逻辑方法拓展研究和在海底管线结构可靠度设计中的应用

发布时间：2017-05-26 07:04

  本文关键词：逻辑方法拓展研究和在海底管线结构可靠度设计中的应用，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：深海海底管线的工作环境复杂,长期受到波、浪、流的作用,面临地震、海冰、海床滑移等极限荷载的考验。同时,海底管线在长期的运营中结构发生腐蚀、老化、蠕变等灾变情况。海底管线一旦破坏,对海洋环境和生态的影响是灾难性的。因此,全寿命安全服役对于海底管线工程尤其重要。确定海底管线服役期的可靠指标,是完成可靠度设计和风险管理的前提。围绕这个主题,本文针对在研的海底管线课题开展可靠性研究。论文的工作思路为：首先从基础的逻辑方法着手,分析一些常用方法的不足,提出新概念和新方法,建立新的逻辑拆分系列规则,解决主客观不一致、主观扰动性大的经典型问题；通过这些规则创建“延展树”系列模型,重新识别海底管线全生命周期可靠度设计中的风险因素。对模型进行定性、定量及敏感性分析,并对结果进行对比分析；集合能量的概念,创建新的“能量功能模型”,全面分析结构所承受的能量,弥补了传统可靠度设计中功能流模型忽略能量的不足；引入新方法设计海底管线复合超强度寿命实验,暴露可靠度设计中的薄弱环节,突破了传统试验中只注重寿命预测和应力研究的局限；最后,建立了适用于高能复杂系统可靠度设计的通用模型,以拓宽理论及模型应用,并通过对多个工程领域实际案例的讨论,提出针对复杂系统失效的攻破策略,从而证明了本文对工程/系统可靠度设计理论及模型应用的普适性及完整性。论文主要内容如下：1.通过对逻辑方法的深度思考,建立新的五个拆分规则,并以此理论为基础,创建了“延展树”系列模型。运用不同的思考方式,系统、客观的办法,对被拆分对象进行横向和纵向的“双重锁定”。解决了传统可靠度设计逻辑方法中定性分析的经典问题,即主观扰动大、层次不清、因素重叠混淆、拆分不彻底、基元素不可控等。文中以海底管线可靠度风险评估为例,建立“失效延展树”模型,对其进行定性和定量分析。由于新方法遵循的拆分规则,“延展树”系列模型极大的简化了定量计算的复杂程度,并将该模型得到的结果与原逻辑树方法的结果进行了对比总结和讨论。2.建立了海底管线可靠度设计的“能量延展树”模型。该模型着重研究海底管线在疲劳损伤期所经受的内部能量、外部能量及内外差异能量。此外,在确认内部能量时,新建了“能量功能模型”,沿着系统功能流向揭示能量在其内部子系统之间的流失、转化及传播方式。该模型一举三得：双重确认“能量延展树”中内部能量被全部覆盖；为系统内部能量的来源提供依据,指导可靠度设计；为复杂系统可靠度失效提供潜在中断策略点。它是对经典功能流模型方法及意义的补充和升级。3.将上述的两个模型得到的能量列表,输入到复合环境超强度寿命实验(MEOST)中。与非传统方法中的寿命估测或能量模拟不同的是,该实验以揭示设计中的薄弱环节为首要目的。文章综合阐述了该方法的优势,包括移植到土木工程领域的具体原因及方法。4.在研究过海底管线结构基础上,建立了专门解决复杂系统可靠度设计的“通用能量延展模型”,进一步拓展理论和应用,通过分析现有攻破策略,列举了多个复杂系统的案例,提出新的中断攻破策略,以防止复杂系统可靠度失效带来的灾难性后果。“通用能量延展树”和“能量功能模型”的结合为设计者提供事故链中断点及其组合。由此,呈现了本文对系统可靠度设计方法研究的完整性。
【关键词】：逻辑树 可靠度 复合环境超强度实验 海底管线 全寿命安全服役
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P756.2
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• TABLE OF CONTENTS11-13
• 图目录13
• 表目录13-14
• 主要符号表14-15
• 1 绪论15-34
• 1.1 工程可靠度设计方法概述及研究分析15-19
• 1.1.1 工程结构的品质与可靠度15-16
• 1.1.2 国内外可靠度设计方法探讨16-19
• 1.2 本文研究的工程背景及意义19-20
• 1.3 海底管线工程可靠度研究概况20-29
• 1.3.1 研究方向及准则20-22
• 1.3.2 研究范畴及研究方法22-29
• 1.4 本文主要研究思路与内容29-34
• 2 逻辑方法的概述34-41
• 2.1 逻辑方法的种类及应用34-38
• 2.1.1 金字塔原理34-35
• 2.1.2 事件树分析法35-36
• 2.1.3 故障树分析36-38
• 2.2 基于故障树的可靠度风险因素识别方法38
• 2.3 故障树应用的补充评价38-40
• 2.4 本章小结40-41
• 3. 五个规则的提出及延展树模型的建立41-63
• 3.1 五个规则的建立依据及意义41
• 3.2 五个规则的详细表达41-44
• 3.3 失效模式延展树模型的建立及应用44-60
• 3.3.1 能量-抗力-衰减模型44-47
• 3.3.2 “早期失效”区的失效延展树模型47-50
• 3.3.3 “服役中期”区的失效延展树模型及应用50-60
• 3.4 两个模型的比较和分析60-61
• 3.5 本章小结61-63
• 4 能量延展树与能量功能模型的建立63-84
• 4.1 能量延展树模型的建立63-67
• 4.1.1 能量延展树模型的目的及理论依据63
• 4.1.2 能量延展树模型在海底管线可靠度设计中的应用63-67
• 4.2 能量功能模型的建立和应用67-71
• 4.2.1 功能流模型的基本原理67-69
• 4.2.2 能量功能模型的建立和在海底管线工程的应用69-71
• 4.3 复合环境超强度寿命实验设计71-83
• 4.3.1 复合能量超强度寿命实验设计的基本思想与方法71-75
• 4.3.2 复合能量超强度寿命实验的准备75-76
• 4.3.3 基于复合能量超强度寿命实验方法的海底管线可靠度分析76-83
• 4.4 本章小结83-84
• 5 通用能量延展模型及其在复杂系统可靠度研究中的工程应用84-105
• 5.1 复杂系统可靠度问题概述84-85
• 5.2 “失效安全”设计85-87
• 5.3 目前存在的问题87-90
• 5.3.1 六西格玛的薄弱环节87-88
• 5.3.2 常见的模型应用局限88-90
• 5.4 复杂系统失效特点90-93
• 5.5 通用能量延展模型的建立及其应用93-96
• 5.5.1 因素分割93
• 5.5.2 攻破策略的提出93-94
• 5.5.3 通用能量延展模型的提出94-96
• 5.6 攻破策略的工程应用实例96-102
• 5.6.1 核电工程96-101
• 5.6.2 航海及海洋工程101-102
• 5.7 讨论102-103
• 5.8 本章小结103-105
• 6 结论、创新与展望105-108
• 6.1 结论105-106
• 6.2 创新点摘要106
• 6.3 展望106-108
• 参考文献108-119
• 附录A [51]中海底管线系统失效故障树中各符号所代表的意义119-121
• 附录B [102]中海底油气管道系统失效故障树基本事件发生的概率数据表121-123
• 附录C 更高层次设计的经验法则-从灾难性故障中习得的经验123-126
• 攻读博士学位期间科研项目及科研成果126-127
• 致谢127-128
• 作者简介128

  本文关键词：逻辑方法拓展研究和在海底管线结构可靠度设计中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：396019