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船舶在由波浪弯矩引起的交变应力作用下,船体构件焊接点处的微小裂纹逐渐扩展;同时,随着船龄的增加,众多结构构件遭受腐蚀的作用;从而使船体梁剖面模数减小,船体梁承载能力衰减,船舶结构的安全性将受到相当大的影响。因此,定量研究这两种累积型损伤对船体强度的影响,并引入可靠性的概念对船体梁进行安全评估是十分必要的。另一方面,船舶在服役期内要定期接受检验,一旦发现船体构件严重受损,则要对其进行修理。遭受损伤的构件在维修后能恢复其对船体强度的贡献,从而提高船体梁的可靠性水平。由此可见,对存在疲劳和腐蚀损伤的船体梁进行时变可靠性分析时,必须考虑维修因素的影响才能更加符合实际情况。本文试图在上述方面做一些工作,以综合衡量结构构件裂纹扩展,环境腐蚀以及维修因素对船体梁可靠性的影响。本文的主要内容包括:建立了由波浪诱导的结构内疲劳应力范围的长期分布模型,计算了船体梁所受交变应力范围;为了将结构在恒幅交变载荷下表现出的性能推广应用于结构承受随机疲劳载荷的情况,引入了应力参数和等效应力范围的概念;应用Paris-Erdogan公式计算船体构件疲劳裂纹扩展;为评估腐蚀损伤的发生时间和发展情况,建立了腐蚀损伤的概率模型;应用Ferry-Borges载荷组合方法对静水弯矩和波浪弯矩进行组合;基于中剖面模数校核法建立了船体梁时变可靠性分析公式,船体梁的失效定义为静水弯矩和波浪弯矩的组合值超过初始屈服弯矩;以一艘航行于北大西洋的散货船作为计算对象,对其进行了时变可靠性分析,并且较为简单地结合船舶的实际维修情况,计算了船舶维修后可靠性的变化。计算结果表明:疲劳裂纹和环境腐蚀在船舶服役10年之后对船体梁可靠性有显著的影响,此时开展详细的船体结构检验对保证船舶营运的安全性具有重要意义。 本文的研究结果对船舶设计、检验和营运部门进行船舶结构主体风险评估和制订维修计划具有一定的参考意义。