需要選擇船體模型分段的過(guò)程當(dāng)中，要保證其選擇分段性，不可在不利情況進(jìn)行。除此之外，船體模型的建立和分析當(dāng)中，應(yīng)對(duì)每一個(gè)分段的組成進(jìn)行了解，包括角單元、加筋板單元等等，分析各個(gè)構(gòu)件的主要作用。從主觀的角度來(lái)分析，分段模型的建立，能夠?qū)χ鎯?nèi)壓縮的情況作為基礎(chǔ)，從而對(duì)加筋板單元的非線性大撓度進(jìn)行分析、計(jì)算，最終獲得準(zhǔn)確的結(jié)果。

（2）分段基本假定。船舶與海洋工程的結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)，在應(yīng)用逐步破壞法研究當(dāng)中，分段假定的作用是非常重要的，主要是明確以下假設(shè)。

第一，假設(shè)船體斷面崩潰，造成框架板格發(fā)聲壓縮的主要原因，基本上不存在其他的原因。第二，假設(shè)框架間的梁-柱崩潰應(yīng)力，客觀上不可超出加筋的一側(cè)的臨界點(diǎn)力，并且不可超出總體船體結(jié)構(gòu)不平衡的臨界力。此條件的存在，主要是為了將現(xiàn)實(shí)情況融入，避免在船舶與海洋工程的施工當(dāng)中，出現(xiàn)“豆腐渣”工程的情況。

（3）有限元法。對(duì)于船舶與海洋工程而言，結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)的研究，除了要在上述的兩項(xiàng)工作中取得成果外，還必須選擇合理的方法進(jìn)行針對(duì)性的分析和解答。與以往不同的是，當(dāng)前的船舶與海洋工程獲得了高度的關(guān)注，選擇的方法應(yīng)在可行性、精確性等方面，均獲得較大的成功。有限元法是目前比較推崇的一種方法，除了自身的體系比較健全外，還可以根據(jù)船舶與海洋工程的具體情況，實(shí)施系統(tǒng)的分析，最終能夠獲得理想的成果。本文認(rèn)為，在船舶和海洋工程船體模型的極限強(qiáng)度分析當(dāng)中，加筋板單元破壞之后，發(fā)生了在撓度、變形，共應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系有著復(fù)雜的非線性的關(guān)系。非線性變化原因有以下幾點(diǎn)，如幾何、接觸、材料非線性等等。最主要的就是材料、幾何的非線性原因。在船體結(jié)構(gòu)中加筋板單元的形狀、取向發(fā)生變化都有可能造成加筋板剛度變化。同時(shí)船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)是金屬制作，且物點(diǎn)是可以讓船體材料產(chǎn)生永久性的變形。通過(guò)一步一步增加把一些非線性特性融入分析中可以對(duì)各類(lèi)復(fù)雜的問(wèn)題進(jìn)行比較、研究和分析。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文對(duì)船舶與海洋工程的結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度展開(kāi)了分析，從目前所掌握的情況來(lái)看，結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度的提升和優(yōu)化，還是有很大的提升空間的。各個(gè)地方在開(kāi)展船舶與海洋工程的施工的同時(shí)，應(yīng)將結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度作為重要的衡量指標(biāo)，通過(guò)專業(yè)的方法進(jìn)行分析，并將得到的數(shù)據(jù)反復(fù)核對(duì)，與客觀情況、條件結(jié)合后，再進(jìn)行系列的改造和優(yōu)化，進(jìn)而推動(dòng)船舶與海洋工程向前發(fā)展。

[1] 張婧，施興華，顧學(xué)康. 具有初始缺陷的船體加筋板結(jié)構(gòu)在復(fù)雜受力狀態(tài)下的極限強(qiáng)度研究[J]. 中國(guó)造船，2013,01:60~70.

[2] 張健，沈中祥，王自力,嵇春艷. 腐蝕損傷對(duì)深海半潛式平臺(tái)結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度的影響研究[J]. 船舶力學(xué)，2012,11:1283~1290.

[3] 張婧，石曉彥，錢(qián)鵬，嵇春艷. 基于材料參數(shù)、構(gòu)件尺寸及初始缺陷隨機(jī)特性的加筋板條極限強(qiáng)度研究[J]. 船舶工程，2014,06:68~72.

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