船舶结构屈曲失效分析中的主_客观不确定性的确定方法_束长庚VIP免费

第3期(总第130期)1995年8月中国造船SHIPBUILDINGOFCHINANo.3(SerialNo.130)Aug.1995船舶结构屈曲失效分析中的主、客观不确定性的确定方法束长庚陈瑞章(中国船舶科学研究中心)提要根据船舶结构屈曲承载能力可靠性分析的需要,提出了一种客观不确定性系数的确定方法。该方法极其简单,而且具有泰勒级数展开法的精度,并能降低罗森布鲁斯法的计算量。在基本随机变量参数已提供的前提下,可以很方便地获得屈曲承载能力的统计特征值。本文还提出了两种主观不确定性系数的确定方法:一种为用于若干不同结构试验,但具有相同计算方法的“直接确定法”;另一种为用于若干相同结构试验,但具有同一计算特征值的“间接确定法”。文章还根据22只试验结果,采用两种计算方法川川,用“直接确定法”提供了两种主观不确定性系数的均值和变异系数。本文还提供了一种方法,根据主观不确定性的两个参数,可对计算方法进行评价。关键词:船舶结构,屈曲,失效分析,不确定性(一)概述结构的失效模式有多种形式,要分析所有可能的失效模式再来确定结构的安全指数相当困难;从不断发展的观点来看,也难以做到。在结构可靠性分析中,通常取失效概率最大的一种或两种作为计算分析用的破坏模式,如船舶总纵强度分析取甲板板架的屈曲破坏和(或)屈服破坏模式,而疲劳、断裂破坏等就不作考虑。仅屈曲破坏模式而言,其本身就是一个很大的研究课题,要想做到理论与实际的基本一致,可能还需进一步的努力。对于一个具体的结构,根据现有方法的要求,将各所需参数事先测量记录下来,就可设法消除客观不确定性的影响,如测出材料的应力应变曲线、板厚、型材和结构尺寸,残余应力及其分布形式等等。根据这些实测参数,采用现有的计算方法,就能算出理论承载能力,它与试验值的差异就是主观不确定性的影响。本文以屈曲失效模式为依托,在假定结构的基本随机变量和承载能力函数均为正态分布的前提下,根据一定的计算方法就能定出客观不确定性系数;而主观不确定性,即理论值与试验值的差异,不可能用某种算法来获得,只能用两者的比较来确定。本文为定出这两个不确定性系数而提出一般的处理方法和原则。收稿日期:1994一06一09第3期(总第130期)束长庚等:船舶结构屈曲失效分析中的主、客观不确定性的确定方法(二)客观不确定性和主观不确定性影响结构承载能力的基本变量都具有随机性,或称为不确定性,一般可分为三类仁1〕:(1)物理性的不确定性:如材料性能(弹性模量E、屈服应力。,、泊松比了、应力应变曲线形式等)、板厚t、型材截面积F、结构尺寸、残余应力、初始变形等;(2)统计性的不确定性:为统计与承载能力有关的物理量和儿何量,总是根据有限样本来选择概率密度分布函数,因此带有一定的经验性。这种不确定性称为统计性的不确定性,是由于缺乏信息资料造成的;(3)模型的不确定性:为对结构进行分析所提的假设、数学模型和边界条件以及目前技术水平还难以在计算中反映的种种因素等与实际承载能力的差异,都归结为模型的不确定性。为了将上述诸多因素的随机性计入可靠性分析中,将之分为两大类:把模型的不确定性,即在一定计算模型、计算方法等条件下的理论值与试验值的差异称为主观不确定性,而其它的统称为客观不确定性。(三)甲板稳定性和总纵极限弯矩的力学模型本文仅结合船舶甲板稳定性和总纵屈曲极限强度专题来叙述。计算甲板板架稳定性和总纵屈曲极限弯矩采用两种方法,即文献[2]和“焊接船体结构屈曲极限强度计算方法”川。文献[2]采用计及剪切、截面转动惯量、中面力和材料物理非线性的梁谐和振动屈曲解析有限元法,并考虑轴力下梁的圣维南自由扭转。梁元分两类:一类为承受总纵压应力的梁元,中面力为均匀压应力与梁截面有效面积的乘积;另一类为不承受总纵压应力的横向梁元,它仅起支持纵向受压梁元的作用。该方法考虑甲板板有效带板的影响。甲板纵骨有效带板由短边受压、四边简支的长矩形板的弹塑性屈曲应力与其相应的横梁间带板纵骨作为两端自由支持、均匀轴压压杆的切线模量临界应力相等来确定,采用一次修改梁元参数的处理方法。纵析类同纵骨处理,但不作有效带板处理。非受压的横向梁元带板宽度按设计规则处理,即取相邻构件间距或实际带板宽度,但不大于其跨度的1/6。...