基于拟合波浪载荷的船体梁总纵极限强度可靠性分析

摘要

可靠性设计方法因为能够综合考虑工程结构中的各种不确定因素，因而较传统的确定性设计更能反映客观事物的本来面貌。自六十年代以来，结构可靠度理论及其在各个领域中的应用得到了很大的发展，船舶领域内结构的可靠性研究也成为近年来的热点研究课题。本文以船舶概念设计阶段船体梁总纵极限强度的可靠度为研究对象，根据波浪载荷、静水载荷以及船体梁总纵极限强度的求解特点，建立起求解三者的简便有效的方法，并综合运用到船体梁总极限强度可靠性分析计算中。其中重点讨论了适用于船舶概念设计阶段波浪载荷的快速预报及可靠性分析的载荷拟合方法。本文的主要工作和结论有：
　　 ⑴以半解析的形式推导了波浪弯矩在规则波中的频响函数及标准差，考虑到实船非直舷及底部碰击因素对波浪载荷的非线性影响，给出了计算非线性载荷的经验拟合表达式，使得波浪载荷的确定简单易行。
　　 ⑵根据静水载荷及波浪载荷的分布特征，采用Ferry-Borges 载荷组合方法进行了二者的组合；由极值I型原理得到了波浪弯矩及静水弯矩极值的累计概率分布，并求出了各自的均值和标准差，为后述的可靠性分析奠定了基础。
　　 ⑶根据基于Smith法的简化逐步破坏分析方法，编制了相应的计算程序计算船体梁总纵极限强度，并与试验结果进行了比较。
　　 ⑷考虑到功能函数不能显示表达的特点，采用了响应面法进行船体梁总纵极限强度可靠性分析并给出了实船算例。