| 单词 | 结构可靠性分析及其设计应用 |
| 释义 | 【结构可靠性分析及其设计应用】 对于结构的可靠性，通常采用“可靠度”(Reliability)来定量描述。结构的可靠度一般是指结构在某一规定时期内实现其设计目的的能力。对于特定情况而言，可具体地解释成在规定的参照时期内，结构将不会达到某一特定极限状态(如最终的或营运可能状态)的概率。学科重点研究结构可靠性原理在船舶结构设计中的实际应用。为此要积累资料，准备条件，以可靠性原理为基础，逐步更新现有规范，最终建立起船体结构的“分析设计”(Design by Analysis)系统，即基于可靠性理论的计算机设计方法。与传统的基于确定性的规范设计(Design by Rule)法不同，该方法能综合考虑作为设计参数的诸随机变量的不确定性，既要反映出船体结构强度和载荷的随机本质，又要同时计及船体结构的各种失效模式，并进行结构的系统可靠性分析，最后得到在指定目标失效概率(Target Probability of Failure)Pft下的最佳结构方案，使得船体结构设计成为船舶系统工程中一个具有指定可靠度的设计环节，保证整个系统工程的可靠性和经济性，从根本上提高设计水平。深入该项研究无疑是实现船舶设计与建造以及航运现代化的重大举措。 自20世纪70年代以来，可靠性原理及其在各个工程领域中的应用得到迅猛发展。其中最重要的表现就是为结构设计提供以可靠性原理为基础的设计规则(或规范)，以期逐步取代长期沿用的传统设计规则和安全衡准，更新现有规范。在船舶工程领域，可靠性概念的提出最早可追溯到20世纪50年代，但当时研究进展缓慢，更未见实用。由于海洋工程的兴起，情况幸有改观。自70年代以来的历届国际船舶结构会议(International Ship Structures Congress)都在第Ⅴ技术委员会(设计基本原理委员会)的报告中，强调应用结构可靠性原理研究船舶及海工结构安全性的重要意义。此间许多国家的造船期刊陆续发表这方面的论文和研究成果。特别值得注意的是以结构可靠性原理为基础，研究制定新的船舶建造规范的动向。其中具有代表性的有A．E．Mansour和S．G．Stiansen等先后发表的论文。如“船舶结构安全和可靠性中的概率设计概念”，“用统计方法估算极限波浪载荷和船体强度”，“船舶纵向强度近似概率计算法”等。这些论文率先把概率统计理论和方法引入船舶强度分析中，为以后船舶结构可靠性的深入研究提供了重要的理论背景和基础条件。20世纪80年代以来，可靠性原理用于船舶工程的研究又取得了长足进展。A．E．Mansour等的《船舶结构的可靠性方法》(1979)特别强调了可靠性分析的强度要求，讨论了船体梁名义强度和不同失效模式，提出了近似的可靠性分析模型，并指出了后续研究的主要领域。《可靠性方法在海洋工程结构物中的实施》(1984)标志着可靠性方法已进入实用阶段。文章阐述了制定船舶和海洋工程结构物设计中采用的强度标准的原理，对当前3种水平可靠性分析方法的适用性作了比较；并在对18艘现有船舶进行可靠性分析的基础上，确定了典型可靠性指数和局部安全因子值。该项成果表明可靠性方法用于船舶结构设计的理论背景和实施条件日趋完备。1990年，张圣坤、桑国光、王兴飞发表了《船舶结构直接设计系统DDSSS－Ⅰ》，率先研制出基于可靠性理论的计算机设计方法。1991年Tohru Hori等人发表的论文《结构‘分析设计’法对具有单向梁系统的成品油轮的应用》提出了船体结构的全新概念，不仅推出了新颖的结构型式——单向梁一全双壳结构系统，而且建立了基于可靠性原理的设计方法——“分析设计”法。采用这种新结构系统，按分析设计法设计的新一代成品油轮EPOCH MARKⅡ(40000～60000DWT)已由Hitachi Zosen Corp施工建造。世界上第1艘按分析设计法设计制造的成品油轮即将驶向海洋。普遍认为，这种新型结构系统，相应的理性设计方法以及由此产生的实船产品，都在造船史上树起了具有变革性或开创性的丰碑。结构可靠性学科取得的累累硕果，终于击破了造船界的传统观念。现在，挪威、法国船级社及美国石油工业部门已先后采用了以可靠性原理制定的海洋工程平台设计规范或标准。国际上有影响的几个船级社，如英国劳氏船级社(L．R．)、美国船舶局(ABS)等，也正在着手研究可靠性方法在船舶建造规范中的应用。1993年，这一领域取得了具有划时代意义的进展：挪威船级社(DNV)率先推出包含新概念的船舶建造规范。其中明确规定了“基于可靠性的船体结构分析”(Reliability-Based Analysis of Hull Structures)。在其文件“Classification Notes No．30．6《Sturctural Reliability Analysis of Marine Structures》”中给出了结构可靠性分析的主要步序以及关于能力和载荷的概率模型(Probabilistic Modelling)；概述了一阶和二阶可靠性分析法(FORM and SORM)以及蒙特卡罗模拟法(Monte Carlo Simulation Methods)；最后以一条成品船的概率设计(Probabilistic Design of a Product Ship)为例，详细说明了可靠性方法的具体应用。可以肯定，“DNV”这一创举将成为更新船舶建造规范的先导。在可靠性研究和应用方面，军用舰艇独辟蹊径，取得了比民用船舶层次更高、意义更深远的进展。近年来各国海军在向现代化的进程中，特别强调舰船研制必须遵循“两力六性”的综合设计原则。其中“六性”之首是可用性(Availability)，而可靠性又是可用性的首要环节。为了改善舰艇的综合性能，必须充分注意舰艇的可靠性研究。在举世瞩目的海湾战争中，美国海军一时战绩辉煌，正是他们常年重视舰艇可靠性研究的结果。当前关于船舶结构可靠性研究的热点是：(1)可靠性原理和方法在船舶设计乃至建造、营运过程中的实际应用；(2)收集数据资料，建立新的设计衡准(目标可靠度)，更新建造规范；(3)建立基于可靠性的船舶结构分析设计系统，取得确认后作为实用程序软件；(4)舰艇结构性能的综合评估方法研究；动态载荷设计(DLA)等。【参考文献】：1 Mansour A E．Trans SNAME，1972，80：64～882 Mansour A E，Faulkner D．Trans．RINA，1973，1153 Mansour A E J S R．1974，18(3)：203～2134 Stiansen S G，Mansour A E．Trans．RINA，1979，381～4065 Mansour A E，et al．Trans．SNAME，1984，92：353～3826 郭昌捷．大连理工大学学报，1988，28(2)：81～877 张圣坤，桑国光，王光飞．中国造船，1990，4：82～928 Tohru Hori，et al．Trans RINA，1990，7～8：199～2159 郭昌捷，吴琼，张俏梅．大连理工大学学报，1992，32(1)：75～8010 Det Norske Veritas Classification Note 1992，7：1～50(大连理工大学郭昌捷副教授撰；赵德有审) |
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