船體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及安全問題的探析

摘要：在江蘇、山東、浙江等我國沿海省份，船舶生產(chǎn)制造企業(yè)的發(fā)展非常迅速，各種配套體系日臻完善，生產(chǎn)體系也愈發(fā)的健全，發(fā)展態(tài)勢持續(xù)向好。雖然我國船舶的整體產(chǎn)能比較高，但是整個(gè)的質(zhì)量水平還沒有提升上來，船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及安全等方面的問題益發(fā)凸顯。船體結(jié)構(gòu)一旦產(chǎn)生質(zhì)量方面的問題，不僅會(huì)威脅船上工作者的生命安全，導(dǎo)致重大財(cái)產(chǎn)損失，亦不利于我們和諧社會(huì)的構(gòu)建。因此，有必要提升船舶施工質(zhì)量，在設(shè)計(jì)、制造、檢測等不同的環(huán)節(jié)加以嚴(yán)控。對于船體設(shè)計(jì)人員來說，如果不去思索怎么創(chuàng)新的話，那么不僅會(huì)使理論背離實(shí)踐，同時(shí)還會(huì)使整個(gè)船體設(shè)計(jì)工作變得更為復(fù)雜化，造成“剪不斷，理還亂”的狀態(tài)。本文主要是筆者以親身工作為基礎(chǔ)，探討了船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和安全等方面的問題。Keys：船體；結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；有限元分析法；建立模型

0.引言在針對船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與安全問題進(jìn)行研究分析的時(shí)候，很多人都會(huì)覺得無處下手，分不清主次，因其受到各種不同因素的影響，所蘊(yùn)的參數(shù)比較多，整個(gè)過程并不是那么簡單，甚或有些雜亂。在外加載荷的作用下，船體結(jié)構(gòu)一定要確保具備充裕的承載力，還要保證具備較好的穩(wěn)定和安全性能。針對船舶營運(yùn)中的船體結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度管理，有必要進(jìn)一步細(xì)化、強(qiáng)化，進(jìn)而達(dá)成規(guī)范化、制度化的目標(biāo)，這同時(shí)也是確保船舶安全航行的關(guān)鍵所在。1.船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有限元分析法

船舶施工當(dāng)中，殘余應(yīng)力往往在所難免，因?yàn)楣に嚾秉c(diǎn)以及材料缺陷等各方面原因所致。即使船舶投入運(yùn)行以后，在復(fù)雜海況中也會(huì)長期受到浪、風(fēng)等影響，使航行安全受到威脅。所以對船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行分析是非常必要的，一般常用的即為有限元分析法。1.1有限元基本理論

分析船舶船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，有限元是不能缺少的。這種方法主要是將船體離散成為點(diǎn)模型，隨后再開展深入的分析，這些獨(dú)立點(diǎn)數(shù)量存在著一定限制。一般情況下，運(yùn)用有限元分析法主要展開的是預(yù)處理、建模分析等內(nèi)容，能夠獲得較為準(zhǔn)確的船體結(jié)構(gòu)可承受載荷值，并將所得到的結(jié)果設(shè)定為安全強(qiáng)度的基礎(chǔ)條件。這樣就能夠更好地獲得船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)的內(nèi)容。誠然，在具體的實(shí)踐工作中，需要精確評估數(shù)值建立模型的時(shí)間等項(xiàng)。在獲得離散點(diǎn)等待解答變量之后，可以借助插值等方式來擬合整體場函數(shù)，在對離散點(diǎn)進(jìn)行增多的過程中，可能會(huì)延長求解時(shí)間，所以應(yīng)增強(qiáng)模型計(jì)算的精準(zhǔn)度。

1.2建立模型要素分析

有限元分析法的運(yùn)用，需要注意的事項(xiàng)有很多。船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員需要增強(qiáng)知識(shí)儲(chǔ)備，根據(jù)求變量的內(nèi)容，掌握相關(guān)的數(shù)據(jù)內(nèi)容，針對受力荷載值予以界定，掌握有限元網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)坐標(biāo)信息。有效元分析法在模型構(gòu)建當(dāng)中的運(yùn)用，需要嚴(yán)格遵循既定的要求，按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)展開。具體的需要做好以下幾個(gè)方面：一個(gè)是要關(guān)注模型平衡，在對整體船體結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)開展受力分析的過程中，一定要使被分析對象處在靜止的狀態(tài)，且受力方面一定是平衡的。二是構(gòu)建模型的時(shí)候不能操之過急，要從基礎(chǔ)工作做起，完善基礎(chǔ)性工作。比如整體結(jié)構(gòu)和獨(dú)立單元的基礎(chǔ)要求等等。最后需要指出的是，還要使計(jì)算網(wǎng)格的分布符合規(guī)律化的形式，在摸清應(yīng)力分散實(shí)際狀況的前提下進(jìn)行相關(guān)的論證。

2.船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的計(jì)算方法

2.1有限元模型

計(jì)算船體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，可以采取直接的計(jì)算方法，主要是結(jié)合船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的分析內(nèi)容，根據(jù)有限元的結(jié)果展開相關(guān)的運(yùn)算。在具體實(shí)施的過程中，有限元分析法主要是由整體、部分這兩塊內(nèi)容構(gòu)成。在實(shí)際的應(yīng)用上，整體分析模型需要較大的計(jì)算量，但是其受力荷載等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)值的準(zhǔn)確度較高，并且所得到的內(nèi)容和真實(shí)水平比較接近；而采取部分分析模型的時(shí)候，其建立模型所需要的計(jì)算量雖然相對比較低，但是也存在著疏漏的問題，尤其是在基礎(chǔ)要求下，其和總體內(nèi)容存在著誤差問題。隨著船體結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜化，其整體尺寸也在不斷提升，若想研發(fā)新型船舶，勢必需要設(shè)計(jì)出更為新型的結(jié)構(gòu)類型。

2.2建立模型要素

模型的構(gòu)建過程，涉及較多知識(shí)點(diǎn)，船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員需要付諸飽滿的責(zé)任，開展更加合理的計(jì)算。使用滿載、壓載的情況，對不同波浪狀態(tài)進(jìn)行全面的考慮，并且在船體頂推形態(tài)中，需付諸大局眼光，考慮不同類別的工況。需要對貨品所產(chǎn)生的壓力、船體重量、弦外水壓力等因素予以重點(diǎn)關(guān)注，保證考慮的因素?zé)o有遺漏。還需要注意的是，在實(shí)際應(yīng)用計(jì)算模型的時(shí)候，還需要對外力均衡調(diào)控的關(guān)系予以控制。由于在實(shí)際的工作中，不同的因素會(huì)導(dǎo)致不一樣的狀況出現(xiàn)，遽然而生的情況是很多的，需要區(qū)別對待，逐個(gè)解決。所以當(dāng)處在不均衡外力的狀態(tài)下，利用有限元計(jì)算方法，仍舊能夠?qū)Υw應(yīng)力、單位點(diǎn)位移的結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確的掌握。最后還有一點(diǎn)需要注意，在實(shí)際的應(yīng)用中，由于外力存在著一定的差別，所得出的結(jié)果準(zhǔn)確性會(huì)打上一定的折扣。

3.船體結(jié)構(gòu)安全問題的分析

在船舶管理的問題上，工作者需要始終關(guān)注細(xì)節(jié)方面的問題，對船體結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度等內(nèi)容給與高度重視，以避免船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度產(chǎn)生意外，這也是確保船體結(jié)構(gòu)安全的關(guān)鍵所在。針對船體結(jié)構(gòu)安全方面的內(nèi)容，一定要重視結(jié)構(gòu)檢查工作，關(guān)注相應(yīng)的細(xì)節(jié)問題，控制好頻次管理。

在實(shí)際檢查的過程中，如果發(fā)現(xiàn)船體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了老化的狀態(tài)，那么其腐蝕性超出限制的問題也會(huì)逐漸地暴露出來，并且很難對其內(nèi)在原因進(jìn)行徹徹底底的查明，這就會(huì)給相關(guān)人員帶來很大的困擾。所以工作人員在面對這方面的問題時(shí)，一定要抱有高度敬業(yè)的精神，一定要認(rèn)真執(zhí)行相關(guān)的檢查手段，及時(shí)發(fā)現(xiàn)船體結(jié)構(gòu)方面存在的一些隱患，盡量做到防患于未然，將這些隱患及時(shí)地排除在外，避免帶來后續(xù)的麻煩。當(dāng)然，在船舶的實(shí)際管理方面，船長和大副應(yīng)該保持較為一致的看法，彼此之間應(yīng)當(dāng)形成較為強(qiáng)大的合力，嚴(yán)格按照船體管理部門的規(guī)定，每次正式航行開始之前，進(jìn)行一次船體檢查工作，從而把安全風(fēng)險(xiǎn)降到最低的程度。

航次檢查的工作內(nèi)容，其實(shí)就是每個(gè)航次掃艙時(shí)期，都需要對艙內(nèi)的焊縫、板材、零件等進(jìn)行細(xì)致的檢查，這些檢查絕對不能形式化，要真正深入和全面。針對高邊柜的內(nèi)容，可以采取抽樣調(diào)查的方法，不超過半年，要覆蓋全部的高邊柜，并且所需要的涂水艙漆必須要進(jìn)行合理的保存。像針對艙口平面、甲板、圍板等容易產(chǎn)生腐蝕的部位，要定期地進(jìn)行巡檢，一旦發(fā)現(xiàn)安全問題，在第一時(shí)間做出及時(shí)有效的處理。與此同時(shí)，船舶上的每一名工作人員，都需要樹立相應(yīng)的安全責(zé)任意識(shí)，安全不是某個(gè)人某個(gè)部門的事情，與全體員工都有關(guān)聯(lián)，需要大家協(xié)力做好。鑒于此，船舶管理者要定期組織召開安全培訓(xùn)會(huì)議，以會(huì)議的契機(jī)向工作人員就船體結(jié)構(gòu)的非正常情況進(jìn)行分析，鼓勵(lì)大家就相關(guān)問題展開討論，引導(dǎo)工作人員參與到安全防范工作之中，就船體結(jié)構(gòu)巡查工作中發(fā)現(xiàn)的不良問題，進(jìn)行及時(shí)有效的防范，這樣才能長期確保船舶的安全行駛。

4.結(jié)語

綜合以上的論述來說，在船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與安全問題的研究方面，工作人員應(yīng)該結(jié)合實(shí)際情況，對船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的計(jì)算內(nèi)容，進(jìn)行合理化的應(yīng)用，并結(jié)合實(shí)際情況，做出一些必要的創(chuàng)新。還有，針對安全問題，需要對船舶展開合理有效的管理，提升船舶的經(jīng)濟(jì)效益，盡可能地延長船舶的使用年限。這樣一來，在降低船舶安全事故發(fā)生率的同時(shí)，也可以為我國航海運(yùn)輸事業(yè)的未來發(fā)展貢獻(xiàn)出一份自己的力量。

Reference[1]祁恩榮,崔維成.破損船體極限強(qiáng)度非線性有限元分析[J].船舶力學(xué),2005(05):83-91.[2]譚開忍,李小平.船體結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度研究進(jìn)展[J].船舶,200