[发明专利]基于piece-wise的破损船舶倾覆概率计算方法

说明书

本发明公开了基于piece‑wise的破损船舶倾覆概率计算方法，包括以下步骤：S1、破损船舶进水过程的时域计算；S2、基于piece‑wise方法的横风横浪中破损船舶倾覆概率评估。本发明的有益效果是：实现横摇运动方程的快速解析求解，进而实现快速评估船舶安全性的要求。该方法可以辅助决策者在破损进水的紧要时刻快速决策和应急响应。

技术领域

本发明涉及一种基于piece-wise的破损船舶倾覆概率计算方法。

背景技术

针对一些满足静水规范的船舶在波浪中仍然发生倾覆事故的现象，国际海事组织(IMO)一直致力于制定和修订适用于所有船舶类型的稳性规范。1997年批准了“IMO规范制定过程中综合安全评估方法的应用指南”，提出将综合安全评估(FSA)逐步应用在安全规范的制定及船舶设计中，进而构建逐步完善的综合安全评估系统。目前，IMO正在修订和完善第二代完整稳性衡准，并计划于2019年开始执行。因此将综合安全评估的思路和方法融入到第二代完整稳性衡准和将要进行的波浪中破舱稳性衡准具有重要意义。

第二代完整稳性衡准主要包括瘫船、参数横摇、纯稳性丧失等5种失效模式，其中，瘫船与船舶复原力矩变异即稳性密切相关。而瘫船状态下船舶一旦破舱进水，船舶在波浪中运动及系统的强非线性使得风浪中船舶的倾覆问题变得十分复杂，而在船舶破损进水的紧要关头，如何快速实时判断船舶的安全性对于决策者意义重大。

根据我国现行的《船舶与海上设施法定检验规则》中稳性衡准的设定状态，倾覆概率计算涉及到的船舶状态为横风横浪中无航速漂流状态。横风横浪中的船舶倾覆概率计算包含所有可能的风浪组合，更适合用作稳性衡准。如果采用Monte Carlo等传统方法求解，收敛速度慢，要实现高精度的计算结果需要增加很多计算量和求解时间。而对于一个完善的综合安全评估系统而言，可以实现实时评估船舶安全性尤为重要。

目前，完整船舶倾覆概率采用Monte Carlo方法数值模拟单自由度横摇运动方程，求解采用四阶龙格库塔方法进行，对北大西洋各波浪短期概率分布表进行直接计算，进而通过蒙特卡洛概率方法和波浪长期分布的权重进行概率直接评估。设定每次试验的计算时间为1个小时(3600s)，船舶每次倾覆的概率为p(0<p<1)，服从伯努利分布(1,p)，重复计算n次，发生倾覆的次数为n_c，n次中发生倾覆的概率为p_c＝n_c/n，则：

当n足够大时认为服从正态分布N(p,p(1-p))，为了保证概率p_c偏离总体概率p不超过总体标准差p(1-p)的5％，且区间可信度达到95％，每组风浪条件模拟计算至少3000次。该方法特点是计算结果准确，但耗时较长。计算一种海况下的长期倾覆概率过程如下：每次短期倾覆概率计算用时约10s，每组风浪条件计算3000次，一共需要计算272组风浪条件，耗时为10*3000*72/3600＝600h，约25天时间。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供基于piece-wise的破损船舶倾覆概率计算方法，可以对复原力矩曲线进行分段线性，实现横摇运动方程的解析求解，达到快速求解倾覆概率的目的。

要实现上述目的，本发明需要解决的技术问题至少包括：

一是进水过程中船舶横摇运动的非线性处理；

二是针对建立的横风横浪中破损船舶的倾覆概率模型进行分段线性求解而快速得到破损船舶的倾覆概率，进而对破损船舶进行快速安全评估。