船舶结构可靠性分析报告.doc

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1、大连海洋大学船舶结构可靠性分析Analysisofthereliabilityoftheshipstructure船舶结构可靠性分析研究综述研究领域：船舶与海洋工程（专硕）姓名：邓英杰学号：2015085223012船舶结构可靠性分析研究综述摘要：结构可靠性理论是60年代后才发展起来的一门新兴学科，作为结构强度理论与计算结构力学的一个新分支，具有工程实践和船舶安全评价的重大意义。本文就船舶结构可靠性分析近代的发展做了总结性的综述，从载荷、承载能力、可靠性分析方法三个角度出发，并对其今后的研究方向提出了建议。关键词：船舶结构；可靠性；船舶安

2、全评价；分析方法1前言传统的船舶结构强度计算方法采用的是确定性方法，将船体载荷和材料力学特性等诸多因素都看做是确定性的单值量，这与实际不符，传统的确定性设计已不能满足现代船舶发展的需求，而采用概率统计的方法相比之下更为合理，进而诞生了船舶结构可靠性分析这一学科。1969年，挪威学者Nordenstrom【1】发表船舶结构分析里程碑的一篇文章，率先将波浪载荷和船舶总纵强度的承载能力看做是随机分布的变量，进而分析船体的失效概率。1972年，美国学者对船体总纵强度的概率模型进行了系统的专题研究，船舶结构可靠性分析理论得到了进一步的发展。上个世纪

3、80年代中期，船舶可靠性分析方法已经建立了起来。目前，世界各大船级社都在制定以可靠性分析为基础的船舶结构设计规则。2载荷对于船舶结构，静水载荷和波浪载荷是两种主要的载荷形式。波浪载荷的理论计算是基于上个世纪50年代末的切片理论建立起来的。80年代后期，人们对波浪载荷的研究增加了许多新的内容。S.G.Stiansen【2】提出了波浪载荷的概率模型，研究了低频相应和高频效应的概率组合问题；美国学者C.G.Soares从当时的技术水平出发，提出了一个船舶波浪载荷效应的可靠性分析标准模式。该方法的创新性在于，在线性切片理论计算船体波浪弯矩的基础之

4、上，将高频载荷以经验性影响因子的形式与低频波浪弯矩组合。在早期,波浪载荷计算中应用的大多是线性理论。随着研究的深入和实践经验的增加,波浪载荷的非线性性质引起了人们的关注。大量的实船测量和船模试验表明,行驶在汹涛中的高速舰船,由于船体的非直舷,以及底部砰击、外张砰击和甲板上浪等因素的影响,导致舰船的运动,特别是波浪载荷呈明显的非线性。这时,在规则波中的运动不再具有简谐性质,中垂波浪弯矩幅值明显大于中拱时的幅值。加突出的是,由于底部砰击和外张砰击,使船体剖面内出现高频振动弯矩。这种弹性振动是一种瞬态响应,在高海况下,两者迭加而成的中垂合成弯矩

5、幅值将远大于线性理论的计算结果。为了计算砰击振动弯矩，一种被称为“两步走”的方法被广泛使用，即先在刚体假设下计算船体运动和作用在其上的水动力，而后再将船体视为弹性体，把水动力作为激励求解振动响应。后来，又出现了考虑船在波浪中运动整体性的水弹性力学方法，并将该理论将规则波扩展到不规则波，由二维线性水弹性法扩展到二维非线性。然而，由于二维理论只适应于细长的单体船，所以后来又出现了三维势流理论，由吴有生【3】于1984年提出。以往大多数船舶可靠性分析文献都是把波浪载荷按照切片理论确定，却未考虑砰击载荷。我国学者戴仰山【4】提出了一种新的载荷组合

6、模型：将低频波浪弯矩和砰击振动弯矩在时域内对应叠加，利用合成弯矩幅值的统计值进行拟合，求得可靠性分析中总弯矩的概率分布。静水载荷效应的研究比较少，传统设计一般将其视为确定量。上个世纪90年代人们研究发现，由装载状态决定静水剪力、弯矩等在船舶营运中呈现随机变化的特性。目前，静水载荷一般取为正态分布，用于其统计特征的方法大致分为3类：线性规划法、计算机模拟法、统计资料法。3结构承载力承载能力与结构失效模式紧密相关。早期船舶总纵强度的可靠性分析中，失效模式主要限于中垂时的甲板屈曲，中拱时的甲板板架屈服。外国学者Mansor分析了极限载荷下船体的

7、非弹性屈曲和过渡屈服失效模式；上海交大桑国光【5】等分别对船体梁的屈曲失效、甲板板架屈曲失效和甲板板格屈曲失效等模式进行了研究。日本学者采用理想结构单元法考虑初始变形、残余应力以及单元的非线性行为来确定船舶极限纵强度作为船体结构的承载能力,用常规方法计算载荷效应,进行了船体梁的总纵强度可靠性分析。近年来对结构承载能力模型的研究进一步加强。船舶结构失效模式包括了疲劳破坏、扭转破坏、局部强度破坏及自然损耗等。结构承载力也是随机变量，影响它的基本随机变量包括：模型不确定性；机械材料性能、构件尺寸、结构尺寸等。模型不确定性一般用一个模型不确定系数

8、来表示，为真实强度（试验值或理论值）与建议公式所计算的值的商。在可靠性分析中，可以将其看作一个附加的随机变量。客观不确定性可用均值、标准差和分布形式来描述，针对它们对结构承载力的影响的常用的方