建立以可靠性为基础的水面舰艇结构设计标准的方法

建立以可靠性为基础的水面舰艇结构设计标准需要考虑下列三个方面：（１）载荷，（２）结构强度和（３）可靠性分析方法。本文提出了一个由下面两种方法组成的新方法：（１）直接以可靠性为基础的设计，和（２）载荷和能力因子设计方法（ＬＲＦＤ）。根据这种方法，载荷可以用线性或非线性的方法处理。同样，在校核结构强度时，也可以用线性或非线性分析的方法。可靠性分析和以可靠性为基础的设计可以在结构系统的不同层次进行，例如     

复合材料螺旋桨强度评估方法研究

为实现对复合材料螺旋桨强度进行准确的评估，本文基于Hashin强度准则对特定铺层的螺旋桨在设计工况水动力载荷下进行强度评估；鉴于模拟螺旋桨所受水动力载荷具有很大的局限性，开展等效集中力研究；静强度试验表明，有限元计算结果与试验结果吻合较好，各测点处应变均呈线性增长，有效佐证了强度评估方法的可靠性。     

船舶强度研究中的几个问题

提出了船舶强度研究中值得注意的几个问题,（１）船舶砰击动力屈曲,（２）船舶总极限强度;（２）爆炸载荷作用厂舰船加筋板的变形和破损。评述已有的研究成果,提出新的观点。     

船体梁与加筋板极限强度可靠性设计

本文应用结构可靠性分析方法，分别以船体梁和船体纵向加筋板极限承载能力为失效模式，对船体结构进行了安全评估和可靠性设计。应用所开发的新的改进可靠性计算方法，计算了基本物理量的不确定性对船体结构极限强度函数统计特征的影响，同时结合所开发的用于直接估算船体梁和加筋板极限强度的荛用计算方法，确定出不同船体结构的失效概率和设计目标安全指数，推导了局部安全因子，可以进行船体结构的可靠性设计与再评估。     

船体结构强度评估的非线性设计波法研究

介绍了一套基于非线性设计波法的船体结构强度评估方案,并以某深水多功能水下工程船为例:基于谱分析方法确定设计波参数;采用DNV船级社推出的Wasim这一基于Rankine源方法的时域线性/非线性船体运动与载荷预报程序,计算并获得船体在非线性设计波下的运动、载荷时历响应;采用Fortran编写接口程序,将Wasim计算得到的水动力网格上的水动压力信息,通过空间映射及插值,传递到Patran有限元网格上;采用MSC.Patran/Nasrtan这一船舶与海洋工程专业常用的有限元软件,计算获得非线性设计波下船体结构应力时历响应,可与线性设计波方法下的计算结果进行了比较。该研究验证了在船舶结构设计中考虑波浪载荷非线性影响的重要性,可为船体结构基于非线性设计波法的强度评估提供参考。     

海船断裂控制设计准则

传统的断裂控制设计准则，如脆性转变温度准则或最低工作温度准则等，在实际断裂评定中，有时会遇到困难，其原因在于建立这些准则的条件与实际结构的服役条件存在差异。本文在分析材料断裂韧度的温度效应和载荷速率效应的基础上，根据海船工作条件构造了断裂特征分析图（Fracture Characteristic Analysis Map),提出了一个计及材料性能（断裂韧度，屈服强度）、环境因素（服役温度，载荷速率）和结构特点（板厚及平面应变约束）在内的海船断裂控制设计准则。应用该准则可根据对海船工作特性的要求，选择材料和预测结构的断裂行为，从而为防断选材、结构完整性评定、可靠性分析以及失效分析、预测、预防提供了定量的依据。该准则克服了传统断裂控制准则的局限性，可以全方位地模拟海船结构特点及工作条件，具有更满意的适用性。     

极地低温和凹陷损伤下加筋板极限强度的参数敏感性分析

为了快速评估含船冰碰撞凹陷损伤下加筋板在轴向压缩载荷作用下的极限强度，本文采用非线性有限元法对低温凹陷损伤加筋板的极限强度进行研究。根据EH36钢在低温下的材料力学性能试验，通过折减因子评估法，基于完整加筋板在轴向压缩下极限强度的经验公式，提出以加筋板柔度和加筋板壳板柔度为变化参数，采用最小二乘法拟合折减系数，得到低温含凹陷损伤加筋板剩余极限强度的经验公式。结果表明，相比于凹陷长度和凹陷深度，凹陷宽度对加筋板极限强度的影响较大；对比分析凹陷损伤加筋板极限强度的经验公式和有限元法的计算结果，误差较小，验证了船冰碰撞凹陷损伤下加筋板的极限强度快速评估方法的准确性。     

对受弯曲及压缩作用加劲板有效宽度的评估

本文分为三个部分。第一部分涉及伴随加劲板弯曲而产生的剪力滞后作用。第二部分讨论无加劲肋长板受压时的效应，这被称之为有效“宽度”作用。涉及的内容有板的最大强度；此强度如何受初挠度，正压力和边界条件影响；单格板破坏前的应力分布，为确定单板刚性而设立的“减缩有效宽度”概念，该部分的最后评价中推荐了无约束板强度平均预计值：σｍ／σｖ＝（２／β）－（１／β＾２）。这为英国海军所采用，且在欧洲已被推荐了无约束     

受损船体极限强度分析与可靠性评估

对预报船舶极限强度的解析公式作局部改进，使其更有效地用于评估或预报现代船舶剩余极限强度。将该方法同MVFOSM相结合，对一艘油船进行了完整船体（新建／老龄）与受损结构（搁浅／碰撞）极限总纵强度分析和可靠性评估及预报；某些结论可作为深入研究剩余强度理论或指导实船结构设计的参考。     

冰载荷对加筋板轴向压缩极限强度的影响

船舶在冰区航行时,将遭受浮冰的挤压,船舷侧部位的加筋板会受到冰载荷的作用。以单筋单跨加筋板为研究对象,采用非线性有限元法对冰载荷下加筋板轴向压缩极限强度进行分析。研究冰载荷的大小、加载区域面积和加载区域位置的不同对极限强度的影响规律。结果表明,冰载荷大小一定,冰载荷作用区域面积逐渐增加时,加筋板的轴向压缩极限强度随着面积的增加基本呈线性增加。冰载荷作用区域位置距离加筋板中心点距离逐渐增加时,加筋板的轴向压缩极限强度逐渐增加,且随着相对距离的增加,对加筋板轴向压缩极限强度的影响越来越大。这些结果可用于指导冰区船舶结构的设计以及维护。     

循环载荷下船体板极限承载性能研究

研究船体板在轴向循环压缩载荷下的极限承载性能,对于保障船舶的总纵强度安全具有重要意义。本文运用系列方柱试件模拟船体板构件,对其在轴向循环压缩下的极限承载能力进行了试验研究,并运用非线性有限元方法对其中两个试件进行了数值分析。研究表明,船体板一次性崩溃压缩极限强度是循环压缩载荷下船体板极限强度的最大值,基于一次性崩溃理念的船体结构极限强度评估可能偏于危险。     

船体结构剩余强度评估方法研究

在设计阶段对船体可能发生的破损情况和剩余强度进行分析。根据分析结果优化结构设计,可以有效地提高船舶破损后的生存概率。以某双壳油船为例,采用SMITH法和非线性有限元法,计算破损后船体的剩余承载能力,比较2种计算方法的计算原理和结果。采用规范计算和直接预报的方式对船体破损后的波浪载荷进行预报。采用确定性方法和可靠性方法对破损船船体结构剩余强度进行评估,给出了实际应用中的使用建议。     

船体结构极限强度的影响参数与敏感度探讨

本文采用非线性有限元方法计算了船体结构在两种失效模式下的极限强度：一是加筋板格的非一性失稳极限强度；二是船体在中拱及中垂弯曲下的总纵屈服极限强度。较全面 探讨了计算中各种因素对第一种极限强度的影响，并对这两种极限强度中的主要影响参数，包括屈服应力、杨氏模量、初始缺陷、焊接残余应力、板厚等变化的敏感度作了计算，为船体结构的可靠性分析与设计提供了科学依据。     

新型浮式平台波浪载荷分析与结构强度评估

为优化浮式平台结构型式，确定波浪载荷分析方法及特征载荷选取，并应用于新型浮式平台的波浪载荷分析与结构强度评估。结果表明，型式优化的平台运动特征载荷响应幅值算子（Response Amplitude Operator，RAO）可有效避开作业海域的极端海况，为海洋结构物的型式设计、波浪载荷计算与结构强度评估提供参考。     

组合压载下金属折叠式夹层板的后屈曲极限强度分析

金属夹层板以优异的力学性能已应用于实船。本文根据与加筋板重量相当原则,设计一种金属折叠式夹层板结构,考虑其应用于舰船甲板的受力特性,采用非线性有限元方法,研究夹层板结构在不同组合载荷作用下的非线性后屈曲极限强度。首先通过与经验公式及相关结果对比验证了本文数值仿真方法和技术的可行性和准确性;然后建立双向面内受压和垂向载荷作用下的金属折叠式夹层板结构数值模型,基于屈曲特征值确定屈曲极限强度分析的初始缺陷;考虑结构初始缺陷,计算得到夹层板结构的后屈曲极限强度;对金属折叠式夹层板在不同组合载荷作用下的横向、纵向后屈曲极限承载能力进行计算分析;并与传统加筋结构对比,结果显示本文设计的金属折叠式夹层板结构具有更优异的稳定性和极限承载力,结果对金属夹层板的应用与强度设计提供参考。     

复合材料螺旋桨强度评估方法研究

为实现对复合材料螺旋桨强度进行准确的评估,本文基于Hashin强度准则对特定铺层的螺旋桨在设计工况水动力载荷下进行强度评估;鉴于模拟螺旋桨所受水动力载荷具有很大的局限性,开展等效集中力研究;静强度试验表明,有限元计算结果与试验结果吻合较好,各测点处应变均呈线性增长,有效佐证了强度评估方法的可靠性。     

某船设备系固卡板结构及连接焊缝强度直接计算

根据某船装载设备基座的卡板设计和载荷,采用有限元方法对其结构和连接焊缝的强度进行计算和分析,并依据应力计算结果对原设计进行修改直到卡板结构及其连接焊缝在设计载荷作用下满足强度要求。     

压缩与剪切联合载荷作用下矩形板格的极限强度分析

当船舶在波浪中航行时，一般认为为船体结构基本单元的矩形板处于联合载荷作用之下，为了评估板单元在这种情况下的极限强度，讨论了矩形板在压缩与剪切应力联合作用下的特性。该研究分三步进行；第一步是运用伽辽金（Galerkin)法对板进行弹性屈曲分析；第二步是在材料刚塑性的假定下进行塑性破坏分析；第三步是综合弹、塑性分析的结果，进行极限强度分析。在整个分析中，对压缩与剪切应力在联合载荷中所占比例的不同情况进行了计算，而且还考虑了初始缺陷对于极限强度的影响。     

基因演算法於船体加强板架之最佳化设计应用

船体结构之最佳化设计是一个复杂非线性的混和离散问题，并且要搜寻到全域的最佳值并不容易。在复杂的设计环境下基因演算法（Genetic Algorithm；GA）却可以搜寻到近似的全域最佳值。本文主要是应用基因演算法对T加强板架（Tee stiffened panel）、平板加强板架（flat-bat stiffened Panel）等常用且最具代表性之船体结构件进行最佳化设计，使结构在满足终极破坡限制（ultimate failure constraints）与耐用破坏限制（serviceability failure constraints）等所有限制条件下，求得最佳目标函数值中各设计变之最佳组合。在过程中并考量不同族群大小、变换机率、突变机率因素对最佳化结果的影响。文中是以制造成本为目标函数，其中同时考量材料成本及劳工成本，且所得之结果与连续性线性规则（Sequential Linear Programming；SLP）最佳化结果作了比较。计算的结果显示基因演算法可以有效地与快速地获得最小重量和最低成本的目标。     

用非线性理论计算旋转式起重机的最大偏摆角

本文以实验为依据，假定起重机的旋转角速度按正弦规律变化，推出货重偏摆角的非线性微分方程。借助计算机求得数值解，得出以下３点结论：（１）最大偏摆角仍近似与幅度Ｒ成正比；（２）摆长ｌ对最大偏摆角的影响在ｎ＞２时尤为显著，变化复杂，各特性曲线会相交，在ｎ≤２时，影响不大；（３）负的初偏角会使最大偏摆角减小，反之，会增加。