Analiza pouzdanosti u konceptualnom projektiranju konstrukcije broda

doctoral thesis

• Title (english): Reliability analysis in ship structural concept design
• Author: Karlo Pirić
• Mentor: Vedran Žanić (mentor)
• Committee member: Joško Parunov (predsjednik povjerenstva)
• Committee member: Vedran Žanić (član povjerenstva)
• Committee member: Luka Grubišić (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture; Zagreb
• Defense date and country: 2014-02-05, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Shipbuilding; Constructive of Floating and Maritime Structures
• Universal decimal classification (UDC): 629.5 - Watercraft engineering ; 51 - Mathematics

Abstract

Teorija pouzdanosti konstrukcija racionalno razmatra neizvjesnosti koje se javljaju prilikom strukturne analize i projektiranja konstrukcija, za razliku od tradicionalnih metoda koje pretpostavljaju da su svi parametri koji utječu na čvrstoću i opterećenje konstrukcije determinističke veličine. Određivanje vjerojatnosti oštećenja jedno je od ključnih područja interesa teorije pouzdanosti. U uvodnim razmatranjima ovog rada, dan je pregled dosadašnjih istraživanja i kratak opis trenutno korištenih metoda za analizu pouzdanosti. Različite metode omogućavaju različitu točnost procjene vjerojatnosti oštećenja, ali zahtijevaju i različito računalno vrijeme. U ovome radu predložena je metoda analize pouzdanosti koja, u odnosu na trenutačno korištene metode, zahtijeva značajno manje računalno vrijeme uza zadovoljavajuću točnost. Metoda se temelji na određivanju funkcije gustoće vjerojatnosti funkcije performanse jer se tada vjerojatnost oštećenja može odrediti njenim integriranjem u području od minus beskonačno do nula. Određivanje navedene funkcije gustoće vjerojatnosti se odvija u dva glavna koraka. U prvom se određuju njeni statistički momenti primjenom (u ovom radu modificirane) metode smanjenja dimenzionalnosti. Drugim korakom se iznalazi odgovarajući oblik funkcije gustoće vjerojatnosti koji zadovoljava statističke momente izračunate u prvom koraku. Pri tom se pretpostavlja da se funkcija gustoće vjerojatnosti može prikazati kao normalizirani umnožak dviju normalnih kumulativnih funkcija razdiobe. U ovom radu su izvedeni i analitički izrazi za određivanje proizvoljnih statističkih momenata tako pretpostavljene funkcije gustoće vjerojatnosti. Koristeći te izraze definira se nelinearni sustav jednadžbi iz kojeg se određuju četiri nepoznata parametra pretpostavljene funkcije gustoće vjerojatnosti. Također su dani i izrazi za određivanje osjetljivosti (senzitivnosti) vjerojatnosti oštećenja, izrazi za određivanje projektne točke te (za slučaj sistemske pouzdanosti) izrazi za određivanje korelacije između oblika oštećenja. Predložena metoda za analizu pouzdanosti je implementirana u računalni program FASTREL te je verificirana i validirana na nizu primjera preuzetih iz relevantne literature. Također su prikazani i primjeri primjene predložene metode.

Abstract (english)

Structural reliability theory rationally considers uncertainties that emerge during the analysis and design of ship structures, in contrast to the traditional methods which assume that all parameters affecting the structural strength and load are deterministic values. Determination of the probability of failure is one of the most significant aspects of the reliability theory. Within the introductory part of this work, an overview of the previous scientific research work regarding the considered topic is given, as well as the brief description of different currently utilized reliability analysis methods. Various existing methods are characterized by a different accuracy levels regarding the probability of failure assessment and by various computational timeframes. Within the scope of this work, an efficient reliability analysis method is proposed, which requires significantly lower computational timeframes and which provides sufficiently accurate results with respect to the existing reliability analysis methods. Proposed method is based on determination of the performance function’s probability density function, since the probability of failure can be determined by its integration within the range of minus infinity to zero. Determination of the considered probability density function is performed through two main steps. Within the first step its statistical moments are determined by utilization of the modified (within this work) dimension reduction method. Within the second step an appropriate form of the probability density function is sought, which satisfies statistical moments calculated within the first step. It is assumed thereby that probability density function can be expressed as normalized product of two normal cumulative distribution functions. Additionally, within the scope of this work, analytical expressions for determination of arbitrary statistical moments of the assumed probability density function are derived. Those expressions form the basis of the nonlinear system of equations, whose solution represents four unknown parameters of the assumed probability density function. Furthermore, expressions for determination of the: probability of failure sensitivity, design point and modal correlations (system reliability), are given. Proposed probability analysis method is implemented within the FASTREL computer program and it is verified and validated on a number of examples from the relevant literature. Various examples of application of the proposed method are also given and described.

• Keywords: teorija pouzdanosti; vjerojatnost oštećenja; funkcija performanse; metoda smanjenja dimenzionalnosti; funkcija gustoće vjerojatnosti; statistički momenti oko ishodišta; senzitivnost vjerojatnosti oštećenja; projektna točka; sistemska pouzdanost
• Keywords (english): reliability theory; probability of failure; performance function; dimension reduction method; probability density function; raw statistical moments; probability of failure sensitivity; design point; system reliability
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:235:512088
• Study programme: Title: Mechanical Engineering and Naval Architecture; Study programme type: university; Study level: postgraduate; Academic / professional title: doktor/doktorica znanosti, područje tehničkih znanosti (doktor/doktorica znanosti, područje tehničkih znanosti)
• Type of resource: Text
• File origin: Born digital
• Access conditions: Open access
• Created on: 2020-04-27 21:19:01