船舶舵設(shè)備可靠性設(shè)計(jì)

郝 恒，杜一凡，曹海斌

(中國船舶科學(xué)研究中心，江蘇 無錫 214082)

0 引 言

隨著造船理論的發(fā)展，可靠性設(shè)計(jì)在造船界越來越被重視，國內(nèi)外針對船舶結(jié)構(gòu)可靠性開展了大量研究[1-3]。舵設(shè)備主要由結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)件組成，是保證船舶操縱性的重要裝置，它在船舶航行中頻繁地處于各種工作狀態(tài)，一旦損壞就很可能發(fā)生海損事故[4]。現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行舵設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)，所有設(shè)計(jì)變量都是確定性的，其安全程度用安全系數(shù)來描述，而實(shí)際上結(jié)構(gòu)尺寸、材料性能和外荷載等，都具有不確定性因素，故上述確定性設(shè)計(jì)顯然不夠理想，因此有必要對舵設(shè)備進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)。

文獻(xiàn)[5]對舵設(shè)備主要部件建立了安全裕度方程并進(jìn)行可靠性計(jì)算，認(rèn)為現(xiàn)行規(guī)范建議的安全系數(shù)取值不合理，舵設(shè)備主要部件除舵葉外可靠度都遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)指標(biāo)，安全裕度過高，但其沒有將結(jié)構(gòu)尺寸作為隨機(jī)變量；文獻(xiàn)[4, 6]分析了舵設(shè)備傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的不確定因素，提出了與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相結(jié)合的舵設(shè)備可靠性設(shè)計(jì)方法，但沒有對所提出的不確定因素在可靠性設(shè)計(jì)中如何考慮進(jìn)行逐一分析，也沒有將結(jié)構(gòu)尺寸作為隨機(jī)變量。

本文在考慮計(jì)算工況、材料性能、強(qiáng)度裕度、結(jié)構(gòu)尺寸等不確定因素的基礎(chǔ)上，對船舶舵設(shè)備進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)分析，建立舵設(shè)備可靠性設(shè)計(jì)流程與可靠性模型，進(jìn)行舵設(shè)備可靠性指標(biāo)確定與分配，并以舵桿為例進(jìn)行了可靠性設(shè)計(jì)與隨機(jī)變量分散程度影響分析。同時(shí)，對多支撐式舵設(shè)備的舵銷進(jìn)行了破損安全可靠性分析。

1 舵設(shè)備設(shè)計(jì)中的不確定因素分析

1.1 舵設(shè)備設(shè)計(jì)中的不確定因素

舵設(shè)備傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法有2種，一是按照船舶建造規(guī)范的有關(guān)規(guī)定計(jì)算式進(jìn)行計(jì)算；二是按照強(qiáng)度理論計(jì)算確定。一般來說除了確定舵桿直徑可用強(qiáng)度理論計(jì)算外，其他零件主要按照規(guī)范規(guī)定進(jìn)行計(jì)算確定。以上2種傳統(tǒng)的舵設(shè)備設(shè)計(jì)方法通常具有以下不確定因素：

1）計(jì)算工況的考慮。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中通常只考慮舵葉上的正常工作載荷，即轉(zhuǎn)舵后舵葉上所受的水動(dòng)力，并不考慮由于波浪沖擊造成的動(dòng)力載荷以及碰撞或冰塊擠壓等情況可能造成的非正常載荷。同時(shí)正常工作載荷也具有不確定性。

2）應(yīng)力計(jì)算的正確性。轉(zhuǎn)舵后舵葉上所受的水動(dòng)力是舵設(shè)備上的正常工作載荷，除通過模型試驗(yàn)方法直接換算之外，其他計(jì)算方法都帶有較大近似性，另外計(jì)算構(gòu)件應(yīng)力時(shí)經(jīng)常采取一些簡化的假定，如對載荷的作用方式、支座結(jié)構(gòu)形式的簡化，對變斷面情況的忽略等，使計(jì)算應(yīng)力具有較大的不確定性。

3）材料的可靠性。所采用材料的化學(xué)成份、機(jī)械性能及加工精度等都有可能達(dá)不到名義上的規(guī)定，因而會影響構(gòu)件的實(shí)際強(qiáng)度。

4）結(jié)構(gòu)尺寸公差。舵設(shè)備各構(gòu)件在加工制造過程中不可避免的要產(chǎn)生結(jié)構(gòu)尺寸公差，使構(gòu)件各尺寸在名義值附近波動(dòng)，影響構(gòu)件的真實(shí)應(yīng)力。

5）強(qiáng)度裕度。舵設(shè)備中的各部分因強(qiáng)度、液壓不足導(dǎo)致破壞或失效后造成的后果嚴(yán)重性不相同。例如，多支撐式不平衡舵，其中一個(gè)舵銷斷裂，對舵葉的轉(zhuǎn)動(dòng)沒有明顯的影響；而舵桿卻是舵設(shè)備中的重要構(gòu)件，一旦強(qiáng)度不足就會導(dǎo)致整個(gè)舵設(shè)備失效。可見，不同重要性構(gòu)件的強(qiáng)度裕度應(yīng)該不同。

針對上述不確定因素，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用的方法為：通過大量統(tǒng)計(jì)分析及根據(jù)長期積累的使用經(jīng)驗(yàn)，對以上不確定因素加以恰當(dāng)?shù)目紤]后，為舵設(shè)備各構(gòu)件確定一個(gè)強(qiáng)度安全系數(shù)。蘇聯(lián)規(guī)范中取nS=2.8，挪威規(guī)范中nS=4，在我國鋼制海船建造規(guī)范中，取nb=4～5，在長江鋼船建造規(guī)范中取nb=3.5。顯然這一安全系數(shù)的選取具有較大的主觀性，受設(shè)計(jì)思想及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)影響較大，這種半經(jīng)驗(yàn)半理論的確定性設(shè)計(jì)有時(shí)會導(dǎo)致某些構(gòu)件強(qiáng)度裕度很大，有時(shí)又會導(dǎo)致個(gè)別構(gòu)件強(qiáng)度不足。

1.2 不確定因素處理

開展舵設(shè)備可靠性設(shè)計(jì)，就是把不確定的設(shè)計(jì)變量看成是服從某種分布規(guī)律的隨機(jī)變量，用概率統(tǒng)計(jì)方法設(shè)計(jì)出符合可靠性指標(biāo)的構(gòu)件參數(shù)。這樣可以有效避免傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中安全系數(shù)確定時(shí)主觀性太大的問題。下面用隨機(jī)變量的思想對上述不確定因素進(jìn)行處理。

1）計(jì)算工況的考慮。船舶在不同航線、同一航線不同航次以及在同一航次的某一次航行過程中，轉(zhuǎn)舵后舵葉上所受的水動(dòng)力都不是一成不變的，而是在一定范圍內(nèi)波動(dòng)。將轉(zhuǎn)舵后舵葉上所受的水動(dòng)力載荷L1（彎矩、扭矩）用均值UL1和變異系數(shù)CL1表示。

對于波浪沖擊造成的動(dòng)力載荷L2，可以通過統(tǒng)計(jì)分析獲得一個(gè)動(dòng)力載荷系數(shù)K，與正常工作載荷L1相乘獲得，即L2=K×L1。由于舵設(shè)備壽命期很長，海況、波浪譜型、浪向具有不確定性，所以動(dòng)力載荷系數(shù)K也應(yīng)該當(dāng)成隨機(jī)變量來處理，通過對海況資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析確定UK，CK。若無法獲得海況統(tǒng)計(jì)資料，也可將動(dòng)力載荷系數(shù)K當(dāng)作確定性量處理，此時(shí)應(yīng)選用壽命期內(nèi)可能遇到的較嚴(yán)重海況下的動(dòng)力載荷系數(shù)K。

對于碰撞或冰塊擠壓等情況可能造成的非正常載荷，可以通過試驗(yàn)或仿真確定其載荷大小，載荷用均值UL3和變異系數(shù)CL3表示。需要注意的是，舵設(shè)備發(fā)生由碰撞或冰塊擠壓導(dǎo)致失效的概率為碰撞或冰塊擠壓載荷導(dǎo)致舵設(shè)備失效概率與發(fā)生碰撞或冰塊擠壓事件概率的乘積，即

2）應(yīng)力計(jì)算的正確性。由于正常工作載荷具有隨機(jī)性，通過模型試驗(yàn)方法直接換算得到的構(gòu)件也應(yīng)具有隨機(jī)性，構(gòu)件應(yīng)力σ用應(yīng)力均值Uσ、變異系數(shù)Cσ表示。

除模型試驗(yàn)方法以外，借助有限元工具進(jìn)行應(yīng)力分析已經(jīng)成為各行業(yè)進(jìn)行強(qiáng)度分析的主要手段，有限元工具可以很大程度上模擬真實(shí)載荷加載情況，可以實(shí)現(xiàn)支座結(jié)構(gòu)、變斷面結(jié)構(gòu)建模。進(jìn)行舵設(shè)備有限元分析時(shí)可以通過整體建模、關(guān)鍵點(diǎn)處局部細(xì)化的方法進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算。計(jì)算得到的應(yīng)力同樣具有分散性。

3）材料的可靠性。材料強(qiáng)度的隨機(jī)性可以按照材料統(tǒng)計(jì)特性確定，一般從可靠性手冊、材料手冊、相關(guān)文獻(xiàn)及試驗(yàn)值獲得，用強(qiáng)度均值US、變異系數(shù)CS表示。

4）結(jié)構(gòu)尺寸公差。根據(jù)構(gòu)件加工工藝，由加工廠提供或查詢相關(guān)公差標(biāo)準(zhǔn)獲得構(gòu)件尺寸公差。結(jié)構(gòu)尺寸值用均值UD、標(biāo)準(zhǔn)差σD或變異系數(shù)CD表示。

5）強(qiáng)度裕度。針對舵設(shè)備中的各構(gòu)件破壞后造成的后果嚴(yán)重性不相同的問題，應(yīng)對不同的構(gòu)件分配不同的可靠性指標(biāo)，失效影響越嚴(yán)重的構(gòu)件，可靠度指標(biāo)越高（失效概率指標(biāo)越低），失效影響越小的構(gòu)件，可靠度指標(biāo)越低（失效概率指標(biāo)越高）。同一部件不同故障模式導(dǎo)致的故障影響程度不同時(shí)，也應(yīng)針對故障模式分配不同的可靠性指標(biāo)。如舵機(jī)完全喪失動(dòng)力比舵機(jī)輸出動(dòng)力降低導(dǎo)致的后果更嚴(yán)重，理應(yīng)分配更高的可靠度指標(biāo)。

對于多支撐式不平衡舵的舵銷結(jié)構(gòu)，應(yīng)按照破損安全準(zhǔn)則進(jìn)行可靠性計(jì)算，即一個(gè)舵銷破壞不會導(dǎo)致舵葉卡滯，第2個(gè)舵銷破壞時(shí)將會導(dǎo)致舵葉卡滯。應(yīng)將多個(gè)舵銷視為一個(gè)子系統(tǒng)，對2個(gè)舵銷接連失效提出可靠性指標(biāo)。

2 舵設(shè)備可靠性設(shè)計(jì)

2.1 舵設(shè)備可靠性設(shè)計(jì)流程

開展舵設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)研究，應(yīng)當(dāng)在傳統(tǒng)舵系設(shè)計(jì)流程的基礎(chǔ)上，引入合理的可靠性設(shè)計(jì)流程，使兩者有機(jī)結(jié)合，共同為舵設(shè)備設(shè)計(jì)服務(wù)。舵設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

2.2 舵設(shè)備系統(tǒng)可靠性建模

除了按船級社要求配備的輔助操舵設(shè)備之外，舵設(shè)備任何一個(gè)組成構(gòu)件失效，都將導(dǎo)致整個(gè)設(shè)備的失效。某船舶舵設(shè)備結(jié)構(gòu)組成如圖2所示，根據(jù)舵設(shè)備的工作原理，可將舵設(shè)備視為一串聯(lián)系統(tǒng)，從而畫出舵設(shè)備的可靠性框圖，如圖3所示。

對于整個(gè)舵設(shè)備，其相應(yīng)的失效概率為：

式中：Pf為舵設(shè)備失效概率；Pfi為舵設(shè)備各組成部分的失效概率。

通過對舵設(shè)備各組成部分建立失效模式可靠性分析模型進(jìn)行求解，可以獲得舵設(shè)備各部分失效概率，最終代入式（2）得到舵設(shè)備失效概率。

圖1 舵設(shè)備可靠性設(shè)計(jì)的工作流程Fig. 1 Working procedure of rudder reliability design

圖2 舵設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成Fig. 2 Structual composition of rudder

2.3 可靠性指標(biāo)確定與分配

進(jìn)行舵裝備可靠性設(shè)計(jì)時(shí)，若已有船舶的總可靠度指標(biāo)，則由船舶可靠度向舵設(shè)備分配指標(biāo)，然后再向舵設(shè)備的各零部件分配，從而得到各組成部分的可靠性指標(biāo)。

圖3 舵設(shè)備的可靠性框圖Fig. 3 Reliability configuration or rudder

由船舶可靠性指標(biāo)分配得到的一般為舵設(shè)備完全失效的指標(biāo)要求，沒有考慮舵設(shè)備具有卡滯、偏轉(zhuǎn)角度不足、轉(zhuǎn)舵時(shí)間過長等不同故障模式，有時(shí)甚至沒有船舶總可靠性指標(biāo)，此時(shí)可以根據(jù)舵設(shè)備故障的嚴(yán)重程度確定舵設(shè)備各故障模式的可靠性指標(biāo)，指標(biāo)確定可參考美軍標(biāo)MIL-STD-882D等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

常用的可靠性分配方法有等分配法、評分分配法、比例組合法和考慮重要度和復(fù)雜度分配法[7]?？紤]到船舶舵設(shè)備設(shè)計(jì)的產(chǎn)品繼承性、可靠性框圖結(jié)構(gòu)簡單、有老產(chǎn)品的故障統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)等特點(diǎn)，首先推薦采用比例組合法進(jìn)行可靠性指標(biāo)分配。根據(jù)老系統(tǒng)中各單元的故障率（故障占比），按新系統(tǒng)可靠性要求給舵設(shè)備各單元分配可靠性指標(biāo)。若所設(shè)計(jì)舵設(shè)備為新研構(gòu)型或無法獲得歷史故障數(shù)據(jù)，則可采用評分分配法分配可靠性指標(biāo)，評分因素包括各部件復(fù)雜程度、故障嚴(yán)酷度、技術(shù)水平、工作時(shí)間和環(huán)境條件等。

舵設(shè)備可靠性分配完成之后并不是確定不可變的，可以與可靠性預(yù)計(jì)結(jié)果相比較，確定分配的合理性，根據(jù)需要重新進(jìn)行分配。為盡量避免可靠性分配的次數(shù)，在可靠性規(guī)定值的基礎(chǔ)上，可考慮留出一定的余量。

3 舵設(shè)備主要部件可靠性設(shè)計(jì)

對舵設(shè)備各部件進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)分析，首先應(yīng)建立安全邊界方程：

式中：R為結(jié)構(gòu)所能提供的最大抗力，一般為材料屈服強(qiáng)度或極限強(qiáng)度；S為根據(jù)舵系設(shè)計(jì)得到的該構(gòu)件的最大應(yīng)力。

當(dāng)Z＞0時(shí)，表示結(jié)構(gòu)安全，Z＜0時(shí)，表示結(jié)構(gòu)失效。

各構(gòu)件根據(jù)具體受力特點(diǎn)，安全邊界方程各不相同。對于舵桿、舵柄、舵葉等一旦破壞就會失效的部件，以舵桿為例進(jìn)行分析。對于多支撐式不平衡舵的舵銷結(jié)構(gòu)，則進(jìn)行破損安全可靠性分析。

3.1 舵桿的可靠性設(shè)計(jì)

1）舵桿可靠性模型

舵桿作為舵設(shè)備的重要構(gòu)件，其一旦失效將導(dǎo)致整個(gè)舵設(shè)備的失效。造成舵桿失效的主要原因是由于舵桿設(shè)計(jì)或者制造過程中的失誤，導(dǎo)致舵桿整體或局部強(qiáng)度不足，即其工作應(yīng)力超過許用應(yīng)力。

舵桿在舵設(shè)備工作時(shí)主要承受彎矩和扭矩載荷，計(jì)算舵桿應(yīng)力時(shí)選取舵桿危險(xiǎn)截面計(jì)算，舵桿危險(xiǎn)截面一般在舵柄處、上舵承處和下舵承處的舵桿位置。

根據(jù)第三強(qiáng)度理論，舵桿在危險(xiǎn)截面上的應(yīng)力

式中：M為舵桿相應(yīng)位置處的彎矩；T為舵桿相應(yīng)位置處的扭矩；W為舵桿相應(yīng)位置處的抗彎截面系數(shù)；d為舵桿相應(yīng)位置處的舵桿直徑。

所以舵桿的安全邊界方程為

式中，σs為舵桿材料屈服極限。

舵桿在該危險(xiǎn)截面破壞的概率

式中：M，T，d，σs均視為隨機(jī)變量，用均值和變異系數(shù)表示。其中載荷M和T服從極值I型分布[8]，結(jié)構(gòu)尺寸d和材料性能σs服從正態(tài)分布。

可通過J-C法、重要抽樣法、蒙特卡羅法等解析和數(shù)值計(jì)算方法計(jì)算出舵桿破壞概率Pf。

2）舵桿失效概率計(jì)算

以82KBC為例，對其舵桿進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)分析。

舵桿可靠性分析輸入?yún)?shù)如表1所示。

對舵桿上、下舵承處危險(xiǎn)截面進(jìn)行失效概率計(jì)算，得到結(jié)果如表2所示，上舵承處舵桿失效概率為Pf1=8.08×10-7，下舵承處舵桿失效概率為 Pf2=9.30×10-17。由于舵桿斷裂會導(dǎo)致舵設(shè)備完全失效，船舶喪失轉(zhuǎn)向能力，嚴(yán)重威脅船舶安全，考慮工程實(shí)際應(yīng)用并參考美軍標(biāo)MIL-STD-882D中事故可能性等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，確定舵桿斷裂失效可靠性指標(biāo)為10-6。故上、下舵承處舵桿危險(xiǎn)截面失效概率均滿足可靠性指標(biāo)要求。

3）舵桿可靠性設(shè)計(jì)

由以上分析可知，下舵承處舵桿失效概率遠(yuǎn)小于10-6，可靠度較高，舵桿尺寸具有優(yōu)化空間。

表1 舵桿可靠性分析參數(shù)Tab. 1 Parameters of rudderstock reliability analysis

表2 不同舵桿直徑下的舵桿失效概率Tab. 2 Failure probability of rudderstock with different diameter

通過逐步減小下舵承處舵桿直徑，計(jì)算得到一系列不同舵桿直徑下的失效概率，可以進(jìn)行給定可靠性指標(biāo)下的舵桿尺寸設(shè)計(jì)。從表2可以得到，在給定10-6的可靠性指標(biāo)下，下舵承處舵桿直徑為450 mm。

4）隨機(jī)變量分散性影響分析

載荷、材料強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)尺寸作為隨機(jī)變量，其變異系數(shù)選取是否準(zhǔn)確對舵桿失效概率影響非常大。以上舵承舵桿截面失效為例，改變載荷、材料強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)尺寸的變異系數(shù)，研究變異系數(shù)對舵桿失效概率的影響。改變變異系數(shù)后的上舵承處舵桿失效概率如表3所示。

由計(jì)算結(jié)果可知，舵桿失效概率對載荷、材料強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)尺寸的分散性極為敏感，失效概率隨著變異系數(shù)增大而大幅增長，尤其是舵桿直徑和材料屈服強(qiáng)度，舵桿直徑變異系數(shù)增大0.01，舵桿失效概率增大913%，材料屈服強(qiáng)度變異系數(shù)增大0.01，舵桿失效概率增大477.5%。由此可見，材料強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)尺寸變異系數(shù)的取值是否準(zhǔn)確對舵桿可靠性設(shè)計(jì)分析極為重要，一般按照材料手冊、可靠性手冊及相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料選取，必要時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)測量確定。

當(dāng)無法獲得材料強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)尺寸變異系數(shù)的準(zhǔn)確取值時(shí)，變異系數(shù)應(yīng)在取值范圍內(nèi)盡量取得稍大些。同時(shí)可以看出，要想獲得高可靠性的舵設(shè)備，應(yīng)對加工質(zhì)量和材料質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制。在工程應(yīng)用中應(yīng)注意對載荷、材料強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)尺寸分散性數(shù)據(jù)的收集。

表3 變異系數(shù)變化后的上舵承處舵桿失效概率Tab. 3 Failure probability of rudderstock with different coefficient of variation

3.2 舵銷破損安全可靠性分析

1）舵銷失效可靠性建模

對于含有2個(gè)及以上舵銷的舵設(shè)備，如多支撐式不平衡舵，其中一個(gè)舵銷破壞一般不會導(dǎo)致舵葉卡滯，認(rèn)為第2個(gè)舵銷破壞時(shí)將會導(dǎo)致舵葉卡滯。此時(shí)應(yīng)進(jìn)行舵銷破損安全可靠性設(shè)計(jì)分析，即一個(gè)舵銷破損后認(rèn)為是安全的，載荷重新分配后第2個(gè)舵銷破損則認(rèn)為舵設(shè)備失效。對于只有單個(gè)舵銷的舵設(shè)備，其可靠性分析方法與舵桿相同。

舵銷應(yīng)力計(jì)算公式如下[4]：

式中：F為舵銷受到的支反力；d為舵銷直徑。

所以單個(gè)舵銷破壞的安全邊界方程為

式中，σs為舵銷材料屈服極限。

單個(gè)舵銷破壞的概率

假設(shè)舵設(shè)備有n個(gè)舵銷，分別為舵銷1、舵銷2、…、舵銷n，第1個(gè)破壞的舵銷為舵銷i，舵銷i破壞概率為Pi，舵銷i失效后載荷進(jìn)行重新分配，剩下舵銷的支反力均發(fā)生變化，此時(shí)舵銷j破壞概率最大，記為Pj/i，則舵設(shè)備由舵銷破壞導(dǎo)致卡滯的失效概率

一般首個(gè)舵銷破壞時(shí)，各舵銷破壞概率相差較大，式（10）取Pi最大項(xiàng)與次大項(xiàng)2項(xiàng)即可。即

含義為首個(gè)舵銷破壞時(shí)舵銷i破壞概率最大，舵銷i破壞后舵銷j破壞概率最大；首個(gè)舵銷破壞時(shí)舵銷l為破壞概率次大，舵銷l破壞后舵銷m破壞概率最大。

2）舵銷失效概率計(jì)算

某多支撐式不平衡舵有3個(gè)舵銷，在正常工作載荷下計(jì)算得到舵銷的破壞概率及破壞次序如圖4所示。

圖4 舵銷破壞路線及破壞概率Fig. 4 Failure route and failure probability of rudder pin

從圖3可以看出，在正常工作載荷下，舵銷破壞路線為路線①和路線③，路線①為舵銷1破壞后，舵銷2破壞；路線③為舵銷2破壞后，舵銷1破壞。所以舵銷破損安全失效概率

4 結(jié) 語

1）分析計(jì)算工況、應(yīng)力計(jì)算方法、材料性能、結(jié)構(gòu)尺寸和強(qiáng)度裕度等舵設(shè)備設(shè)計(jì)中的不確定因素，將其作為隨機(jī)變量開展了舵設(shè)備可靠性設(shè)計(jì)分析，給出舵設(shè)備可靠性設(shè)計(jì)流程，建立舵設(shè)備可靠性模型，并提出舵設(shè)備可靠性指標(biāo)確定與分配方法；

2）建立舵設(shè)備部件失效安全邊界方程，以舵桿為例進(jìn)行詳細(xì)可靠性設(shè)計(jì)，計(jì)算得到的上、下舵承處舵桿截面失效概率均滿足可靠性指標(biāo)要求，但下舵承處舵桿可靠度很高，對其進(jìn)行尺寸優(yōu)化，得到給定可靠性指標(biāo)下的舵桿截面尺寸；

3）載荷、材料強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)尺寸的分散性對舵桿失效概率影響很大，失效概率隨著變異系數(shù)增大而大幅增長，對舵桿直徑和材料屈服強(qiáng)度分散性尤為敏感。平時(shí)要注重對載荷、材料強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)尺寸分散性數(shù)據(jù)的收集，當(dāng)無法獲得變異系數(shù)的準(zhǔn)確取值時(shí)，變異系數(shù)應(yīng)在取值范圍內(nèi)盡量取得稍大些。同時(shí)應(yīng)對加工質(zhì)量和材料質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制。

4）對多舵銷舵設(shè)備的舵銷進(jìn)行可靠性分析，建立了舵銷破損安全可靠性分析模型，獲得舵銷破損失效路線，對其進(jìn)行失效概率分析。