基于拟合波浪载荷船体梁总纵极限强度可靠性分析

船舶波浪弯矩在规则波中的频响函数以半解析的形式给出,同时考虑了实船非直舷及底部砰击因素的非线性影响.提出了波浪弯矩的非线性经验拟合表达式以及波浪中的统计分布特性,它能快速准确地预报波浪载荷极值.最后提出了针对船体梁总纵极限强度进行可靠性分析的方法,并给出实船算例.研究结果表明,给出的方法既适用于概念设计阶段对船舶结构的安全性评估,也满足对实船波浪载荷的快速预报及结构强度可靠性分析的要求.     

极端海况下船舶总纵极限强度可靠性计算方法

船舶全海域大型化是一个发展趋势,因此船舶总纵极限强度可靠性计算中需要将极端波浪的影响参数考虑在内。一般的载荷计算方法并没有考虑极端海况中出现的特殊波浪载荷的影响;另外对于可靠性分析,极端载荷是更为复杂的随机变量,一般的船舶可靠性计算方法因为局限于某种特定分布,可能出现无法适用的问题。选取极端海况中上浪、砰击和大幅纵摇等对船舶总纵波浪弯矩有较大影响的因素,从航行界限的角度出发,将这些因素引入极端波浪弯矩的计算中,所得极端波浪海况下的波浪弯矩极值数据比常规波浪弯矩极值更大。参考实验数据表明,考虑极端波浪海况的波浪弯矩计算方法能在一定程度上更加真实地反映船舶所受波浪载荷;其次通过考察不同可靠性计算方法的特点,利用实例计算,给出极端海况下船舶总纵极限强度可靠性计算方法的选取建议。     

一种快速计算随机变量函数均值与标准差的新方法

船舶全海域大型化是一个发展趋势,因此船舶总纵极限强度可靠性计算中需要将极端波浪的影响参数考虑在内。一般的载荷计算方法并没有考虑极端海况中出现的特殊波浪载荷的影响;另外对于可靠性分析,极端载荷是更为复杂的随机变量,一般的船舶可靠性计算方法因为局限于某种特定分布,可能出现无法适用的问题。选取极端海况中上浪、砰击和大幅纵摇等对船舶总纵波浪弯矩有较大影响的因素,从航行界限的角度出发,将这些因素引入极端波浪弯矩的计算中,所得极端波浪海况下的波浪弯矩极值数据比常规波浪弯矩极值更大。参考实验数据表明,考虑极端波浪海况的波浪弯矩计算方法能在一定程度上更加真实地反映船舶所受波浪载荷;其次通过考察不同可靠性计算方法的特点,利用实例计算,给出极端海况下船舶总纵极限强度可靠性计算方法的选取建议。     

结构可靠性分析中结构能力统计特征的正确确定

在船舶结构界可靠性方法已得到越来越广泛的应用，在进行现有船舶的可靠性分析或对新船制订可靠性设计规范时，必须要首先确定能力与载荷的统计特征，在已发表的文献中，用于确定结构能力统计特征的方法甚至基本概念并不十分统一，本文旨在对有些概念和方法作一澄清。两类随机变量必须要区分开，即基本随机变量和从属随机变量，对于从属随机变量统计特征的确定，本文介绍了一种精确高效的确定其均值和标准差的方法，本文还对一些不正确步骤以及忽略某些信息带来的后果进行了讨论，归纳出了一些可供参考的结论。     

半潜平台载荷不确定性及结构可靠性研究

分析了海浪谱型、波高及载荷传递函数的不确定性对波浪载荷的影响,运用模型试验和数值方法计算波浪载荷传递函数的不确定性,提出了波浪载荷长期极值不确定性分析的新方法.基于简化Smith方法计算了半潜平台整体结构横垂向弯矩极限承载能力,使用蒙特卡洛模拟法分析了极限承载能力的统计参数和概率分布形式及其不确定性,同时运用改进的Rosenbluth方法加以比较验证,最后基于验算点法计算了某半潜平台横向结构抗弯极限强度的可靠性.     

内河散货船总纵极限强度可靠性分析

针对影响内河散货船船舶结构安全的不确定因素,采用三维势流水动力程序进行波浪弯矩的长、短期预报,根据Turkstra准则选择外载荷极值组合形式,提出适用于内河散货船总纵极限强度可靠性分析方法,对某内河散货船的不同工况进行计算和分析,给出不同工况下失效概率的计算方法。     

船体破损后载荷与船体极限弯矩

基于船舶不沉性理论，运用符拉索夫抗沉性计算法确定破损后浮态参数一，作出波浪上船舶破损浮力曲线，继而计算了波浪弯矩和波浪剪力；并用非对称梁变曲理论建立了破损模型，将外载荷与破口联系在一起研究了破损船舶极限弯矩，通过计算得出了预想结果。     

船体破损后外载荷与船体极限弯矩

基于船舶不沉性理论，运用符拉索夫抗沉性计算法确定船舶破损后浮态参数之后，作出波浪上船舶破损浮力曲线，继而计算了波浪弯矩和波浪剪力；并用非对称梁弯曲理论建立了破损模型，将外载荷与破口联系在一起研究了破损船舶极限弯矩，通过实例计算得出了预想结果。     

关于船舶规范中计算载荷的分析

本文利用非线性切片理论，以两条不同类型的船舶为例，具体分析了现行规范中关于波浪弯矩、砰击振动弯矩以及弯矩迭加计算时存在的一些问题；指出了在确定计算载荷时应当计及船舶在波浪中的失速，所谓的谐振波不一定就是最危险的规则子波，按动量冲击理论计算以底部砰击为主的船舶是不合适的，不应把波浪弯矩和砰击报动弯矩的最大值简单相加来确定合成弯矩。     

内河船舶可靠性分析中的波浪弯矩统计与极值分布

以内河A级航区波浪散布图与波浪谱为环境参数,基于三维势流水动力程序对43艘内河船舶进行波浪弯矩长期预报,获得样本船波浪弯矩长期Weibull概率分布的形状参数、尺度参数和10-8超越概率的预报值。将波浪弯矩预报值与静水弯矩进行对比,根据Turkstra载荷组合规则,确定船体梁总纵强度可靠性分析中的载荷组合形式。在此基础上采用序列统计法对波浪弯矩极值分布进行分析,极值分布近似服从Gumbel分布,即I型极值分布。     

船舶波浪弯矩短期预报研究

采用两种方法（一是利用WALCS软件，基于三维频域线性水动力理论；二是利用3小时波浪弯矩有义值MS，根据极值I型理论）进行船舶波浪弯矩短期预报，并分别计算得到16艘船舶（6艘散货船、10艘油船）的短期波浪弯矩。经比较发现，根据极值I型理论得到的短期波浪弯矩与WALCS软件短期波浪弯矩偏差较小，在工程实践中具有一定参考价值。     

Hull-girder reliability of new generation oil tankers

A series of new generation oil tankers is presently under construction. These ships differ from traditional oil tankers by their unusual form and therefore direct hydrodynamic analysis is used to determine design vertical wave bending moments instead of adopting IACS rule values. The purpose of the paper is to quantify changes in hull-girder reliability resulting from the new design features. To achieve this, first-order reliability analysis is carried out with respect to ultimate collapse bending moment of the midship cross section of a new generation oil tanker and of a conventional “rule” designed oil tanker. The stochastic model of wave-induced bending moment is derived from direct hydrodynamic analysis performed according to IACS Recommendation No. 34 Standard Wave Data, Rev 1, 2000. The probability distribution of the still water bending moment is assumed based on the data from loading manuals. The model uncertainties of linear wave loads, non-linearity of the response as well as load combination factors are included in the reliability formulation. The reliability analysis is performed for three relevant loading conditions: full load, ballast and partial load and for two states of the hull: the “as-built” hull and “corroded” hull according to anticipated 20-year corrosion. One of the most interesting conclusions from the study is that the annual hull-girder reliability of new generation oil tanker is increased considerably compared to the conventional oil tanker. Sensitivity and parametric studies are performed with respect to random variables representing modelling uncertainties. The results of a sensitivity study enable sorting of pertinent variables according to their relative importance, while parametric study is used to quantify changes in the reliability indices for moderate variation of input parameters. Furthermore, some other results and discussions are presented pointing out the benefits of introducing the ship reliability methods in design practice, especially if this refers to new designs.     

Comparing different contour methods with response-based methods for extreme ship response analysis

Environmental contours are often applied in probabilistic structural reliability analysis to identify extreme environmental conditions that may give rise to extreme loads and responses. They facilitate approximate long term analysis of critical structural responses in situations where computationally heavy and time-consuming response calculations makes full long-term analysis infeasible. The environmental contour method identifies extreme environmental conditions that are expected to give rise to extreme structural response of marine structures. The extreme responses can then be estimated by performing response calculations for environmental conditions along the contours.Response-based analysis is an alternative, where extreme value analysis is performed on the actual response rather than on the environmental conditions. For complex structures, this is often not practical due to computationally heavy response calculations. However, by establishing statistical emulators of the response, using machine learning techniques, one may obtain long time-series of the structural response and use this to estimate extreme responses.In this paper, various contour methods will be compared to response-based estimation of extreme vertical bending moment for a tanker. A response emulator based on Gaussian processes regression with adaptive sampling has been established based on response calculations from a hydrodynamic model. Long time-series of sea-state parameters such as significant wave height and wave period are used to construct N-year environmental contours and the extreme N-year response is estimated from numerical calculations for identified sea states. At the same time, the response emulator is applied on the time series to provide long time-series of structural response, in this case vertical bending moment of a tanker. Extreme value analysis is then performed directly on the responses to estimate the N-year extreme response. The results from either method will then be compared, and it is possible to evaluate the accuracy of the environmental contour method in estimating the response. Moreover, different contour methods will be compared.     

核发电船堆舱破损状态极限强度分析

对于核发电船而言,考虑到核反应堆的安全性问题,船体结构即使发生破坏,也要保证整体的强度,所以有必要针对破损后的船体梁进行极限强度分析。在船体剩余极限强度分析中,核反应堆舱所处舱段的极限承载能力是整个核发电船极限强度分析的关键。文章研究的重点集中在核反应堆舱段,在该舱段选取危险剖面进行剩余极限强度分析。同时,采用中和轴偏转的Smith方法对反应堆舱段进行破损船体极限强度计算,并结合HCSR规范对其进行评估。根据该核电船作业海域的海况资料,对其遭遇的波浪载荷进行长期极值预报,进而得出该船破损情况下的设计极限弯矩。结果表明,该船的设计极限弯矩满足规范中的要求,为基于规范的特定海域中的特定船型剩余强度评估提供参考。     

深水Spar钻采储运平台极限强度可靠性分析

针对一种新型的深水立柱式Spar钻采储运平台(Spar Drilling Production Storage Offloading)的结构特点进行极限强度可靠性研究。SDPSO平台的中间舱段为储油系统,其结构的安全性尤为重要,本文验证了在波浪弯矩年极值条件下其特殊储油系统结构的安全性。采用SESAM/Wadam软件对SDPSO平台进行水动力计算,利用序列统计法得到年极值短期海况,然后采用极值I型分布得到该短期海况下的波浪弯矩极值;利用ABAQUS非线性有限元软件和改进的Rosenblueth法进行SDPSO平台中舱段的极限强度计算,并得到极限承载能力的概率分布。最后基于一次二阶矩法完成SDPSO平台弯曲极限强度的可靠性计算,结果表明平台结构极限强度具有较高的安全水平,为深海立柱式海洋平台设计提供了依据和参考。     

舰船波浪弯矩响应的频率特性

非直壁式舰船在高浪级和高航速下的弯矩响应中,除了含有低频遭遇频率成分外,还存在着一定数量的遭遇频率的倍频成分及船体各谐调的垂向总振动频率成份,它们都会对舰船波浪弯矩的非线性响应产生相应的影响。如果舰船的第一谐调垂向总振动频率正好是遭遇频率的整数倍,这时弯矩的非线性响应将达到极值。本文从模型试验及理论计算两方面分析了舰船波浪弯矩的频率特性,对船体载荷响应理论的发展及设计载荷的确定具有指导意义。     

特定航线江海通航船波浪载荷研究

为了能对江海通航船型的结构强度进行合理评估,根据载荷第一原则,按特定航线所在的E1海区的波浪统计资料,对该海区船舶的波浪载荷进行了系统研究,并给出了航行于该海区江海通航船的波浪附加弯矩、波浪附加剪力、波浪水平弯矩及波浪扭矩的长期预报值.本文的研究结果已纳入中国船级社《特定航线江海通航船检验指南》中,对特定航线江海通航船的发展起到了积极的推进作用.     

圆筒型FPSO上部模块支撑结构疲劳分析

与船型FPSO相比,圆筒型FPSO没有明显的总纵弯曲,上部模块与船体结构之间通常采用刚性支墩来连接,水平运动所产生的弯矩和装/卸载引起的船体垂向变形对模块支撑结构的影响较为显著。因此,以“希望6号”圆筒型FPSO上部模块支撑结构为研究对象,基于DNVGL船级社规范,介绍一种简化疲劳分析方法。以FPSO运动加速度和船体变形载荷作为载荷输入条件,利用SESAM/GeniE软件进行有限元分析,得到结构在所有组合工况下应力的扫描计算结果。根据作业海域各个方向波浪发生的概率,运用简化疲劳分析方法计算得到所关注节点的疲劳损伤和各个工况对结构节点疲劳损伤度的贡献。结果表明,所关注节点的疲劳强度均满足设计疲劳强度要求;同一节点的疲劳损伤对不同浪向的敏感度不一样。该简化疲劳分析方法同样适用于承受周期性载荷的FPSO上部模块主结构和其他型式海洋结构物的疲劳分析。