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研究生: 謝智陵
Hsieh, Chih-ling
論文名稱: 船舶縱向結構之系統可靠度分析
System Reliability Analysis of a Ship Longitudinal Structure
指導教授: 楊澤民
Yang, Joe-ming
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 系統及船舶機電工程學系
Department of Systems and Naval Mechatronic Engineering
論文出版年: 2007
畢業學年度: 95
語文別: 中文
論文頁數: 64
中文關鍵詞: 散裝貨輪極限強度系統可靠度
外文關鍵詞: Bulk Carrier, System reliability, Ultimate strength
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  • 在具有高度不確定性與複雜性的海洋環境中,以極限強度與系統可靠度為基準的分析方法是評估結構安全性較佳的方法之一。一般船體結構通常使用板架做為船殼主體,故本研究以典型的板架結構系統為主要的分析模型來進行系統可靠度分析。
    本研究擬用一階二次矩可靠度方法進行船體結構系統可靠度分析。本研究將首先考慮一箱型板架結構中板加強材以及加強板架之並聯組合系統分析,最後以一散裝貨輪之縱向結構進行可靠度分析,以期求得船體結構的整體失效機率。

    One of the best ways to evaluate the safety of structures in highly uncertain and complicated ocean environment is to use the ultimate strength analysis and the system reliability analysis. Generally, the ship hulls are made of stiffened plates. In this study, two typical box girders with various stiffeners are employed as ship-type models for system reliability analysis.

    In this research the first order second-moment reliability method is applied to evaluate the system reliability of ship structures. First, a ship-type box girder is selected as examples to evaluate the system reliability. Parallel system of plates and stiffeners with associated plates are considered. Finally, the failure probability on the midship section of bulk carrier is evaluated by using the system reliability method. It is believed that the global probability of failure of a ship can be obtained by utilizing the above system reliability analysis method.

    目錄 摘要 I ABSTRACT II 圖目錄 VI 表目錄 VIII 符號說明 IX 1 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 文獻回顧 2 1.3 本文架構 4 2 第二章 可靠度理論與應用 5 2.1 前言 5 2.2 不確定因子的量化 5 2.2.1 不確定因子 5 2.2.2 不確定因子的類型 6 2.3 結構可靠度 8 2.4 基本隨機變量的轉換 11 2.4.1 常態分佈 11 2.4.2 對數常態分佈 13 2.4.3 等效常態分佈 14 2.5 安全餘裕與極限狀態函數 16 2.6 結構可靠度方法 17 2.6.1 Hasofer-Lind可靠度指標 17 2.6.2 可靠度與有限元素分析的結合 20 2.6.3 可靠度計算流程 22 3 第三章 結構可靠度之系統觀念與應用 25 3.1 串聯系統 25 3.1.1 串聯系統可靠度的定義 25 3.1.2 Dunnett&Sobel積分方法計算串聯系統 27 3.1.3 Ditlevsen’s 邊界方法 29 3.2 並聯系統 30 3.2.1 並聯系統可靠度定義 30 3.2.2 直接積分方法求並聯系統失效機率 32 3.2.3 Dunnett&Sobel積分方法求並聯系統失效機率 33 3.3 串聯與並聯組合系統 35 3.3.1 串並聯組合的定義 35 3.3.2 等效元件的使用 37 4 第四章 實例分析結果與計算 42 4.1 箱型結構之系統可靠度分析 43 4.2 散裝貨輪之系統可靠度分析 48 5 第五章 結論 57 6 參考文獻 59 圖目錄 圖 2.1 外力機率分佈曲線與強度分佈曲線間相互干擾情形[38] 9 圖 2.2 週期性負載使得分布干擾情形惡化 10 圖 2.3 原始空間與正規化空間之失效平面圖 13 圖 2.4 等效常態分佈圖 15 圖 2.5 HASOFER-LIND可靠度指標[8] 18 圖 2.6 可靠度計算流程圖 24 圖 3.1 串聯系統 26 圖 3.2 並聯系統 31 圖 3.3 二元件並聯系統 33 圖 3.4 串聯並聯組合 35 圖 3.5 二失效模式的相關性 37 圖 3.6 元件系統的等效觀念 38 圖 3.7 等效破壞平面 39 圖 3.8 系統可靠度計算流程 41 圖 4.1 箱型結構的舯剖面圖 42 圖 4.2 箱型結構之有限元網格圖形 43 圖 4.3 箱型結構的邊界條件 45 圖 4.4 箱型結構之應力分佈圖 46 圖 4.5 箱型結構之元素157起始失效路徑組合 48 圖 4.6 175700載重噸單殼散裝貨輪一般佈置圖 53 圖 4.7 175700載重噸單殼散裝貨輪船舯貨艙三貨艙長有限元模型 54 圖 4.8 175700載重噸單殼散裝貨輪之應力分佈圖 55 圖 4.9 失效元素示意圖 56 圖 4.10 結構之元素20593起始失效路徑組合 56 表目錄 表 4.1 箱型結構的材料特性 44 表 4.2 邊界條件施加表 44 表 4.3 箱型結構可能失效的元素 46 表 4.4 箱型結構之等效元件元素157、160和163的可靠度值 47 表 4.5 箱型結構之失效元素的相關係數 47 表 4.6 175700載重噸單殼散裝貨輪主要尺寸 50 表 4.7 175700載重噸散裝貨輪可能失效的元素 51 表 4.8 等效元件元素20593、11793和11792可靠度值 51 表 4.9 175700載重噸單殼散裝貨輪之失效元素的相關係數 52 表 4.10 不確定因子的分佈情況及其大小 54 表 4.11 175700載重噸單殼散裝貨輪之隨機變數的分佈與大小 55

    [1]Ang, A.H.-S. and Tang, W. H., “Probability Concepts in Engineering Planning and Design,” Vol. II, Decision, Risk and Reliability, John Wiley& Sons, New York, 1984.
    [2]Bonello, M. A. and Chryssanthopoulos, M. K., “Buckling Analysis of Plated Structures Using System Reliability Concepts,” 1993 OMAE, II, pp.313-321.
    [3]Chao, R. J., and Ayyub, B. M., “Reliability and Uncertainty Evaluation for Longitudinal Bending of Hull Girders of Surface Ships,” Journal of Ship Research, Vol. 41, No. 1, pp.57-68, March, 1997.
    [4]“Common Structural Rules for Bulk Carriers,” IACS, 2006.
    [5]Ditlevsen, D. and Bjerager, P., “Method of Structural Systems Reliability,” Structural Safety, 4(3) (1986) 195.
    [6]Dey, A. and Mahadevan, S., “Ductile Structural System Reliability Analysis Using Adaptive Importance Sampling,” Structural Safety, 20, pp.137-154, 1998.
    [7]Estes, A. C., Frangopol, D. M., “RELSYS: A Computer Program for Structural System Reliability,” Structural Engineering and Mechanics, Vol. 6, No. 8, pp. 901-919, 1998.
    [8]Hasofer, A. M., and Lind, N. C., “Exact and Invariant Second-Moment Code Format,” Journal of Engineering Mechanics, ASCE, Vol. 100, No. EMI, pp.111-121, Feb., 1974.
    [9]Kam, J. C. P., Snell, R. O. and Shetty N. K., “A Review of Structural System Reliability Analysis for Offshore Structures,” 1995 OMAE, II, pp.223-234, 1995.
    [10]Mansour, A. E., “Methods of Computing the Probability of Failure Under Extreme Values of Bending Moment,” J. Ship Research, Vol.16, No.2, June, pp.113-123, 1972.
    [11]Mansour, A. E. , Jan, H. Y. , Zigelman, C. I. , Chen, Y. N. , Harding, S.J., “Implementation of Reliability Methods to Marine Structures,” SNAME Transactions, Vol. 92, pp.353-392, 1984.
    [12]Mansour, A, E., “An Introduction to Structural Reliability Theory,” Ship Structure Committee Report, SSC-351, Dec. 1986.
    [13]Mansour, A. E., “Extreme Value Distributions of Wave Loads and Their Application to Marine Structures,” Proceedings, Marine Structural Reliability Symposium, Arlington, Va., Oct. 1987.
    [14]Mansour, A. E., and Hovem L., “Probability Based Ship Structural Safety Analysis,” Journal of Ship Research, Vol.38, No.4, pp.329-339, 1994.
    [15]Mansour, A. E., and Leheta, H. W., “Reliability-based Method for Optimal Structural Design of Stiffened Panels,” Marine Structures, 10, pp.323-352, 1997.
    [16]Mansour, A. E., “Reliability of Marine Structures,” University of California at Berkeley.
    [17]Mansour, A. E., Yang, J. M. and Thayamballi, A., “A Experimental Investigation of Ship Hull Ultimate Strength,” Transactions SNAME, pp.411-439, 1990.
    [18]Murotsu, Y., Okada, H., Matsuda, A., Niho, O., Kobayashi, M., Kaminaga, H., “Application of The Structural Reliability Analysis System (STRELAS) to a Semisubmersible Platform,” 1992 OMAE, II, pp.209-217, 1992.
    [19]Murotsu, Y., Okada, H., Hibi, S., “A System for Collapse and Reliability Analysis of Ship Structures Using a Spatial Element Model,” Marine Structures, 8, pp.133-149, 1995.
    [20]Murotsu, Y., Okada, H., Hibi, S., “Comparative Studies on Structural Reliability of Ship’s Hull Structures Based on Collapse Mode Analysis,” The Sixth International Symposium On Practical Design of Ships and Mobile Units, September, 17-22, 1995.
    [21]Okada, H., Masaoka, K., Murotsu, Y., “A Method for Reliability-Based Sensitivity Analysis of Ship’s Hull Structures Using Combined Plate and Frame Structure Models,” OMAE Vol.II, pp.235-243, 1996.
    [22]Pandey, M. D., “An effective Approximation to Evaluate Multi-normal Integrals,” Structural Safety, 20, pp. 51-67, 1998.
    [23]Pu, Y., Das, P. K. and Faukner, D., “Structural System Reliability Analysis of SWATH Ships,” Engineering Structures, Vol.18, No.12, pp.901-905, 1996.
    [24]Rahman, M. K., “Applied Probability and Stochastic Process,” In Engineering and Physical Sciences, University of Florida.
    [25]Rackwitz, R. and Fiessler, B., “Structural Reliability under Combined Random Load Sequence,” Computers and Structures, Vol. 9, 1978.
    [26]Sundararajan, PH. D., “Probabilistic Structural Mechanics Handbook,” Chapman&Hall(New York), 1995.
    [27]“Safehull Finite Element Analysis of Hull Structures,” American Bureau of Shipping, 2004.
    [28]Thoft-Christensen, P. and Murotsu, Y., “Application of Structural Systems Reliability Theory,” Springer-Verlag (Tokyo), 1986.
    [29]Tang, L. K. and Melchers, R. E., “Improved Approximation for Multinormal Integral,” Structural Safety, 4, pp.81-93, 1987.
    [30]Yang, J. M., Gee-Fang Lee, Shih-Feng Lin, “Structural Reliability Analysis of a SWATH Ship,” Proceedings of the Twelfth Asian Technical Exchange and Advisory Meeting on Marine Structures, July 6-9, Japan, pp. 121-136, 1998.
    [31]Yang, J. M., Lai, Chew-Ming, Jung-Yang Huang, “Reliability Evaluation of Tankers,” Proceedings of the Twelfth Asian Technical Exchange and Advisory Meeting on Marine Structures, Singapore, pp. 43-55, 1998.
    [32]王偉輝, “結構可靠度講義”
    [33]王易凱, “模糊二階可靠度應用於船體縱向結構之強度分析,” 國立成功大學造船及船舶機械工程研究所, 碩士論文, 中華民國94年1月.
    [34]“雙舷側散貨船結構強度直接計算指南,” 中國船級社, 2004.
    [35]江建協, 何炎平, 譚家華等, “30萬噸FPSO結構強度分析研究,” 船舶工程, Vol.27, No.5, pp.51-54, 2005.
    [36]朱勝昌, 陳慶強, “基於有限元力矩陣精確確定三艙段有限元模型邊界力的計算方法,” 船舶力學, Vol.10, No.1, pp.71-79, 2006.
    [37]洪振發, 李國智, “或然率模型結構分析系統的建立,” 中國造船暨輪機工程學刊, Vol.13, No.2, pp.89-105, 1994.
    [38]洪振發, 李昱君, “多破壞模式之結構系統可靠度,” 國立台灣大學造船及海洋工程學研究所, NTU-NAOE-Tech. Report 464, June, 1994.
    [39]洪振發, 李劍芳, “散裝貨輪船舯結構可靠度分析,” 國立台灣大學造船及海洋工程研究所, NTU-NAOE-Tech. Report 494, 1995.
    [40]張少雄, 楊永謙, “關於油船結構強度計算的幾種方法,” 武漢造船,Vol.1, No.1, pp.5-12, 1999.
    [41]張士祥, “運用極限強度觀念於板架結構系統可靠度分析,” 國立成功大學造船及船舶機械工程研究所, 碩士論文, 中華民國88年6月.
    [42]陳慶強, 朱勝昌, “大型集裝箱船整船有線元分析計算技術研究,” 船舶力學, Vol.10, No.1, pp.80-91, 2006.
    [43]董聰, 夏人佛, “現代結構系統可靠性評估理論研究進展,” 力學進展, 第25卷第4期, 1995.
    [44]董聰, 劉西拉, “非線性結構系統可靠度理論及其模擬算法,” 土木工程學報, 第31卷第1期, 1998.
    [45]黃俊堯, “船體縱向結構之模糊可靠度分析,” 國立成功大學造船及船舶機械工程研究所, 碩士論文, 中華民國87年6月.
    [46]葉政錫, “二階可靠度逼近法於船舶結構可靠度之研究,” 國立成功大學造船及船舶機械工程研究所, 碩士論文, 中華民國92年6月.
    [47]楊澤民, 李季芳, 賴秋銘, “船體結構之可靠度分析,” 第九屆中國造船暨輪機工程研討會論文集(烏來), pp.301-310, 1996.
    [48]楊澤民,黃俊堯, 張士祥 “模糊數學於船舶結構疲勞可靠度之應用,” 第十一屆中國造船暨輪機工程研討會, pp.483-493, 1998.
    [49]楊田園, “利用二階可靠度方法進行船體縱向結構可靠度分析,” 國立成功大學造船及船舶機械工程研究所, 碩士論文, 中華民國91年7月.
    [50]關寶新, “散貨船結構強度直接計算及強度標準研究,” 武漢理工大學, 碩士論文, 2003.
    [51]劉駿霖, “含腐蝕效應之雙船殼散裝貨輪的可靠度分析,” 國立成功大學系統及船舶機械工程研究所, 碩士論文, 中華民國93年7月.

    下載圖示 校內:2009-07-10公開
    校外:2009-07-10公開
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