In this paper, a method for predicting the extreme value distribution of the vertical bending moment (VBM) in a ship under a given short-term sea state is presented. To predict the extreme value distribution of the VBM, the first-order reliability method (FORM), by which the most probable wave episodes (MPWEs) leading to given VBMs are identified, is introduced. The coupled computational fluid dynamics (CFD) and finite-element analysis (FEA) are used to provide the high-fidelity numerical solutions for the wave-induced and whipping components of the VBM. Then, a Reduced-Order Model (ROM) which can yield the predictions equivalent to the coupled CFD–FEA results in a relatively short time is developed. The ROM is incorporated into FORM to identify the MPWEs, in lieu of the coupled CFD–FEA. The accuracy of the ROM is verified by comparing with the coupled CFD–FEA results under identified MPWEs, in terms of both the wave-induced and whipping VBM. Then, a series of tank tests using a scaled container ship is conducted. In the first series of the tests, the VBM measurements under the MPWEs identified from the FORM-based approach using the ROM are made, to validate the accuracy of the ROM. The extreme value distribution of the combined wave-induced and whipping VBM is also measured by performing the second series of the tests, in random waves. The validity of the FORM-based extreme value prediction using the ROM is investigated by comparing with the second series of the tests.

中文翻译：

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应用耦合 CFD 和 FEA 的降阶模型对非线性船舶载荷进行有效的基于 FORM 的极值预测

在本文中，提出了一种在给定的短期海况下预测船舶垂直弯矩（VBM）极值分布的方法。为了预测 VBM 的极值分布，引入了一阶可靠性方法 (FORM)，通过该方法可以识别导致给定 VBM 的最可能波浪事件 (MPWE)。耦合计算流体动力学 (CFD) 和有限元分析 (FEA) 用于为 VBM 的波浪诱导和鞭打分量提供高保真数值解。然后，开发了一个降阶模型 (ROM)，它可以在相对较短的时间内产生等效于耦合 CFD-FEA 结果的预测。ROM 被合并到 FORM 中以识别 MPWE，代替耦合的 CFD-FEA。ROM 的准确性通过与已识别 MPWE 下的耦合 CFD-FEA 结果（在波浪诱导和鞭打 VBM 方面）进行比较来验证。然后，使用按比例缩放的集装箱船进行一系列水槽测试。在第一系列测试中，使用 ROM 从基于 FORM 的方法识别的 MPWE 下进行 VBM 测量，以验证 ROM 的准确性。组合波诱导和鞭打 VBM 的极值分布也通过在随机波中执行第二系列测试来测量。通过与第二个系列的测试进行比较，研究了使用 ROM 的基于 FORM 的极值预测的有效性。使用按比例缩放的集装箱船进行了一系列水槽测试。在第一系列测试中，使用 ROM 从基于 FORM 的方法识别的 MPWE 下进行 VBM 测量，以验证 ROM 的准确性。组合波诱导和鞭打 VBM 的极值分布也通过在随机波中执行第二系列测试来测量。通过与第二个系列的测试进行比较，研究了使用 ROM 的基于 FORM 的极值预测的有效性。使用按比例缩放的集装箱船进行了一系列水槽测试。在第一系列测试中，使用 ROM 从基于 FORM 的方法识别的 MPWE 下进行 VBM 测量，以验证 ROM 的准确性。组合波诱导和鞭打 VBM 的极值分布也通过在随机波中执行第二系列测试来测量。通过与第二个系列的测试进行比较，研究了使用 ROM 的基于 FORM 的极值预测的有效性。在随机波中。通过与第二个系列的测试进行比较，研究了使用 ROM 的基于 FORM 的极值预测的有效性。在随机波中。通过与第二个系列的测试进行比较，研究了使用 ROM 的基于 FORM 的极值预测的有效性。