具有多种缺陷的船舶结构系统的可靠性分析.pdfVIP

中国科学: 物理学 力学 天文学 2010 年 第40 卷 第10 期: 1256 ~ 1266 SCIENTIA SINICA Phys, Mech Astron SCIENCE CHINA PRESS 论 文 具有多种缺陷的船舶结构系统的可靠性分析 ①* ① ② 安海 , 安伟光 , 赵维涛 ① 哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院, 哈尔滨 150001; ② 沈阳航空工业学院航宇学院, 沈阳 110034 * E-mail: anhai@ 收稿日期: 2010-03-11; 接受日期: 2010-06-25 摘要 本文分析了含有初始变形、焊接残余应力、裂纹和局部凹陷等多种缺陷对板的极限强度的影响, 给 出了该板单元的可靠性计算和敏度分析的表达式. 对含有多种缺陷板单元组成的结构系统, 进行了可靠性分 析, 给出结构系统的失效机理、失效路径和总体可靠性指标的计算方法. 推出了含有多种缺陷板元失效后, 对 残余结构影响的反向节点力计算公式, 及系统可靠性指标的敏度表达式. 保证了计算精度和可靠性分析的合 理性, 同时也便于找到影响结构系统可靠性的薄弱板单元. 最后通过船舶结构的一个舱段, 对比开展了含有 多种缺陷与不含缺陷的结构系统的可靠性计算及敏度分析, 以说明本文提出方法的有效性. 该文提供的方法 为结构系统的设计及制定合理的维修和更新策略提供了参考. 关键词 初始变形, 焊接残余应力, 裂纹和局部凹陷, 极限强度, 反向节点力, 敏度表达式, 可靠性分析 PACS: 21.10.Jx, 46.90.+s, 46.15.-x 船体结构在制作过程中由于采用各种冷热加工 1 各种缺陷板的极限强度分析 工艺, 因此在板格中会引起初始变形和残余应力, 通 常把初始变形和残余应力称之为初始缺陷, 初始缺 1.1 初始缺陷(初始变形和焊接残余应力)板格的极 陷的存在会降低板格的极限承载能力[1~7]. 另外由于 限强度 人为的操作失误或意外的环境条件, 很可能遭遇到 1.1.1 初始缺陷的经验公式 各种力学损伤, 如偶然荷载、局部撞击等等. 这将导 [9] Smith 等人 提出了最大初始变形的近似计算公 [8] 致板元的机械损伤, 结构损伤也能使承载能力降低 . 式为 上述缺陷的综合作用, 有可能导致灾难性的后果. 因 ⎧ 2 0.025λ , 轻微情况, 此对含有缺陷结构的可靠性评估问题, 一直是工程 wopl ⎪ 2 ⎨0.1λ , 一般情况, (1) t 上所关心的热点. 这一问题对结构使用中的安全预 ⎪ 2 0.3λ , 严重情况, ⎩ 测, 及提供维修和更新的决策有重