船体结构强度与安全问题分析

摘要：船体结构强度分析涉及到大量的技术参数和因素，这是一个非常繁琐的过程。最终的目标是解决船体在特定水平上的安全和稳定问题，并确保其支出的费用足以在使用负担最低。船体尺寸的设计计算方法不仅能实现理论计算与实际情况的统一，而且会造成船体的整体设计工作和复杂的混乱。有限元法的提出和有限元分析的前提条件，为船体结构的设计和计算提供了极大的方便。基于此，本文对船体结构强度与安全问题进行分析。

关键词：船体；结构强度；安全问题

在船体结构设计的过程中，工作人员所追求的最终目标就是为了提升船体的承载水平，并保障其强度和安全性，与此同时，还需要确保最终所支付的经济费用可以在可承受的范围之内。在针对船体结构强度与安全问题进行研究的时候，如果仅仅使用传统的计算方法，那么不仅会造成理论与实际的脱节，同时还会使整个船体设计工作变得更为复杂化。所以为了改善这种窘迫的设计问题，工作人员不妨利用有限元法，设定基础的工作前提，对传统结构设计工作，以及计算内容提供较为便捷的操作方法。如此一来，在提升工作效率的同时，也可以完善之前工作中的各种弊病。

1船体结构强度有限元分析法

1.1基本理论

在对船体结构强度进行设计的时候，主要是利用有限元分析的方法，将船体离散成为单一化的点模型，然后再对这些结构展开进一步的分析，由于这些独立点数量存在着限制，所以也将其称之为是有限元。在实际计算的过程中，针对有限元的处理内容，可以将其分为预处理、建模分析这两个程序。通过有限元分析方法，对于船体结构进行建模计算时，主要是在符合船体材料几何、非线性变形的条件下，获得船体能够承受的载荷情况，并将所得到的结果设定为安全强度的基础条件。然后，在利用这些内容求出船体安全大小，以及相关的结构设计内容，当然，在执行这个过程的时候，还应该对数值建立模型的时间、代价做出合理的评估。在获得离散点等待解答变量之后，可以借助插值的方法，将总体场函数的内容进行拟合，在对离散点进行增多的过程中，可能会延长求解的时间，所以也应该增强模型计算的精准度。

1.2建立模型要素

在对有限元这种方法进行应用的时候，需要正确认识基础性的要求，也即是根据求变量的内容，掌握相关数据内容，确定受力荷载，并清楚理解有限元网络点坐标信息。在利用这种方法进行建模的时候，要按照相关的标准内容执行：首先，要达到模型平衡的要求。在船体结构总体，以及对独立节点进行受力分析的时候，要确保其处在一个静态受力平衡的状态；其次，建立模型时一定要掌握基础性的要求。这项内容包括有总体结构的基础要求、离散点单元的基本要求；最后，还应该按照规律化的形式分布计算网格，根据应力分散的实际性情况，就元点的受力特性，展开更为详细的论证。

2.船体结构强度的计算方法

2.1有限元模型

选择对船体结构强度进行直接计算这种方法来分析需要一定的条件，这一条件就是要按照有限元模型来开展。有限元模型分析方法主要有两个组成部分，分别是部分分析模型以及整体分析模型。部分分析模型没有太多计算量，建立模型不会很困难但是也有不足的地方，部分分析模型在基础要求下获得的结果在总体上存在较大的误差；整体分析模型需要依靠较大的计算量来建立模型，但是这样的做法能够使其受力荷载以及波浪条件还有基本要求下的数据值都可以比较精确，使得到结构同真实水平不会有较大误差。当前船体结构设计越来越向复杂化方向發展，尺寸越来越大就需要研发新船型，研究新型的结构设计方式。

2.2建立模型要素

在建立模型的过程中，必须要对船体的工况展开合理的计算。使用满载、压载的情况，对不同波浪状态进行考虑，并且在船体顶推形态中，还需要对船体的多种工况展开分析。在对计算模型进行应用的过程中，需要对货物的压力、船体的重量，以及弦外水压力这些情况进行考虑，利用不同的情况，选择合理的荷载计算方法。还有，就是在应用建设的模型时候，还需要控制好外力均衡调控关系。由于在工作中，外部因素会造成多种突发情况，所以当处在不均衡外力的状态下，利用有限元计算方法，仍旧能够对船体应力、单位点位移的结果进行准确的掌握。还有一点需要注意，在实际应用中，由于外力存在着一定的差别，结果可能不是十分的准确。

3船体结构安全问题的分析

船体管理人员必须密切关注船体结构和强度，加强对船体结构强度的理解。相对而言，船体的稳定性问题并不是很重要，但结构强度问题却一直是我们关注的问题。船体的稳定性差，应针对其异常现象，及时发现并采取有效的调整方法，最多只能导致危险的出现，而船体结构的强度只要存在问题，极有可能在不事先通知的情况下发生破坏性灾害。我们必须高度重视船体结构的安全性，重视船体结构的检查，以确保船体结构的细节和频率工作做好。

在检查的过程中，如果发现船体结构出现老化状态，那么其腐蚀性超出限制的问题也会逐渐的暴露出来，并且很难对其内在原因进行彻底的查明。所以工作人员在面对这方面的问题时，一定要抱有高度敬业的精神，认真执行相关的检查手段，及时发现船体结构方面存在的隐患，尽量做到防患于未然。当然，在船舶管理上，船长和大副应该保持一致的看法，按照船体管理部门的规定，每次航前进行一次船体检查工作。

航次检查的工作内容，就是每个航次扫舱时期，都需要对舱内的焊缝、板材、零件进行细致的检查。针对高边柜的内容，可以进行抽样调查，不超过半年，要覆盖全部的高边柜，并且所需要的涂水舱漆必须要进行合理的保存。像针对舱口平面、甲板、围板等容易腐蚀的部位，要定期地进行巡检，发现安全问题，在第一时间做出处理。与此同时，船舶上的每一名工作人员，都需要树立相应的安全责任意识，船舶管理者要定期组织召开安全培训会议，向工作人员就船体结构的非正常情况进行分析，引导工作人员参与到防范工作之中，就船体结构巡查工作中发现的不良问题，进行及时有效的防范，确保船体的安全行驶。

在设计船体结构的过程中，应当认真考虑其实用性能，在使船体结构安全性得到保证的前提下使船体外观变得更加美观。在船体的设计理念中，稳定性处于基础地位，船只结构设计应当与相关力学条件符合。运用实际的航海定律，充分考虑水位与天气因素所造成的影响，使船体结构的承重性能得到充分保障，在设计船体外部形态的过程中，应当满足航行动力的相关要求。为了保证设计工作的科学性与合理性，应当做好相关经验的积累与总结工作，运用科学的方式方法进行构思与计算。

结语：

通过对船体结构强度和安全性的进一步分析和阐述，可以充分认识到船体结构强度问题需要大家的共同努力，也需要船体材料供应商的鼎力支持，需要航运主管加强管理力度。对于船体来讲，其磨损、老化和外力作用无法避免，但只要船舶能够管理得好，就能够有效的避免、减少、防止以及延缓船舶的老化、磨损和损坏，从而保证船舶、货物和人的安全。延长船舶使用寿命，充分发挥船舶的经济效益和社会效益。因此，希望本文能为船体结构的强度和安全性提供一定的参考和帮助，从而保证船体的安全运行。减少安全事故的发生，增加船体的使用时间。

参考文献：

[1]姬振华.船体结构的静力极限强度和砰击动力响应[D].上海交通大学，2015.

[2]吴鑫鑫.大型半潜船船体强度的有限元分析[D].华南理工大学，2015.

[3]裴志勇，张水林，矢尾哲也.船体结构极限海况下逐次崩溃行为研究[J].工程力学，2015，32（03）：225-232.