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摘要：隨著航運業的不斷發展，船舶數量不斷增加，船舶和海洋工程的技術得到全面的發展，結構極限強度成為了重點研究內容，通過對技術的研究分析，明確船舶與海洋工程結構極限強度。本文首先詳細介紹了船舶和海洋工程結構極限強度的計算方法，然后從可靠性、安全性兩個方面入手對結構極限強度進行具體的分析，最終針對波浪載重這一船舶結構中最重要的內容進行研究，達到強化結構極限強度的目的。

關鍵詞：有限元法；復雜結構系統；完全塑形狀態

船舶與海洋工程結構極限強度對國家海洋工程發展具有著十分重要的作用，近年來海上事故的發生大多是因為船舶擱淺造成的，而在船舶發生事故后，結構強度就會受到嚴重的影響。雖然近年來國家綜合實力提升，在船舶和海洋工程方面，取得了一定的成績，但是結構極限強度依然是其中的重點研究內容，從船舶和海洋工程結構極限強度計算方式入手分析，以此為海洋工程的工作人員提供相應的參考數據。

一、船舶和海洋工程結構極限強度的計算方法

隨著國家對船舶和海洋工程結構極限強度的相關概念不斷完善，對船舶和海洋工程結構極限強度的計算方法也在逐漸增加，其中常見的方法有三種，分別為：逐步破壞分析法、有限元法、直接計算法。第一，逐步破壞法，船舶和海洋工程數量不斷的增加，帶來了巨大的經濟效益、社會效益。隨著時間的推移，技術和手段并沒有得到提升，對于國內海洋工程的發展，存在著較大的阻礙。但是借助逐步破壞法，從船舶和海洋工程的特點入手，對結構極限狀態展開分析，逐步破壞法一共分為兩個部分，第一部分建立分段模型力、第二部分分段基本假定，以此得到準確的計算結果[1]。第二，有限元法，有限元法適用于不同的船舶結構模型，不僅如此，在分析結構的過程中靜態載荷和動態載荷下極限狀態都會得到分析，也能夠對單個結構進行響應分析。第三，直接計算法，直接計算法是根據船體的橫剖面全塑性彎矩情況來對船舶和海洋工程結構極限強度進行估算，但是這種方法沒有考慮到加筋板單元可以承受的壓力，因此所得到的估算值相對較高。

二、船舶和海洋工程結構極限強度的具體分析

（一）復雜結構系統的可靠性

從運行角度而言，船舶和海洋工程結構系統較為復雜多變，想要加強船舶運行安全，就要加強對船舶和海洋工程結構極限強度的研究。根據實際情況可知，想要確定船舶和海洋工程結構，就要對比船舶載重隨機變量和船體本身結構變量之間的變異性，在船舶載重隨機變量的變異性較大時，就可以運用搜索系統的失效途徑。科學技術的發展，信息技術的全面引入，復雜結構系統的可靠性分析效率得到提高，計算準確性也得到根本上的提升。比如，當船舶的船底肋板出現變形損傷時，就要對船舶和海洋工程結構極限強度的具體分析，根據極限強度解析計算方法的具體原理，不需要考慮船舶底部的肋板和肋板上出現的損傷損傷變形情況，只需要依靠船舶的縱向構件，就可以得到具體的極限強度。因此在分析過程中只需要關注肋板和肋板上的變形過程，以及變形過程中的能量耗散情況。對于肋板的變形而言，可以分為兩個部分。第一個部分為中間，因為礁石的作用而發生變形，第二部分為兩邊，因為受到波及而變形，因此當船舶的船底肋板和扶強材出現變形損傷時，船舶總的變形能為兩個部分的變形能相加，也就是Efloorcentral、Efloorside疊加。

（二）受損結構系統的安全性

隨著船舶載體的變形發展，從各方面出發，考慮結構系統設計的安全性和經濟性也是現階段研究的主要方向，通過對結構設計的綜合考慮，明確不確定因素，繼而對經濟性、安全性進行分析[2]。對于受損結構系統的安全性分析，要建立在船舶原有結構上開展，得到受損力度和海域情況，并且為以后的船舶運行提供參考，避免出現同類型情況。由上可知，在船舶運行的過程中，擱淺是最常發生的海上事故，在發生海上事故后，船舶結構強度就會受到影響，因此對受損結構系統的安全性分析極為重要。比如，某船舶發生擱淺事故后，相關維修人員對受損結構系統的安全性進行分析時，發現該船舶的外底板縱骨達到完全塑形狀態，如果不加以維修，就無法在船舶的極限強度中發揮作用，這是因為船舶的外底板縱骨的高度和礁石的撞擊深度相比，相對較小，所以，在礁石的沖擊擠壓下，船舶的外底板縱骨受到了直接作用，形成完全塑形狀態。在縱骨失效的情況下，其他的受損的船底外板也轉變為一塊橫向板單元，因此在解析計算過程只需要對一塊橫向板單元進行分析。

（三）船舶波浪載重方法分析

在復雜結構系統的可靠性、受損結構系統的安全性進行全面的分析后，還要對船舶波浪載重方法進行分析，船舶波浪載重方法是船舶結構中必須要考慮的載荷方式，加強對船舶波浪載重方法的正確計算，可以讓船舶結構得到更加優化的設計，以此保證船舶和海洋工程結構極限強度。船舶的波浪載荷方式有兩種，分別為：總體載荷和局部載荷。其中前者借助了海水壓力，但是海水壓力也會引起全船的晃動問題，從船舶的安全性出發，波浪載荷也就是局部載荷對船舶和海洋工程結構極限強度起到了一定的作用。但是因為船體、波浪的形狀不同，因此隨機性較大，載荷的計算難度較大，具體的計算方法如下：第一，根據波浪誘導運動和波浪載荷，得到的相應的函數；第二，根據函數繪制相應的圖表，進而得到具體的概率數據，進行長期預報和短期預報；第三，對長短期預報進行進一步的統計計算，得到設計極值。

三、總結

綜上所述，船舶和海洋工程結構極限強度計算在傳播結構強度運動研究中占據著十分重要的地位，但是，現階段的研究力度較弱，研究內容較為局限，因此必須要加強對船舶和海洋工程結構極限強度的研究。將具體的研究結果應用到船體結構的研發中去，繼而真正的解決船舶和海洋工程結構中存在的問題，為船舶結構設計、海洋結構設計得到全面的改善，推動國家的船舶海洋工程事業得到真正的發展。

參考文獻：

[1]李帥朝.基于船舶與海洋工程結構極限強度的探究[J].科技展望,2016,26(31).

[2]劉晨.船舶與海洋工程結構極限強度研究[J].工程技術:引文版,2016(5):00294-00294.

作者：張云峰；任洪敏 單位：上海外高橋造船海洋工程有限公司