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船舶结构疲劳评估及其应力分析方法的思考

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摘要：通过现代化的集成制造技术，能够有效减少造船生产成本和材料浪费，并且给造船行业带来更高的经济效益。船舶结构疲劳评估的应用是提高船舶制造行业的关键，也是造船行业未来发展的重要方向。笔者针对船舶结构设计建造的关键技术进行全面分析，从而为船舶制造行业的研究与应用提供理论依据。

关键词：船舶制造行业；结构设计；疲劳评估；分析方法

引言：伴随着现代信息技术的快速发展，信息技术在工业中的广泛应用，极大的促进了工业水平。船舶工业的生产过程非常复杂，通过利用信息技术，能够给造船行业带来更加深刻的技术变革。

一、船舶结构

结构设计建造技术能够贯穿于船舶制造的始终，包括最开始的船舶设计、船舶建造以及船舶试航、船舶操作等环节。船舶结构设计建造技术的关键就是结构设计。通过船舶结构设计建造技术，能够为船舶制造产业的发展带来非常可观的经济收益，并且有效地降低设计成本，减少船舶制造周期[1]。同时也能够加强船舶制造的个性化与系列化，更加有助于船舶的维护、更新、回收以及设计等。

但是，船舶结构设计建造技术依然停留在有序建造的生产与装配计划方面，关键的生产设计等环节依然按照传统的设计方式来进行。这样就会造成在同一张图纸上却有着非常多的专业划分工作，无法充分考虑结构的建造概念。之所以存在这方面的问题，主要的原因在于，目前针对船舶结构设计建造技术的理解还不够深入，无法将船舶设计作为统一的整体，对于船舶的设计缺乏结构意识。

船舶结构设计建造技术能够保证设计具有结构简单、功能齐全、目标多样、便于制造等优点，同时通过标准尺寸和标准件的批量生产，主要部件具有可选性的最终产品的预支单元，从而满足船舶结构功能或者系统功能。因为这些模块具有可选性部件，所以针对船东的要求可以进行随时的更改与优化。船舶结构设计建造技术模块优化包括两个方面，一方面是船体结构，另一方面是船舶舾装两方面同时进行。并且还可以改变模块与船体之间的结构关系。

二、船舶结构疲劳评估以及方法分析

疲劳破坏在工程结构中很容易造成构件失效的问题，并且疲劳破坏对于船舶结构疲劳的影响非常严重。从目前来看，我国针对船舶结构的疲劳问题开始不断的重视起来，并且通过加强理论研究与规范设计及等方面的工作，有效地提升船舶结构抗疲劳的能力。但是由于船舶自身具有的多样性结构，并且结构之间的连接非常复杂，所以船体结构疲劳值的计算和应力分析也非常的复杂。在此基础上，通过采用大量的简化方法和经验公式，能够更好的计算船舶结构的疲劳状态，笔者针对游轮的特点，确定了疲劳核对的方法，参考DNV规范进行规制。船体结构疲劳与应力范围有着非常大的关系，尤其是疲劳应力与船体结构之间的波浪载荷存在较大的关联[2]。如果设计应力包括总体应力和局部应力两部分，那么设计应力就必须考虑波浪弯矩、扭矩、海水动压、舱内货压在舷侧、舱壁和船体结构应力。这些应力大部分都采用了结构力学的计算公式，并且将盈利进行合成，将结构力学的计算公式以及垂直应力、水平弯曲应力、翘曲应力等，共同形成总体应力。通过将海水动压力和货物的压力进行分析，能够形成内外两部分应力，并且对于每一个工况都可以分别进行细算，通常情况下，盈利分两个的合成应力必须是切口应力，这样才能够保证应力集中系数。

三、船舶结构疲劳应力分析

根据相关内容进行分析，通过在对数坐标轴上建立S曲线斜率就可清楚的判断，应力范围在疲劳累计损伤中能够起到非常大的作用，所以针对应力的计算以及疲劳核对的过程中非常关键。在计算疲劳累计损伤时，硬干参考评估位置的应力定义关系，即名义应力、热点应力以及切口应力，并且疲劳评估的S曲线法也必须按照这三个方面进行分类。

结构名义应力就是在结构相关截面上计算的平均应力，并且不包括焊头结构的位置应力集中，但是船体的结构呈现出宏观几何的形状[3]。

计算公式如下：

其中：N为轴向力，Q为剪力，M为弯矩，A为截面积，As为有效剪切面积，I为截面惯性矩，Z为从中和轴到所考虑点的距离。

名义应力的计算比较简单，并且进行疲劳评估时也会采用S曲线的方式与之对应即可。由于船舶结构形式千差万别，所以如果在焊接的过程重出现其他的问题，必须要通过实验来判断S曲线结构，但是这样一来会增大判断的难度，并且也并不现实。通过船舶结构模块化设计，能够保证船舶的应力具有统一性，并且实现良好的疲劳评估。如何根据节点的实际情况准确选择S一曲线是非常重要的。疲劳设计规则经常把各式各样的结构构件（例如焊接节点、平板边缘等等）分成不同的种类并且为每一种类提供标准S一曲线。标准S一曲线是以基于大量疲劳试验数据的平均值和下限值来量化的。目前，名义应力法在船舶和海洋平台结构设计方面仍是实际使用较多的一种方法，也是判断船舶疲劳评估以及应力分析的重要方法。

结论：船舶结构疲劳评估以及应力分析的