结构系统疲劳可靠性分析的一阶和二创混合方法

本文提出了复杂结构系统疲劳可靠性分析的一阶和二阶混合方法。引用Ｈｏｈｅｎｂｉｃｈｌｅｒ等提出的并联系统可靠性分析的二阶渐近式计算失效途径的疲劳失效概;利用并联系统效线性安全余量的概念,形成由失效途径的等效失效单元组成的串联系统;并最终计算整个系统的疲劳失效概率。计算结果表明,这一方法能有效地提高结构系统疲劳失效概率的计算精度。     

海洋平台结构系统疲劳可靠性分析的一阶二次矩方法

本文提出了海洋平台结构系统疲劳可靠性分析的一阶二次矩方法，海洋平台结构系统中疲劳破坏的失效途径用一由若于失效单元组成的并闻系统来模拟，失效单元代表了平台结构中易发生疲劳破坏的管节点，文中寻出了失效单元依次破坏时的疲劳寿命与它们在其他单元均未破坏下的疲劳寿命之间的一船关系式，并用一阶二次矩方法计算上述并联系统的失效概率。     

失效途径疲劳失效概率计算的一阶方法的改进

失效途径的疲劳可靠性分析是复杂结构系统疲劳可靠性分析的基础和关键，目前常用的方法是一阶可靠性方法（FORM），由于没有考虑失效单元极限状态超曲面之间的相关性，易引起较大的计算误差。本文从分析失效单元极限状态超曲面的相互关系入手，提出了失效途径中各失效单元极限状态函数检验点新的选择准则，对一阶可靠性方法进行了改进。算例表明，本文提出的改进方法有效地提高了失效途径疲劳失效概率的计算精度。     

老龄化船体结构的腐蚀疲劳风险评估

提出了对由于腐蚀和疲劳而引起的船体结构极限强度老化进行风险评估的方法。提出了由腐蚀增长、疲劳裂纹和腐蚀一疲劳裂纹联合作用引起的船体强度降低的随机时域函数模型。并利用二阶可靠性方法计算主要船体结构的瞬时可靠性。提出了进行老龄化船体结构时域可靠性分析的方法，用统计和概率的方法描述了腐蚀和疲劳裂纹参数对老龄化船体结构可靠性的敏感度。最后以一艘老龄化油船的结构为例进行了验证。     

基于结构可靠度理论的高拱坝失效概率研究

简述了高拱坝安全评价中可靠度与失效概率研究的现状及存在问题;分析了高拱坝的主要失效模式,建立了高拱坝系统失效的故障树模型;研究了高拱坝失效相关主要随机变量的分布规律及特征值计算方法;探索应用JC法计算高拱坝单个失效模式的失效概率;研究了具有多个失效模式的高拱坝系统失效概率的计算方法;计算了某一高拱坝的失效概率。     

基于λ-等效原则的并联系统备件配置方法

针对不同寿命分布类型部件组成的并联系统存在备件配置计算公式较为复杂,较难得到解析解的问题,根据累积失效相等原则,将非指数型部件等效为指数型部件,在此基础上,建立了并联系统的备件配置模型。利用该模型,并结合边际效益方法对并联系统中不同寿命分布类型的部件备件配置数量进行了优化计算。通过相关分析,该计算方法具有计算便利,结果较为准确的优点。最后通过具体案例的应用,对该计算方法进行进一步的说明和检验,为解决并联系统备件配置问题提供一种新思路。     

集装箱船等效设计波法中疲劳载荷概率系数的确定

为了在应用等效设计波方法时将船体梁载荷规范包络值、运动包络值、加速度包络值转换为疲劳评估载荷,需得到疲劳载荷概率系数这一重要参数。采用基于三维势流理论的水动力计算软件,分析多型集装箱船不同航速及超越概率的载荷长期预报值,得到用于疲劳评估的疲劳载荷概率系数的直接计算值。对直接计算值进行回归分析,拟合出各载荷的概率系数简化公式。结果表明,简化公式比较理想。     

集装箱船等效设计波法中疲劳载荷概率系数的确定

为了在应用等效设计波方法时将船体梁载荷规范包络值、运动包络值、加速度包络值转换为疲劳评估载荷,需得到疲劳载荷概率系数这一重要参数。采用基于三维势流理论的水动力计算软件,分析多型集装箱船不同航速及超越概率的载荷长期预报值,得到用于疲劳评估的疲劳载荷概率系数的直接计算值。对直接计算值进行回归分析,拟合出各载荷的概率系数简化公式。结果表明,简化公式比较理想。     

服役后期海洋平台剩余寿命可靠度预测方法

为保证服役后期平台在延寿服役期内的安全性,需要对其结构整体剩余寿命可靠度进行预测。因此,文章重点研究了在随机波浪载荷作用下平台部分构件动力失效和疲劳失效时,平台整体时变可靠度预测方法。采用Miner线性累积损伤理论和首次超越失效准则,计算平台构件的疲劳寿命可靠度和动力可靠度,搜索并删除失效概率较大的构件,运用波浪增量动力分析法找出平台结构所能承受的极限波浪载荷,再结合服役海域波浪统计资料,计算平台结构系统整体时变可靠度以预测其剩余寿命。文中算例表明了该方法的实用性和简便性。     

疲劳累积损伤下海洋平台加强管节点的可靠性分析

对疲劳累积损伤下海洋平台加强管节点的强度衰减进行了分析,得到了疲劳载荷和冲剪载荷作用下加强管节点各失效模式的当量寿命。在此基础上,综合考虑了冲剪载荷和疲劳载荷的相互作用,建立了节点寿命安全余量方程,计算了节点的可靠性指标和失效概率。通过算例计算了某导管架上一加强管节点在服役一定年限后,在地震和正常服役情况下的强度可靠性,以此判断节点加强环的选择尺寸是否满足要求。分析表明,提出的分析和计算是符合工程实际的,它为加强管节点在同时考虑冲剪失效和疲劳失效作用时的可靠性分析提供了一个合理方法。     

我国战略石油储备船系泊系统安全性评估

用失效概率来评估系泊系统的安全性,是衡量储油系统是否安全的重要手段之一.本文提出了考虑防波堤遭受破坏状况下计算系泊系统失效的数值模拟方法,用时域系泊模拟法求解储油船运动方程并对系泊系统进行了可靠性分析.模拟结果表明,系泊系统的年可靠性为0.999998.所提出的方法能有效地对超大型浮式储油船系泊系统进行定量的安全评估.     

考虑防波堤失效状况的超大型海洋浮式储油船系泊系统安全性评估

本文首先阐述了建立我国战略石油储备的必要性,选取了超大型浮式储油船作为海上石油储备方式.系泊系统是整个海上储油系统中最重要的设施,对系泊系统的概念、分析、设计和可靠性等作了较详细的描述.用失效概率来评估系泊系统的安全性,是衡量储油系统是否安全的重要手段之一.文中提出了考虑防波堤遭受破坏状况下计算系泊系统失效的数值模拟方法,用时域系泊模拟法求解储油船运动方程并对系泊系统进行了可靠性分析.模拟结果表明,系泊系统的年可靠性为0.999 997.所提出的方法能有效地对超大型浮式储油船系泊系统进行定量的安全评估.     

A simplified method for reliability- and integrity-based design of engineering systems and its application to offshore mooring systems

This paper presents a simplified method for the reliability- and the integrity-based optimal design of engineering systems and its application to offshore mooring systems. The design of structural systems is transitioning from the conventional methods, which are based on factors of safety, to more advanced methods, which require calculation of the failure probability of the designed system for each project. Using factors of safety to account for the uncertainties in the capacity (strength) or demands can lead to systems with different reliabilities. This is because the number and arrangement of components in each system and the correlation of their responses could be different, which could affect the system reliability. The generic factors of safety that are specified at the component level do not account for such differences. Still, using factors of safety, as a measure of system safety, is preferred by many engineers because of the simplicity in their application. The aim of this paper is to provide a simplified method for design of engineering systems that directly involves the system annual failure probability as a measure of system safety, concerning system strength limit state. In this method, using results of conventional deterministic analysis, the optimality factors for an integrity-based optimal design are used instead of generic safety factors to assure the system safety. The optimality factors, which estimate the necessary change in average component capacities, are computed especially for each component and a target system annual probability of system failure using regression models that estimate the effect of short and long term extreme events on structural response. Because in practice, it is convenient to use the return period as a measure to quantify the likelihood of extreme events, the regression model in this paper is a relationship between the component demands and the annual probability density function corresponding to every return period. This method accounts for the uncertainties in the environmental loads and structural capacities, and identifies the target mean capacity of each component for maximizing its integrity and meeting the reliability requirement. In addition, because various failure modes in a structural system can lead to different consequences (including damage costs), a method is introduced to compute optimality factors for designated failure modes. By calculating the probability of system failure, this method can be used for risk-based decision-making that considers the failure costs and consequences. The proposed method can also be used on existing structures to identify the riskiest components as part of inspection and improvement planning. The proposed method is discussed and illustrated considering offshore mooring systems. However, the method is general and applicable also to other engineering systems. In the case study of this paper, the method is first used to quantify the reliability of a mooring system, then this design is revised to meet the DNV recommended annual probability of failure and for maximizing system integrity as well as for a designated failure mode in which the anchor chains are the first components to fail in the system.     

共模故障分析在起落架系统中的应用研究

共模故障（COMMON MODE FAULT,CMF）广泛存在于复杂系统中,研究如何对系统中可能引发共模故障的故障状态进行识别、提出预防措施、降低共因故障发生概率,成为当今可靠性安全性领域重要的研究方向。共模故障分析（COMMON MODE FAULT ANALYSIS,CMFA）是一种用于复杂系统可靠性、安全性和风险性评价的方法,是故障模式与影响分析和故障树分析的补充,此方法可以用来检验系统各组成部分之间是否满足独立性要求,确定共模故障条件下对系统失效的概率。通过共模故障分析方法在某型民机起落架应用过程的分析研究,为今后此分析方法的应用提供参考。     

一种新的路径积分法在船舶横摇概率计算中的应用

基于Gauss-Legendre积分规则提出了一种新的路径积分法来计算随机横浪中船舶非线性横摇运动的概率密度分布,新的路径积分法能够得出精确的瞬态概率密度分布,包括系统响应尾部区域的概率分布,其对系统的可靠性分析是十分重要的.船舶随机横摇运动微分方程考虑到阻尼力与恢复力的非线性.数值模拟了联合概率密度函数随时间的演变,分析了外部激励强度对船舶稳态概率密度分布的影响.数值模拟的结果表明新的路径积分法对研究船舶非线性横摇运动概率密度分布是十分有效的.     

系泊船舶在不规则波中慢漂振荡的马尔可夫模型

一艘在非高斯慢漂波浪力激励下的系泊船舶的响应被用一个连续的马尔可夫过程来建模.提出了一个数值路径积分解法来计算该艘船舶的响应统计.该数值路径积分法是基于Gauss-Legendre插值方案,响应概率密度值是在子区间内的高斯分点上获得的.显示该数值路径积分解法有独特的能力在很低概率水平时生成精确解,这在系统可靠性分析时有重要意义.     

4500米级载人深潜器耐压球壳疲劳可靠性分析

采用能计及裂纹闭合以及裂纹前缘的三维约束效应的裂纹扩展预报模型对我国研制中的4500米载人深潜器钛合金耐压球壳的疲劳寿命研究。参考国外同级别深潜器下潜统计数据建立了疲劳载荷概率模型,基于响应面法开展了疲劳可靠性分析,得到了失效概率及各随机变量参数敏感性结果,对载人球壳抗疲劳设计及结构安全性评估具有一定的参考意义。     

海洋核动力平台疲劳寿命评估

针对海洋核电平台,提出一种疲劳评估方法。考虑海洋核电平台的工作特性,工作状态时选取首向浪向不等概率分布的波浪载荷,拖航状态时选取全浪向等概率分布的波浪载荷,分别计算出两种波浪载荷下的疲劳损伤度,再根据两种状态下的时间分配系数得到总的损伤度。根据提出的疲劳评估方法,建立核电平台的有限元模型,选取危险疲劳节点进行细化处理,通过有限元分析得到应力传递函数以及疲劳损伤度,验证了评估方法的可靠性,确定了危险疲劳节点的位置,并为类似平台的疲劳问题提供参考。