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摘要：目前，船级社和船舶有关的机构更加重视船舶结构的腐蚀和疲劳损伤，并试图评估船舶结构可靠性，建立腐蚀和疲劳损伤的规定和标准。确定船体结构损伤后的计算方法，确立损伤后的船体结构极限状态方程，是开展腐蚀、疲劳损伤及其交互作用下船体结构可靠性分析的关键。本文分析了基于腐蚀、疲劳背景下船体结构可靠性；分为四部分分析；第一部分船体结构腐蚀与疲劳概述；第二部分腐蚀和疲劳交互作用下船体结构的可靠性；第三部分存在的问题；第四部分提高船体结构可靠性对策。
关键词：腐蚀；疲劳；船体结构；可靠性
1.船体结构腐蚀与疲劳概述
1.1船体结构腐蚀损伤
整体上看，船体结构腐蚀是一个较为复杂的随机进程，受多种要素、不同资料、服役区域、航行时间、船体防腐蚀体系和保护条件的影响。船体不同部件，腐蚀损伤程度会有不同。船体结构的腐蚀损伤，主要分为整体腐蚀和局部腐蚀两种腐蚀类型。
1.2船体结构疲劳破坏
疲劳破坏是船体和海洋工程结构损伤的主要方式之一。多年来，船体结构疲劳断裂问题一直是造船界极为重视的问题。相关对LNG船的疲劳分析表明，通过确定性的方法校核满足疲劳强度要求，但疲劳热点在设计寿命周期内失效的概率竟然达到了20%左右。因此，有必要采用基于结构可靠性理论方法进行船舶结构疲劳寿命的预报，进而从概率统计的角度对结构的疲劳寿命作出较为合理的预测。
2.腐蚀和疲劳交互作用下船体结构的可靠性
虽然腐蚀、疲劳损伤下船体结构的可靠性评估分析还存有一些问题尚未解决，但国内外学者在船体结构腐蚀和疲劳交互作用下的可靠性分析方面仍做了一些工作，并获得了一定的研究成果。Câmara等研究人员基于美国ABS对船体梁极限强度的计算方法，分别采用蒙特卡罗模拟法和S-N曲线及断裂力学法对船体结构腐蚀、疲劳损伤下的时变可靠性进行了计算。国内方面，刘益清等专家学者通过考虑疲劳和腐蚀下的船体梁剖面模数的折减，开展了船体梁的时变可靠性研究。利用船体梁强度的单调退化特性，黄文波等将腐蚀及疲劳裂纹的影响等效成构件厚度的降低，构造了一种新的时变可靠度，并剖析了在腐蚀和疲劳相互作用下船体结构的可靠性。考虑到船体结构的瞬时可靠性，寇雄等在提出船体结构时变可靠性分析方法的同时，介绍了危险概率的概念，建立了腐蚀、疲劳随时间改变的数学模型，并使用二阶可靠度法计算了油船的时变可靠性和瞬时可靠性。
当前，国内在开展腐蚀和疲劳交互作用下船体结构的可靠性分析中，主要的处理方式是将疲劳损伤产生的影响等效为净剖面模量的减少，然后叠加到腐蚀影响中。对于两者交互作用的损伤机理，目前还没有公开的研究报告。但国外已经开始在腐蚀和疲劳交互作用方面进行探索。在理论方面，Kondo通过试验发现钢材中的点蚀与腐蚀疲劳存在着竞争关系，较快的那一个过程决定着断裂形式。若腐蚀断裂快，则产生腐蚀坑；若疲劳断裂更快，则出现疲劳裂纹。在工程应用方面，Garbatov采用有限元法在计算双体油船船体结构热点疲劳损伤可靠性过程中，开始考虑了腐蚀损伤、服役寿命及载荷等随机变量的影响。
3.存在的问题
现阶段，在腐蚀、疲劳及其交互作用下的船体结构可靠性评估方面取得的研究成果，在实际工程中虽然得到了应用，但仍有部分问题尚未得到很好的解决。主要有以下几个问题：
3.1腐蚀时变模型未考虑船舶的维护保养
腐蚀影响下船体结构时变可靠性分析腐蚀模型的选择至关重要。但现有的腐蚀时变模型均未考虑实船的维护保养问题，且多种腐蚀模型的建立仅依据全浸带板材的腐蚀数据，与实船腐蚀还有一定的差别。另外，目前腐蚀损伤下的船体结构时变可靠性分析多基于均匀腐蚀模型，对于点蚀损伤下的船体结构时变可靠性，现有的研究很少。
3.2对模型参数存在人为干预的现象
开展疲劳损伤下的船体结构可靠性分析，合理的疲劳强度分析方法直接决定了可靠性分析的质量。当前，基于S-N曲线疲劳损伤累积理论和断裂力学裂纹扩展理论的船体结构疲劳可靠性分析，均存在对部分参数的分布形式进行人为干预的现象。例如，将参数确定化处理或假定其分布类型等。此外，两种疲劳分析理论各自的局限性尚未得到有效解决，导致建立的可靠性分析模型的准确性有待商榷。
3.3当下观点亟待试验验证
关于腐蚀和疲劳交互作用对船体结构的破坏机理，当前的观点主要为：疲劳产生的裂纹显著降低了腐蚀损伤下结构的极限强度；腐蚀损伤减小了构件的尺寸，改变了构件表面质量，加速缩短了构件的疲劳寿命。但对于上述说法还有待进行必要的试验验证。
此外，由于客观条件限制，实船腐蚀、疲劳损伤勘验数据极其有限。在此条件下，基于传统的可靠性评估方法开展腐蚀、疲劳损伤下船体结构的可靠性分析，在工程应用上具有很大的局限性。例如，由于难以明确参数的概率特征函数（概率密度函数、隶属函数）的具体形式，造成可靠性评估结果与实际相比偏差很大。因此，基于有限样本数据的新的可靠性分析方法有待深入研究。
4.提高船体结构可靠性对策
4.1深人研究点蚀损伤下船体结构的破坏机理及点蚀损伤评估方法
尤其是在点蚀损伤评估方法方面，现有的研究虽从点蚀分布及几何特征（蚀点半径、蚀点深度和点蚀体积等）上提出了较为可行的评估方法，但有研究表明，当前常用的点蚀损伤评估方法的计算精度会随结构承载形式的变化产生较大的波动。在腐蚀模型研究方面，现有模型的实用性不高，学术界对现有点蚀模型的合理性及有效性还存在很大的争议。因此，开展腐蚀损伤下船体结构可靠性研究，明确点蚀损伤下船体结构破坏机理，提出合理的评估方法并建立实用性高的腐蚀模型，尤其是点蚀模型，是当前的主要任务。
4.2明确腐蚀和疲劳交互作用下的船体结构失效机理
在腐蚀和疲劳交互作用下的船体结构破坏机理方面，当前的研究很少考虑。即使有所考虑，对于两者的交互作用关系及交互作用下船体结构失效机理也未阐释清楚，还需要采用数值计算及试验修正加以明晰。
4.3开展评估性的船体结构可靠性分析方法研究
基于有限实船损伤勘验数据，开展评估结果准确可信的船体结构可靠性分析方法研究，不失为解决样本数据有限这一缺陷的捷径。目前，在航空、土木工程等领域，一些克服了对样本数据过于依赖、评估结果偏于保守、具有较强工程应用性的可靠性方法已经被提出。但鉴于船体结构腐蚀、疲劳损伤的复杂性，为了把可靠性评价办法引入船体工程范畴，有必要在理论和船体验证方面做更多的工作。
4.4建立实船腐蚀、疲劳损伤数据库
我国建立这类数据库的时机已经到来。在军舰方面，舰艇技术鉴定船体结构强度校核中心已完成数十种型号、百余艘舰艇船体腐蚀、疲劳损伤数据的采集和梳理工作，建立了小型的舰艇船体腐蚀、疲劳损伤数据库。该数据库在现役舰艇船体结构安全性评估方面发挥了很大的作用。
结论
近年来，船舶结构可靠度分析的目标已从拟建船体扩展到现役的船体。研讨重点是在腐蚀和疲劳损伤的单一影响下向二者相互作用的可靠性转变。船体结构的破坏已由船体结构线弹性深入到结构的非线性、塑性阶段；在研究方法上，现有研究更加注重试验、理论与数值仿真相结合，而不是单一的数值仿真计算。
参考文献：
[1]王燕舞.考虑腐蚀影响船舶结构极限强度研究[D].上海交通大学，2008.
[2]张清越.大型小水线面双体船结构疲劳强度分析[D].哈尔滨工程大学，2016.