1. 中国造船业前景分析目前还处于低谷,小船厂基本都关门了,大船厂也在苦苦支撑而已。 造船业是和海运密切相关的,而海运又和全球经济相关。哪天你看新闻经济回暖了,造船业就跟着起来了。 2. 中国造船业前景分析报告前途还是可以的。中国的造船业还不是很发达…国家正在大力发展这项事业所以中国航母全靠下一辈人才了!努力吧! 3. 造船行业现状根据交通部、国家经贸委《关于进一步加强乡镇船舶交通安全管理责任制的意见》和《关于贯彻实施(关于进一步加强乡镇船舶交通安全管理责任制的意见)的通知》(交海发[2000]2号和交海发[2000]37号),结合我省实际,特制定本实施细则。 一、乡镇船舶和乡镇运输船舶 乡镇运输船舶指乡镇中企事业单位、个体、合伙经营户、承包经营户的客货运输船及合法从事季节性营运的农用船、乡镇渡船。 乡镇船舶指含乡镇运输船舶在内的乡镇中从事农副业生产、生活服务日用船舶和江河、湖泊、库区、风景区水域中的游览船舶。 二、乡镇船舶必须具备下列条件,方可航行: 1.经船舶检验部门检验,持有合格的技术证书或文件。 2.经港航监督机构登记,持有船舶证书或船舶执照。 3.从事客货运输的船舶,应持有交通行政主管部门核发的《运输许可证》和《营运证》以及工商、税务部门核发的有关证件。 4.按规定配备船员,职务船员应持有相应等级的适任证书。 5.按规定配备齐全有效的消防、救生、灯光、声号等设备。 6.按规定标明船名、船籍港、勘划载重线,客船、渡船还应标明载客定额和有关安全告示、标志。 三、乡镇船舶的所有人、经营人和船员是安全生产的直接责任人,必须遵守下列规定: 1.加强对船舶的安全技术管理,定期对船舶进行检修、保养,使之处于适航状态或者保持良好的技术状况。 2.从事水上运输的船舶,其船员必须符合国家规定的条件,持有相应等级的适任证书。严禁任用无证照人员担任船上职务。 3.根据船舶的技术性能、船员条件、限定航区和水文气象条件,合理调度,操纵船舶,不得违章操作或者强令有关人员违章操作、超员超载等冒险航行。 4.接受乡镇政府的安全管理、安全教育和港航监督机构的监督检查以及技术、业务培训。 5.乡镇船舶不得载运易燃易爆、有毒有害等危险物品,任何单位和个人不得擅自租用或委托乡镇船舶运输危险物品。少数地区确因交通原因需要由乡镇船舶承运危险物品的,须按国家有关危险品管理和船舶运输管理有关规定办理。 四、各级政府要切实加强对乡镇船舶的安全管理。各县(市、区)人民政府对乡镇船舶安全负有领导和管理责任。其职责是: 1.负责贯彻国家和上级有关水上交通安全的方针、政府,组织实施水上交通安全法规,搞好乡镇船舶安全管理工作。 2.对乡镇船舶安全管理工作实行目标责任制。 3.督促乡镇人民政府和有关部门,按职责抓好船舶的安全管理并对其进行检查、协调部门关系。 4.组织有关部门开展安全宣传教育和进行安全检查,统筹安排人、财、物力,保障安全工作的开展。 5.发生重大沉船伤亡事故,应立即组织有关部门和人员赴现场指挥抢救,处理善后,并及时的报事故调查处理报告。 6.督促本县船舶修造厂按国家颁发的生产技术认可条件及有关规定搞好安全生产。 五、乡镇人民政府对本行政区域内乡镇船舶安全管理负直接领导和管理责任。其职责是: 1.坚持“安全第一、预防为主”方针,贯彻执行上级有关水上安全管理规定,建立健全各项安全规章制度,落实安全管理责任制,加强对乡镇船舶安全管理工作的领导。 2.督促船舶所有人、经营者和船员落实安全责任制,定期组织开展安全检查活动,对查出的隐患限期整改。 3.督促船舶所有人、经营者和船员按规定到港航监督机构及其他主管部门办理船舶登记、船员考试、船舶检验、运输许可等必备手续。督促乡镇船舶修造厂按规定到船检部门办理开业资格评级手续。 4.经常组织开展安全宣传教育活动。建立、完善乡镇船舶、船员技术档案。协助有关部门办理船员证照手续工作。 5.协助港航监督机构调查处理乡镇船舶事故。 六、各级港航监督机构是对本辖区乡镇运输船舶安全实施统一监督管理的主管机关。其主要职责是依据有关法律、法规和规章,进行通航水域航行秩序和安全的监督管理,办理乡镇船舶登记、船员考试发证工作,调查处理乡镇运输船舶发生的水上交通事故,对乡镇运输船舶及其设施的安全进行监督、检查,定期向政府报告安全情况等。 各级船舶检验机构负责本辖区乡镇船舶修造厂点的企业生产技术条件等级认可工作。 乡镇运输船舶的建造和修理必须在经过船检部门批准和认可的船厂进行。 七、各级交通主管部门对乡镇运输船舶的安全管理负有行业管理责任。其职责为: 1.开展调查研究,掌握船舶安全状况,向县乡政府提出贯彻水上安全法规和加强船舶安全管理的具体措施建议。 2.指导和帮助乡镇政府建立健全乡镇船舶安全管理机制,落实安全管理责任制。 3.审核和批准发放乡镇运输船舶《运输许可证》、《营运证》,检查和规范船舶经营运输行为。 4.指导和协助乡镇建立、完善乡镇船舶、船员技术档案及船舶违章作业、发生事故等情况登记备案制度。 八、水库、公园、风景区水域中的乡镇游览船舶,由当地人民政府指定的管理单位按照港监机关的要求负责管理,并接受当地港监机关的监督检查。凡管理混乱、安全责任不落实、不按规定载客的,港监机关有权责令其停业整顿。 九、加强客渡船安全管理。 各级政府和各有关部门要认真贯彻《江西省渡口管理条例》,按照“谁主管、谁受益、谁负责”的原则,严格落实安全管理责任,落实安全防范措施。要按《条例》要求,积极筹措乡镇渡口建设资金。根据目前乡镇渡船技术状况,各地在农业税附加中安排渡口建设经费的比例不得低于20%,渡口建设经费应由各地渡口管理部门集中掌握,统筹安排,专款专用。 十、渔业船舶的登记、检验、渔业船员的考试、核发证书及船名牌、渔业船舶进出渔港的安全监督管理等由省渔业行政主管部门归口管理。 江西省交通厅江西省经济贸易委员会江西省安全生产委员会二○○一年一月十七日 4. 国内造船行业分析今年上半年的造船厂订单暴增,导致其订单大增的原因是为了适应国际形势的发展,中国的造船业逐步实现了环保化,自动化和智能化,在国际市场的份额上占据了不可替代的作用。 由于中国已经有足够能力可以控制住疫情,国际市场逐步向中国靠拢,中国的造船厂订单出现了暴增的现象。由于全球都受到了新型冠状病毒的影响,中国已经可以控制疫情,轮船的供需市场转到了国内,造成国内的造船厂订单暴增。 国内在设计船只上也是不辱使命的,正在逐渐向高端船型靠拢,国内的订单越来越多,国内的造船业发展的越来越好了。 5. 造船行业发展前景受国际疫情对经济形势的影响,大型远洋船舶前景低迷。但三千吨及以下内河船舶依然乐观 6. 中国造船业发展现状我国幅员辽阔,内陆江河纵横,湖泽棋布,数千里海岸线绵延围绕。为了征服江海,造福人类,我国古代劳动人民不断创造和发展了造船和航海技术,郑和下西洋举世闻名,当时的造船技术之高举世公认。其实,中国古代造船业的繁盛,明代并不是起点,据考古发现,目前已知的中国造船史不少于七千年。而从秦汉到明初的千余年时间内,我国造船水平在世界上处于领先的地位。 春秋战国 舟战推高古代造船技术 春秋时期,社会经济的发展使得一些较大的诸侯国有力量以武力兼并他国,开拓疆土。据《左传》《国语》记载,楚、吴、越等国地处河流湖泊众多的南方,这些区域经常发生水战,这些诸侯国也大规模制造军舟运用于战争。 当时长江流域各国用于水上攻伐的战船图像,被战国初年的人们绘铸在青铜器上并保留下来。四川成都百花潭出土的“镶错图像铜壶”和河南汲县发掘出的“水陆攻战铜鉴”,以及收藏在故宫博物院的“宴乐射猎铜壶”等,都形象逼真地绘画着春秋时期的战船图形,并栩栩如生地再现了当时激烈的水战场面,嵌错铜壶描绘的两层甲战船,上层载水战士卒,挥戈射箭奋战。下层居划船水手,奋力挥划长桨,向敌船冲击。这是春秋时常见的战船。 自楚康王十一年到楚昭王十二年的66年间,楚国六次派出大批战舰向邻国发动大规模的水上战争,这已充分地显示了他们的造船实力。在楚国与吴国多次水上较量中,楚国胜多败少,表明楚国的战船已具有航速较高、性能较好、结构牢固、战用装置先进以及战斗能力强等优势。他们建造的战船,有“大翼”“小翼”“突冒”“楼船”“桥舡”等多种类型。 吴国是一个以舟立国的方国,无论是保卫本土,还是向外开拓地盘,都必须借助大量舟船作为主要的交通运输工具。楚吴之间战争不断,吴国也因此大力建造舰船。吴王僚在位时建造的“艅艎”大舰,体形宽大,首尾高耸,是这一时期型制最大的水战指挥舰。阖闾掌政时期,在伍子胥的指导下,吴国也建造出“大翼”“小翼”“突冒”“楼船”“桥舡”等战船。 吴国建造战船的技术先进之处,在于他们能根据各种战舰的不同用途,来设计其不同的大小、形制与长宽比例。 吴国勾践在位时,越国已经出现了规模较大的造船工厂和专门从事伐木与造船的工匠。公元前494年,勾践败给夫差以后,制定了“十年生聚,十年教训”的强国大计。他卧薪尝胆,奋发图强,采取各种措施,振兴国家。其间,他深感于越国水师力量薄弱,吸取失败的教训,决心大造战船,加紧训练舟师习流(水军),以实现灭吴复仇的大志。 这一时期,舟师水军已成为流域各大国显示军事实力的重要武装力量。先进的造船技艺首先被用于军舟的建造之中,大型战舰往往被看作具有威慑力量的战略装备。水战的胜败,也往往与各国航运事业的发展状况及其所掌握的造船技术的先进程度有关。 秦汉时期 造船史上第一个高峰期 秦朝至汉朝这段时期,我国古代传统的农、医、天、算等四大学科已形成了自己独特的体系。科学技术的进步,为造船业、航海业的发展和水师的建设提供了有利条件,这时出现了我国造船史上第一个高峰期。 秦代的造船,继承和发展了巴蜀地区以及以前各诸侯国家发达的造船业。秦始皇非常重视航运业,统一全国的第二年就开始筑弛道,整治全国各江河水道。“东穷燕齐,南极吴楚”,使水上交通四通八达;为统一和开发岭南地区,花了五年时间开凿了沟通湘江和漓江的人工运河——灵渠,它“深不数尺,广可二丈,足泛千斛之舟”,由此可知秦代已能造载重50吨左右的船舶了。 1974年,考古人员在广州发掘出一处造船工场遗址。其中心有三个平行排的船台和一个木料加工场地。船台与滑道相结合,是由枕木、滑板和木墩组成的。木墩与滑板不固定,滑道宽距根据不同需要可宽可窄。 滑板上平置两行承受船体的木墩,共有13对,两两相对排列,高约1米,正好适应在船底进行钻孔、打钉、捻缝等工作需求。这种采用船台与滑道下水相结合的原理,已和现代船厂的船台、滑道下水的原理一致。从较大的二号船台推算,该工场可造宽6—8米,长30米,载重50—60吨的木船。 到了汉代,农业发展促进了冶铁、煮盐、丝绸等工商业的蓬勃发展,水运的需要和水师的强大,加之海上丝绸之路的开辟,促使造船业随之兴旺起来。《汉书》记载,汉代名将马援曾率领过配备二千余艘船的庞大海上船队。 《太平御览》说,汉武帝时有一种称为“豫章”的大船,船上有宫室。这段记载说明当时有些船的规模已经很大了。 东汉末年刘熙所著《释名》书中也提到,汉代的大船有好几层,第一层称为“庐”,第二层称为“飞庐”,最高的一层称“爵室”。汉代造的船不但体积大,而且种类多,仅战船就有“先登”(冲锋船)、“斥候”(侦察船)、“艨冲”(战舰)、“赤马”(快船)等等。 西汉时期,造船中心就有数十处之多。主要在长安,雒阳(今洛阳东)、巴蜀(今四川)、长沙、洞庭湖一带,庐江郡(今安徽省庐江县一带)、豫章郡(今江西省南昌市),长江口附近的吴(今苏州市)、会稽(今绍兴市),还有福州、番禺(今广州市)等地。 当时已能按照不同需要,造出多种类型的客船、货船和战船。客、货船中有龙舟、酒肪、舸、艇、轻舟之分;战船中更有楼船、斗舰、艨、桥船、戈船、赤马、斥候之別。船舶建造趋于专业化,造船技术进一步提高。 秦汉时期(公元前221年到公元220年),我国的木帆船制造技术已经比较成熟了。那种在甲板上建数重楼的大楼船,船体雄伟坚固,能在海上抗风斗浪;帆、舵、锚等船用设备也已齐全。 这个时候出现了能使前侧风平衡的纵帆。这种我国独创的纵帆,性能优良,操作简便。 它的出现,在帆的发展史上是一个很大的突破,使帆从只能顺风时使用的辅助地位,变为能适应不同风向,基本取代人力推进的主导地位,为船舶远航创造了极为有利的条件。 唐宋元明 造船水平世界领先 充分而灵巧地利用风力,是我国古代造船和航海技术高度发展的标志之一。正因为有着高超的造船工艺,唐朝时沿海一带造船业发展迅速,有私营的世代造船的船厂,亦有官营的造船厂,技术工人分工细致,所有用料皆有政府部门组织。唐贞观年间,攻打高句丽,李世民派遣了几百艘战舰,数万士兵,这样规模的海战,没有强大的船舶制造能力是不可能实现的。 到了宋代,中国海船已能横渡大西洋,开辟了直达东非的航线。《宋书》记载了当时“舟舶继路,商使交属”的盛况。南宋时,仅海关税收即年达200万贯,占全国财政收入的21%,可以想象当时航海事业之兴盛。元代,泉州港成为最大的外贸中心,拥有海船多达1万5千多艘。指引船舶进出港口的六胜塔,至今还屹立在泉州海岸。 明代郑和于1405年首次远航“西洋”,比葡萄牙人迪亚士发现好望角(1489年)早84年,比葡萄牙人达·伽马绕好望角到印度(1497年)早92年,比意大利人哥伦布发现美洲新大陆(1492年)早87年,比葡萄牙人麦哲伦环球航行(1519年—1522年)早一百多年。郑和的确是世界大规模航海事业的先驱,他的成功表明,直到15世纪,中国的航海事业仍处于世界领先地位。 据考古的新发现和古书上的记载,明朝时期造船的工场分布之广、规模之大、配套之全,是历史上空前的,达到了我国古代造船史上的最高水平。主要的造船场有南京龙江船场、淮南清江船场、山东北清河船场等,它们规模都很大。如龙江船场年产就超过200艘,它还以建造大型海船而著称。1957年在南京宝船场遗址出土一个全长11米以上的巨型舵杆,令人叹为观止。再如清江船场,有总部四处,分部82处,工匠3000多人,规模也甚为可观。 明朝造船工场有与之配套的手工业工场,加工帆篷、绳索、铁钉等零部件,还有木材、桐漆、麻类等的堆放仓库。当时造船材料的验收,以及船只的修造和交付等,也都有一套严格的管理制度。正是有了这样雄厚的造船业基础,才会有郑和七次下西洋的远航壮举。 从公元1405年开始,郑和第一次奉命出海,首次出去带领的船队规模就达到了200余艘,这些船根据规模、作用和载重的不同分为五种类型,其中最大的船只被称为“宝船”,长度为151米,宽度为60米,这是当时世界上最大的帆船,承载的重量高达800吨,能够同时容纳上千人,而这种“宝船”在船队中就有60多艘,占到了三成以上的比例,此外船队中还有马船、粮船、坐船、和战船,在船队中承担着不同的作用。 光是有庞大的船队还不足以在变化多测的海上航行,精确的航线和航海技术是船队必需的。郑和船队掌握了天文定位和罗盘技术,这在当时称为“牵星术”,能够非常精准的定位船队的航行方位,也被认为是当时全世界最先进的航行水平,郑和的船队出海到达了太平洋和印度洋周边的很多岛屿,甚至有人推测美洲大陆也是明朝的船队最先发现的,直到现在东南亚的科伦坡博物馆还保管着当年明朝船队在这里拜访时,留下的纪念碑刻等大量物证。 7. 中国造船业现状及发展前景现在的年轻人基本上不会考虑从事这个行业。首先这个行业的专业技术要求高,而且干活辛苦又脏,环境恶劣。收入不高。即使你想去承包来干,行业竞争激烈,利润低。(因为以前从事修造船舶的务工人员较多)。这些年新造船舶数量大幅减少。有不少人员转行维修。加大了行业竞争成本。所以这个行业最近几年来看不具备多大前景。入行需慎重!个人观点,谨供参考 8. 中国造船业前景分析会2007年10月1日起实施的中国第一部船舶生产企业的行业准入标准——《船舶生产企业生产条件基本要求及评价方法》,首次对全国船舶生产企业的基本生产条件要求进行统一规范。 国防科工委官员称,此举将对中国提高船舶建造质量、保障航运生产安全、促进船舶工业健康发展具有重要意义。令世界船舶制造商刮目相看的中国造船产量,已连续12年位居世界第三了。而近几年随着我国船舶工业科技创新能力显著提升和竞争实力明显提高,其锐不可挡的发展势头, 显然不光是坐三望二的态势了。专家预测,中国造船业直取世界第一将为期不远了。 9. 中国造船行业前景轮船工程专业学生毕业后可从事船舶修理、船检与制造等工作,很多时候都需要在船上作业。本科阶段的轮机工程就是个高就业率的专业,高职阶段的轮机工程技术就业也非常不错,目前,全国有20多所院校开设该专业。 扩展资料 轮船工程专业简介 轮船工程专业培养适应社会主义市场经济建设需要,具有海洋船舶轮机工程、船舶运输管理等方面的知识,能在海洋运输各企事业单位从事轮机操作、维护管理、修造等工作,符合国际和国家海船船员适任标准要求的、能适任现代航运业发展、在中外船舶运输公司从事远洋运输工作,在中国港口及有关公司从事轮机操作、检验、维修、测试等工作的高级轮机工程技术人才。 10. 中国造船业前景分析论文结构工程是人类文明的脊梁。人类最早的结构大概是利用天然条件的巢居和穴居,后来发展为自己凿户建房而住。我国早在三千年之前的《周礼》这部书的《考工记》中就已经记载了各种建筑的形制。到了汉代在王延寿的《鲁灵光殿赋》中说:“于是详察其栋宇,观其结构。”出现了结构的专名词。 随着人类文明的发展,人类所建造的结构种类愈来愈多,愈来愈复杂。继房屋结构之后,又出现了道桥、车船、水利、机器、飞机、火箭、兵器、化工设备、输电等各色各样的结构。 雅典女神庙,坐落于雅典卫城,建于438B.C.是古希腊建筑的典型例子 随着结构种类的多样化和复杂化,结构的概念也在扩展。目前,所谓结构,是指凡是能够承受一定荷载的固体构件及其系统的人造物都统称为结构。从更广义的意义上说,凡是承受一定载荷的固体构件及其系统自然物,如植物的根、茎、叶、动物的骨骼、血管、地壳、岩体等也可以看作结构。 结构的发展紧密地和结构材料与结构力学有关。前者可以看作结构工程的硬件,后者可以看作结构工程发展的软件。 无论是东方还是西方,在使用钢、混凝土为主要建筑材料之前,时间最长的是以石、木、砖为建筑材料。具体来说,西方多以石料作建筑材料,而我国和东方各国多以砖、木为建筑材料。木结构不耐火,也不耐腐蚀,所以我国存世古建筑历史很长的不多。 应县佛宫寺释迦塔(公元1056年) 1774年,英国工程师斯密顿(J.Smeaton)在建造海上灯塔时石灰。粘土、砂混合物砌基础,效果很好。1824年英国石匠营造者亚斯普丁(J. Aspdim,1779-1885)取得了烧制水泥的专利,因其与波特兰地方的石材很相近,所以称为波特兰水泥。法国1840、德国1855设水泥厂。1970年世界每人每年使用水泥156公斤。 19世纪中叶之后,炼钢技术得到普及于是在结构上普遍采用钢铁。1859年英国建成世界上第一艘钢船。1846年英国在北威尔士建成布瑞塔尼亚铁路大桥(1846,铁管)1873年英国伦敦建成跨泰晤士河的阿尔伯特吊桥,最大跨度384英尺。 布瑞塔尼亚大桥(1846,铁管) 在人类有了水泥、钢铁等现代材料之后,结构的形式速度复杂化。 结构力学,一直是结构设计的理论基础。它的基础是经典力学、弹性力学、塑性力学、弹性体的振动与波的理论、以及弹性体平衡的稳定性理论。 19世纪和以前的结构力学研究 在结构力学研究的历史上,最早是静力学的研究,因为在以砖石木为主要结构材料的时代主要遇到的问题是结构的平衡问题。后来才发展到有关强度的研究。 人类研究得最早的结构元件是梁。达·芬奇在他的手稿中研究和讨论了柱所能承受的载荷。伽利略在他《关于两种新学科的对话》(1638年)提到、考查了固定端悬臂梁的承载能力的问题。马略特作了伽利略所作的实验,由于他们的截面上平衡条件都不对,所以结果的系数都不正确。雅科比·伯努利(Jacob Bernoulli,1654-1705)关于梁的研究,这就是现今人们所称的伯努利梁理论。 结构力学的其次一种重要元件。基尔霍夫(Gustav Robert Kirchhoff 1824-1887)在1850年发表了平板问题的重要论文,文章纠正了以往关于平板问题边界条件的错误。基尔霍夫采用虚位移原理推导板的边界条件,指出对于求解平板问题只要两个边界条件便够了。他正确地求解了圆板的振动问题。在建立平板问题的方程时,他假定: 变形时垂直于中面的直线仍保持为直线,变形后还垂直于中面; 中面的元素在变形时不伸长。 这个简化平板问题的假设现今仍在使用,被称为直法线假设也称为基尔霍夫假设。1888年,英国人乐甫(Augustus Edward Hough Love1863-1940)利用基尔霍夫对平板问题的假设导出了弹性薄壳的平衡方程,至今这个假设被人称为基尔霍夫――乐甫假设。 实际的工程结构往往不是单一的构件,而是构件的复杂系统。早期精确的固体力学是在单个构件上进行研究,如梁的弯曲、柱的扭转等。后来随着近代工业的发展,越来越多地要求对复杂的结构系统进行研究。早期在静力学发展成熟时,就有处理多个构件的静力平衡问题的研究,现在,在有了变形体力学之后,有关变形固体的多个构件的内力与变形分析问题也便很自然地提到日程上来了。 结构力学的内容十分广泛,吊桥、拱、桁架、梁、弹性地基、挡土墙等等。他的应用又涉及铁路、公路、造船、机械、水利、等众多的工程部门。所以随着现代工业的发展它的内容也逐渐丰富了起来。 1. 连续梁的理论 纳维是实际上处理连续梁的最早学者。他在1825年的论文中最早给出了处理这一问题的三弯矩方程。但还不是现在的形式。真正现在形式的三弯矩方程是克拉珀龙(B.P.E.Clapeyron,1799-1864)于1849年在重建巴黎附近的一座桥梁时发展出来的,到1857年才以论文的形式发表。1855贝尔托(H.Bertot)的论文最早提到了三弯矩方程。 2. 麦克斯韦耳及其对桁架的研究 1864年麦克斯韦耳总结他关于桁架研究的一般结论。他已经可以区分静定与超静定桁架。对于静定桁架,麦克斯韦耳在前人的基础上简化了用作图的方式去求桁架的内力。对于超静定桁架,麦克斯韦耳从能量法导出了解超静定结构的一般方法。大约在10年之后,他的这个方法为莫尔(O. Mohr,1835-1918)加以整理,给出规范的形式,这就是目前通用的力法,又称为麦克斯韦耳――莫尔方法。 3. 卡斯蒂利亚诺定理 卡斯蒂利亚诺(A.Kastiliano,1847-1884)是意大利工程师。1873年他的工程师学位论文在1875年正式出版。论文中包含了现今称为的卡斯蒂利亚诺定理与单位荷载法等结构力学的经典内容。 他的定理是,若将变形能写为广义力的函数 Pi(i=1,2,...,n)为广义外力,则有 20世纪结构力学的进展 求解超静定结构的力法是19世纪末就建立了。用形变法求解超静定刚架结构是20世纪初最早由本笛克森(Axel Bendixen)在1914年给出的。这种方法求解较多未知量问题时,在30年代由克罗斯(Hardy Cross)提出了一种逐次近似的方法,称为松弛法。这个方法在美国很快得到了推广。 随着人类文明的发展,结构变得越来越复杂。从本世纪开始,从建筑、造船、航空、桥梁、车辆、起重机械、大型水坝、隧道与地下结构等等方面不断提出越来越复杂的结构课题,需要对它们的强度进行分析。 为了对这些复杂结构进行分析,人们不得不引进一系列假设对结构进行简化。这种简化在现在看来未免过于粗略,但是它是人类在处理简单结构到迎来计算机时代之间的一种过渡手段。 例如,拱坝是一种比较复杂的结构,要想准确分析它,需要求解变厚度壳的方程,那是十分复杂的计算工作。美国在1929年采用了一种称为“拱贯梁”的近似方法,这种方法是把坝在水平方向分为若干条拱,在铅直方向分为若干条梁,然后利用载荷分配的方法逐步近似求解。在电子计算机出现后,拱贯梁法已经被淘汰,但它的确在历史上起过重要作用。 结构的复杂化是沿着两个方向发展的,一个方面是构件简单,例如梁与杆,但是用它组成越来越复杂的系统,未知量成百上千,另一方面是发展复杂的构件,板、壳及其组合系统。板壳理论到乐甫时代,就已经建立了,到20纪30-40年代又有一个大发展的阶段。这时提出与解决了一批新的问题,如稳定性问题、非线性板壳问题、板壳的一般理论问题等。 俄国杰出的工程师帕颇考维奇(П.Ф.Папкович,1887-1946)于1947年出版的《船 舶结构力学》两大卷,是20世纪早期研究复杂结构成果的总结。 计算结构力学的发展 人类研究计算工具有很久的历史,从算筹、算盘、手摇计算机、电动计算机,已经有几千年了。1945年在美国诞生的电子计算机既是计算工具的革命,又是牵动整个科学技术的大革命。 最早的电子计算机ENIAC的设计方案是莫希利(J.W.Mauchly,1907-1980)提出的。研究小组的总工程师是埃克特(J.P.Eckert,1919-)。1945年底,ENIAC宣告竣工。 计算机一旦来到世界上,便受到人们的热情关注与不断改进。先后经过了四次换代:从1945年到1958年以电子管来制造计算机为第一代,从1959年到1963年以晶体管来制造计算机为第二代,从1964年到70年代初以集成电路来制造计算机为第三代,从70年代以后用大规模集成电路制造巨型计算机为第四代。特别是,从70年代中开始的微处理机,使计算机的性能大大提高,并且由于价格便宜使计算机大为普及。据有人统计,从1945年第一台计算机诞生起,计算机的性能每18个月提高一倍,计算机的价格每18个月降低一半。 自有史以来人类发明的各种工具,都是延长人的器官,如望远镜、显微镜是延长人的眼。而计算机则是延长人的脑。所以人们又把计算机称为“电脑”。计算机从它的原理、设计、制造与应用已经形成了一个新的庞大的学科群,这就是计算机科学。 在20纪初,英国著名的力学家乐甫在他的名著《数学弹性理论》一开头,总结力学发展的规律时说:定理越来越少,计算越来越繁。意思是说一些有比较狭义意义的定理被一些更广泛意义的定理所包含,而计算公式越来越复杂。因而力学研究极大的困难在于计算太慢。计算工具太慢就成为力学研究与发展的瓶颈。 美国人发明电子计算机的初衷也正是为了解决计算弹道这个典型复杂的力学问题开始的。计算机的产生使力学学科发生了巨大变化。结构分析、弹道计算、空气动力计算、数值天气预报、渗流与地下水的运动规律、天体力学中的轨道计算等等越来越多、越复杂的问题都可以交给计算机计算了。 计算机产生后,力学学科的研究手段,从只有理论、实验,增加为理论、实验与计算三种手段。计算机的强大威力淘汰了一些不适应计算机的过时方法,适应计算机的特点发展了新的计算方法,在计算机的帮助下发现了许多新现象,如奇怪吸引子与混沌就是在计算机的帮助下发现的。 计算力学这一名词的出现大约是50年代末的事情。它是研究借助计算机求解力学问题、探索力学规律、处理力学数据的新学科。计算力学又是力学、数学、计算机科学的交叉学科。 在计算机发明后的早期,用计算机求解力学问题或别的问题仅仅利用了计算机快这一优点。紧接着而来的问题是程序工作量不能适应计算机的高速度。一台计算机需要数以百计的工作人员编程序才能喂饱。于是编写程序又成了合理使用计算机的瓶颈。人们想出了许多方法去解决这一困难。从50年代先后出现的符号汇编语言、FORTRAN语言、ALGOL语言等以及随之而迅速发展起来的软件产业,就是为解决这一问题应运而生的。 在适应于计算机求解力学问题节约程序人力方面,最成功的就是有限元方法的产生与发展。它的产生也是计算力学作为力学一个独立的分支学科形成的标志。 有限元法的思想尽管可以追溯得更早,如有人说有限元的思想是40年代美国人库朗(R.Courant)在1943年提出来的,有人说有限元是加拿大人辛格(J.L. Synge)在40年代提出来的,更有人说有限元是欧拉的折线法就包含的,还有人说在东汉刘徽的割圆术就是有限元法,不一而足。当然这些说法也不是完全没有道理。因为有限元法的思想的确是有一部分同上述人的工作有点联系。但是要知道,有限元法是同计算机紧紧相联系的。 事实是,在50年代中期世界各国都有一批人在思考用计算机求解结构力学与连续介质问题。如曾经在英、德工作过的希腊人阿吉里斯(J.H. Argyris)1956年、美国的特纳(M.J. Turner)、克拉夫(R.W. Clough)与马丁(H.C. Mardin)在1956年、苏联的符拉索夫(В.З.Власов)在50年代、中国的冯康在60年代初都提出了帽子函数插值或单元刚度的矩阵表示。所以很难说有限元的思想是那一个人的发明,它是一种世界性思潮的产物。 不过在有限元法的发展历史上的重要事件是,50年代末加利福尼亚大学伯克利分校的威耳孙(E.L. Wilson,1930-)在克劳夫指导下的博士论文《二维结构的有限元分析》,该论文于1963年完成了世界上第一个解决平面弹性力学问题的通用程序。这个程序的主旨是借助于它解算任何平面弹性力学问题不需再编程序了,只要按说明输入必要的描述问题的几何、材料、荷载数据,机器就可以进行计算,并且按照要求输出计算结果。 有限元法的程序一经投产,立刻显出它的无比优越性,原来在弹性力学领域内对付平面问题,只有复变函数方法与平面光弹性方法两手,这两种方法在有限元法的对比下便渐渐退出了历史舞台。 威耳孙在有限元程序系统方面后来还进行过许多有意义的研究,他编写了有限元的多种单元的程序SAP (Structural Analysis Program),在他的指导下,他的研究生编写了非线性结构分析程序NONSAP,1981年他还最早编写了适应微处理机的程序SAP81。 SAP程序经曲圣年、邓成光、吴良芝等移植与修正、SAP81程序经袁明武扩充改造形成独立的版本SAP84,这两个程序在我国工程建设中发挥了重大作用。NONSAP经过美国巴特(Bathe)的改进形成有世界影响的非线性分析程序ADINA。 随后,结构分析的有限元软件迅速发展。包含二维元、三维元、梁单元、杆单元、板单元、壳单元、流体单元等多种单元、能解决弹性、塑性、流变、流体以及温度场、电磁场各种复杂耦合问题的软件以及软件系统不断出现。在10多年内生产与销售有限元软件形成了有相当规模的社会新产业,而且使用有限元法解决实际问题迅速在工程技术部门普及。 1960年克劳夫在匹兹堡举行的美国土木学会电子计算会议上的《平面应力分析中的有限元法》是最早提到有限元的论文。之后有限元的论文、文集、专著大量涌现,专题学术会议不断召开。新的单元、新的求解器不断提出,先后有等参元、高次元、不协调元、拟协调元、杂交元、样条元、边界元、罚单元等不同的单元,有带宽与变带宽消去法、超矩阵法、波前法、子结构法、子空间迭代法等求解方法,还有网格自动剖分等前后处理的研究,这些工作大大加强了有限元法的解题能力,使有限元方法逐渐趋于成熟。1988年出版的《有限元法手册》是有限元法发展的一个阶段总结。 应当注意的一些研究方向 计算力学的迅速发展,以及为他所取得的成功所鼓舞,使得一些学者对于计算力学的成就产生了过分乐观的估计。例如在20年前美国就有人说,再过10年风洞就要被计算机代替,20年过去了,计算机还不能取代任何风洞。计算力学所取得的成就,大体上说,对于可以用线性理论来近似的那些问题,靠计算机大部可以较好地解决了,可是对于实质上是非线性的那种力学问题,目前计算机几乎还是无能为力的。 钱学森先生说,力学“是一门用计算机计算去回答一切宏观的世纪科学技术问题,计算方法非常重要;另一个辅助手段是巧妙的实验。”如果说,目前在宏观力学问题中线性问题有百分之九十的可以依靠计算机来求解,百分之十靠实验求解,那么在非线性领域内,情形正好反过来。所以自从计算力学这个学科产生以来,它努力的方向就有两个方面。一方面对于线性问题,主要是扩大它求解问题的规模;另一方面,对于非线性问题来说,在努力寻求计算方法。 近年来非线性问题的求解已经成为计算力学学科发展的主攻方向了。现在看来钱学森先生的看法对于宏观问题中的线性问题,已经是一种现实,而对于宏观问题中的非线性问题,这只能当作计算力学这一学科的努力方向,我们还必须准备走很长的路。 从60年代开始,在结构分析的有限元程序中,逐渐计入非线性项。例如讨论结构材料的塑性性质的,称为物理非线性问题,讨论结构的大变形引起的修正,称为几何非线性问题。最初的计算方案都是采用荷载增量法,即逐步给荷载一个小的增量,求相应的变形增量。 大约从60年代末,人们在实际解题中发现有的问题在荷载达到极大值时计算机总是溢出而停机。这个问题困惑了人们许多年,直到70年代末80年代初才解决。1971年美国学者温泊纳(G.A.Wempner)、1978年荷兰学者瑞克斯(E.Riks)分别从理论上提出解决这个问题的方法,80年代初人们在程序上实现了这个方法。这个方法后来被称为弧长法。 计算机登上历史舞台后,首先在力学中与结构分析结合形成计算力学。这时又提出结构优化问题与结构控制问题。即在给定的荷载与功能要求的条件下借助于计算机寻求最优的结构形式与结构参数,或在一定的外力条件下寻求最优的控制力使结构的内力或位移符合要求。近年来,一种能在电信号刺激下可以很快产生应变反应的材料出现了,人们称之为电流变材料或智能材料,将这种材料用于结构上,给它一定的电信号,结构就可以迅速作出所需要的反应,这种结构也被称为智能结构。对于智能结构的研究是近年来兴起的一个重要研究方向。 结构的优化设计是计算力学中一个重要的非线性研究领域,它的主要目的是在满足一系列条件下(这些条件也被称为约束)寻求结构最优参数。通常这类问题是非线性的,而且计算量非常大,只有靠计算机的帮助才能解决。在钱令希(1916-)教授的大力提倡、组织与推动下,大连理工大学的程耿东、钟万勰得到了一些重要结果,结构优化的研究在我国有很好的发展。 求解非线性问题紧接着而来的是遇到分叉的问题。在有限元的通用程序中,对于结构稳定性的问题,通常是将问题化归于一个特征值问题,它的基础还是线性理论。在用非线性程序来求解时,往往由于遇到分叉而不能前进。这是因为在分叉点结构的总体刚度矩阵退化问题无法继续求解。 为了克服这一困难,对于高维系统中的平衡解的静分叉以及霍普夫分叉,人们又发展了一系列的方法,但是在实践上还不能说已经彻底解决了。这方面的总结可参阅武际可与苏先樾著的《弹性系统的稳定性》一书(科学出版社,1994年)。关于高维系统的同宿轨道与异宿轨道的计算,以及高维系统向混沌转化的计算,迄今仍是难题。 |
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