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腐蚀损伤下船体总纵极限强度可靠性分析方法探讨*

更新时间:2009-03-28

现阶段,舰艇船体结构安全性评估依然基于确定性方法,而确定性评估方法未能充分反映不确定性因素(如船体构件厚度、材料力学特性等)的影响,从而导致船体强度状态评估结果的置信水平降低。针对确定性方法的局限性,国内外学者基于传统可靠性理论(如随机概率可靠性理论、模糊可靠性理论等)对船体结构的可靠性进行了一系列研究。Nordenstrom[1]教授发表了首篇船体结构可靠性分析的文章,在考虑了参量的随机性后,利用第三水平法计算了船体结构的失效概率;Chao等[2]在考虑了结构不确定因素的影响后,构造了船体结构的极限状态函数,分析了船体结构的可靠性并计算了其失效概率;邱巍等[3]基于模糊集合理论,采用Monte Carlo法对某大型油船的总纵强度进行了分析;严心池等[4]通过对大型舰船结构主要失效模式方程的线性化研究,采用概率网络估算技术(Probabilistic Network Estimation Technique, PNET)法计算了船体结构的可靠性指标。

从20世纪90年代起,随着数理统计的发展,基于概率理论的船体结构可靠性分析方法已逐渐成熟。如今,基于传统可靠性理论的船体结构可靠性分析方法开始得到各国船级社、造船企业等部门的认可。但由于对样本要求较高,传统可靠性理论在腐蚀损伤下的船体结构可靠性评估方面具有较大的局限性。因此,一种合理且可行性更高的评估方法评估理论亟待研究。

1 非概率可靠性分析理论

1.1 非概率可靠性理论基本法则

Ben-Haim[5]和Qiu[6]等先后提出并完善了基

于凸集模型的非概率可靠性评估理论。他们将结构的可靠性描述为结构能允许不确定参量在一定范围内波动。区间模型是非概率可靠性理论下的典型模型之一,基于区间模型只需确定结构参量的波区间即可对结构的可靠性进行分析。由于区间模型不考虑结构参量间复杂的交互影响,对样本信息量要求较低且可靠性评估结果偏于保守而在实际工程应用中得到了快速发展。

区间模型内的参数变量称为区间变量,对于任意的区间变量X=[xl,xu],则有:

MRA检查结果提示:20例烟雾病患者中可见两侧颈内动脉的末端呈现狭窄闭塞者共计12例;单侧颈内动脉的末端狭窄性闭塞患者共计8例;20例患者均存在不同程度的大脑前或中动脉的主干狭窄闭塞;其中包括3例患者为大脑后动脉的主干狭窄闭塞;20例患者中有5例患者均为血管跳跃征,其特征为受累的脑动脉节段性血流信号处发生缺失,然而患者远端血流依然存在。在MRA检查中未发现患者的大脑后动脉扩张者共计12例;而出现颈外动脉分支扩张者共计7例。

 

(1)

式中,xc为变量x的均值,xr为变量x的离差。

5.2 基因探针 真菌核糖体RNA的碱基序列由可变区和保守区组成;利用保守区可设计通用探针;利用可变区可设计针对不同菌种的特异性探针。吗啉寡聚物(morpholino oligomers,MORFs)通过Watson-Crick碱基配对与其互补的DNA或RNA结合,并对核酸酶具有抵抗性,与血清蛋白质结合率低,可进入细胞并在循环中被迅速清除。因此,有研究[55]用99mTc标记的MORFs探针靶向真菌核糖体RNA,结合SPECT成像用于检测曲霉菌感染,这有望成为诊断曲霉菌感染的新方法。

联立式(1),变量区间XI及区间变量x可表示为:

 

(2)

式中:ΔI=[-1,1]为标准化区间;δΔI=[-1,1]为标准化区间变量。

设区间变量Y=[yl,yu],则区间变量的基本运算法则为:

X+Y=[xl+yl,xu+yu]

(3)

X-Y=[xl-yl,xu-yu]

(4)

X×Y=[min(xl×yl,xl×yu,xu×yl,xu×yu),

max(xl×yl,xl×yu,xu×yl,xu×yu)]

(5)

X/Y=[min(xl/yl,xl/yu,xu/yl,xu/yu),

max(xl/yl,xl/yu,xu/yl,xu/yu)]

(6)

若0∈Y,且ylyu,则:

 

(7)

 

(8)

式中,a为常数。

1.2 非概率可靠性指标

表示与结构安全性相关的区间变量(如材料的屈服强度、几何参数、载荷等),结构失效的极限状态函数为:

M=f(x1,x2,…,xn)

(9)

由于变量x为区间变量,因此极限状态函数M亦为区间变量。非概率可靠性指标η的计算公式:

 

(10)

式中,Mc为均值;Mr为离差。

除了式(10)给出的非概率可靠性指标η的计算方法外,文献[7]还从物理意义层面给出了η的定义。即对于任意连续的极限状态函数M=f(x1x2,…,xn),基于区间模型的非概率可靠性指标可定义为:

 

(11)

式中,δ={X1,X2,…,Xn}为标准化区间向量,为无穷范数。

η的几何含义为:在标准化基本变量组成的空间内,按无穷范数度量的从坐标原点到失效面上的最短距离。从η的几何含义中可以看出:n维曲面M将结构的基本参量空间分为失效域(M<0)、安全域(M>0)和临界域(M=0)三部分。当η>1时,均有M>0,此时,失效域与标准化基本区间变量组成的空间域不相交,结构安全可靠;当η<1时,均有M<0,此时失效域与标准化基本区间变量组成的空间域相交,结构不可靠;当η=1时,M既有可能大于0,也有可能小于0,此时失效面与空间域的边界相切,结构处于临界状态[8]。由此可以看出:η越大,结构性能的波动区域距离失效域越远,结构的可靠性越高,抗外界干扰的能力越强。

2 船体结构腐蚀

2.1 船体腐蚀特点

离了。不离还能过?妮儿啊,你不知道那两年我过的是啥日子,妮儿她娘没有给过我一个好脸。白天在外面还好,一到晚上回来,她就彻底蔫了——就像那院里的合欢,白天精神晚上就收了。她出院回来,我忍着,一直没敢提分开的事,想等她身体恢复恢复再说。没想到,满了月之后她自己倒提了出来。妮儿她爹,拖累你几年了,咱分开吧。说的时候,她也不看我。

从心理分析来讲,造成狂士的原因是一种自恋情结与自我亵渎。“在狂士,怀才不遇也许更带有一种风流自负的意味,它更多是一种自我伟大感”,而这种“自恋是建立在一个不食人间烟火的神仙人格基础上,所以这种自恋是最容易在现实的挫败感的驱使下走向自渎一极”[23](P79-80)。从现实层面来看,陆游一生宦海沉浮,经历丰富,深切关注国家与社会命运的儒家修行观念贯穿其一生的思想与实践[24]。狂士的心理是放翁以履践天下为己任的儒家道德观念,在不如意时精神上的创伤,这即是“儒家入世的苦行”[25](P501-511)。

  

图1 舷侧外板的点蚀损伤Fig.1 Pitting damage of side plates

  

图2 平台板的点蚀损伤Fig.2 Pitting damage of pallets

2.2 船体结构腐蚀评定

式(16)、式(17)中,hd为上甲板距参考轴的垂直距离;hb为船底板距参考轴的垂直距离。

3 舰艇船体结构可靠性分析模型

3.1 舰艇载荷的计算

在航行过程中,舰艇主要受静水弯矩、波浪弯矩和砰击弯矩三种载荷的作用。其中,静水弯矩Ms受舰艇装载状态的影响较大;波浪弯矩Mw和砰击弯矩Md受舰艇航行状态、航速和海况的影响较为显著。本文在计算船体波浪弯矩时,采用规范和波浪载荷直接计算两种方法。对于正常装载的舰艇,其船舯剖面处组合弯矩Mu的计算形式[10]可设定为:

Mu=Ms+Mw+Md

(12)

在组合弯矩的计算过程中,由于波高、航速的波动,组合弯矩计算值存在上下界,故组合弯矩可作为在役舰艇结构可靠性分析的区间变量。

3.2 腐蚀损伤下船体结构抗力的计算

船体抗力表征了船体在外载荷作用下抵抗失效破坏的能力,而最小剖面模数是船体抗力的重要衡准参数。这是因为最小剖面模数既能体现船体结构抵抗舰艇总纵弯曲变形的能力又能衡量船体结构极限强度的大小。

依据相关规范,在测量船体典型剖面构件腐蚀剩余厚度时,需在每一构件上测量3~7个数量不等的测点。由此,构件腐蚀剩余厚度t为区间变量。以构件腐蚀剩余厚度t为基本变量的船体最小剖面模数亦为区间变量。其计算过程如下:

计算剖面对参考轴的惯性矩:

I=

 

(13)

式中:Ⅱ为板材对参考轴的惯性矩;Ⅲ为加筋对参考轴的惯性矩;bi为第i个板材的宽度;ti是第i个板材的现时厚度;hihj分别为板材和加筋距参考轴的垂直距离;Aj为第j个加筋的现时剖面积;Ij为第j个加筋的现时自身惯性矩;αiαj分别为板材和加筋与剖面中线的夹角。

计算剖面的静矩:

 

(14)

计算剖面的现时总面积:

 

(15)

基于舰艇船体结构可靠性分析模型,可确定以舰艇船舯剖面组合弯矩Mu、最小剖面模数Wmin和甲板结构失稳临界应力σcr为区间变量的船体结构极限状态方程。

 

(16)

船底板处的剖面模数:

同一天,美娟家楼上的一个女人提着巨大的行李箱离开了。离开之前,她清理了一包东西丢进了垃圾车,里面有一张硬质卡,这种硬质卡对于他们这种旧公寓的门就等同于万能钥匙,轻轻一刷,门就开了;里面是一个假的人肚子,用黑塑料袋装得严严实实的;一堆在网络上买来化疤痕妆的特殊颜料:还有一张手机SIM卡。

上周谈到了对经销商资信管理行之有效的一些方法,包括搜集经销商资信信息的方法和立经销商分级管理的方法。本周,在这里将继续为大家带来经销商资信管理过程中设定信用额度的好处。

 

(17)

在腐蚀评估方法上,船体结构整体腐蚀与局部腐蚀具有显著差别。对于整体均匀腐蚀,一般以构件的腐蚀剩余厚度t评定其腐蚀的程度;对于点蚀损伤,常以点蚀密集度参数、蚀点深度或点蚀体积评定其损伤程度。鉴于均匀形式的整体腐蚀评估方法在满足经济性的同时具有较好的可操作性[9],故本文采用构件的腐蚀剩余厚度评估在役舰艇船体结构的腐蚀损伤。

计算剖面的最小剖面模数:

Wmin=min[Wb,Wd]

(18)

3.3 舰艇船体结构失效方程的确定

在静水弯矩、波浪弯矩和砰击弯矩的共同作用下,船体结构的失效模式主要有两种形式:中拱状态下,船底板结构受压屈曲破坏或甲板结构受拉屈服破坏;中垂状态下,甲板结构受压屈曲失稳或底板结构受拉屈服破坏。对于水面舰艇而言,剖面中和轴的位置通常靠近船底板,且甲板失稳临界应力σcr通常小于材料的屈服强度σs。因此,舰艇的总纵极限状态表现为中垂状态下甲板结构屈曲失效。即当甲板的总纵弯曲压应力达到σcr时,甲板结构失稳破坏,船体失去承载能力。此时,舰艇船体结构极限状态方程为:

F=Wmin·σcr-Mu=0

(19)

由于腐蚀损伤造成甲板结构失稳临界应力σcr在一定范围内波动,故甲板结构失稳临界应力也是区间变量。

4 算例分析

考虑到船舯剖面处的总纵极限强度在很大程度上能够反映整个舰艇船体结构的安全性,所以本文选取舰艇的船舯剖面为计算剖面。舰艇的基本参数见表1。

 

1 舰艇的基本参数

 

Tab.1 Parameters of naval vessel

  

基本参数数值船长L/船宽B0.96平均吃水T2.97m设计波高Hs5.267m设计航速Vd29Kn巡航航速Vc26Kn方形系数Cb0.49

上甲板处的剖面模数:

联立式(13)~(18)可得,现时状态下舰艇船舯剖面最小剖面模数舰艇设计航区的有义波高为5.267 m,在该航区内该舰艇的计算载荷Mu=[1.080 9×108,1.139 2×108]N·m,舰艇甲板结构失稳临界应力σcr=[170,450]MPa。舰艇船舯剖面的失效函数为:

F(σcr,Wmin,Mu)=Wmin×σcr-Mu

(20)

基于非概率可靠性理论的基本运算法则,将各区间变量进行区间标准化后,式(20)可写成:

F(σcr,Wmin,Mu)

(2)部署方式:区块链即服务(BaaS)加速演进。区块链的实现可以是基本传统IT的,也可以是基于云计算的。现在,越来越多的区块链开发者和用户意识到了新兴的云计算带来的好处。基于云计算搭建BaaS,不仅可以带来快速开发、敏捷部署和成本较低等优势,还可以让区块链企业将重点转向面向垂直行业,以更好地对接用户。

=(310+140δσcr)(754 388.8+61 104.6δWmin)-

(1.110 05×108+2.915×106δMu)

(21)

由泛函分析可知,当|δσcr|=|δWmin|=|δMu|时,函数F(σcr,Wmin,Mu)取最值。将泛函条件代入式(21),解的最小值即为该舰艇在该航区内极限强度的非概率可靠性指标。

2018年10月22日,省委常委会审议通过《关于支持检察机关公益诉讼工作的意见》。省委书记娄勤俭强调,检察机关公益诉讼工作要坚持司法为民,要紧盯生态环境、资源保护等社会关切、群众关注的重点领域,加大公益诉讼办案力度,推动有关部门及时履职、解决问题,切实增强人民群众的获得感、幸福感、安全感,让公益诉讼真正体现公益、惠及民生。这为检察机关开展公益诉讼工作进一步提供了制度保障,并指明了工作方向。

由表2所示的不同方法下的舰艇状态评估结果可知,两种评估方法下,舰艇船体结构均处于安全状态,满足使用要求。确定性方法下,舰艇现时状态的安全指标较安全标准高出4.67%;非概率可靠性理论下舰艇现时状态的安全指标(可靠性指标)高出安全标准3.5%。由此可知,采用非概率可靠性理论评估在役舰艇的安全性是可行的。从数据处理方面,可认为:非概率可靠性理论得到的评估结果较传统确定性评估方法更接近客观实际。

 

(22)

式中,k为极限弯矩安全储备系数;My为剖面折减后计算的极限弯矩。

由式(21)和式(22)可分别得到非概率可靠性理论和确定性方法下的舰艇的强度状态。具体数据见表2。

 

2 不同评估方法下舰艇强度状态计算结果

 

Tab.2 Results of strength assessment under different methods

  

评估方法评估指标安全标准安全状态确定性方法k=1.571.5船体安全非概率可靠性理论η=1.0351船体可靠

基于确定性方法对该舰艇现时状态下船体结构极限强度进行评估时,需取舰艇的设计水线长为计算波长。船舯剖面中垂状态下的极限强度校核公式[11]为:

舰艇在服役过程中,航行海域的海况变化较为复杂,通常按有义波高将海况从0到9分为10个等级,相应的波高对应值见表3。其中,为三一平均波高,即最大波高的平均值。

 

3 风浪等级

 

Tab.3 Grades of winds and waves

  

浪级波高ξw/3/m浪级波高ξw/3/m0级05级[2.5,4.0)1级(0,0.1)6级[4.0,6.0)2级[0.1,0.5)7级[6.0,9.0)3级[0.5,1.25)8级[9.0,14.0)4级[1.25,2.5)9级[14.0,+∞)

在确定性评估方法中,波长取舰艇的设计水线长,造成船体结构强度状态评估结果难以为舰艇的降航区使用提供技术支撑,而基于非概率可靠性理论的方法,采用波浪载荷直接计算法得到的评估结果可弥补确定性评估方法的不足。通过非概率可靠性分析,可得舰艇初始设计和现时状态下船体结构可靠性随海况等级的变化规律,如图3所示。

由图3所示的非概率可靠性指标随海况的变化规律可知,随着海况的恶化,舰艇船体结构的安全性逐渐降低,这与实际情况相符。初始设计状态下,舰艇以设计航速航行在7级海况以下时,船体结构是安全的,这与设计要求是一致的。而现时状态下,舰艇以设计航速在6级海况航行时,船体结构破坏的风险较高。舰艇现时状态较初始设计状态,安全海况已下降了一个等级。

  

图3 非概率可靠性指标随海况的变化Fig.3 Non-probability reliability under different sea states

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5 结论

针对传统可靠性理论在腐蚀损伤下舰艇船体结构可靠性分析中的局限性,本文引入了非概率可靠性分析理论,对实船的总纵极限强度进行了可靠性分析。主要结论归纳如下:

1)基于非概率可靠性理论对在役舰艇船体结构可靠性分析时只需确定随机变量的区间,而无须明确随机变量的概率密度分布形式或隶属度函数,间接地降低了样本数据的要求,使腐蚀损伤下船体结构的可靠性分析在工程应用上具有了可行性。

2)非概率可靠性理论相对于确定性评估方法得到的评估结果更贴切客观实际,在工程中应用性更强,且评估结果可为腐蚀损伤下现役舰艇船体结构性能的降级提供技术支撑。

3)引入非概率可靠性理论对在役舰艇进行可靠性计算的目的不是替代传统可靠性评估理论,而是为在传统可靠性评估理论不具备实际可操作条件下,为舰艇现时状态下的船体结构强度评估提供一种途径。

采用SPSS 17.0软件对数据进行处理,计数资料用百分率(%)表示,采用X2检验,Kappa>0.7表示一致性良好。

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舰艇船体结构的腐蚀损伤主要分为整体腐蚀和局部腐蚀两种类型。在结构整体腐蚀方面,船体构件表现为近似均匀地减薄,且不同位置处的构件其均匀腐蚀程度也具有明显差别。如水线附近的舷侧外板,船底板和湿干交替的压载舱室构件腐蚀最为严重。在局部腐蚀方面,船体构件主要表现为点蚀损伤。点蚀损伤主要集中分布在污水舱、内底板、平台板、外底板和舷侧外板等部位。在污水舱、外底板和舷侧外板等位置点蚀呈单侧分布,见图1;在内底板和平台板等处点蚀呈双面分布,见图2。

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[9] 张克辉, 滑林. 老龄舰船总纵强度状态评估可行性研究[J]. 海军工程大学学报, 2015, 27(5): 94-98.

企业会计成本核算工作中,会计管理人员应要求成本核算会计人员掌握更加先进的核算方式,不能够仅是依靠传统的两种核算方式,应进行继续学习,以此提升自身专业水平,为企业的发展做出贡献。企业成本核算会计人员应了解现阶段,我国成本核算方式大约分为三种,除经常使用的品种法和分布法外,还应了解分批法的使用,按照企业产品的批别作为单位,以此进行成本计算,此种方式能够应用于小批量生产的企业中,与其他两种成本核算方式相比,对小批量生产的企业来说,成本核算的准确率更高。因此,企业会计成本核算应根据企业生产的规模选择合适的成本核算方式,以此促进企业进步。

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优化与改进是内控闭环建设中最关键的一环,是内控闭环有效循环、有序运转的关键连接点。优化与改进是和评价与检查紧密相连的,是针对内部控制评价与检查中发现的问题进行动态调整和优化完善的过程。同时,这一阶段还需在对内部控制体系不断优化改进的基础上,逐步探索实现内控信息化。

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1947年春,汤甲真的一名进步同学从上海寄来几本由中国共产党组织主办的《群众》等进步杂志。他阅读后受到很大的启发和鼓舞,憧憬着光明的未来。

DAI Yangshan, SHEN Jinwei, SONG Jingzheng. Some questions in ship ultimate strength analysis[J]. Ship Building of China, 2007, 48(1): 102-105. (in Chinese)

 
滑林,吕岩松,吴梵,张二
《国防科技大学学报》2018年第02期文献

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