基于概率的油船破損和剩余強(qiáng)度預(yù)報(bào)

萬(wàn)樂(lè)天

（中國(guó)船舶重工集團(tuán)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(jī)性，由對(duì)結(jié)構(gòu)破壞的程度和分布情況概率統(tǒng)計(jì)分析工作的展望，船舶航行途中，通過(guò)相關(guān)事故的記錄和統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，可以初步預(yù)估船體外部結(jié)構(gòu)可能發(fā)生的破損狀態(tài)，對(duì)于液化石油氣、危化品運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)性和安全性有重要意義[1]。

1 計(jì)算破損概率

1.1 碰撞

由MARPOL國(guó)際公約相關(guān)規(guī)定[2]：縱向破損概率：

垂向破損概率：

橫向區(qū)域破損概率：

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

令破損艙室最低點(diǎn)與船底板間橫向距離為y，為破損寬度為BS，則當(dāng)時(shí)，其取值計(jì)算如下式：

1.2 擱淺

縱向破損概率：

橫向破損概率：

垂向區(qū)域破損概率：

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

令最低點(diǎn)與底板垂向距離為z，破損高度為DS，則當(dāng)，時(shí)，參數(shù)取值為：

2 模型建立

破損時(shí)，事故假設(shè)發(fā)生在船中部幾何對(duì)稱(chēng)中心，本文采用如圖1所示破損范圍做位置假設(shè)。

圖1 破損假設(shè)模型

3 破損概率評(píng)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(qiáng)度預(yù)報(bào)

Choung[5]等給出了該船型的破損極限強(qiáng)度預(yù)報(bào)公式：

船體的相似性計(jì)算見(jiàn)表1。

可見(jiàn)，本文所計(jì)算的某型油船與參考船型在大尺度上幾乎一致，計(jì)算公式中的系數(shù)分布如表2所示，基于HCSR協(xié)調(diào)共同規(guī)范的破損程度已知，利用上述公式進(jìn)行預(yù)報(bào)。

表1 相似船型

表2 破損工況下的系數(shù)a

概率預(yù)報(bào)兩種工況剩余強(qiáng)度比值分別為0.910、0.899，對(duì)比計(jì)算前期有限元計(jì)算結(jié)果[5]如表3所示：

表3 計(jì)算結(jié)果分析

可知，本文假設(shè)母型船破損概率預(yù)報(bào)公式和數(shù)值仿真結(jié)果誤差在可接受范圍內(nèi)，計(jì)算節(jié)省大量時(shí)間，證明了計(jì)算結(jié)果的可靠性。

5 結(jié)論

基于協(xié)調(diào)共同規(guī)范，對(duì)某型油船破損強(qiáng)度進(jìn)行了分析及預(yù)報(bào)，結(jié)果表明，非線性有限元結(jié)果與該型預(yù)報(bào)公式計(jì)算結(jié)果相差很小，得出了以下結(jié)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(qiáng)度預(yù)報(bào)，為船舶航行決策提供參考依據(jù)；

2）船體破損剩余強(qiáng)度預(yù)報(bào)相對(duì)于有限元方法計(jì)算效率較高且準(zhǔn)確可靠。