船舶极限强度可靠性分析中结构要素提取及计算方法研究

摘要

大型船舶相较于普通船舶，船长、排水量、航速提升明显，也不可避免地会遭遇恶劣海况，其承受的总纵弯矩与船长的平方成正比，也就是说大型船舶这样大尺度船长的船舶和中小型船舶即使处在同一波浪条件下，所承受的总纵弯曲载荷，大型船舶相对要大得多，这也使大型船舶承受超过其截面承载能力载荷的几率大大增加了。然而目前针对大型船舶极限强度的计算方法主要仍为基于确定性的校核方法，不符合实际，精确程度有待商榷。随着近年来船舶可靠性理论的发展，船舶极限强度可靠性亟需更深一步地研究。文章对此问题进行了一系列研究。
　　本文首先对船舶极限强度的影响因素进行了相关研究。本文提取了杨氏模量、屈服应力、板材厚度、加强筋厚度、初始变形和残余应力作为极限强度的影响因素，定性地分析了上述各因素对极限强度的影响；针对目前现有的施加初始变形的方法的缺陷，本文提出了基于直接施加法的近似的解析公式；为了降低后续可靠性计算的维度，本文对各影响因素进行敏感性分析，确定板材厚度、加强筋厚度和屈服应力敏感度较大，当作随机变量；对这些随机变量，参考已发表的文献提取其分布类型、均值和变异系数；最后研究了随机变量的变化对极限强度的影响，最终给出了随机变量的建议取值。
　　本文对作为随机量的极限强度的计算方法进行了相关研究。在船舶极限强度可靠性分析中，极限强度为随机量，其影响因素亦为随机变量，计算极限强度的过程实际为计算随机变量函数的过程。本文对比研究了联合概率密度法、蒙特卡洛法、泰勒级数法和Rosenbluthe法，分析以上方法的优劣以及适用性，最终确定选择Rosenbluthe法作为计算极限强度的方法，并根据实例验证了该方法的可行性。
　　本文对可靠性计算方法进行了相关研究。本文根据适用性，选择了一次二阶矩法（FORM）、二次二阶矩法法（SORM）、Monte-Carlo法、自适应重要度抽样法（AIS）进行对比研究，首先对上述方法进行了简单的介绍，并通过实例比较各方法在计算效率和计算精度上的优劣，最终给出建议，重点关注计算精度，同时辅之考虑计算效率时，建议选择自适应重要度抽样法（AIS2）法，重点关注计算效率，同时辅之考虑计算精度时，建议选择二次二阶矩法（SORM）。
　　最后根据上述的研究成果，同时结合前期的工作内容，撰写了船舶极限强度可靠性中极限强度计算指南草案，简单、通俗地给出了计算作为随机量的极限强度的具体计算方法和步骤，为后续相关研究人员提供参考。

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1 绪论

1.1引言

1.2国内外研究现状

1.3本文的主要研究内容

2 船舶极限强度可靠性分析的随机变量提取

2.1船舶极限强度可靠性的结构影响参数

2.2初始变形的施加方法的改进

2.3影响参数的敏感性分析

2.4随机变量的选取

2.5随机变量对极限强度的影响

2.6本章小结

3 船舶极限强度可靠性分析的极限强度计算方法研究

3.1随机变量函数的计算方法介绍

3.2随机变量函数方法的对比和选择

3.3实例计算

3.4本章小结

4 船舶极限强度可靠性计算方法研究

4.1可靠性计算方法介绍

4.2可靠性计算方法对比与选择

4.3可靠性计算的建议方法

4.4本章小结

5 船舶极限强度可靠性中极限强度计算指南草案

5.1指南编写意义

5.2指南内容

5.3指南编写思路

5.4指南编写原则

5.5适用范围

5.6引用文件

5.7术语、定义和符号

5.8计算指南草案

6 全文总结与展望

6.1全文总结

6.2创新点

6.3未来展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术成果