對船舶結(jié)構(gòu)疲勞強度分析探討

劉明雪 秦超 王偉新

摘 要：隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我國的船舶事業(yè)也不斷的進步，造船行業(yè)的壓力也是不斷地增大。在船舶制造中，最主要的是質(zhì)量問題，因而保障船舶的質(zhì)量是造船的關(guān)鍵。其中，由于造船不當或者長期的使用，船舶結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)疲勞，這是造成船舶事故的重要因素之一，所以對船舶結(jié)構(gòu)疲勞強度作分析是必不可少的。

關(guān)鍵詞：船舶結(jié)構(gòu)；疲勞強度；分析

船舶作為海上主要的交通運輸工具，在海上運輸中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。但是長期在海上進行工作，面對千變?nèi)f化的海上環(huán)境，船舶所承受的壓力是非常巨大的，船體時刻都在遭受著海水的侵蝕，長期的累積，就會使船舶出現(xiàn)結(jié)構(gòu)疲勞的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致船舶出現(xiàn)質(zhì)量問題，對船舶結(jié)構(gòu)疲勞問題給予重視是提高其使用效率的關(guān)鍵。

一、對船舶結(jié)構(gòu)疲勞強度問題進行分析的必要性

1.有利于提高船舶的安全系數(shù)。船舶在進行航海時，安全問題是首要的問題，海上航行不同于陸地行駛，海上的環(huán)境相比陸地來說要更加復(fù)雜，所以船舶在行駛時要面對各種各樣復(fù)雜的海上環(huán)境，這些都是可能造成船舶結(jié)構(gòu)疲勞問題的因素，提前對船舶結(jié)構(gòu)疲勞強度做出分析，可以提前做好海上的應(yīng)對措施，以便隨時應(yīng)對海上復(fù)雜的環(huán)境。同時，提前對船舶的結(jié)構(gòu)疲勞強度做出分析，也可以進一步的掌握船舶的具體信息，從而更好的保障船舶的安全，提高船舶航行的安全系數(shù)，為船舶的安全行駛保駕護航。

2.有利于延長船舶的使用壽命。船舶的建造是一項任務(wù)比較繁重的工程，隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，大型船舶的需求量在不斷的上升，為了滿足社會的需求，及時完成社會上的任務(wù)，一些船舶建造商往往會忽視船舶結(jié)構(gòu)疲勞強度問題，不能嚴格按照要求來進行船舶建造，這時就需要使用者對船舶的結(jié)構(gòu)疲勞強度進行詳細的分析，以便及時的發(fā)現(xiàn)問題，進行修正和提高，從而進一步提高船舶的安全性能，延長船舶的使用壽命，更好的為航海事業(yè)做貢獻。

二、造成船舶結(jié)構(gòu)疲勞的原因

1.對于船舶結(jié)構(gòu)疲勞強度的重視不足。在進行船舶建造時，船舶相關(guān)各方面的結(jié)構(gòu)性能和功能都有嚴格的要求，但是由于社會上的需求不斷地增加，導(dǎo)致一些船舶建造廠商在進行船舶建造時，忽視了對于船舶結(jié)構(gòu)強度的重視，未嚴格按照施工工藝進行焊接，有的時候也未按照設(shè)計院、船檢退審圖進行施工，從而導(dǎo)致了船舶在使用中出現(xiàn)安全問題，這是造成船舶結(jié)構(gòu)疲勞強度問題的主要因素。重視度不足會讓整個船舶的安全性能大幅度下降，降低船舶的使用壽命，降低船舶的質(zhì)量，造成不可預(yù)期的船舶安全問題。

2.船舶應(yīng)力變化較大。船舶作為海上航行的必要工具，在載客量和載貨量上都有一定的要求，但是由于供不應(yīng)求，導(dǎo)致一些船舶在進行運輸時超載運輸，而在運輸?shù)緯r，船舶的運載量又是大幅度的降低，這樣交變的運輸量會造成船舶應(yīng)力的交變性，從而導(dǎo)致船舶的結(jié)構(gòu)疲勞，使得整個船舶的結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，這是造成船舶結(jié)構(gòu)疲勞強度的關(guān)鍵因素。

3.對船舶結(jié)構(gòu)疲勞強度的分析方法不足。由于長期的運輸和海上工作，會使船舶出現(xiàn)一些功能和結(jié)構(gòu)上的問題，這是不可避免的，但是由于缺乏對于船舶結(jié)構(gòu)疲勞強度的分析方法，導(dǎo)致船舶結(jié)構(gòu)疲勞問題不能夠及時的解決，不能全面的分析船舶結(jié)構(gòu)疲勞強度的原因和解決措施，這對于船舶的安全來說是非常不利的，長期這樣的積累會加劇船舶的結(jié)構(gòu)疲勞損傷，從而影響整個船舶的功能。

三、做好船舶結(jié)構(gòu)疲勞強度分析的有效措施

1.提高對于船舶結(jié)構(gòu)疲勞強度的重視。在進行船舶建造時，需要嚴格按照船舶建造的要求來進行船舶建造，這樣才能保證船舶功能和結(jié)構(gòu)上的完整性，但是一些船舶建造廠商忽視船舶結(jié)構(gòu)疲勞強度問題，造成了很嚴重的后果。在船舶建造時，要提高對于船舶結(jié)構(gòu)疲勞強度的重視，對于應(yīng)力集中區(qū)域最好選擇高強度鋼材，并且建造圖紙要由專業(yè)設(shè)計院或者船級社審批，建造過程中要有專業(yè)船檢人員驗收，確保在建造環(huán)節(jié)就保障船舶的結(jié)構(gòu)安全，另外在使用船舶前和使用的過程中，都要提高對于船舶結(jié)構(gòu)疲勞強度的重視，船舶航行后，每五年進行相應(yīng)的檢驗，這樣才能有效的避免船舶結(jié)構(gòu)疲勞強度的問題，進一步保障船舶的運行安全，降低安全事故的發(fā)生幾率，更好的避免船舶結(jié)構(gòu)疲勞強度問題的出出現(xiàn)。

2.嚴格保證船舶的應(yīng)力，減少交變應(yīng)力的出現(xiàn)。在船舶進行載物和運輸時，運載量是很關(guān)鍵的，但是由于船舶的數(shù)量不是很多，很難滿足當前的海上運輸需求，直接造成了船舶的運輸載貨量超標，造成船舶結(jié)構(gòu)疲勞的問題。在船舶運輸中，需要嚴格控制船舶的載貨量，減少船舶應(yīng)力的突變幾率，減少船舶結(jié)構(gòu)疲勞強度問題的出現(xiàn)，保證船舶的安全運行。同時，還需要對船舶的載貨量給予有效的監(jiān)督和管理，海關(guān)部門要加大嚴查力度，嚴格保證船舶的應(yīng)力，從而有效減少交變應(yīng)力的出現(xiàn)。

3.學(xué)習(xí)正確的船舶結(jié)構(gòu)疲勞強度分析方法。在船舶進行航海運輸時由于海上環(huán)境的變化和船舶本身應(yīng)力的突變，會使得船舶的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)大幅度的變化，造成船舶的結(jié)構(gòu)疲勞強度，這是不利于船舶安全運行的，加上對于船舶的結(jié)構(gòu)疲勞強度分析方法不足，造成了船舶結(jié)構(gòu)疲勞強度問題的屢屢發(fā)生。在平時，需要不斷的學(xué)習(xí)對于船舶結(jié)構(gòu)疲勞強度的分析方法，掌握常見的S-N曲線分析法和斷裂力學(xué)的分析方法，積極的學(xué)習(xí)先進的船舶結(jié)構(gòu)疲勞強度的分析方法，以便更好的對船舶的結(jié)構(gòu)疲勞強度進行分析，減少船舶安全問題的出現(xiàn)，保證船舶海上航行的安全。掌握正確的船舶結(jié)構(gòu)疲勞強度分析方法，才能更好的對船舶的結(jié)構(gòu)疲勞強度問題進行分析。

（1）S-N曲線法。S-N曲線法在船舶結(jié)構(gòu)疲勞強度分析過程中應(yīng)用的基本思路是：借助有限元分析來獲取焊趾處的結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布情況，并根據(jù)斷裂力學(xué)理論就可以獲得等效結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布情況，最后借助S-N曲線疲勞模型就可以得到船舶結(jié)構(gòu)疲勞強度。實際上，在進行船舶結(jié)構(gòu)疲勞強度分析過程中，選擇S-N曲線法通常需要在船舶結(jié)構(gòu)截面特性和相似的載荷類型基礎(chǔ)上進行的，以準確獲取相應(yīng)的名義應(yīng)力幅值。

（2）斷裂法。通過從微觀角度進行分析可以發(fā)現(xiàn)，船舶零部件和結(jié)構(gòu)都有可能出現(xiàn)不同程度上的裂縫，當有正應(yīng)力作用時，將會在裂縫尖端位置出現(xiàn)應(yīng)力場，此時可以借助“應(yīng)力場強度因子”K的參量來對其進行描述，如果其參量達到臨界值Kc時，則會誘發(fā)脆斷現(xiàn)象。如果材料斷裂韌性抑制及應(yīng)力強度因子的合理，則可以計算出最大允許應(yīng)力，同時也可以算出零部件或構(gòu)件產(chǎn)生破壞的臨界裂縫尺寸。

四、結(jié)語

本文對船舶結(jié)構(gòu)疲勞強度進行了分析和探討，船舶作為海上航行的主要工具，承擔著海上航行的主要任務(wù)。但是由于海上環(huán)境復(fù)雜，會對船舶的結(jié)構(gòu)造成損害。提高對船舶結(jié)構(gòu)疲勞強度的重視，減少交變力的出現(xiàn)，掌握正確的船舶結(jié)構(gòu)疲勞強度分析方法，可以提高船舶的安全性能，減少安全問題的出現(xiàn)。

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