船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與安全問(wèn)題探究

姜克友 嚴(yán)光星

【摘 ?要】隨著我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，各行各業(yè)的發(fā)展也有了新的改善。船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析這項(xiàng)工作關(guān)系到大量技術(shù)參數(shù)和影響因素，屬于一個(gè)十分繁瑣的流程。其最終目標(biāo)就是要解決船體在具體承受水平下安全以及穩(wěn)定方面的問(wèn)題。并且還要確保其支出的經(jīng)濟(jì)費(fèi)用能夠承受，或者是最低的條件。使用之前船體尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算方式，既無(wú)法達(dá)到理論計(jì)算與真實(shí)條件統(tǒng)一，還造成船體整個(gè)設(shè)計(jì)工作和方式復(fù)雜混亂。因此，采取有限元法和基于有限元分析法前提條件下去計(jì)算，能夠給船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及計(jì)算方面提供極大的方便。因此，下面將進(jìn)一步分析船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和安全問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度;安全問(wèn)題;探究

引言

針對(duì)船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與安全問(wèn)題進(jìn)行研究時(shí)，如果僅僅使用傳統(tǒng)計(jì)算方法，那么不僅會(huì)造成理論與實(shí)際脫節(jié)，同時(shí)還會(huì)使整個(gè)船體設(shè)計(jì)工作變得更為復(fù)雜。所以為了改善這種窘迫的設(shè)計(jì)問(wèn)題，工作人員不妨利用有限元法，設(shè)定基礎(chǔ)的工作前提，對(duì)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，以及計(jì)算內(nèi)容提供較為便捷的操作方法。如此一來(lái)，在提升工作效率的同時(shí)，也可以完善之前工作中的各種弊病。

1船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有限元分析方法

1.1基本理論

這里所說(shuō)的有限元分析方式是利用把整個(gè)或者部分船體結(jié)構(gòu)離散成為獨(dú)立單一的點(diǎn)模型，然后對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的一種方式，因?yàn)槠洫?dú)立點(diǎn)數(shù)量存在限制，所以將其叫做有限元。我們將運(yùn)用總體物力模型得到的方程在所有符合要求的點(diǎn)上面進(jìn)行運(yùn)用，就能夠產(chǎn)生一個(gè)使用線性方程組進(jìn)行解答的計(jì)算模型。在具體計(jì)算的時(shí)候，有限元的重點(diǎn)處理步驟可以分成預(yù)處理以及建模分析兩個(gè)程序。通過(guò)有限元分析法對(duì)于船體結(jié)構(gòu)實(shí)施建立模型計(jì)算這個(gè)技術(shù)程序是，在完全符合船體材料幾何以及非線性變形條件下，能夠獲得船體承受力荷載情況下的變形直到破損的全過(guò)程，可以根據(jù)得到的結(jié)果獲取到全體安全強(qiáng)度基礎(chǔ)條件。之后再求出全體安全大小以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。并且，一定要充分思考數(shù)值建立模型時(shí)間的代價(jià)和科學(xué)的方式。在獲得離散點(diǎn)等待解答變量之后，就應(yīng)該使用插值計(jì)算的方式把總體場(chǎng)函數(shù)實(shí)施擬合以及插值。并且，想要增多離散點(diǎn)一定會(huì)造成模型計(jì)算量以及求解時(shí)間的延長(zhǎng)，但是這個(gè)時(shí)候也要加強(qiáng)模型計(jì)算的精確程度，離散解持續(xù)接近標(biāo)準(zhǔn)解。

1.2模型建立的要素

使用有限元這種方法數(shù)據(jù)要求是，等待求變量掌控?cái)?shù)據(jù)和船體材料已經(jīng)得到的參數(shù)，受力荷載規(guī)定，有限元網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)坐標(biāo)信息等。并且使用這種方法建立模型一定要按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。首先，模型平衡要求，在船體結(jié)構(gòu)總體以及獨(dú)立節(jié)點(diǎn)受力分析過(guò)程中一定要保證靜態(tài)受力均衡。其次，建立模型一定要擁有基本要求，包含總體結(jié)構(gòu)基本要求和離散點(diǎn)單元的基本要求。最后，對(duì)于計(jì)算網(wǎng)格的分布必須要根據(jù)整體規(guī)律，應(yīng)力分散的實(shí)際情況，但元點(diǎn)受力特性，還有詳細(xì)的準(zhǔn)確程度要求。

2生產(chǎn)導(dǎo)向的船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各類科學(xué)技術(shù)得到顯著提升，尤其是在進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，需要對(duì)船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，融入生產(chǎn)導(dǎo)向理念，全面提高船舶的建造質(zhì)量，使用傳統(tǒng)的方式無(wú)法滿足當(dāng)前的質(zhì)量要求。這時(shí)需要按照相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，做好設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)的改造工作，方便后續(xù)到現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)。除此之外，還需要考慮到船體在生產(chǎn)設(shè)計(jì)和建造過(guò)程中的復(fù)雜性，由于在船體設(shè)計(jì)過(guò)程中涉及到的內(nèi)容較為廣泛，包含的作業(yè)內(nèi)容也較多，再加上船體工作量較大、周期過(guò)長(zhǎng)，應(yīng)該采取有效的方式提高生產(chǎn)建設(shè)質(zhì)量，做好船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及建造細(xì)節(jié)的分析工作，保證船舶能夠在航行中穩(wěn)定運(yùn)作，這也是船體設(shè)計(jì)人員最需要關(guān)注的問(wèn)題，還需要做好密閉性和穩(wěn)定性的檢查工作。針對(duì)不同的材料，功能和特點(diǎn)進(jìn)行分析，優(yōu)化船體結(jié)構(gòu)的建造周期，強(qiáng)化產(chǎn)品品質(zhì)。對(duì)于傳統(tǒng)的肘板節(jié)點(diǎn)進(jìn)行折邊制成的，對(duì)目前的質(zhì)量要求較高，傳統(tǒng)的包角焊接工藝無(wú)法提高船舶的建造質(zhì)量。這時(shí)為了保證施工順利進(jìn)行，需要按照原有的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比，可以將軸板端順著傾斜面進(jìn)行延伸，延伸距離是一厘米，解決焊接空間被遮擋的問(wèn)題。主板指端需要向垂直的方向進(jìn)行延伸，使用此種方式能有效地?fù)踝『附涌臻g。除此之外，在進(jìn)行垂直延伸時(shí)，要考慮到圓弧過(guò)渡不平順的問(wèn)題，全面提升整體的建造質(zhì)量。與此同時(shí)，可以使用和斜邊平行的方式進(jìn)行延伸，進(jìn)而使得圓弧平滑過(guò)渡，全面提高施工建設(shè)效果，做好最后的比對(duì)分析工作，提升焊接品質(zhì)。

3船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與安全優(yōu)化

3.1采用新設(shè)計(jì)理念，提高船體遠(yuǎn)航能力

運(yùn)用高科技和全新的理念來(lái)研究船體，提高船體的穩(wěn)定性以及遠(yuǎn)航能力，建造多功能船舶是當(dāng)前發(fā)展的趨勢(shì)。傳統(tǒng)的船舶航行動(dòng)力主要采用的是柴油，這樣增加了船體的載荷量，而且也會(huì)使船體發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命受到影響。現(xiàn)在船體的動(dòng)力系統(tǒng)大多數(shù)采用的是新能源以及汽電混合的系統(tǒng)，而船舶內(nèi)各個(gè)場(chǎng)所都采用的是太陽(yáng)能電池板供電，這樣能夠提高船體的工作效率，而且節(jié)能環(huán)保。對(duì)于船體供電系統(tǒng)，可以配備一定數(shù)量的蓄電池，能夠時(shí)刻給太陽(yáng)能電池板充電，從而保證電池處于100%的狀態(tài)，防止由于缺電而影響船體遠(yuǎn)航。目前為止，我國(guó)船舶動(dòng)力設(shè)備的性能還不夠好，大多是從國(guó)外購(gòu)買具有先進(jìn)技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)，從而提供船體的航行能力。但應(yīng)當(dāng)積極參考其他國(guó)家的發(fā)動(dòng)機(jī)，研究其技術(shù)，對(duì)船體進(jìn)行改良，降低船體在航行中受到的阻力。除此之外，還在船底涂布防腐材料能夠增加船體的防腐性能，而且也能夠降低船體的摩擦力。

3.2生產(chǎn)設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)

在船舶的整個(gè)設(shè)計(jì)周期當(dāng)中，生產(chǎn)設(shè)計(jì)是最后也是最為重要的環(huán)節(jié)。生產(chǎn)設(shè)計(jì)當(dāng)中需要注意和改進(jìn)的細(xì)節(jié)問(wèn)題多而繁雜，限于篇幅，本文僅對(duì)典型細(xì)節(jié)問(wèn)題進(jìn)行探討：首先，對(duì)于分段劃分的設(shè)計(jì)必須與施工單位緊密溝通和合作，依據(jù)具體情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，如施工單位起重設(shè)備的吊裝能力、施工場(chǎng)地布置情況等。其次，生產(chǎn)設(shè)計(jì)過(guò)程中因輪機(jī)、電氣等專業(yè)需要預(yù)開(kāi)的貫穿孔應(yīng)在板件套料前開(kāi)出，這樣可以減少分段人工開(kāi)孔，有利于開(kāi)孔質(zhì)量和縮短工期。對(duì)于船體構(gòu)件上設(shè)置的通焊孔應(yīng)根據(jù)船型和區(qū)域功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，非特殊區(qū)域在施焊可行時(shí)通焊孔盡量減小以避免開(kāi)孔過(guò)大焊后增設(shè)不必要的補(bǔ)板。部分艙室艙壁扶強(qiáng)材上端的肘板因裝修效果受到限制時(shí)，可將肘板設(shè)計(jì)成與扶強(qiáng)材一體化，既滿足強(qiáng)度要求又減小了肘板尺寸從而滿足艙室裝修效果。

3.3主要構(gòu)件的布置

主要構(gòu)件如中內(nèi)龍骨、旁內(nèi)龍骨、甲板縱桁和強(qiáng)橫等在布置時(shí)應(yīng)注意其合理性，在滿足規(guī)范要求的同時(shí)盡量均衡布置且主要構(gòu)件應(yīng)在同一平面內(nèi)形成強(qiáng)框架，有利于在計(jì)算主要構(gòu)件尺寸時(shí)的均衡性，不會(huì)產(chǎn)生構(gòu)件尺寸的冗余。對(duì)于有較大開(kāi)口（如：甲板機(jī)艙開(kāi)孔和客船側(cè)壁大開(kāi)口）處，主要構(gòu)件在布置時(shí)應(yīng)盡量避開(kāi)這些區(qū)域，在前期設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)全局考慮開(kāi)口大小和主要構(gòu)件間距的協(xié)調(diào)以避免使主要構(gòu)件在這些位置突然斷開(kāi)不利于力傳遞。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和安全性的進(jìn)一步分析和闡述，可以充分認(rèn)識(shí)到船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度問(wèn)題需要大家的共同努力，也需要船體材料供應(yīng)商的鼎力支持，需要航運(yùn)主管加強(qiáng)管理力度。對(duì)于船體來(lái)講，其磨損、老化和外力作用無(wú)法避免，但只要船舶能夠管理好，就能夠有效避免、減少、防止以及延緩船舶的老化、磨損和損壞，從而保證船舶、貨物和人的安全。延長(zhǎng)船舶使用壽命，充分發(fā)揮船舶的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。因此，希望本文能為船體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和安全性提供一定的參考和幫助，從而保證船體的安全運(yùn)行。減少安全事故的發(fā)生，增加船體的使用時(shí)間。

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（作者單位：廣州文沖船舶修造有限公司）