黄鹏
（浙江海洋大学 海洋工程装备学院，浙江省舟山市 316000）
摘要：海洋环境可靠性评估分析，对深海海洋资源开发具有不可估量的意义和价值。在今年9月21日成功发射的海洋二号C星卫星大幅提高海洋动力环境要素全球观测覆盖能力和时效性，这也充分肯定了海洋环境可靠性评估的重要性。本文以灾害性海洋环境可靠性评估分析为主要研究对象，基于深海平台系统之间耦合效应，进行多层次、多方面、多维度的剖析和论述，笔者通过对模型的研究分析，同时结合现有对灾害性海洋环境可靠性分析领域的经验见解和海洋动力环境卫星最新应用和发展，提出一系列行之有效的推演方式与计算方法。仅供参考。
关键词：深海平台系统；灾害性海洋环境；评估方法
引言：随着海洋资源的进一步开发和利用，提升海洋资源的利用效率以及利用价值成为社会关注的重要议题，特别是深水资源的开发和利用，需要克服深海环境的极端灾害问题，同时浮式平台与系统之间的复杂运动关系，需要开展全方位的分析策略，有效检验对应的影响和干扰，并且在耦合动力的基础上，开展系统结构可靠性的方法研究。
一、目标系泊系统与海况分析
本文以半潜式钻井平台为主要研究对象，目标工作水域深度为3000米，钻井最大深入为10000米，可变荷载8000吨，主要采用动力定位与系泊组合的定位方式。系泊链共计12根，设定三根一组，并且每根立柱设定一根系泊链，锚链长度约为4000米，采用钢链、纤维缆、钢链等三分段组合模式，可以根据不同水域深度进行系统定位，当水深不足1500米，采用锚泊定位系统，反之采用到动力定位系统。本次研究设定深度为1550米，作业时每根系泊链的预张力100吨，总预张力为1200吨。
针对南海深海区域的特殊环境，尤其是百年一遇的灾害性海洋环境，需要着重考虑海洋参数带来的各项影响，选取风、浪、流方向为同一方向条件下，以180度为例，以200年以及500一遇的海况情况作为耦合目标分析对象，根据不同环境荷载风向对系泊系统的实际影响。利用载荷方向进行搜索，以浮式系统受载最为严重方向为载荷方向，具体以135度为例，并且与200年一遇的海况问题进行对比分析，了解不同工况的海洋环境的具体问题。
二、泊系链失效模型
泊系链结构，通常遭到破坏时，主要是轴向张力带来的荷载问题，并且当张力的数值大于结构承载的极限作用时，便会发生结构破坏。根据泊系链极限函数：
G（R，T）=R-T
R是系统的结构抗力，是整个分析体系的变量，T是结构承受的极限荷载。
根据相关理论，当泊系链出现结构失效时，对应的各个变量必然发生改变。以钢链、纤维缆、钢链结构的组合内容，当其中一部分出现结构失效时，必然导致整个系统出现问题。因此，在构件体系中开展可靠性评估，务必实现对每个分段的结构分析，尤其是单根系泊失效概率的科学统计。
三、载荷概率模型
载荷概率计算，可以借助DEEPC软件进行分析和计算，对目标平台建立系泊系统的耦合模型，利用时域非线性耦合分析，可以探索出各个系泊链的动力响应历程，进而显示对应的随机性特征。根据海况情况，选取3小时的分析时间，以200年海况进行分析和对比，进而实现载荷方向为180度时，显示出系泊链锚链的轴向张力历程，该历程的显现大多属于随机性质。通过软件的分析和计算，了解在波浪载荷与顶端平台的综合影响，同时作为随机测试样本，三小时时域的历程可以满足基本的稳定性，可以根据样本来统计母体的特性数据，从而了解在时域内各个结果的概率分布拟合情况，从而了解系统受到荷载的随机特性。结合广义论，当系统中某个样本具有相当规模的数量，并且所有的观测过程对应的母体分随机变量布条件以及观测极值均属于固定情况下，可以建立极值的观测模型，并对模型的数据进行概率分析，当属于同等海况情况下，可以忽略其中的影响性，并且以3小时的极限时域为标准，分析系泊链动力响应历程对应的模型极值样本。根据模型数据进行分析，在概率上服从广义极值分布。利用软件对GEV进行数据分析，发现结构参数ε的数量大多在10-2到10-3，基本趋近于0，因此根据极值的理论观点，当ε=0时，对应的GVE最大极限分布便可以得出。通过借助各个系泊链的载荷极值以及数据结构，可以各个数据均可以利用极大型分布进行拟合，从而说明拟合系泊链的载荷模型科学、有效。
四、抗力概率模型
抗力概率模型，主要是针对单个系泊链，并且其破断强度取决于整个系泊链体系中最弱的单元部分，并且根据锚链断开情况进行分析。基于整个系泊链的组成单元存在多种结构材料，需要针对同一种材料的各个单元破坏问题进行独立随机变量的函数概率分析，利用软件可以快速得出对应的概率数据。尤其是在单一链环以及纤维索大靠后的破盾问题，可以通过软件进行模拟分析，进而得出抗力概率模型服从对数正太分布。
五、系泊链构件可靠度
根据软件形成的系泊链轴向张力以及断开载荷的概率模型，可以实现极限状态下函数可靠度的计算。以一次二阶矩方法，可以计算出系泊链各成分段的对应性指标，特别是在风、浪、流等多种环境，同时结合180度载荷方向，以200年与500年一遇的海况进行分析，对系统构件可靠度进行深入分析，进而发现当处于同一根系泊链时，中间的聚酯前卫段构件可靠性指标大多远低于钢质锚链段上下两端位置，一方面是由于各自组成材料的差异，另一方面，是由于最小断开强度MBL与断开概率的分布均值，都远远小于钢质链段，从而导致该段的可靠性指标相对较低[1]。
六、系泊系统的可靠度
系泊系统受到的影响要素较多，并且当一根系泊链发生断开时，对应的整体的载荷会要进一步加大，进而引发更加剧烈的破坏。因此在系泊系统中，单一系泊链出现破断后，即视为系统失效，表示系统不具备安全性能[2]。
结论：综上所述，在浮式系统中，利用结构可靠性技术，对极限灾害性海洋环境深海平台系统结构进行梳理和分析，以深海平台为例，得出以下结论：泊系系统各个可靠度进行数据分析，利用概率模型以及计算软件，可以按照广义极值分布理论，对荷载极值进行拟合集散；利用最小强度原则，对系泊系统各个组成内容，按照极限分布模式进行模型概率计算；根据不同环境带来的影响，需要对可能性结果进行考虑，同时结合国家海洋动力环境卫星数据，提高在防灾减灾等在海洋环境可靠性分析的精准度
参考文献：
[1]王绿卿,夏运强,梁丙臣,等.南海灾害性波浪基本特征研究[J].海洋学报,2019,41(03):23-34.
[2]林明森,张有广,杨锦凌,等.我国海洋动力环境卫星应用现状及发展展望[J].卫星应用,2018(05):19-23.
黄鹏（2000.08-），男，汉，江西吉安人，浙江海洋大学海洋工程装备学院2018级在读本科生，本科期间专业是港口航道与海岸工程，主要研究方向为海洋港口环境评估数值模拟。