基于砰击载荷的船体梁可靠性分析.pdfVIP

振 动 与 冲 击 第 27卷第 11期 JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCK 基 于砰 击载 荷 的船 体 梁 可 靠 性 分 析 施兴华 ， 张 婧 ， 徐定海 ， 王 善 (1．江苏科技大学 船舶与海洋工程学院，镇江 212003；2．哈尔滨工程大学 建筑工程学院，哈尔滨 150001) 摘 要 ：基于随机过程理论，建立了船体梁在砰击、波浪及静水载荷联合作用下功能函数的随机过程模型，考虑波 浪载荷和砰击载荷幅值的相关性 ，采用上穿率及并联系统可靠性分析方法求解此随机过程的可靠性。最后通过算例分析 了舰船结构的阻尼率、砰击率及相关系数对可靠性的影响，并计算分析了舰船结构各种失效模式的可靠性。分析表明结 构的阻尼率决定了砰击载荷对结构可靠性的影响程度。阻尼率较小时，砰击载荷对结构的可靠性影响很大，且舰船结构 的受压屈曲破坏是结构失效的主要模式。 关键词：可靠性分析；砰击载荷；上穿率分析方法；阻尼率 中图分类号：U661 文献标识码：A 砰击载荷作用下，舰船的杆、板等基本构件可能在 1 载荷的概率模型 短时间内产生屈曲从而引起船体梁的整体失效。因 此，研究砰击载荷作用下舰船结构的可靠性对于舰船 1．1 砰击诱导弯矩的概率模型 的设计和维护具有重要的意义。国内外关于波浪、砰 砰击可认为是一系列的随机脉冲，因此，砰击具有 击的研究主要集中在砰击产生的局部压力预报、砰击 时间的 函数性质，其发生在时域 内服从泊松分布，砰 压力下船体的局部可靠性等方面，对于砰击载荷作用 击诱导弯矩的幅值 为独立同分布的随机序列，砰击 下舰船整体可靠性的研究较少。 过程可表述为 Ferro、Jiao等_1-2以规则波为例，考虑了波浪载荷 Ⅳf￡) Z(t)= 6(t一 ) (1) 和砰击载荷的时间延迟性，对其进行载荷组合；在文献 1 [1—2]的基础上，黄文波等 考虑了非规则波中波浪 式中：——I)jracdelta函数；N(t)——泊松计数过程； 载荷和砰击载荷的相关性，估计了这两种载荷的组合 — — 砰击的强度；7-——第 次砰击发生的时刻。 效应。但是，上述文献仅对载荷组合进行了研究，而且 由(1)式，砰击诱导弯矩过程为 只给出组合载荷分布的非解析表达式，若采用以上研 N(t) S(t)= (t—r) (2) 究所得的组合载荷进行可靠性分析，其过程将特别繁 =1 琐且不易实现。 式中： (t)——第k次砰击过程。 ． Mansour等_4利用静水载荷，波浪载荷及砰击载荷 由于砰击的发生服从泊松分布，即各次砰击的发 的极值分布，考虑中垂和中拱两种情况对船体梁进行 生相互独立，则以砰击开始为时间起点，一次砰击诱导 可靠性及敏度分析；Chen等 基于船体梁 的总纵强 弯矩为 度，分别从中拱、中垂以及砰击三种极限状态分析计算