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1譯 文學(xué) 院：專 業(yè)：學(xué) 號(hào)：姓 名：指導(dǎo)教師：2油船意外擱淺時(shí)船體縱向強(qiáng)度可靠性分析R.M. Luís, A.P. Teixeira, C. Guedes Soares海洋技術(shù)中心和工程（CENTEC）,里斯本技術(shù)大學(xué)，高級(jí)研究員，里斯本，葡萄牙摘要： 本文提出了一個(gè)損壞的蘇伊士型雙殼油輪的可靠性分析，采用的是一階可靠性研究方法。文中分析的意外擱淺情況假定發(fā)生在平板龍骨中心，這是最壞的情況。公式中使用的損壞油輪的極限強(qiáng)度是通過(guò)特定的結(jié)構(gòu)代碼計(jì)算出來(lái)的，其中的破壞模擬了去除損壞單元。通過(guò)分析不同大小的破壞來(lái)確定與極限強(qiáng)度有關(guān)的可靠性指標(biāo)之間關(guān)系。波浪引起的載荷是從有關(guān)“全球浪潮統(tǒng)計(jì)”資料庫(kù)長(zhǎng)期分布中計(jì)算得來(lái)。靜水載荷是從船舶裝載手冊(cè)中確定。接著進(jìn)行研究關(guān)于影響損壞的船舶的極限彎矩的可靠性指標(biāo)的參數(shù)。關(guān)鍵字：結(jié)構(gòu)可靠性 船體梁極限強(qiáng)度 意外擱淺 剩余強(qiáng)度 隨機(jī)性載荷1、 簡(jiǎn)介在海上的船舶結(jié)構(gòu)安全一直是船舶營(yíng)運(yùn)的重要方面。為了能夠評(píng)估船舶的結(jié)構(gòu)安全，有必要來(lái)評(píng)估船的強(qiáng)度并且定義概率模型來(lái)表征結(jié)構(gòu)強(qiáng)度評(píng)估的可預(yù)期變化。鑒于此，船體梁縱向強(qiáng)度一直是一個(gè)主要問(wèn)題，因?yàn)榇怪睆澗厥谴敖Y(jié)構(gòu)承受的最高載荷之一，并用于確定船體橫截面的構(gòu)件尺寸，由此確定剖面模數(shù)。因此，通常船體結(jié)構(gòu)可靠性的分析僅需考慮能否承受這個(gè)載荷。對(duì)船舶極限強(qiáng)度破壞影響的一些研究已經(jīng)進(jìn)行。Paik [23] 等人開發(fā)出一種快速方法來(lái)評(píng)估美國(guó)航運(yùn)局制定的受損情況下的船體梁崩潰。Gordo 和 Guedes Soares [8]，Ziha和Pedisic[29]，F(xiàn)ang 和Das [4]，已經(jīng)研究了簡(jiǎn)化方法計(jì)算出垂直極限彎矩來(lái)預(yù)測(cè)損壞船的縱向極限彎矩。在這些研究中普遍采用的方法是：確定船上的受損區(qū)域，移除該區(qū)域內(nèi)的元素，用簡(jiǎn)化方法重新計(jì)算極限強(qiáng)度。發(fā)現(xiàn)受損區(qū)域的寬度很明顯影響了船舶的極限強(qiáng)度。然而，船舶意外損壞可能在許多情況下發(fā)生，其中最令人關(guān)注的兩個(gè)分別是與其他船舶發(fā)生碰撞和擱淺。迄今為止，一些作家發(fā)表了有關(guān)受損船舶的可靠性評(píng)估的研究[5]。因此，本研究的目的是提出一種可能的方法來(lái)計(jì)算一艘受損船的可靠性。因?yàn)樵摲椒芸焖俸陀行У倪m用下列破壞，因此有必要建立船舶的船體可靠性和影響船體梁受損極限彎矩和載荷（波浪彎矩和靜水彎矩）之間的聯(lián)系。在這項(xiàng)研究3中，通過(guò)使用極限狀態(tài)函數(shù)的剩余強(qiáng)度指標(biāo)，有可能為極限彎矩建立這樣的聯(lián)系。未受損船和受損船受的載荷之間的關(guān)系需要通過(guò)流體力學(xué)的方法在特定的載荷和受損情況下計(jì)算確定。然而，本研究中，受損船上載荷是根據(jù)荷載組合因素的比值來(lái)確定的。此外，還要考慮到環(huán)境條件和船舶受損的時(shí)間長(zhǎng)短。關(guān)于這個(gè)問(wèn)題的出版材料（損壞的船荷載組合系數(shù)）幾乎是不存在的。在這項(xiàng)研究中被認(rèn)為最常見的三種載荷情況（LC）是全負(fù)載（FL） ，壓載負(fù)荷（BL）和部分負(fù)荷（PL） 。2.破壞和船舶特性2.1. 船舶特性這里分析的船舶為雙殼蘇伊士型油輪，滿足所有的船級(jí)社對(duì)這類型船只的現(xiàn)代規(guī)則。表1是該船只的主尺度。表1 主尺度表2 船舶運(yùn)行剖面表2是船舶的運(yùn)行剖面，這是一個(gè)已被普遍接受的油輪 [28]。為了計(jì)算極限彎矩，使用的簡(jiǎn)化方法基于smith方法 [9]。為此，船體梁必須分成獨(dú)立的縱向單元，這樣做是考慮把每一個(gè)單元對(duì)船舶及其相關(guān)板塊的加強(qiáng)，至于節(jié)點(diǎn)處的板，余下的板被規(guī)定為單個(gè)單元，如圖1所示。圖2給出了橫截面模型，被分為加強(qiáng)筋的板單元，艙底單元沒(méi)有加強(qiáng)筋，但他們被分成兩個(gè)單元，以便更好地模擬船舶橫截面的總體特征。所有節(jié)點(diǎn)設(shè)為硬角，這將在下面關(guān)于極限強(qiáng)度的章節(jié)里解釋。4圖 1 把船分割成小單元后的截面圖圖2 船舶分段被劃分成加強(qiáng)的板單元（完整的分段）本文所考慮的損害相當(dāng)于在平板龍骨區(qū)域的意外擱淺，這被認(rèn)為是最壞的情況，雖然不是最有可能發(fā)生一種情況。由于船舶分段劃分為多個(gè)單元，如果考慮周圍的龍骨受損區(qū)域，那么在這方面的單元被認(rèn)為已破壞。本文采用簡(jiǎn)化的方法來(lái)處理?yè)p害，是大部分船級(jí)社推薦的。其基本假設(shè)是：已損壞的部分受力可以通過(guò)從完整的部分簡(jiǎn)單地刪除損壞的元素，并重新計(jì)算其極限彎矩。這就是說(shuō)所有損壞的元素對(duì)船體梁沒(méi)有力的作用。顯然，這是一個(gè)保守的方法，因?yàn)閾p壞的部分仍有可能產(chǎn)生一些力。裂紋沿船體擴(kuò)展的可能性被忽視了，這是研究受損船一個(gè)的重要方面，但它不屬5于本研究范圍。本文使用的對(duì)損害擴(kuò)展的定義是以 ABS 的建議為基礎(chǔ)的[1]。但是，盡管假設(shè)靠近橫向末端的損害的滲透可以減少，為了模擬出這引起損害物體形態(tài)（水下巖石，另一船頭等等） ，為了達(dá)到簡(jiǎn)化的目的，本項(xiàng)研究中的滲透被當(dāng)成是常量。對(duì)于此船使用一種或另一種方法是沒(méi)有區(qū)別的但是，如果兩端受損區(qū)域在縱向桁材上，這項(xiàng)研究中假設(shè)的簡(jiǎn)化方法會(huì)導(dǎo)致大量數(shù)據(jù)的丟失，如圖 3 所示。盡管如此，按規(guī)則考慮的該區(qū)域是有問(wèn)題的，雖然它可以用于設(shè)計(jì)的目的，但是它使更多簡(jiǎn)單定義的矩形損害受到了限制，為了快速評(píng)估意外事故下極限強(qiáng)度對(duì)船體完整性的影響，也許在未來(lái)，當(dāng)“智能材料”和傳感器變得更便宜，這也將是一種選擇，但目前矩形限制是最合理的選擇。圖3 由于這項(xiàng)研究的情況沒(méi)有實(shí)際的船舶，所用的長(zhǎng)方形極限是從那些在建議中取的[1]。圖4給出了所采用的受損區(qū)域，因此這矩形高度的3/4H（其中H為雙層底高度） ，而主要破壞高度為H，這第二種情況，具有較高的滲透，模擬的重大事故將造成貨物泄漏。寬度等于B / 6（均為B是寬） ，變化范圍在± 20％之內(nèi)。6圖4 破壞大小在這些單元被去除之后，圖5給出了在一般破壞下的截面圖，圖6給出了在重大破壞下的截面圖。圖5 損壞的船體部分（上：20％；中：0％；下：20％）7圖6 船體重大損壞部分（上：20％；中：0％；下：20％）3.極限強(qiáng)度船的極限強(qiáng)度計(jì)算使用的是 HULLCOLL 程序，開發(fā)使用該方法的是 Gordo 等人[9]。這是一個(gè)以增量互動(dòng)形式為主的簡(jiǎn)化方法，通常被稱為 Smith 法[26]。Gordo 等人的方法還被 Billingsley [3]、 Rutherford 和 Caldwell[24]采用。但所使用的單元思想是 Gordo 和 Guedes Soares [7] 的一種建議。該方法可以時(shí)刻計(jì)算曲率變化關(guān)系，從中可以判斷極限彎矩，也就是最大彎矩。這種方法能夠計(jì)算時(shí)刻與曲率的關(guān)系，從中可以判斷極限彎矩，這就是最大彎矩。這個(gè)彎矩是通過(guò)一對(duì)船體的瞬時(shí)中性軸的增量部分曲率來(lái)計(jì)算的。從強(qiáng)加的曲率，可以得到在該船舶每單元的應(yīng)變，并從每個(gè)元素的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，我們可以從中獲取每一個(gè)壓力，再乘上每個(gè)單元的面積就可以得到每個(gè)單元上的載荷。通過(guò)考慮由此產(chǎn)生的力（這應(yīng)該是零）我們可以重新計(jì)算瞬時(shí)中性軸的位置。這樣收斂迭代過(guò)程的結(jié)果使中性軸的位置集中于一點(diǎn)。在 Gordon 等人[9]的情況下，每個(gè)作者對(duì)使用的收斂因子都有自己的意見。這是一個(gè)比601??A?小的合力（其中 0?是屈服強(qiáng)度和該截面的一個(gè)總面積）以及在中性軸的偏移估計(jì)小于 4。完成此操作后，考8慮到離中性軸的距離的元素是可以通過(guò)其荷載引起的彎矩來(lái)計(jì)算的。給定曲率的彎矩等于每個(gè)單元引起彎矩的和。為了應(yīng)用的方法，做出如下假設(shè)：--- 這些單元是獨(dú)立的。--- 當(dāng)曲率應(yīng)用時(shí)該船舶的截面假設(shè)保持平面。--- 為避免整體倒塌橫向框架足夠強(qiáng)。由于第一假設(shè)的節(jié)點(diǎn)單元（該節(jié)點(diǎn)也被稱為角）的行為不能得到滿意的解釋，因?yàn)樗鞘芟噜徳厍鸂顟B(tài)影響的。通常被認(rèn)為是不理想的解決方案是因?yàn)槟Ｐ蜑橛步?。硬角就是?dāng)被壓縮時(shí)有一個(gè)完美彈塑性行為的單元。構(gòu)件的凈尺寸按船級(jí)社規(guī)范計(jì)算。在任何情況下，腐蝕的厚度不應(yīng)該用在發(fā)生意外事故時(shí)，因?yàn)閷?duì)于發(fā)生事故的船體，可能沒(méi)有任何辦法，它是不可能測(cè)量的?？紤]到前面定義的傷害，有七個(gè)不同的條件導(dǎo)致了不同的最終彎矩，這些都列于表3。表 3 垂直極限彎矩與 Fang 和 Das[4]中定義的一樣，最終崩潰定義了一個(gè)可以使用的剩余強(qiáng)度指數(shù)（RIF）：其中 是損壞截面的極限彎矩， 是損壞部分截面的極限彎矩。該指數(shù)對(duì)可靠性指標(biāo)（β）參數(shù)研究是非常有用的。每個(gè)損壞部分的 RIF 值列于表 4。9表 4 剩余強(qiáng)度指數(shù)上拱比下垂有更高的強(qiáng)度損失，破壞的大小增加，上拱中的極限彎矩更大。這是由破壞的位置決定的。從船底部移除某單元導(dǎo)致中性軸在高度方向的增加，這增加了船舶在下垂（面積虧損的相反的效果）時(shí)的強(qiáng)度，但這一效應(yīng)導(dǎo)致了在上拱時(shí)強(qiáng)度的下降。這就解釋了為什么船舶在下垂 RIF 的主要損害是等于損害+ 20％” 。圖 7 和圖 8 分別呈現(xiàn)了上拱和下垂時(shí) RIF 的值。上拱中極限強(qiáng)度的變化基本保持線性變化，而下垂很顯然是一個(gè)非線性變化。圖 710圖 8在可靠性分析中使用的極限強(qiáng)度概率模型的定義基礎(chǔ)上，該船舶的剩余強(qiáng)度預(yù)測(cè)的模型是不確定的，以及在極限強(qiáng)度計(jì)算中隨機(jī)變量（ ）的描述也是不確定的。正態(tài)分布均值為 1.05 和 0.1 的標(biāo)準(zhǔn)差是用來(lái)描述這種不確定性的，如油輪的報(bào)告中建議的項(xiàng)目[2]。4、外加載荷4.1 靜水載荷作用靜水載荷作用只在完整截面上計(jì)算。在載荷分布上對(duì)破壞的影響解釋了由載荷系數(shù)得來(lái)的靜水彎矩（ ） 。Santos 和 Guedes Soares [25]正在開發(fā)一種方法，能夠計(jì)算作為洪災(zāi)下的船體破裂，這種方法可以用來(lái)確定在靜水載荷下適當(dāng)?shù)闹翟陟o水載荷的變化系數(shù)（ ） 。靜水彎矩假設(shè)各不相同，但最終變化單調(diào)均勻分布。Guedes Soares 等人 [16] 提出了在從左舷出發(fā)的靜水載荷模型的高斯分布。Guedes Soares 和 Dogliani [15] 考慮到靜水載荷的變化導(dǎo)致航行中石油消耗在出港時(shí)的修改。在這項(xiàng)研究中所采取的做法是在 ABS 等船級(jí)社[2]提出的一個(gè)，航行中靜水載荷的高斯分布值（ ）等于0.7 倍的最大載荷和 0.2 倍標(biāo)準(zhǔn)偏差的最大載荷的平均值。最大負(fù)載定義為在給定負(fù)載條件 c 下負(fù)載非自動(dòng)航行的最大值。Guedes Soares 和 Moan [17] 對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，提供了正態(tài)分布來(lái)描11述不同船型靜水條件對(duì)負(fù)載出港的統(tǒng)計(jì)參數(shù)。Guedes Soares [11] 提出了一個(gè)交流的過(guò)程來(lái)形容在靜水荷載中時(shí)間變化，在此基礎(chǔ)上變化的極端的負(fù)荷給定時(shí)間段（TC）的該船舶在給定的負(fù)載條件下，可以通過(guò)假設(shè)花費(fèi)之間的航程獨(dú)立獲得，這種關(guān)系可表示為分配：其中 是在 時(shí)間內(nèi)的航程。一年內(nèi)根據(jù)表 2 給出的業(yè)務(wù)概況，航程是 5.4 FL、BL 和 27.4PL。在 時(shí)間內(nèi)的極值的分布，然后可以根據(jù) Gumbel 法則近似為參數(shù) 和 ，[27]中分別給出：其中 是高斯分布的累積概率函數(shù)， 是它的概率密度分布函數(shù)。該 Gumbel 分布的平均值（ ）和標(biāo)準(zhǔn)偏差（ ）的計(jì)算公式：對(duì)一個(gè)損壞的船舶而言分析其單詞航次的可靠性是有意義的，從事故發(fā)生到船塢的時(shí)刻，這項(xiàng)研究中這種航程持續(xù)一個(gè)星期。在這種情況下，從（2）式可以看出分布在極端的情況等于在一個(gè)航程內(nèi)的分布。所以，考慮一周的可靠性計(jì)算的高斯分布是用來(lái)代替 Gumbel 分布的。表 5 和表 6 分別呈現(xiàn)了在上拱和下垂時(shí)的靜水的分布情況統(tǒng)計(jì)矩引起的彎矩。正值代表的上拱時(shí)的載荷，負(fù)值代表下垂時(shí)的載荷。 表 5 上拱時(shí)的靜水分布參數(shù)表 6 下垂時(shí)的靜水分布參數(shù)12在靜水彎矩建模（ ）中的不確定性是基于 ABS 等船級(jí)社的 [2]，它被假定為有一個(gè)正常的分布，平均值是 1.00，標(biāo)準(zhǔn)差是 0.1。4.2 波浪載荷效應(yīng)波浪誘導(dǎo)載荷的影響取決于船舶操縱的海洋區(qū)域。這項(xiàng)研究中考慮的是兩種不同的海洋區(qū)域，北大西洋海域 8，9，15 和 16（ATLN -圖 9） ，由國(guó)際船級(jí)社協(xié)會(huì) IACS 建議[22]，歐洲沿海地區(qū) 27，28 和 30（非洲經(jīng)委會(huì)沿海地區(qū) ECA 指定 - 圖 10） ，這是一個(gè)發(fā)生意外擱淺更合乎邏輯的地帶。該計(jì)算是鑒于全球波統(tǒng)計(jì)[21]利用散點(diǎn)圖覆蓋了這些地區(qū)。圖 9 北大西洋海域的全球波浪統(tǒng)計(jì)13圖 10 歐洲沿海的全球波浪統(tǒng)計(jì)誘發(fā)給定彎矩的波的長(zhǎng)期概率分布由 Weibull 模型擬合如下：其中 w 為尺度參數(shù)，k 為形狀參數(shù)。圖 11 的一個(gè)例子是介紹了對(duì)滿負(fù)荷條件下船舶在非洲經(jīng)委會(huì) ECA 地區(qū) Weibull 分布的擬合。圖 11 在 ECA 地區(qū)滿負(fù)荷條件下的 Weibull 分布該模型描述了在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)上的隨機(jī)波垂直彎矩超越概率。但是我們感興趣的是波風(fēng)荷載最大振幅在 n 在船舶航行周期內(nèi)的分布。據(jù) Guedes Soares [10]在指定時(shí)間T 內(nèi)的極值分布可以由 Gumbel 法所得：14其中 和 分別對(duì) Gumbel 分布的參數(shù)。Gumbel 分布的參數(shù)可以從 Webull 參數(shù)和 n 個(gè)航程的周期的平均數(shù) T 中計(jì)算出來(lái)：在北大西洋的平均波周期大約是 7 秒。鑒于此，考慮了兩種可能的情況下?lián)p壞的船，一個(gè)星期船塢航行（更合乎邏輯的做法） ，誘導(dǎo)彎矩的極端波浪的隨機(jī)模型被計(jì)算出來(lái)。由由此產(chǎn)生的值分別列于表 7 和表 8。表 7 北大西洋誘導(dǎo)載荷的極端波浪的隨機(jī)模型表 8 歐洲沿海誘導(dǎo)載荷的極端波浪的隨機(jī)模型在波浪彎矩荷載有兩種類型的不確定性。第一種是相對(duì)于線性結(jié)果的 [18]，第二種是相對(duì)于非線性的 [13]。在靜水彎矩的不確定性中采用的模型同樣被 ABS[2]等船級(jí)社使用；它們是平均值為 1.00 標(biāo)準(zhǔn)差是 0.1 的正態(tài)分布。4.3 載荷組合15可靠性評(píng)估取決于對(duì)兩個(gè)荷載組合，這通常比發(fā)生在任何時(shí)間的兩個(gè)極大值的總和小。對(duì)于完整的船舶以往有像 Guedes Soares [12]的研究。然而，本文研究的是意外的情況，這可能與本研究涉及的不同組合。下面的表達(dá)式給出用來(lái)組合載荷的方法：其中 是靜水載荷組合系數(shù)， 是波浪載荷組合系數(shù)。關(guān)于靜水載荷系數(shù)，通常完整的船舶[20]認(rèn)為等于 1.0。ABS 船級(jí)社[1]建議對(duì)于損壞的船舶，中拱時(shí)應(yīng)采用 1.1，而中垂時(shí)是 0.9。但是，對(duì)于完整的船和破損的船的靜水載荷的差異并不是那么明顯。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)船舶擱淺時(shí)重量增加（它搭載海水） ，而浮力減小。要視在縱向位置和損傷擴(kuò)展和初始負(fù)荷的情況而定，因此，我們不能簡(jiǎn)單的說(shuō)增加或減少。此外，如果考慮到初始負(fù)載條件可能與抵抗彎矩是相反的（例如，如果一個(gè)是研究船的抵抗下垂能力，但是靜水載荷是相反的，于是就降低了船舶抵抗載荷的能力）比有一個(gè)全新的課題更值得研究。在這項(xiàng)研究中，為了簡(jiǎn)化負(fù)載的增加，就需考慮中拱和中垂這兩種情況。使用了三個(gè)值，1.0，1.1 和 1.5，第一個(gè)是用來(lái)計(jì)算完整的船舶年運(yùn)行的可靠性，而另外兩個(gè)是用來(lái)分析靜水載荷的可靠性影響。波浪載荷系數(shù)取決于船舶的裝載情況。不過(guò)，Teixeira 和 Guedes Soares [28] Guedes 和 Parunov [19]表示，系統(tǒng)的計(jì)算表明，該荷載組合的價(jià)值不會(huì)改變相同運(yùn)作情況下的載荷變量的幅度。所以，在波浪荷載組合系數(shù)的值取決于載荷條件，取滿載的 0.92，壓載的 0.91，部分載荷的 0.80。ABS [1]建議的值 0.5 也被采用，這是適用于北大西洋一個(gè)營(yíng)運(yùn)年度。這應(yīng)該給在的損傷情況下裝貨一個(gè)近似數(shù)。利用最后一個(gè)值獲得的可靠性指標(biāo)將相當(dāng)于在沿海地區(qū)一個(gè)星期的航程獲得的值。5 可靠性分析5.1 規(guī)劃這項(xiàng)研究采用的可靠性是基于設(shè)計(jì)規(guī)范中發(fā)現(xiàn)的方法。多年來(lái)，船級(jí)社的規(guī)則指定的最小截面模數(shù)是從考慮根據(jù)縱向的船體彎曲彈性作用，并考慮在甲板上或底部壓力將達(dá)到屈服應(yīng)力失敗時(shí)的結(jié)果。因此，可靠性規(guī)劃是根據(jù) Guedes Soares [14]描述的方法。然而，Guedes Soares 等人[16]提出，在考慮在船體梁可靠性評(píng)估中，極限彎矩是一個(gè)較為正確的變量，最后，IACS 油船和散貨船的共同結(jié)構(gòu)規(guī)范在 2005 年通過(guò)了規(guī)定。在這項(xiàng)研究中使用的在垂向彎矩作用下的船體梁極限狀態(tài)函數(shù)是：16其中 表示極限強(qiáng)度的模型不確定性， 表示非線性波浪載荷的影響， 表示線性波浪載荷的影響， 和 分別表示靜水載荷組合系數(shù)和波浪組合載荷系數(shù)， 表示垂向極限彎矩， 表示靜水垂向極限彎矩， 表示波浪彎矩，RIF 表示剩余強(qiáng)度指標(biāo)。可靠性指標(biāo)取決于變數(shù)，反過(guò)來(lái)說(shuō)，取決于使船舶的運(yùn)行條件而提出了一些假設(shè)。這些是列于表 9，每個(gè)條件的簡(jiǎn)短說(shuō)明如下：表 9 船舶在不同條件下的可靠性指標(biāo)1、 ATLN1 - 這是傳統(tǒng)計(jì)算可靠性指標(biāo)的方法，考慮在北大西洋（ATLN）區(qū)船舶一個(gè)營(yíng)運(yùn)年。2、 ATLN2 - 這種情況是假設(shè)由于破壞靜水彎矩增加。通過(guò)比較 ATLN1，這是可以分析靜止水載荷影響的可靠性指標(biāo)。3、 Rules- 在這種情況下載荷組合是 ABS [1]提出的，但只使用最糟糕的情況：增加靜水彎矩。4、 ECA1 - 這種情況是船舶在沿海地區(qū)營(yíng)運(yùn)一年（這對(duì)于一個(gè)損壞的船是更有可能的情況） 。相對(duì)于 ATLN2，它可以分析地區(qū)對(duì)可靠性指標(biāo)的影響。5、 ECA2 - 在這種情況是船舶歷時(shí)一個(gè)星期單次航行后，進(jìn)干船塢進(jìn)行維修。對(duì)于受損船舶來(lái)說(shuō)這是最有可能的情況。6、 ECA3 - 這種情況與前一個(gè)類似，但是在一個(gè)更大的靜水載荷作用下研究損壞的船在這種條件下載荷對(duì)可靠性的影響。假設(shè)這三個(gè)負(fù)載條件是獨(dú)立的，相互排斥的，在一個(gè)經(jīng)營(yíng)年度中可以發(fā)現(xiàn)全球的可靠性指標(biāo)：其中， 是標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)的倒數(shù)， 和 是不同載荷條件下的失敗的概率。17一個(gè)星期的全球可靠性指標(biāo)沒(méi)有意義，因?yàn)橹挥性谝粋€(gè)給定負(fù)載條件下的航行才可以。通過(guò) RIF 的使用可以在船舶的持續(xù)損壞和可靠性之間建立關(guān)系， ，因此，失敗的概率是 。從這些關(guān)系，那么可以得到給定破害的可靠性。5.2 計(jì)算結(jié)果的可靠性可靠性計(jì)算均用計(jì)算機(jī)程序 COMREL [6]，使用時(shí)間獨(dú)立一階可靠性公式。前面條件六提出的中拱和中垂?fàn)顟B(tài)都考慮了。圖 12 表示了 RIF 和可靠性指標(biāo)和失效概率之間關(guān)系的一個(gè)例子。很顯然，可靠性指標(biāo)幾乎是對(duì)于損壞的船極限彎矩線性變化的。圖 12 ECA2 條件下中拱時(shí)可靠性指數(shù)（β）和失敗概率（PF）與 RIF 的關(guān)系 圖 13 和圖 14 的分別表示 ATLN1，ATLN2 和 ECA1 在中拱和中垂下的可靠性指標(biāo)。我們應(yīng)該記得 ATLN1 和 ATLN2 區(qū)別是靜水彎矩的不同，第二種情況下更高。ATLN2 和ECA1 之間的區(qū)別是考慮的海域分別是北大西洋和歐洲的海岸，第二種情況的波浪載荷彎曲的較前者更高。這是從數(shù)字說(shuō)明，在中拱時(shí)靜水彎矩減少的可靠性和波浪荷載差不多。在中垂時(shí)波浪載荷對(duì)可靠性的影響更大。還可以看出，雖然一般情況下在中垂時(shí)的可靠性數(shù)值比中拱時(shí)的值小，膽識(shí)最小的值是中拱時(shí)（GCMD + 20％）獲得。發(fā)生這種情況是因?yàn)橹泄皶r(shí)極限彎矩更大，因?yàn)橄嗤钠茐那闆r下 RIF 值比中垂時(shí)更小。正如之前所見，這是取決于損害的位置。這清楚的表明在分析受損船時(shí)不能只分析中垂情況。根據(jù)不同的受損位置和破壞擴(kuò)展程度可以發(fā)現(xiàn)最小的可靠性在中拱時(shí)。18圖 13 ATLN1，ATLN2 和 ECA1 條件下中拱時(shí)的全球可靠性指標(biāo)圖 14 ATLN1，ATLN2 和 ECA1 條件下中垂時(shí)的全球可靠性指標(biāo)19圖 15 列出了與船舶壓載時(shí)的在 ECA1，ECA2 和 ECA3 情況下中拱時(shí)的可靠指標(biāo)。壓載是中拱時(shí)可靠性值最小的一種負(fù)載情況。ECA1 和 ECA2 的區(qū)別是第二個(gè)考慮的航程持續(xù)時(shí)間是一個(gè)星期，而第一個(gè)考慮的是一年。ECA2 的高可靠性是因?yàn)椴ɡ藦澗厥侵饕d荷。因此，如果船舶在同一波浪載荷中呆的時(shí)間更短，失敗的概率就降低一些。這些結(jié)果支持了應(yīng)該把受損船舶盡快送到干船塢這一常識(shí)。ECA2 和 ECA3 之間的差異是靜止彎矩不同，后者更大。正如之前所見，可靠性指標(biāo)在中拱時(shí)是非常敏感的。圖 15 船舶壓載時(shí)的在 ECA1，ECA2 和 ECA3 情況下中拱時(shí)的可靠指標(biāo)圖 16 顯示了船舶滿載時(shí)的在 ECA1，ECA2 和 ECA3 情況下中垂時(shí)的可靠指標(biāo)。滿載是中垂時(shí)可靠性最小的一種情況。對(duì)于中垂的結(jié)構(gòu)可以從中拱中確定出來(lái)，但中拱時(shí)靜水彎矩對(duì)可靠性指標(biāo)的影響比中垂時(shí)小。20圖 16 船舶滿載時(shí)的在 ECA1，ECA2 和 ECA3 情況下中垂時(shí)的可靠指標(biāo)圖 17 和圖 18 是在 Rules 條件下獲得的全球可靠性指標(biāo)與 ECA2 條件下各個(gè)負(fù)載情況下得到的可靠性指標(biāo)進(jìn)行比較。Rules 條件下用的系數(shù)出現(xiàn)在 ABS[1]載荷組合中。這些系數(shù)展示了在已知波浪和靜水彎矩的受損船情況下，得到在北太平洋運(yùn)營(yíng)一年的載荷的簡(jiǎn)化計(jì)算方法。ECA2 聯(lián)系了一個(gè)現(xiàn)實(shí)存在的情況（一次航行）與靜水載荷的復(fù)合系數(shù)，與 Rules 中用到的一種情況類似。在中拱時(shí)，Rules 情況下得到的值與 ECA2部分負(fù)載時(shí)得到的值相同，但是低估了傳播壓載時(shí)破壞的影響，這種情況有最小的可靠性值。它給出了比 ECA2 平均值更保守的值，平均差 13.3% 。Rules 條件下的中垂情況不能與任何一種載荷情況相比，低估了部分載荷和滿載時(shí)破壞的影響。它同樣低估了 ECA2 的平均值，平均為 9.8% 。21圖 17 Rules 條件和 ECA2 條件下中拱時(shí)得到的可靠性指標(biāo)圖 18 Rules 條件和 ECA2 條件下中垂時(shí)得到的可靠性指標(biāo)22表 10 和表 11 為可靠性指標(biāo)的結(jié)果，同時(shí)表 12 和表 13 為失效概率的結(jié)果。這些數(shù)值清楚地表明，增加靜水載荷的影響不可忽視。很明顯，在壓載和部分負(fù)載時(shí)船舶中拱時(shí)比中垂時(shí)有更高的可靠性，滿載時(shí)結(jié)果相反。這些信息能夠幫助船舶駕駛者判斷在出港和進(jìn)港是改變負(fù)載情況是否更可靠。為此目的，船舶在輕量級(jí)條件的可靠性研究也應(yīng)被執(zhí)行。由于缺少數(shù)據(jù)這里就不作研究了。表 10 全球可靠性指標(biāo)表 11 一次航行的可靠性指標(biāo)23表 12 考慮一年?duì)I運(yùn)時(shí)的失效概率 表 13 考慮一次航行時(shí)的失效概率6 結(jié)論蘇伊士型油輪的一個(gè)意外擱淺的可靠性分析完畢。這項(xiàng)研究成功的找到了一種方法來(lái)建立破壞對(duì)船舶極限彎矩的影響和可靠性之間的聯(lián)系，運(yùn)用剩余強(qiáng)度指標(biāo)（RIF） 。RIF 和可靠性指標(biāo)之間一種從屬關(guān)系被清楚的確定了。24船舶裝載情況是根據(jù)船舶在航行過(guò)程中在靜水載荷和波浪載荷的極值確定的。通過(guò)傳統(tǒng)方法計(jì)算得到的完整船舶的可靠性指數(shù)（即在北大西洋[22]營(yíng)運(yùn)一年）與通過(guò)歐洲沿海地區(qū)干船塢的一個(gè)星期的航程得到的相比較。結(jié)果表明，載荷組合的靜水系數(shù)（ ）的可靠性影響很大，應(yīng)是未來(lái)研究的目標(biāo)。從受損船舶的載荷分布得到所需值的方法需要開發(fā)出來(lái)。研究還表明，雖然完整船在中垂時(shí)的可靠性降低，但是對(duì)于受損的船在中拱時(shí)有可能找到更小的值。這一切都依賴于受損位置和受損區(qū)域的大小?？紤]船舶在其他方面受損的新的研究仍然需要進(jìn)行。負(fù)載狀態(tài)下的可靠性指標(biāo)的值能幫助決定哪一艘船舶應(yīng)航行向干船塢。然而，空載船舶還有其他許多船舶，也應(yīng)得到考慮，因?yàn)樵谶@種情況下這些船能從事故地點(diǎn)被拖到干船塢。這將使在航行前分析貨物可能轉(zhuǎn)移的優(yōu)勢(shì)或劣勢(shì)。但是，有關(guān)船舶的信息的缺乏使得無(wú)法計(jì)算外加載荷。鳴謝此文已準(zhǔn)備刊登在“優(yōu)秀網(wǎng)絡(luò)海洋結(jié)構(gòu)-MARSTRUCT” (www.mar.ist.utl.pt/marstruct/) 目前正通過(guò)由歐洲聯(lián)盟增長(zhǎng)計(jì)劃資助的合同項(xiàng)TNE3 - CT 的- 2003 - 506141。作者感謝 Ricardo Pascoal 和 Jo?ko Parunov 的幫助，感謝他們提供了本文的研究數(shù)據(jù)。