0 引　言

腐蚀是导致老旧船舶结构失效的核心因素，这种损伤具有普遍性、广泛性、隐蔽性和时变性，会逐步降低船体结构的极限强度和承载力，进而引发屈曲、断裂等严重安全事故，不仅造成巨大的经济损失，还可能引发海洋污染，影响海洋生态环境。典型的船舶腐蚀事故充分证明了其危害的严重性，因此建立科学、精准且可操作的腐蚀状态评估方法，对老旧船舶的安全运营、维修决策及寿命预测具有重要支撑作用，也契合我国海洋强国战略的发展需求。

国外关于船舶腐蚀评估的研究主要集中在腐蚀机理与评估模型两大方向，在点蚀生长原理、蚀坑形态与时变特征方面开展了大量研究，Weibull函数等腐蚀深度模型得到广泛应用，船舶结构时变可靠性分析方法不断完善，基于图像识别和传感器技术的腐蚀检测与评估技术也取得了长足发展。这些研究具有较强的理论深度和技术先进性，但在实际应用中仍存在局限，对老旧船舶多因素耦合腐蚀的考虑不够全面，难以充分适配老旧船舶的服役特点。国内在船舶腐蚀研究领域也取得了一定进展，船舶腐蚀直接影响船体结构完整性、设备服役性能及船舶运营安全，国内外学者围绕船舶不同部位、不同材质的腐蚀机理、评估方法、防护措施及性能优化等方面开展了大量研究。孙士斌等^[1]以极地船舶螺旋桨用不锈钢为研究对象，探究了其受海冰冲蚀与海水腐蚀的损伤特征与机理，并通过数值仿真模拟海冰冲蚀过程。周重威等^[2]针对海水环境下船体金属外表面的腐蚀问题，从腐蚀特点、腐蚀原因和腐蚀种类三方面展开分析，构建了船体外表面腐蚀状态评估指标体系。张莹等^[3]聚焦高速铝合金船的腐蚀特性，分析了该类船舶的主要腐蚀影响因素，梳理了其防腐蚀特殊设计要点与实际腐蚀现状，为高速铝合金船的防腐蚀设计与后期养护提供了理论参考。吴梵等^[4]梳理了腐蚀、疲劳损伤下船体结构可靠性的研究现状，发现船体结构可靠性分析对象已从拟建船体拓展至现役船体，研究重心从单一损伤影响分析转向腐蚀与疲劳损伤交互作用分析，并提出该领域未来研究应聚焦点蚀损伤机理、损伤交互作用、全寿命周期可靠性评估及实船损伤数据库建立四大方向。上述研究虽覆盖了不同船型、不同材质及不同腐蚀类型，为船舶腐蚀研究提供了多维度参考，但对多因素耦合作用下老旧船舶性能衰减的量化评估模型研究仍显不足，未能充分结合老旧船舶服役年限长、腐蚀损伤累积、多工况耦合的核心特点，难以满足老旧船舶腐蚀状态精准评估的工程实际需求。

本文针对老旧船舶腐蚀类型复杂、损伤累积特征不明确的问题，建立贴合老旧船舶服役实际的腐蚀损伤表征方法。本文能够完善老旧船舶腐蚀评估的理论体系，优化腐蚀时变模型与评估指标，提出的评估方法可直接应用于老旧船舶腐蚀检测与安全评估，指导维修策略的制定，降低安全事故发生的风险。

1 老旧船舶腐蚀机理与损伤特征分析 1.1 老旧船舶腐蚀类型及分布特征

老旧船舶的腐蚀类型多样，常见的主要有均匀腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀和空泡腐蚀。不同腐蚀类型的形成条件、形态特征和危害程度存在明显差异，表1为船舶对应的典型腐蚀类型特征，其中点蚀是老旧船舶最主要的局部腐蚀形式，其蚀坑形态、径深比等关键参数对船体结构性能的影响最为显著，需要重点关注和研究^[5]。通过结合实船勘察数据，能够清晰发现腐蚀在船体不同部位的分布存在明显差异，货舱区、船底板、肋骨等部位的腐蚀程度各不相同。这种分布差异与船舶服役环境密切相关，海水全浸带、飞溅带等不同区域的腐蚀环境存在差异，导致腐蚀分布呈现出明显的区域特征；同时，船舶结构设计和材料特性也会影响腐蚀的分布，不同结构形式和材料的抗腐蚀能力不同，进而导致腐蚀分布的不均衡。深入分析这些分布规律，能够为后续腐蚀评估和防控工作提供针对性的依据。

1.2 老旧船舶腐蚀影响因素及耦合机制

老旧船舶腐蚀受海洋环境、材料、结构及服役4类因素耦合影响。

1）海洋环境因素中，海水盐度、温度、溶解氧等参数直接影响腐蚀速率和腐蚀程度，不同海域的环境参数差异会导致船舶腐蚀情况的不同。

2）材料因素方面，碳钢、低合金钢等常用船用钢的成分不同，其抗腐蚀能力存在差异，进而影响腐蚀的发展。

3）结构因素中，结构形式、焊接质量等会影响腐蚀的发生和发展，不合理的结构设计和较差的焊接质量容易引发局部腐蚀。

4）服役因素中，服役年限和维修保养水平对腐蚀累积具有重要影响，服役年限越长，腐蚀损伤累积越严重，而良好的维修保养能够有效减缓腐蚀进程。通过试验数据可以量化单因素对腐蚀的影响权重，明确不同因素的重要程度。结合现有实海试验数据及相关研究结论，海洋环境与服役年限的耦合效应可使船舶钢材腐蚀速率提升约30%～50%，如907钢在三亚海域浸泡6个月的腐蚀速率显著高于浸泡3个月的试样，且潮差区等复杂海洋环境与长期服役的耦合的叠加，会进一步加剧腐蚀损伤累积；材料与结构形式的耦合也会显著影响腐蚀的分布和发展速率，如低抗腐蚀性能的碳钢与不合理的焊接结构耦合时，局部腐蚀速率较单一因素作用下提升约25%，易在焊缝等薄弱部位形成集中腐蚀，加速结构失效进程。明确这些耦合机制，能够建立多因素耦合腐蚀损伤演化模型的基础框架。

1.3 老旧船舶腐蚀损伤累积规律

老旧船舶的腐蚀损伤具有明显的时变特性，基于点蚀生长原理和实船蚀坑形态检测数据，能够清晰分析腐蚀损伤随服役时间的累积规律。蚀坑径深比作为点蚀的关键参数，其随时间的变化呈现出特定的规律，通过研究可以建立蚀坑形态与时变参数的关联关系，精准描述腐蚀损伤的演化过程^[6]。同时，腐蚀损伤与船体结构性能之间存在密切关联，腐蚀深度、蚀坑密度等腐蚀参数的变化，会直接影响船体结构的极限强度和屈曲性能。通过深入研究可以量化腐蚀损伤与结构承载力的对应关系，明确不同腐蚀程度对结构性能的影响，为后续评估指标的设定提供科学依据，确保评估指标能够准确反映腐蚀对船舶结构安全的影响。

根据对10艘服役15～25年的老旧船舶实船检测，并对检测的数据取均值，得到老旧船舶点蚀损伤随服役时间的累积规律如图1所示，该图反映了蚀坑深度、点蚀密度随服役年限的变化趋势。

以Q235船用钢为研究对象，对腐蚀深度和船体结构极限强度的关系进行研究，得到的结果如图2所示^[7]，可以发现，随着腐蚀深度的逐步加大，船体结构极限强度随之迅速下降。

2 老旧船舶腐蚀状态评估方法 2.1 船体结构性能评估模型构建

船体结构性能评估是腐蚀状态评估的核心环节，结合老旧船舶的结构特点和腐蚀影响，选取船体结构极限强度、屈曲强度、剩余承载力、结构可靠度4项核心评价指标，覆盖腐蚀对船体结构安全的影响，确保评估的全面性和针对性。各项指标的具体量化方法及分级标准如表2所示。

1）极限强度作为船体结构抵御破坏的核心指标，量化方法以Q235、Q345等老旧船舶常用船用钢的材料性能参数为基础，结合腐蚀深度、蚀坑密度等腐蚀损伤参数，通过统一的有限元模拟与试验测试相结合的方式确定。具体而言，采用有限元分析软件建立腐蚀后船体关键结构的三维模型，输入腐蚀后的材料厚度、蚀坑分布等参数，模拟结构在对应载荷下的受力过程，计算得出初步量化值；同时，选取腐蚀后的船体结构试样进行室内拉伸试验，测试实际极限强度，将模拟结果与试验结果对比校准，最终确定极限强度量化值。

2）屈曲强度主要针对船体薄壳结构（如舱壁、甲板），量化核心是计算腐蚀后结构的临界屈曲载荷，量化方法结合腐蚀深度与结构几何参数，采用欧拉公式与有限元模拟相结合的方式。首先根据腐蚀后的实际壁厚，结合结构几何尺寸，通过欧拉公式初步计算临界屈曲载荷；再通过有限元软件模拟结构在轴向压力下的屈曲过程，修正欧拉公式计算偏差，得到精准的屈曲强度量化值。

3）以船体结构的极限承载力为基础，结合腐蚀损伤程度、结构受力状态，通过载荷修正法计算得出。具体步骤为：首先确定未腐蚀状态下船体结构的额定承载力；再根据腐蚀深度、蚀坑径深比等参数，计算腐蚀导致的承载力损失系数；最后通过公式量化得出腐蚀后船体结构的剩余承载力，其分级标准与极限强度保持一致，确保评估标准的统一性。

4）结构可靠度是衡量船体结构在腐蚀环境下抵御随机载荷、避免失效风险的核心指标，量化方法基于时变可靠性理论，采用蒙特卡洛模拟法计算可靠度指标（β值）。具体而言，选取腐蚀深度、载荷大小、材料性能等关键影响因素作为随机变量，确定各随机变量的分布类型，通过大量随机抽样模拟结构在不同腐蚀状态下的受力失效过程，统计结构不失效的概率，进而计算得出可靠度β值。

2.2 验证案例选取与数据采集

选取２艘服役年限相近、航行区域与维护水平存在明显差异的老旧散货船作为验证案例，分别记为船舶A和船舶B。依托实船检测获取的腐蚀数据与结构参数，按照2.1节确定的极限强度、屈曲强度、剩余承载力和结构可靠度４项指标进行量化计算与对比分析，实现对评估模型的实际验证。

船舶A为散货船，服役年限22年，船长158 m，型宽23 m，型深11.8 m，主体结构采用Q235船用钢，主要航行于我国沿海航区。该船日常维护保养规范，每12个月开展一次腐蚀检测与防腐涂层维护，船体以轻微均匀腐蚀为主，仅局部存在少量点蚀，未出现明显结构损伤。船舶B同为散货船，服役年限23年，船长162 m，型宽24 m，型深12.2 m，结构材料同样为Q235船用钢，主要航行于我国南海高温高盐海域。该船维护周期较长，约24个月才进行一次检测与防护处理，船底板、货舱舱壁及肋骨区域腐蚀严重，点蚀分布密集，部分区域腐蚀深度超出允许范围。

依据2.1节给出的量化方法与分级标准，对２艘船舶的结构性能指标进行计算，并采用10分制进行量化评分，分数越高表示结构性能状态越好，得到２艘船舶腐蚀状态量化评分雷达图如图3所示。其中，A船舶在极限强度（8.0分）、剩余承载力（7.9分）及结构可靠度（7.9分）三项指标上表现更优，体现出良好的整体结构强度储备与安全可靠性；B船舶在屈曲强度剩余率指标上得分更高（8.2分），这可能与其近期针对舱壁、甲板等薄壳结构开展的局部维修强化措施相关。

经综合加权计算，A船舶的综合评分为7.85分，B船舶的综合评分为7.43分，２艘船舶均处于“良好”性能区间，但性能优势的侧重点存在明显差异。这一对比结果表明，在相似服役年限与腐蚀背景下，维护策略的针对性与结构补强措施的实施，会直接导致老旧船舶结构性能呈现差异化特征，也验证了本文所构建的评估模型能够精准量化并区分不同状态下的船舶结构性能水平。

3 结　语

本文针对老旧船舶腐蚀状态评估中存在的模型适用性不足、指标体系不全面等问题，构建了以船体结构性能为核心的评估模型，并通过实船案例验证了其合理性与工程适用性。该研究不仅完善了老旧船舶腐蚀评估的理论体系，为同类研究提供了可借鉴的量化思路，也为航运企业开展老旧船舶安全评估、维修决策及寿命预测提供了精准的技术支撑，具有重要的理论价值与工程意义。该评估方法可广泛应用于老旧船舶运营管理的多个场景：在船舶年检与入级检验中，可作为结构安全状态的量化判定依据；在维修策略制定时，可通过指标差异定位薄弱环节，指导针对性补强。