文档介绍：第27卷第11期振动与冲击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(,镇江212003;,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的设计和维护具有重要的意义。国内外关于波浪、砰击的研究主要集中在砰击产生的局部压力预报、砰击压力下船体的局部可靠性等方面,对于砰击载荷作用下舰船整体可靠性的研究较少。Ferro、Jiao等_1-2以规则波为例,考虑了波浪载荷和砰击载荷的时间延迟性,对其进行载荷组合;在文献[1—2]的基础上,黄文波等考虑了非规则波中波浪载荷和砰击载荷的相关性,估计了这两种载荷的组合效应。但是,上述文献仅对载荷组合进行了研究,而且只给出组合载荷分布的非解析表达式,若采用以上研究所得的组合载荷进行可靠性分析,其过程将特别繁琐且不易实现。Mansour等_4利用静水载荷,波浪载荷及砰击载荷的极值分布,考虑中垂和中拱两种情况对船体梁进行可靠性及敏度分析;Chen等基于船体梁的总纵强度,分别从中拱、中垂以及砰击三种极限状态分析计算了可靠性,发现砰击作用下船体的失效概率远远大于中垂、中拱的情况,其总失效概率为这三种情况之和。以上做法考虑了砰击载荷对船体梁可靠性的影响,但其采用了砰击、波浪载荷的极值分布,对于载荷的处理过于简略。本文考虑了砰击载荷和波浪载荷的随机过程模型及其相关性,基于船体梁总纵强度,建立了功能函数的随机过程模型,采用上穿率分析方法计算舰船在砰击、波浪及静水载荷联合作用下的整体可靠性,为结构的可靠性、维修性、保障性决策提供参考。收稿日期:2007一l1—12修改稿收到日期:2007—12—11第一作者施兴华男,博士生,,因此,砰击具有时间的函数性质,其发生在时域内服从泊松分布,砰击诱导弯矩的幅值为独立同分布的随机序列,砰击过程可表述为Z(t)=6(t一)(1)1式中:——I)jracdelta函数;N(t)——泊松计数过程;砰击的强度;7-——第次砰击发生的时刻。由(1)式,砰击诱导弯矩过程为N(t)S(t)=(t—r)(2)式中:(t)——第k次砰击过程。由于砰击的发生服从泊松分布,即各次砰击的发生相互独立,则以砰击开始为时间起点,一次砰击诱导弯矩为(t):一Mexp(一2t)·sin(∞2t)(3)式中:——船体振动阻尼率;——垂向两节点的振动频率。——砰击诱导弯矩的幅值,与砰击强度有关,