基于概率的油船破損和剩余強度預報

萬樂天

（中國船舶重工集團有限公司第七一〇研究所， 湖北 宜昌 443003）

引言

油船破損的位置和程度存在一定的不確定性和隨機性，由對結構破壞的程度和分布情況概率統計分析工作的展望，船舶航行途中，通過相關事故的記錄和統計學分析，可以初步預估船體外部結構可能發生的破損狀態，對于液化石油氣、危化品運輸經濟性和安全性有重要意義[1]。

1 計算破損概率

1.1 碰撞

由MARPOL國際公約相關規定[2]：縱向破損概率：

垂向破損概率：

橫向區域破損概率：

式中：Xa、Xf分別為損傷區域最后及最前一點離船艉距離；PSa、PSf分別為破損區域位于后及前部概率，L為船長；PS1、PSu、PSy分別為破損區域位于油艙下、上及外部的概率[3]。

令破損艙室最低點與船底板間橫向距離為y，為破損寬度為BS，則當時，其取值計算如下式：

1.2 擱淺

縱向破損概率：

橫向破損概率：

垂向區域破損概率：

式中：PBa、PBf分別為破損區域位于后及前部概率；PBp、PBs、PBz分別為破損區域位于油艙左、右及下部的概率。

令最低點與底板垂向距離為z，破損高度為DS，則當，時，參數取值為：

2 模型建立

破損時，事故假設發生在船中部幾何對稱中心，本文采用如圖1所示破損范圍做位置假設。

圖1 破損假設模型

3 破損概率評估

圖2 縱向損傷程度累積概率分布

圖3 垂向橫向損傷程度累積概率分布

圖4 橫向垂向損傷程度累積概率分布

4 破損強度預報

Choung[5]等給出了該船型的破損極限強度預報公式：

船體的相似性計算見表1。

可見，本文所計算的某型油船與參考船型在大尺度上幾乎一致，計算公式中的系數分布如表2所示，基于HCSR協調共同規范的破損程度已知，利用上述公式進行預報。

表1 相似船型

表2 破損工況下的系數a

概率預報兩種工況剩余強度比值分別為0.910、0.899，對比計算前期有限元計算結果[5]如表3所示：

表3 計算結果分析

可知，本文假設母型船破損概率預報公式和數值仿真結果誤差在可接受范圍內，計算節省大量時間，證明了計算結果的可靠性。

5 結論

基于協調共同規范，對某型油船破損強度進行了分析及預報，結果表明，非線性有限元結果與該型預報公式計算結果相差很小，得出了以下結論：

1）累積概率曲線可以較為快速地給出基于概率方法的強度預報，為船舶航行決策提供參考依據；

2）船體破損剩余強度預報相對于有限元方法計算效率較高且準確可靠。