[發明專利]一種爆炸載荷作用下艦船防護結構的系統可靠性分析方法

有效

• 申請號: 201710385177.1
• 申請日: 2017-05-26
• 公開（公告）號: CN107256296B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 陳衛東;師亞琴;馬敬鑫;路勝卓;許江濤;吳限德;張豐超;徐春龍;曹祝;徐興
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/20;G06F119/14
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1.一種爆炸載荷作用下艦船防護結構的系統可靠性分析方法，具體包括如下步驟：

(1)根據艦船防護結構的結構特征建立艦船防護結構的物理模型；

(2)根據艦船防護結構的動力學行為特征及幾何特征確定隨機變量；

(3)將步驟(1)中得到的物理模型和步驟(2)中得到的相應的隨機場進行離散；

(4)將步驟(3)中得到的離散質點視為元件，根據失效準則確定元件的功能函數；

(5)采用隨機物質點法對步驟(1)中得到物理模型進行隨機分析，并根據一次二階矩方法計算步驟(4)中得到的元件的可靠度和失效概率；

(6)根據單層防護板的失效準則，確定單層板系統的可靠性模型，并計算各種失效模式的可靠性指標；

(7)使用PNET概率網絡估算法計算單層板的失效概率；

(8)根據防護結構系統的失效準則確定艦船防護結構系統失效的可靠性模型；

(9)計算艦船防護結構系統失效概率，完成爆炸載荷作用下艦船防護結構的可靠性分析；

所述的步驟(4)中的失效準則具體為：

采用Johnson-Cook失效模型動態的損傷演化模型對艦船防護結構的失效損傷行為進行描述；

損傷量D定義如下：

式中：Δε_p是等效塑性應變增量，ε^f是考慮了應變率、應力和溫度變化的破壞應變，其表達式為：

式中：D₁到D₅為材料參數，稱為應力三軸度，其中p為靜水壓力，為等效應力；

定義元件的功能函數為：

式中：Z為元件的安全余量；

所述步驟(5)的具體步驟為：

(5.1)對步驟(1)中得到物理模型進行隨機分析，安全余量的均值μ_Z和方差

(5.2)計算元件的可靠性指標β(i)，公式為：

式中：β(i)是質點i的可靠性指標，μ_Z(i)是質點i的安全余量的均值，σ_Z(i)是質點i的安全余量的標準差；

(5.3)計算其可靠度P_r(i)為：

P_r(i)＝φ(β(i))；

(5.4)元件失效概率P_f(i)為：

P_f(i)＝1-P_r(i)＝1-φ(β(i))＝φ(-β(i))；

所述步驟(6)具體包括：

爆炸載荷作用下破壞分為剪切破壞和貫穿孔破壞，物質點法中單層板失效由物質點的失效來描述，當失效質點排列構成貫穿路徑時，單層防護板貫穿；剪切破壞發生在與平面夾角45度方向上，剪切破壞失效質點為并聯模型；單層板的系統失效模型為混聯模型，剪切破壞失效模式和貫穿孔破壞失效模式串聯構成單層板的系統失效模型；

(6.1)計算單層防護板失效模式1，可靠性指標β_mode1為：

(6.2)計算單層防護板失效模式2，可靠性指標β_mode2為：

式中：β_i是構成失效模式1的各失效質點可靠性指標，w是構成失效模式1的質點個數，β_j是構成失效模式2的各失效質點可靠性指標，m是構成失效模式2的質點個數；

(6.3)計算單層板的可靠性指標β_board(i)：

β_board(i)＝β_mode1(i)×β_mode2(i)；

式中：β_board(i)為單層板的各種失效模式的可靠性指標；

所述步驟(7)中PNET概率網絡估算法具體步驟為：

(7.1)計算單層板的各種失效模式的失效概率P_fi，各種失效模式間的相關系數ρ_ij，將其值按P_fi由大到小的順序排列，然后確定限界相關系數ρ₀；取ρ₀＝0.7～0.8；

(7.2)比較相關系數ρ_ij與限界相關系數的關系：相關系數ρ_ij≥ρ₀的失效模式，視為完全相關，用其中最大的一個P_fi來代替；ρ_ij≤ρ₀的失效模式，視為統計獨立的，系統的失效概率為各統計獨立的代表失效模式的失效概率之和；(7.3)按如下公式計算結構系統的失效概率

式中，G是PNET法確定的代表失效模式數；

所述步驟(8)中在爆炸載荷作用下的典型失效機理為構成復合結構的各層防護板的破損失效；各層板的失效模型并聯成防護結構的失效模型；

所述步驟(9)具體步驟為：

(9.1)計算艦船防護結構系統的可靠性指標β為：

式中：R是艦船防護結構系統防護板的層數；

(9.2)計算艦船防護結構系統的可靠度P_r為：

P_r＝φ(β)；

(9.3)計算艦船防護結構系統的失效概率P_f為：

P_f＝1-P_r＝1-φ(β)＝φ(-β)。