考虑小裂纹和保载时间效应的疲劳可靠性分析

大深度载人潜水器的载人舱材质是高强度金属,不可避免地会受到疲劳损害现象的挑战。实际的载人舱结构中存在着由外部因素和内部因素引起的不确定性,其疲劳寿命将受到这些不确定性的影响。在前期的研究中,课题组基于统一的疲劳裂纹扩展率模型进行了疲劳可靠性分析方法的探讨,可作为进一步进行载人舱疲劳寿命预报的基础。但是,该模型无法反映小裂纹和保载时间的影响,而这正是载人舱结构和所受载荷的重要特征,应进行深入研究。所以,课题组提出了一个小裂纹扩展率模型和两个反映保载时间效应的裂纹扩展率模型,以更好地解释载人舱用钛合金金属的蠕变疲劳特性。文中基于这三个模型,结合不同的理论方法,进行了疲劳可靠性分析,考察了可靠度分析方法之间的不同、输入参数以及不同的裂纹扩展理论模型对结构的疲劳可靠性的影响。     

大深度载人潜水器极限承载能力非线性有限元分析方法研究

大深度载人潜水器载人舱的极限承载能力是载人潜水器安全性的保障,在设计制造中非常关键。本文基于非线性有限元方法,对大深度载人潜水器球形载人舱极限承载能力进行了分析计算,提出了大深度载人潜水器球形载人舱极限承载能力非线性有限元计算中的影响因素;并与极限承载能力设计新公式计算结果进行对比,验证了本文非线性有限元分析方法和设计新公式的广泛适用性,为大深度载人潜水器建造规范和检验指南的制定奠定了基础。     

自主船舶操纵系统可靠度和灵敏性分析

当前自主船舶操纵系统的故障样本较少，相关设备的原始故障数据存在主观性参数，基于这些数据的可靠性分析会受到认知不确定性的影响。为此，采用证据理论处理不确定性问题，采用贝叶斯网络进行可靠性分析，计算自主船舶操纵系统的可靠性指标。通过计算重要度来定量分析基本设备单元的灵敏性，诊断自主船舶操纵系统的薄弱环节，为设计优化和维修检测提供依据。研究表明：采用证据理论与贝叶斯网络相结合的方法能有效降低自主船舶操纵系统的可靠度和灵敏性分析中认知不确定性带来的影响；各项可靠性指标显示，柴油机和空气处理设备为系统的薄弱环节。     

深海潜水器载人舱结构健康监测评估系统研究

深海载人潜水器是海洋资源勘探和开发的重要装备,其载人舱球壳是保证下潜人员安全及舱内设备正常工作的基础,为及时掌握载人舱球壳在长期使用过程中的安全状态,对其进行健康监测与实时评估十分必要。本文首先对4 500 m潜水器载人舱球壳进行受力分析;然后根据球壳特征和监测需求设计载人舱球壳健康监测评估系统;对钛合金蠕变对系统测量结果的影响进行了研究分析,研究结果表明在最大工作压力下蠕变对测量结果的影响小于1%;最后给出了结构安全性评估算法函数,并用球壳静水外压试验数据对结构评估算法进行验证。     

深海潜水器载人舱结构健康监测评估系统研究

深海载人潜水器是海洋资源勘探和开发的重要装备,其载人舱球壳是保证下潜人员安全及舱内设备正常工作的基础,为及时掌握载人舱球壳在长期使用过程中的安全状态,对其进行健康监测与实时评估十分必要.本文首先对4500m潜水器载人舱球壳进行受力分析;然后根据球壳特征和监测需求设计载人舱球壳健康监测评估系统;对钛合金蠕变对系统测量结果的影响进行了研究分析,研究结果表明在最大工作压力下蠕变对测量结果的影响小于1％;最后给出了结构安全性评估算法函数,并用球壳静水外压试验数据对结构评估算法进行验证.     

船舶结构屈曲失效分析中的主,客观不确定性的确定方法

根据船舶结构屈曲承载能力可靠性分析的需要，提出了一种客观不确定性系数的确定方法。该方法极其简单，而且具有泰勒级数展开法的精度，并能降低罗森布鲁斯法的计算量。在基本随机变量参数已提供的前提下，可以很方便地获得屈曲承载能力的统计特征值。本文还提出了两种主观不确定性系数的确定方法：一种为用于若干不同结构试验，但具有相同计算方法的“直接确定法”；另一种为用于若干相同结构试验，但具有同一计算特征值的“间接确定法”。文章还根据22只试验结果，采用两种计算方法[2][3]，用“直接确定法”提供了两种主观不确定性系数的均值和变异系数。本文还提供了一种方法，根据主观不确定性的两个参数，可对计算方法进行评价。     

大深度载人潜水器圆柱形耐压壳体可靠性研究

大深度载人潜水器上的圆柱形耐压壳体包含多个失效模式,各失效模式之间存在着共同变量和参数,在可靠性分析时需考虑各失效模式的相关性。论文开展了圆柱形耐压壳体多失效模式之间相关度分析方法的研究,形成准确的可靠度评估方法,采用灵敏度方法得到各参数的均值和标准差对结构可靠性的影响程度。以圆柱形耐压壳体结构的计算机罐为例进行分析,发现采用CCS规范开展设计时,计算机罐的可靠度为99.999 86%（可靠度指标为4.689 4）,满足规范建议值的要求。采用灵敏度分析方法分析得到影响计算机罐可靠度的最主要因素为球形封头,在目前设计规范下适当增加封头厚度,同时在加工过程中控制封头加工偏差可有效降低失效概率。     

基于准静态法的舱段极限强度研究

随着计算机技术不断发展,非线性有限元法已成为计算和评估结构极限承载能力最有效的方法。在非线性有限元法中,有3种不同的分析方法,分别为弧长法、阻尼因子法和准静态法。准静态法最大的优势在于中心差分进行显式时间积分不存在收敛性问题,能够更好地求解复杂结构崩溃问题。该文基于准静态法开展船体舱段极限强度非线性有限元分析,比较不同时间步长条件下舱段极限强度变化趋势,研究不同材料模型对舱段极限强度的影响规律,并揭示舱段失效机理;为后期船舶结构极限强度研究提供技术支撑。     

改进随机森林-蒙特卡罗法在A型液舱支座结构可靠性分析中的应用

[目的]随着液化天然气(LNG)船舶结构研究和设计深度的提高,需要有能够快速和准确地评估不确定性因素的可靠性分析方法。为此,提出基于改进随机森林-蒙特卡罗(RF-MC)法来解决A型独立液舱支座结构失效概率的计算问题。[方法]首先,根据不确定性因素的概率分布,使用MC法生成样本集;然后,以局部离群因子为准则,筛选出失效面附近的样本点,再对筛选出的样本点进行有限元计算后添加至训练集,通过重复训练随机森林近似模型,直至满足精度要求;最后,使用近似模型判别样本点是否失效,结合MC法计算结构的失效概率。[结果]综合考虑算法的准确率、复杂度和效率并结合算例1和2,可以发现在分析可靠性问题时改进RF-MC法比MC和BP-MC等方法具有更大优势。算例3的应用结果表明了改进RFMC法在A型独立液舱支座结构可靠性分析中的适用性。[结论]研究结果可为LNG船舶的优化设计提供可行的技术方案。     

多维随机不确定性下的船舶多学科稳健设计优化研究

通常船舶多学科设计优化仅考虑确定性的影响,忽视设计中不确定性因素的存在,显然优化结果无法真正保障船型方案的可行性和航行性能的优良性。目前,不确定性船舶多学科设计优化主要集中在一维不确定性分析。为了得到船舶设计优化的最优方案,以多维不确定性下的多学科稳健设计优化问题为例,通过分析考虑随机不确定性因素的均匀分布和正态分布并存分布状况,提出了一种新的以Legendre polynomials和Hermite polynomials多项式为基础的多维多项式混沌方法,并以海洋平台支持船为对象构建多维不确定性量化模型。通过对多维随机不确定性因素对船舶优化方案的影响分析完成了船舶多学科稳健设计优化研究,有效地减少和避免船舶设计优化方案失效的可能性。     

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。     

船舶结构腐蚀检测与腐蚀模型不确定性及其更新

针对经典的概率论不能有效地处理无损检测中检测概率的参数不确定性问题,提出了定量分析检测概率参数不确定性问题的贝叶斯方法,并以威布尔分布形式的检测概率为例,推导了量化参数不确定性的放大系数的计算公式.针对传统的数据分析法及专家判断法不能分析模型不确定性更新问题,本文基于无损检测信息,采用贝叶斯更新方法量化了检测概率分布函数的统计模型不确定性,得到了检测概率统计模型权重的后验概率及相应的分布参数的后验概率密度函数.最后提出了分析船体结构腐蚀多层次模型不确定性问题的全概率模型法,并用算例证明了文中所提方法的有效性.     

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。     

Strength reliability analysis of stiffened cylindrical shells considering failure correlation

The stiffened cylindrical shell is commonly used for thepressure hull of submersibles and the legs of offshore platforms.There are various failure modes because of uncertainty with thestructural size and material properties, uncertainty of the calculationmodel and machining errors. Correlations among failure modesmust be considered with the structural reliability of stiffenedcylindrical shells. However, the traditional method cannot considerthe correlations effectively. The aim of this study is to present amethod of reliability analysis for stiffened cylindrical shells whichconsiders the correlations among failure modes. Firstly, the jointfailure probability calculation formula of two related failure modesis derived through use of the 2D joint probability density function.Secondly, the full probability formula of the tandem structuralsystem is given with consideration to the correlations among failuremodes. At last, the accuracy of the system reliability calculation isverified through use of the Monte Carlo simulation. Result of theanalysis shows the failure probability of stiffened cylindrical shellscan be gained through adding the failure probability of each mode.     

考虑波浪影响的船速测量不确定度分析

试航时,对于在2级海况以上测得的船速数据,必须进行波浪修正.针对柏林水池(VWS)提出的波浪修正办法,以某油轮为例,采用GUM测量不确定度分析方法,对考虑波浪影响的船速测量进行了不确定度分析.     

纵向弯矩下材料随机特性对复合材料船体可靠性的影响

The effects of stochastic characteristics of materials on the reliability of ship hulls made of composite materials under longitudinal moment were extensively studied using reliability and sensitivity calculations of a composite ship hull which was sagging.The reliability indices and failure probabilities of the ship in three kinds of failure modes (buckling,material failure,and ultimate collapse) were calculated by the surface response method and JC method.The importance factors of random variables in stochastic models,such as the model errors in predicting the ultimate longitudinal strength of ship and the longitudinal bending moment that the ship withstands,as well as the stochastic characteristics of materials in the models used,were calculated.Then,the effects of these random variables,including the stochastic characteristics of materials on the reliability index and the failure probability of ships which were sagging,were discussed with their importance factors.The results show that the effects of stochastic characteristics of materials on the reliability of ship hulls made of composite materials should be considered during the reliability assessment of composite ships.Finally,some conclusions and recommendations were given for high-speed ship design and safety assessment.     

舰载软件在不确定操作剖面下的可靠性评定

针对舰载软件的高可靠性特点讨论了在软件可靠性评估中研究操作剖面不确定性的必要性。在软件分域测试时，建立不确定操作剖面下的软件可靠性评估模型。当测试结果无失效时，利用序求解软件可靠度的精确置信限。对于不确定问题使用网格分析法，将其转化为在确定性问题下进行分析。最后通过实例将本方法得到的结果与文献[6]中方法得到的结果进行比较。     

船舶CFD模拟不确定度分析与评估新方法研究

比拟测量不确定度,视CFD模拟结果为随机变量,阐述了CFD模拟不确定度的定义、来源、分类和表示形式.基于正交试验设计和方差分析方法,提出了CFD不确定度分析中验证的内涵及实施流程;基于统计推断理论,提出了CFD不确定度评估中确认的标准及判断程序.应用Fluent软件及文中所建方法,针对阻力系数和伴流分数进行CFD模拟不确定度分析评估的实例计算,给出了对模拟结果有重要影响的计算因子和交互作用以及各类不确定度分量的大小,并指出就目前采用的CFD模拟技术而言,尽管其结果的分散性或不确定度数倍于物理试验,但其近似性或可信度已可接受.     

随机风浪下的游艇稳性可靠度计算

建立游艇横摇运动微分方程,利用马尔科夫过程理论和路径积分法进行求解,得到游艇横摇角概率密度函数。借鉴结构可靠性计算方法建立游艇稳性概率计算模型,采用当量正态化法(JC法)求解得到游艇稳性可靠度。实例计算表明:游艇在不同海域下的稳性可靠度存在一定差异,随着外界风浪增大,游艇稳性可靠度呈逐步下降趋势,且都存在一个快速下降的波高区间。该方法能够更科学地评判游艇在不同航行条件下的稳性状况,是游艇稳性横准研究的发展方向之一。     

船舶搁浅的模糊概率计算

目前，计算船舶搁浅的概率时常采用故障树和事件树方法，以确定的概率数表示底事件的发生概率，这种方法的一个不利之处在于无法考虑基本事件发生概率的不确定性，所以无法了解船舶搁浅概率的不确定性，本文引入了合适的模糊数表示基本事件的发生概率，通过模糊计算算法得到了船舶搁浅的模糊概率，并进行了敏感分析，确定了减小船舶搁浅事故发生的措施，与其他方法的计算结果比较表明，本文采用的方法更有利于了解船舶搁浅的概率分布规律。