摘要：近些年来，在我国科技不断发展的背景之下，越来越多的先进船舶被研发出来，但是在船舶制造技术的不断发展之下，船舶的强度问题越发成为被人们所广泛关注的话题。船舶在航行的过程中都在承受着各个方面的力，因此船体的强度对于船舶的使用而言具有重要意义。因此本文围绕船体强度以及船体强度对船舶行业的意义展开研究。
关键词：船体强度 研究现状 船舶航行
一、船体强度的研究意义
船只在制造的过程中，由于制造材料自身缺陷、制造工艺等原因会使船舶在制造的过程中产生残余应力。并且船舶再投入使用之后会受到风、浪等外在的作用力，总的来说，船舶在使用的过程中随时都在受力。那么对于船舶的使用而言，使用的安全行是最为重要的，只有在保障安全使用的前提下才能够体改它的经济性能与使用功能。不同类型的船舶有着不同的结构，所以船舶的受力情况是不相同的。以散货船只为例，散货船只所载的货物与装载受力情况使得散货船只比其他船只更容易老化，因此这就在一定程度上增加了发生事故的概率，其中装载量达到两万吨以上的船只与散装固体重货的船只发生事故的情况最多。据相关数据显示，散货船只在恶劣的海况下行驶，由于结构损坏而引发货舱浸水从而导致船只沉没是事故的主要原因。对于集装箱船只而言，其为了保障高效率的装卸，货舱的开口将会非常大，一般货舱口宽度为船宽的80％左右，有的甚至达到89％以上，其船体的纵向、横向及抗扭的强度将是一个不容忽视的问题。对于大中型船舶，载重量与极限强度基本保持线性关系。对极限强度的主要影响参数有屈服应力、杨氏模量、初始变形、焊接残余应力以及平均板厚等。因此，船体强度分析是必不可少的。
二、船体强度的研究现状
2．1船体强度数值计算概述
船体结构有着不同的模型单元，例如纵骨、肋板、加强板、分段、总体。对船体结构的受力状态分析，主要采用有限元软件，建立模型单元，对船舶结构进行有限元分析是一项复杂的系统工程。模型范围、单元类型和尺寸、边界条件、加载方式的选取和初始缺陷的模拟等工作必须合理有效，否则直接影响计算效率和精度。船体结构强度分析主要分为总体强度校核和局部强度校核。
2．2总体强度计算
船体总体强度分析：对整个船体进行有限元分析，并考虑几何和材料的非线性。船舶力学研究者发展了多种计算船体总纵强度的数学模型，其中较具代表性的是：直接计算方法和逐步破坏分析方法。Ca Idwe II将船体总纵极限强度估算为船体横剖面的全塑性弯矩，通过对受压构件承载能力的折减以说明屈曲的影响。该方法没有考虑当加筋板单元承受的压应力超过其极限强度后的载荷一缩短行为以及截面应力的重新分布，这往往过高地估算了船体结构总纵极限强度值。另外，在当时由于不能准确计算每个结构单元的折减因子值，因此计算的极限强度难以真实反映船体破坏行为和极限承载能力。为此，许多研究人员在充分考虑了横截面单元特性的基础上提出了逐步破坏分析方法。通过对梁一柱单元做弹塑性大变形有限元分析以确定加筋板单元的载荷一缩短行为。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆船体总纵强度的研究在船舶建造中有着很大的现实意义，不仅涉及船体结构本身的问题，而且与船体的分段、船舶的分舱休戚相关，目的在于确保一定装载量和保证甲板与船底强度储备前提下，采用较合理的结构型式以减轻皱向构件重量。
2．3局部强度计算
船体的局部强度检验主要针对承受垂向载荷的平面板架的弯曲强度和稳定性的。对于装载大件货的平面板架，一方面参与船体的纵向弯曲，因而在它们的周边纵向受到拉应力或压应力；另一方面，在板架平面内承受垂向载荷，板架自身在这种载荷作用下发生弯曲变形，平面板架在受压时，如果来自船体总纵弯曲的压力达到一定程度，或板不能保持其平面状态，发生波折；或骨材不能保持其直线状态，发生侧向弯曲；称为板架的失稳。板架的失稳，引起船体结构的局部变形，从而削弱了船体总纵强度，因此其影响是不可忽视的，当平面板架上承载很大的局部垂向载荷时，板架失稳的危险性增大。由于船底一般为双层底结构，舱底板发生失稳的可能性较小；甲板发生失稳的可能性较之要大，因此当大件货物装载在甲板上时，应根据货物的重量和甲板结构的具体情况，确定是否需要校核甲板板架的稳定性。在有限元软件计算中，对所分析的船体结构简化为板架结构，以板条梁为基本单元。板架是指由钢板和骨材组成的结构单元，板架中的骨材在受力后发生变形，和它相连的一部分板与骨材一起作用、不可分割，板的主要作用是吸收平面内及垂向载荷，骨材能承担大部分的垂向载荷并保证板具有足够的稳定性来承担板面内的压力。
三、船体强度对船舶航行的指导意义
船舶在航行过程中，要减轻风、浪、流作用在结构上的力，尽量避免在恶劣海况下航行。因为大风浪情况下，船舶升沉运动中，出、入水的横截面面积变化剧烈将导致更大的砰击响应，极易造成螺旋桨失速，船体局部受到砰击等现象，容易对结构造成损伤。以螺旋桨受力为例，在大风浪情况下，船体处于纵摇、垂荡状态，船体上升时，部分桨叶露出水面，处于空气中，下降时，桨叶又回落水面下，对桨叶产生周期性砰击作用力，损坏桨叶，同时作用力通过轴系传递到主机上，对主机也有很大的影响。在航行的过程中，要根据结构的强度，合理装载，既保证营运的经济性，又要保证安全。以散货船为例：营运中要消耗淡水、食品、油料等，还要受风浪作用力，考虑到船底板受局部水压力和腐蚀的影响对强度的削弱。因此船舶所受外载荷不可能是一个单一的载荷，也不是一个简单的载荷组合，而是与其装载工况有关，每一组装载工况对应特定的货物压力、舷外水压等局部载荷和水平弯矩、扭矩等外载荷。同时统计资料表明，迎浪时船体梁最可能出现危险，此时垂向波浪弯矩最大，扭矩很小。此外在货舱中的货物可以抑制受压构件的失稳，提高了舱段整体的承载能力。
四、结束语
综合上文内容，船体的强度对于船舶的使用而言具有重要意义，同时船舶的强度将直接关系到船舶的使用安全性。并且船体的强度对于船舶的航行还存在一定的影响。随着科技的发展，相信在未来，船体强度将会得到进一步的提升与发展，因此综合船舶的使用效果，对船舶的强度进行研究与发展具有重要意义。
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论文作者:周一飞
论文发表刊物:《建筑模拟》2018年第14期
论文发表时间:2018/8/29
标签：船体论文; 强度论文; 船舶论文; 载荷论文; 结构论文; 船只论文; 应力论文; 《建筑模拟》2018年第14期论文;