| 单词 | 计算船舶结构力学 |
| 释义 | 【计算船舶结构力学】 拼译：computational ship structure mechanics 是以计算机为手段，通过各种数值方法分析船舶结构强度、刚度、稳定性以及船舶振动和动力响应的一门新兴学科。它使传统的船舶结构力学范围有了很大的开拓，在某些方面有了突破性的进展和变化。它的发展将大大推动现代船舶结构设计、计算和改进各国船级社的船舶建造规范，使船舶结构的安全性、使用寿命与结构重量达到最优目标，对提高军舰作战性能和提高民船航运经济性将起重要作用。 20世纪初俄国П．Φ．Пanковпч出版《船舶结构力学》专著3卷，奠定并建立了船舶结构力学这门学科。20世纪50年代前苏联Ю．А．ШuuaHckuй院士主编的《船舶结构力学手册》共3卷出版，基本上完善了船舶结构力学的理论与实用计算方法，形成舰船结构设计和计算的经典方法。船舶结构力学以船体结构为研究对象，内容包括作用在船体上的外力、船体结构内力计算以及强度校核等3部分内容。外力计算主要研究引起船舶总纵弯曲的外力(静水与波浪载荷)、波浪冲击载荷以及冰载荷等。内力计算发展得最快，将船体结构分为总纵强度与横向强度并分别计算。在总纵强度计算中，又将船体总纵弯曲应力与构件局部弯曲应力分别计算，然后叠加。总纵强度计算采用普通梁理论，用等值梁模型计算，考虑到船体板的失稳再进行第2次近似减缩计算。局部强度计算是将船体划分成各种板架(甲板、船底、舷侧和舱壁等)、连续梁、板等构件进行计算；横强度则是从船体中取出一个孤立的刚架进行计算。此外船体结构的稳定性(板架、加筋板)以及船舶振动和动力响应计算也属于船舶结构力学范畴。强度校核采用许用应力法，根据外力、内力、许用应力一致性的原则，用相对强度标准进行衡准。20世纪60年代，R．W．Clough提出有限元法，力学中一个新的分支——计算力学，它在计算机的冲击下迅速发展起来。它以有限元法为基础以计算机为手段对结构进行离散化处理和数值分析。计算船舶结构力学也是在这一背景下发展起来的。开始从简单的杆、板结构很快推广到复杂的空间组合结构。用有限元法可以整船进行解析作详细的应力分析，可以达到很高精度，能正确反映船舶结构行为并且使总强度与局部强度趋于统一。对各种局部构件进行强度计算也能更真实地反映实际结构情况及边界条件，例如立体舱段计算，这是经典船舶结构力学手算方法难于实现的。船体结构实际是由杆、板、梁组成的，因此用有限元法计算就没有必要按结构类型分类了，只是选用哪种单元进行离散得到更能符合实际情况的计算模型。但是，用有限元方法计算像船体这样大型、复杂的组合结构，数据量大，所需人力和机时多，对计算机容量要求高，计算费用大，这就使有限元法的应用，尤其在设计初始阶段的应用带来不便。因此一个重要的发展方向是解析方法与数值方法的结合，即半解析方法(也称为数值解析法)在计算船舶结构力学领域里迅速发展起来。1990年中国出版了第1本船舶计算结构力学，其内容包括了变分有限元法、加权残值法、边界元法、迁移矩阵法等。实际上结构优化、结构可靠性分析等也属于计算船舶结构力学范畴，由于篇幅所限，该书中未编入。半解析法具有解析法的严密性又减少了数值法的数据量，便于在计算机上实施，是一种高效率的分析方法。20世纪60年代，大开口船舶－集装箱船、多用途货船、内河分节驳船等问世，甲板大开口严重削弱了船体总纵强度和扭转强度，采用传统的总纵弯曲计算模型－等直梁模型已不能正确处理大开口船舶的弯、扭强度问题，因此探讨大开口船的计算方法便成为计算船舶结构力学的一个重要课题。国内外学者以薄壁梁理论为基础，将船体分成若干阶梯形分段，采用一维有限元法或迁移矩阵法进行计算，形成了半解析的有限梁法(Finite Beam Method)。具有代表性的研究者有T．Kawai、K．Haslum和P．T．Pedersen等人。Haslum首次提出船体不同剖面的协调处理准则，Pedersen采用薄壁梁7参数，通过坐标转换在最小二乘意义上达到协调。中国的杨永谦等人又将这一方法加以完善形成目前计算大开口船舶弯、扭强度的实用方法。但由于薄壁梁基本假设带来的缺陷，使它不能精确地反映船体结构行为，为此70～80年代，V．Postnov等又提出了应用半无矩壳理论计算船体强度的方法。该方法不仅能给出纵向变形的精确规律，而且还能考虑剖面畸变和中面剪切变形的影响，克服了薄壁梁理论的缺陷，又能综合考虑弯、扭及横向变形的耦合响应。该方法在船舶强度计算中有广阔的应用前景；杨永谦等人对此种方法也进行了研究并取得实质性的进展。此外各种大模块单元也相继出现，它们适用于不同类型船舶。总之，半解析法在船舶整体分析中具有明显的优越性。目前计算船舶结构力学的研究重点已从变分有限元法越来越多地趋向于加权残值来构成法数值近似解，并且涌现出许多新的课题，如数值方法(扦值、大型线性方程组、特征方程、非线性数值积分等技术的高度精化和理论研究)，离散化过程中最佳网格布置和自修正技术，人机交互计算机图像处理，前后处理和人工智能的开发，大型复杂船体结构的模型化、结构综合和优化设计等等。主要研究方向和热点为：(1)在船体结构线性拟静态分析中，继续开发简单、高效的大模块单元和半解析方法；(2)船体结构非线性分析，包括几何非线性、物理非线性和双重非线性问题，其中结构后屈曲和承载能力的研究是研究者最感兴趣的问题；(3)船舶破坏机理的研究；(4)船体结构设计可靠性研究；(5)船舶流固耦合及非线性波浪载荷响应研究；(6)开发高效的船体结构计算、设计综合分析程序系统。【参考文献】：1 Щпмaнcкцй ю А．Cпpабпник по Gроцтebной Мeхaнцке Коpaбля-Лeнингpaд，19582 Huslum K，Tonnessen．European Shipbuilding 1972；5～63 Postnov V A，Raskin J N．5th ISSC，1973．4 Gunnlaugssen G A，Pederen P T．Computers & Strucres，1982，15(6)5 杨永谦，等．武汉水运工程学院学报，1987，(4)6 Yang Y，Sun H．Ship structure Analysis by using SemiMoment Theory of shells and Cross Sectional compatibitity Treatment，CADMO 1989，453～4657 金在律，等编著．船舶计算结构力学．大连：大连理工大学出版社，1990(武汉交通科技大学杨永谦教授撰) |
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