极端海况下船舶总纵极限强度可靠性计算方法

Chinese Journal of Ship Research - - 目 次 -

张增胤,赵耀430074华中科技大学 船舶与海洋工程学院,湖北 武汉

摘 要: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。关键词:极端波浪海况;极端载荷;总纵极限强度;可靠性计算

0引言

在船舶全海域大型化的趋势下,船舶航行中所遇到的极端波浪海况需要引起重视,这对船舶总纵强度提出了更高的要求。关于船舶总纵极限强度的可靠性分析是工程界的关注点,主要涉及3结构强度、载荷和可靠性分析 个方面。然而与一般船舶结构可靠性分析相比,极限条件下结构强度随机变量的选定,极端条件下波浪载荷的构成,考虑极限强度和极端载荷时可靠性方法的选取及其计算等均是值得研究的课题。极限条件下的船舶结构强度计算,关键在于提取对船舶总纵极限强度有较大影响的因素,赵晋[1]通过结构影响因素的敏感性分析,确定了对船舶总纵极限强度有较大影响的随机变量,并通过对国内外相关研究的考察,给出了随机变量统计特征值的建议值用于可靠性计算。极端波浪海况条件下的极端载荷分析主要考虑该海况对波浪弯矩的影响,其在极端波浪海况条件下具有明显的随机特性。余建星等[2]认为长期波浪弯矩极值Gumbel Ι型分布,但是计算方法没有涉及船服从舶全天候大型化趋势下在航行过程中可能遇到的极端波浪海况,而该海况对船舶总纵波浪弯矩有较大影响。此外,对于极端波浪海况下船舶总纵极限强度的可靠性计算而言,极限状态函数中的2个基本随机变量,极端波浪海况下的波浪弯矩和结构总纵极限强度并不服从简单的分布,使得极限状态函数的形式更为复杂,导致常用的可靠性计算方法可能出现无法适用的问题。对于以上问题,本文将选取极端波浪海况中3的上浪、砰击和大幅纵摇这 类对总纵极端波浪弯矩有较大影响的波浪海况,从船舶航行界限的角度出发,利用国内外船舶航行界限规定,参考DNV船舶结构可靠性计算指南[3]中的波浪载荷计3算方法,提出一种考虑上述 类海况的极端波浪弯矩计算方法;并将通过考察不同的可靠性计算方法的特点,选取高效、合理的适用于极端波浪海况下的船舶总纵极限强度可靠性计算方法。

1 极端波浪海况下的波浪弯矩

一般求解波浪弯矩长期极值方法的具体步骤1如图 所示。首先利用谱分析法对波浪弯矩进行短期预报,即通过基于切片理论或者势流理论等数值计算方法,得到船舶波浪弯矩频率响应函数;再结合波浪谱,求解波浪散布图中由任一有义波高 H 和波浪跨零周期T 所确定的短期波浪海况si zi 的波浪弯矩特征值,如短期波浪弯矩有义值 M si DNV等;在获得短期波浪弯矩后,参考 船舶结构南[3]中可靠性计算指 通过短期波浪弯矩拟合长期波浪弯矩极值的方法,求得用于总纵强度可靠性计算的长期波浪弯矩分布特征值。 在船舶全海域大型化的趋势下,船舶总纵极限强度可靠性研究中应该加入对总纵极限强度有影响的极端波浪海况的研究。本文选取上浪、砰3击和大幅纵摇这 类对船舶结构总纵强度有较大影响的海况,从航行界限的角度出发,将极端波浪2)中。海况引入极端波浪弯矩的计算(图 2从图 可知,极端波浪海况下的极端波浪弯矩计算方法与一般的波浪弯矩长期极值计算方法不同,主要在于考虑上浪、砰击和大幅纵摇等极端海况后所选用的波浪散布图不同,即海况数据不同;在考虑极端波浪海况的航行界限后,根据航行

界限可以确定波高 H ,依此划定出波浪散布图mi中考虑极端波浪海况的数据;由该新的数据,重新3拟合长期波浪弯矩分布的特征值和考虑 种极限海况的长期极值。要计算极端波浪海况下的波浪弯矩,首先要找到该海况的航行界限值,利用这些值来确定航行限界波高,依据此限界波高来划定波浪散布图中考虑上浪、砰击和大幅纵摇的海况数据。

1.1 考虑极端波浪海况的影响

为考虑上浪、砰击和大幅纵摇等极端波浪海况对波浪弯矩的影响,从航行界限的角度出发,找到由这些特殊波浪海况的航行界限所确定的限界3种波高,由此可以选取波浪散布图中考虑上述3特殊波浪海况的海况数据。图 所示为极端波浪3海况数据的确定过程。参照图 的做法,首先选取上浪、砰击和大幅纵摇的航行界限,根据航行限界和航行限界波高 H 的关系,确定上浪、砰击和mi大幅纵摇等极端海况各自对应的限界波高 H , m1 H 和 H 。限界波高是指上浪概率、砰击概率和m2 m3 3在选取合适的航行界限值后,根据图 的做3法,建立 个航行界限值与对应的限界波高 H 之mi间的关系。

虽然波浪载荷的长期原始分布依赖于在各个

航向下的计算,但载荷的极值却基本上仅与顶浪条件有关[3],并且极端海况下的航速难以维持,因此,计算时假设船舶处于零航速并且为顶浪状态。1)船舶甲板上浪定义为船艏计算点与波面的相对位移超过了干舷,甲板上浪的发生概率设为 q1 ,其计算公式为[8] 大幅纵摇角度达到航行限界,即上浪临界概率、砰击临界概率和大幅纵摇临界概率时所对应的最低有义波高。 通过对比上述几个限界波高,选取其中 H max作为极端波浪海况的限界波高,再根据限界波高确定波浪散布图中考虑上浪、砰击和大幅纵摇时的极端波浪海况数据。航行界限即为船舶航行中的耐波性极限衡1准,关于船舶航行界限的选取,表 给出了关于上浪界限概率、砰击界限概率和大幅纵摇界限角度的参考值。 式中:f 为船艏的干舷高;Rˉ1为船艏处垂向相对运动的标准差,因为计算状态选取为顶浪,所以选取船艏与设计水线相交的前端点作为计算点。利用基于切片理论或者势流理论的数值方法计算运动频率响应函数,随后通过谱分析法即可求解运动响应的标准差。船艏和波面之间的相对运动响应函数由单自由度的运动响应函数叠加而成,这些单自由度响应函数均可由数值方法求得,叠加理论公式如下:

(2) H = H - H RM ( z ) AM ( z ) wave ( z) (3) H = H - xH + yH AM ( z ) heave pitch roll式中:H 为相对垂向运动位移;H 为垂向RM ( z ) AM ( z )运动位移;H 为波高;H 为垂荡值;H wave ( z ) heave pitch为纵摇值;H 为横摇值;x ,y为计算点坐标。roll根据式(1),当甲板上浪界限概率为 p1 时,则有上浪限界波高 H 为m1 f (4) H = m 1 R1ˉ 2 ´ ln (1 p1) 2)船底砰击定义为船底露出水面又重新冲击水面的相对速度值超过临界速度,设船底砰击的发生概率为 q ,则有以下关系式[8] 2 -d f2 -vcr2 5 q = exp + ( ) 2 2Rˉ12 2Rˉ22式中:d 为船艏的吃水;vcr 为船艏底部露出水面f再冲击水面时的相对速度临界值,一般取vcr = 0.09 gL ,L为垂线间长;Rˉ2 为单位波高下船艏的相对速度的标准差。因为计算状态为顶浪,同样选取船艏与设计水线相交的前端点作为计算点,并利用数值方法得到的运动频率响应函数,通过谱分析法得到速度的标准差。速度的响应函数可以由垂向运动响应函数求得6 HV = iωH ( ) RM(z)式中:HV 为计算点速度响应;ω为波浪遭遇频率。根据式(5),当船底砰击界限概率为 p ,则有2砰击限界波高 H 为m2 ( )´ 2 2 1 df vcr gL gL Hm = + 2 2 ´ ln (1 2) Rˉ1 Rˉ2 4p (7) 3)船舶大幅纵摇定义为螺旋桨叶片一部分露出水面。大幅纵摇的限界波高 H 为[8] m3 ϕ (8) H = 2Rˉ m3 3式中:ϕ 为大幅纵摇限界角度;Rˉ3为单位波高船体纵摇的标准差,利用数值方法求得纵摇的响应函数后即可利用谱分析法求出纵摇的标准差。4)考虑上浪、砰击和大幅纵摇的极端波浪海况数据。根据上文式(4),式(7)和式(8)得到上浪的限界波高 H ,砰击的限界波高 H 和大幅纵摇的m1 m2限界波高 H ,选取最大值 H 作为计算的限界m3 max波高。航行界限是船舶能够工作的极限指标值, 设 H 为有义波高,由此可知,由航行限界波高所s确定的 H  H 的海况所导致的上浪、砰击和纵s max摇均对航行中船舶的总纵强度造成较大影响,因此,取北大西洋波浪散布图[ 9 ]中有义波高H  H 的部分作为考虑极端波浪海况的波浪散s max布图,用于计算极端波浪载荷。波浪散布图中选4取的极端波浪海况数据如图 所示。 4图 中周向为波浪跨零周期T 。任一有义波z高和波浪跨零周期所确定的短期海况对应图中一点,图中全部面积表示波浪散布图中全体短期海况,考虑上浪、砰击和大幅纵摇等极端海况下的限界波高 H 所确定的阴影部分,作为后续计算的m 2波浪海况数据。根据图 可知,在确定考虑上浪、砰击和大幅纵摇的极端波浪海况数据后,即可求解这些海况的长期极值。5)海况长期极值。在确定了极端波浪海况数据后,还需要利用该海况下的散布图中各短期海况的概率数据拟合海况长期极值的表达式。单一短期海况的分布函数是有义波高 H 和对应的谱峰周期T 的联合概s p率分布函数F ( )= s Tp H F ( H ) F ( |H s) (9) T s p式中,T 与平均过零周期T 关系为T = 1.41T 。p z p z有义波高的边缘概率分布函数服从三参数威布尔分布β H -γ aeçè s (10) F ( H )= 1 -e α s T 的条件概率分布函数服从对数正态分布p ln T -μ ( |H )=Φ 11 p F T ( ) p s σ依据概率论,利用极端波浪海况下的海况数

据在该海况下的北大西洋波浪散布图中的概率,概率分布函数式(10)和拟合 H T 的概率分布函s p数式(11)中的参数 α ,β ,γ 以及 μ 和 σ 。为计算极端波浪海况下的极端波浪弯矩的长期分布,需建立有义波高长期极值 H 和对应s max的 T 与标准正态随机变量的关系。p假设各短期波浪海况相互独立,根据序列统计法获得有义波高的长期极值分布函数(12) FH ( H )= F ( H )N s s s max 3h式中,N为 短期海况的个数,将分布进行标准正态化,有(13) FH ( H )= Φ(B) s s max N β H -γ s max aeçè 13 α即1 -e = Φ(B) ,通过式( ),得到1 β H = γ + α -ln 1 - expae 1 ln Φ ( B )ö ( ) 14 è N ø s max同 样 ,也 将 谱 峰 周 期 正 态 化 ,即( |H s) F T = Φ ()C ,得到有义波高极值 H下的p s max谱峰周期 β = 1.937 的表达式( )+ ( )C 15 μ H σ H T =e ( ) s max s max p式(14)和式(15 )即为海况长期极值的表达式,有义波高长期极值 H 是与标准正态随机s max变量 B有关的随机变量,对应的T 是与标准正态p随机变量C 有关的随机变量。

1.2 考虑极端波浪海况的长期波浪弯矩极值

在确定海况长期极值后,还需要利用考虑上浪、砰击和大幅纵摇的长期波浪弯矩分布的特征值,求解波浪弯矩长期极值。长2期波浪弯矩的分布特征值包括波浪弯矩的方差 σ 和波浪弯矩平均跨零周期T 。s max r 1)考虑上浪、砰击和大幅纵摇的长期波浪弯矩的方差。利用极端波浪海况下的北大西洋散布图,结合双参数皮尔逊与莫斯科维奇谱(P-M谱)和波浪弯矩的频率响应传递函数,计算各短期海况的波浪弯矩有义值,再按以下步骤计算极端波浪海况下波浪弯矩的方差: (1)将每个短期海况的波浪弯矩有义值除以有义波高得到单位有义波高下的短期波浪弯矩有义值 M H 。s s (2)将平均跨零周期相同的短期海况视为1 1,然后根据该组中每一组,设该组的发生概率为个短期海况在极端海况下的波浪散布图中的发生概率,计算在该组中的发生概率,并作为加权值对该组内单位有义波高下的短期波浪弯矩有义值M H 进行加权求和。s s (3)利用 M H 与 T 的关系表达式,最终获s s z得 M 的表达式s M ( H T )= s s z )(16) H ×(a0 + a1T + a 2T z2 + a3T z3 + a 4T z4 + a5T 5 s z z对于任意短期海况,可以根据上述和波浪弯矩有义值均方根的关系,得到波浪弯矩的方差2 M ( H T ) s 17 2 s z σ = ( ) s 2将式(14)和式(15)中考虑上浪、砰击和大幅代入式(17),纵摇的长期极值海况数据 H 和T s max p即可求得极端波浪海况下的极端长期波浪弯矩方差 σ2 。s max 2)极端波浪海况下波浪弯矩平均跨零周期。(1)计算出的极端波浪海况下北大西洋波浪散布图中,各T 在单位有义波高下的波浪弯矩平z均跨零周期为T ; r (2)建立波浪弯矩平均跨零周期T 与波浪平r均跨零周期T 的关系z (18) T = b0 + b1T + b 2T z2 + b3T z3 r z 15将式( )的谱峰周期 T p( T = 1.41T )代入p z式(18)可得波浪弯矩跨零周期T 。r 3)考虑上浪、砰击和大幅纵摇的极端波浪海况下的波浪弯矩长期极值分布。参照上述步骤获得海况长期极值和长期波浪2弯矩分布特征值后,根据图 中的思路,即可求解极端波浪海况下的长期波浪弯矩极值。首先给出长期波浪弯矩极值分布[3]: (19) F ( m)= exp (- v ( m ) D) Mw v ( m)= v0 exp - m22 (20) 2σs式中:v ()m 为波浪弯矩峰值穿越极值 m的概率; 3h ;v0 D 为短期海况持续时间,取 为波浪弯矩的平均跨零率,v0 = 1/T ;σ 为长期波浪弯矩标准差。r s将分布进行标准正态化 FMw ( m)= Φ ( A) ,则可得到波浪弯矩极值和标准正态随机变量 A的关系{- A)} 12 Tr (21) MW = -2σ2 ln ln Φ ( s D利用式(17)和式(18)确定的极端波浪海况下

2的极端长期波浪弯矩方差 σ 及其对应的波浪s max

弯矩跨零周期T ,可得到考虑上浪、砰击和大幅r纵摇的极端波浪海况下的极端长期波浪弯矩M 。根据前文的正态变换可知,将所有变量代UM 3入后求得的极端波浪弯矩极值可以表示成 个标准正态随机变量 A ,B 和C 的表达式(22) M = M ( A B C) UW UW式中,随机变量 A ,B 和 C 分别代表有义波高长期极值 H 对应的波浪谱峰周期T 和短期波s max p

浪弯矩有义值 M 对极端波浪海况下波浪弯矩极s 3个随机变量代入式(22)后可值的影响。将上述以看出,极端波浪海况下的波浪弯矩长期极值是一个复杂的随机变量。

2 可靠性方法

由前文可知,考虑上浪、砰击和大幅纵摇的极3个端波浪海况下的波浪弯矩长期极值是一个由标准正态分布的随机变量所构成的复杂随机变量,所以极限状态函数的分布形式更加复杂,需要考察不同的可靠性计算方法各自的特点,进而选取高效、合理的船舶总纵极限强度可靠性计算方法。DNV的船舶结构可靠性计算指南[3]中,船舶总纵极限强度的极限状态函数定义为23 Z = M - M - MSW =0 ( ) UW式中:M 为结构总纵极限强度;MSW 为静水弯矩 长期最大值。在考虑极端波浪海况如砰击、上浪和大幅纵摇之后,船舶总纵极限强度可靠性分析需要考量的因素没有改变,因此,极端波浪海况下的总纵极限强度可靠性计算还是可以用式(23)中的极限状态函数形式来表达,其中静水弯矩长期最大值MSW 没有发生变化,发生变化的仅是 M 和 M 。UW在现在的可靠性计算中,M 一般作为正态随理[10],MSW机变量处 为确定量,而极端波浪弯矩在考虑上浪、砰击和大幅纵摇时,M UM(A B C )是3与 个正态随机变量有关的随机变量,从而使得M 的分布变得更为复杂。在考虑了极端载荷和UW极限强度的前提下,需要寻求一种对基本随机变量分布和功能函数分布没有要求的可靠性计算方2展示了常用的可靠性方法各自的特点[2,11]。法。表 2从表 可以看出,在极限状态函数为显式时,可以直接利用一次二阶矩法计算可靠性指标和失效概率,但是一次二阶矩法中只有中心点法对基本随机变量的分布没有要求;Monte-Carlo法精度相对较高,但需要大量的取样,一般用于验证其他MonteCarlo方法的精度;自适应重要度抽样法相对法更加高效,但是编程难度大;响应面法用于处理极限状态函数无法表达的系统,需要多次迭代和构造响应面,计算过程复杂;随机有限元法要求对每一个样本进行有限元分析,对人力和时20)的间的消耗巨大。在极限状态函数为式( 形式,且基本随机变量如结构强度变量和载荷变量

Monte-Carlo都服从复杂分布的情况下,初步选用法和中心点法,并对其做进一步分析。NESSUS利用可靠性分析软件 中的自测算Monte-Carlo例,对中心点法和 法的效率和精度进3行了计算,结果如表 所示。 Monte-Carlo法作为计算精度的验证指标,需要足够多的抽样次数来支持精度,一般认为抽样次数必须满足 N  100/P f( P 为失效概率)的要f Monte-Carlo求[2 ],在算例中如果利用 法,要保证3 333 3精度,抽样次数必须大于 次,从表 中可知,这会使得其计算耗时成倍增长,而中心点法不仅Monte-Carlo可行,且精度方面对比 法仍然满足工程要求。因此,综合效率和精度的考虑,建议选用中心点法。

3算例

将上文中提出的考虑上浪、砰击和大幅纵摇等极端波浪海况下的极端波浪弯矩计算方法以及船舶总纵极限强度可靠性计算方法运用到实例中,计算其年内可靠性,以此来验证上述方法的可5行性和合理性。为此本文构造一条船舶实例,图4和表 分别给出模型示意和主尺度参数,据此求解其结构强度和静水弯矩,随后根据上文所述方法,计算船舶在极端波浪海况下的波浪弯矩年极值和极端波浪海况下的船舶总纵极限强度可靠性。在船舶极限强度可靠性分析中,极限强度影响参数和极限强度本身都是随机变量,选取板厚、 屈服应力和加强筋厚度作为影响极限强度的随机变量参数,并参考相关文献中参数选取的建议,利用文献中提出的非线性有限元计算船舶极限强度的方法,得到不同随机变量参数影响下的极限强Rosenbluth度值,最后通过 法[12 ]得到极限强度的统计特征值。在有船舶详细数据(如船舶装载手册)的情况下,可以对静水弯矩极值做直接计算,实例中缺少DNV这方面数据,因此参考 规范中的方法对船舶所受的静水弯矩极值做合理预报,可以得到算例的静水弯矩年最大值。通过上述计算方法,可得实5例的极限强度和静水弯矩年最大值,如表 所示。

3.1 极端载荷计算

对于全海域大型船舶,极端波浪海况下的极2中端载荷主要考察的是波浪弯矩。为此参考图的步骤,先利用上浪、砰击和大幅纵摇的航行界限求解航行限界波高,依次划定波浪散布图中用以计算波浪弯矩的短期海况数据,并根据海况数据求得海况极值分布;再利用海况数据通过谱分析法求解短期波浪弯矩并据此计算出波浪弯矩的长期分布特征值。最后,将波浪弯矩长期极值分布的特征值和海况极值分布代入波浪弯矩长期极值公式中,求解出极端波浪海况下的波浪弯矩长期极值。1)考虑上浪、砰击和大幅纵摇的极端波浪海况的确定。2根据图 的计算步骤,首先利用选取的航行界限值求出上浪、砰击和大幅纵摇等极端海况下的航行限界波高,并由此确定极端波浪海况下所1.1确定的极端波浪海况数据,依据 节中的建议, 1 4选择航行界限参考值表 中的第 组数据作为航

行界限值,再利用数值方法得到计算点的相对运动响应函数,通过谱分析法分别求得 Rˉ1 ,Rˉ2 和,将上述运动的标准差分别代入限界波高式(4), Rˉ3式(7)和式(8)中,得到上浪的限界波高 H ,砰击m1的限界波高 H 和大幅纵摇的限界波高 H ,结果m2 m3 6如表 所示。上述相对运动的响应函数都是通过DNV SESAM的 软件计算得到,计算的湿表面模型6如图 所示。 6 1.1根据表 中的结果和 节中的建议,选取H  3.634 m 的北大西洋波浪散布图作为极端波s浪海况数据,利用各短期波浪海况在散布图中的10)及概率数据,根据概率论的方法,拟合式(式(11)中的参数 α ,β ,γ 以及 μ 和 σ ,并由此得到式(14)和式(15)所确定的海况年极值 max Tp H s的表达式: 2)长期波浪弯矩分布的特征值。2 1.2根据图 中的思路,通过 节中的步骤,先计算考虑上浪、砰击和大幅纵摇的极端波浪海况下各短期波浪弯矩有义值,结合极端波浪海况下的波浪散布图中各短期海况的概率数据,利用式(16)及式(17 )拟合出波浪弯矩长期分布特征值,如波浪弯矩的方差 σ2和波浪弯矩平均跨零s max 矩年极值。2最后将上述得到的 σ 和 T 代入波浪弯矩s max r式(21)中年极值表达 ,得到极端波浪海况下的波DNV浪弯矩年极值,将计算结果与 船舶结构可靠南[4]中性指 计算的未考虑极端波浪海况的波浪弯7矩年极值对比,如表 所示。 DNV对比 规则中的波浪弯矩长期极值计算结果,在考虑上浪、砰击和大幅纵摇等极端波浪海11.5%况下的波浪弯矩极值均值大了 ,这是由于原来的波浪载荷计算方法没有涉及对船舶总纵弯矩有较大影响的极端波浪海况,因此造成波浪弯矩计算值偏低。陈超核[13]记录了一艘迎浪状况下的南海舰船的实验结果,船中波浪弯矩均值的实验值比未考虑砰击、上浪等其他因素的波浪弯矩9.82%计算均值高 ,虽然实验船舶所处的航行条件与本实例计算环境有一些差别,但与本文分析计算的弯矩年极值预报结果有一定的相关性,这表明了本方法在一定程度上的合理性。

3.2 可靠性计算

3.1将 节中得到的波浪弯矩长期极值数据以5及表 给出的结构极限弯矩数据和静水弯矩数据Monte-Carlo运用到中心点法中,并以 法进行精度NESSUS验证指标,利用可靠性计算软件 得到实8例的失效概率和可靠性指标,如表 所示。

8通过表 中的计算结果可知,中心点法适用于考虑上浪、砰击和大幅纵摇的极端波浪海况下MonteCarlo船舶总纵极限强度可靠性计算,同时对比法的结果,其精度同样满足工程计算的要2.1求,因此结合 节中关于可靠性方法的探讨,可以采用中心点法作为极端波浪海况下的船舶总纵极限强度的可靠性计算方法。

4结论

针对极端载荷条件下船舶总纵极限强度可靠性研究,将结构极限承载能力的影响因素进行全面的考虑和进一步细化,考虑极端波浪海况如上浪、砰击和大幅纵摇等情况下的波浪载荷,对比总结出适用于极端载荷条件下船舶总纵极限强度的可靠性计算方法。通过研究得到以下结论: 1)从船舶航行限界波高方向出发,提出了一种用于计算极端波浪海况下波浪载荷的方法,即考虑船体上浪、船底砰击和船舶大幅纵摇时的波浪弯矩分布的工程计算方法,对比一般的长期波浪弯矩极值计算方法,得到的极端载荷数值上高11.5%出 ,这是由于原来的波浪载荷计算方法没有涉及对船舶总纵弯矩有较大影响的极端波浪海况。并且对比南海舰船的实验结果,可以在一定程度上表明该方法能更加真实地反映船舶航行所遭遇的海况。2 )极端载荷条件下船舶总纵极限强度的可靠性分析中基本随机变量拥有复杂的分布形式,因此极限状态函数不服从一般的分布,而且难以获得影响船舶极端载荷和结构极限强度的基本随机变量的统计特性。在此基础上,对比可靠性计算方法,参考算例和实例计算结果,选用适用性更加广泛、要求统计量较少,对功能函数分布类型无Monte-Carlo要求,并且精度方面与 法基本一致的中心点法作为极端载荷条件下船舶总纵极限强度可靠性计算方法。

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图5实例模型示意Fig.5 Cross-sectional view

图6 计算实例的湿表面模型Fig.6 Wet surface of the hull

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