船舶结构概率损伤容限分析

损伤容限设计是一种先进的现代设计思想,为了使这种设计建立在可靠性分析的基础上,根据概率断裂力学理论,分别建立了具有裂纹型初始缺陷结构和受损结构在裂纹扩展中结构疲劳寿命及其可靠性估算的动态模型．在给出了结构设计参数的分布函数后可求得一组与结构初始损伤、结构使用年限和剩余寿命、设计应力等有关的动态可靠性曲线,由此可获得保证一定可靠度的结构的损伤容限,并在设计时选取具有给定可靠度的各种设计参数,或给定设计参数后估计所设计结构的可靠度．     

疲劳裂纹扩展可靠性分析的N-J模型方法

引入参数不确定性概念,采用概率统计方法研究了疲劳裂纹扩展过程中的可靠性问题,建立了以疲劳寿命N和J积分为随机变量的疲劳裂纹扩展可靠性模型,即N-J可靠性分析模型,并用Monte-Carlo法模拟了J积分的分布.与已有可靠性分析模型相比较,N-J模型更适合于描述疲劳裂纹扩展的可靠性问题.     

基于全寿命裂纹扩展模型的钛合金球壳疲劳可靠性分析

针对钛合金材料短裂纹扩展寿命较长的特点,基于Brown-Hobson模型的疲劳全寿命计算模型,给出了钛合金球壳疲劳寿命估算的解决方案.根据不含交叉项的二次响应面法对全寿命模型进行可靠性分析,得出不同参数对其可靠度指标的影响,并将此方法应用于我国正在研制中的4.5 km级载人深潜器的疲劳分析中.根据载荷-循环次数历程对其进行确定性裂纹扩展分析,在此基础上分析了不同参数对结构可靠性的影响.     

基于两参数损伤模型下剪切型结构抗震可靠性分析

利用两参数损伤模型研究了结构抗震可靠性,通过统计地震损伤模型中反应量得到地震烈度概率分布、结构最大延性系数μm及极限延性系数μu的概率分布,建立结构抗震可靠性概率公式,在结构可靠度计算中用Monte Carlo方法模拟计算指定损伤范围内结构可靠度,并给出了实例计算结果.     

仿射空间可靠度分析的理论和方法

针对含有相关随机变量的结构可靠度问题,建立了仿射坐标空间结构可靠度的计算理论,得到了仿射空间中二维、三维乃至多维随机变量情况下可靠度指标的几何意义,证明了传统可靠度和可靠指标的表达式属仿射空间可靠度的特例,并据此推导了随机变量服从一般分布条件下可靠指标的计算格式,避免了相关随机变量正交化分解过程.与随机有限元相结合,分析随机结构的可靠性,通过算例验证了所建立理论方法的正确性,并且具有较高的计算精度和计算效率.     

飞机机轮轮毂结构疲劳可靠性分析

提出了结构疲劳可靠性计算模型。该模型以结构初始疲劳质量的描述为基础,考虑裂纹扩展的随机性,建立了以裂纹长度为判据的结构失效功能函数,并用ＪＣ法和一次二阶矩法计算飞机机轮毂在不同循环次数下的裂纹超过数概率。同时分析了疲劳裂纹扩展的分散性对结构疲劳可靠度的影响,最后,用实物疲劳试验结果对上述方法给出的预测结果进行了验证,验证结果证明该方法是合理的。     

基于裂纹失效区域的分体式刀盘可靠性计算

全断面岩石掘进机(tunnel boring machine,TBM)工作时刀盘表面会产生大量裂纹,针对这种情况提出一套裂纹区域划分法,在此基础上建立可靠度计算模型.首先,根据受力及结构形式的不同划分刀盘易发生裂纹的危险区域,然后运用雨流计数法获取应力幅值.以裂纹疲劳损伤累积为基本变量,创建TBM刀盘裂纹扩展形式的可靠度计算模型.以中天山隧道工程TBM刀盘为例,刀盘易发生裂纹的部位可划分为10个区域.TBM掘进4 km时可靠度的计算结果与实际工程相符.刀座焊接处最易发生疲劳破坏,维修时应采取措施防止其裂纹扩展.     

无干涉铆接搭接结构的多裂纹扩展预测方法

建立了含有广布损伤(MSD)裂纹的无干涉铆接搭接结构三维有限元模型,求解裂纹尖端左右两侧的应力强度因子,并提出了等效应力强度因子的概念。以Paris公式为基础,结合改进的载荷循环叠加方法、塑性区连通准则,并考虑MSD裂纹扩展中的相关性,建立了等幅谱下MSD裂纹扩展预测模型。计算结果与试验结果表明,使用该方法预测的3种开裂模式下的寿命值误差均在7%以内;对搭接结构进行分析不能简化为二维模型;MSD裂纹扩展寿命与结构开裂模式有关,结构中共存的裂纹越多其裂纹扩展寿命越短。     

描述微裂纹成核与扩展的疲劳损伤多尺度模型及其应用

利用多尺度模拟的方法建立了针对疲劳损伤累积过程中微裂纹成核与扩展阶段的疲劳损伤多尺度模型,对模型的有效性进行了实验验证,并将其应用于变幅疲劳载荷下某装甲车传动轴的疲劳寿命评估中.研究结果表明,所提模型能同时预测宏观尺度疲劳损伤与细观尺度微裂纹的成核与扩展率,利用该模型所预测的宏观疲劳损伤值与实验所测值相符.该模型既能合理地描述宏观尺度下不同应力水平的疲劳损伤演化过程,又能综合反映细观尺度下微裂纹的成核与扩展行为.利用这种多尺度疲劳损伤模型可以预测结构在疲劳微裂纹成核与扩展阶段所消耗的疲劳寿命,为各类结构疲劳损伤累积过程评估和准确进行寿命预测提供了一种新途径.     

考虑应力梯度及附加强化的多轴疲劳寿命预测

以多轴缺口件为研究对象,考虑应力梯度和非比例附加强化对疲劳寿命的影响,建立一种适用于多轴缺口件的疲劳寿命预估模型.首先,以最大剪切应变幅作为损伤参量,借助坐标变换原理确定临界面位置,研究了裂纹萌生和扩展的物理机制;其次,利用有限元方法获得临界面上非均匀应力场,提取特定路径上的应力分布并进行归一化处理,给出多轴加载时的等效应力梯度因子;最后,考虑相位差的影响提出一种新的非比例附加强化因子,基于Manson-Coffin方程提出了一种多轴疲劳寿命预测方法.将本文模型、Smith-Watson-Toper(SWT)模型和Manson-Coffin方程的计算结果与实验寿命进行对比,结果表明本文方法的预测精度高于SWT模型和MansonCoffin方程.     

基于剩余强度的箱形梁类焊接结构可靠性分析

根据概率损伤容限分析及可靠性理论，提出了一种基于剩余强度的箱形梁类的焊接结构可靠性分析方法，给出该类结构疲劳裂纹随机扩展过程中较普适的a—ac干涉模型和结构疲劳可靠性表达式。在给定与疲劳寿命有关的各参数条件下求得动态可靠性曲线，从而在箱形梁类的焊接结构设计中，很方便地根据可靠性要求确定或选择设计参数以及设备在使用过程中按周期检查和维修。     

结构疲劳寿命可靠性的计算机模拟

以计算机模拟了结构疲劳破坏的全过程，并据此计算了疲劳可靠性寿命。在损伤 阶段用实测数据处理得到的 Ｈｕｓｔｏｎ－Ｓｋｏｐｉｎｓｋｉ曲线模拟实测的随机应力，并采用 Ｍｉｎｅｒ线性累积损伤理论模拟真实损伤过程。在裂纹扩展阶段，采用 Ｐａｒｉｓ公式模 拟在随机应力下裂纹扩展。对模拟结果用概率论方法处理得到了结构的疲劳可靠性 寿命。     

基于JC方法计算构件疲劳断裂的可靠性

实际结构疫劳裂的可靠性分析,由于受到各种不确定因素的影响,难以得到各状态变量的概率分布形式,因此无法采用传统的可靠性理论计算其可靠度及失效概念。该文通过采用验算点方法并用实例说明,在工程实际中,能够同时考虑载荷、等非正态随机变量对疲劳裂纹扩展的影响,并能够在已知各状态变量的情况下,方便地计算可靠性指标与失效的概率值。该方法对研究实际结构的疲劳断裂破坏的可靠性及疲劳寿命具有较好的实用性。     

随机谱载荷下无人机机翼外挂物悬挂挂架的损伤容限分析

机翼外挂物悬挂挂架结构的损伤容限分析是确保结构安全、实现预期目标任务的重要内容,目前针对无人机机翼外挂物悬挂挂架的损伤容限分析及研究较少.以大展弦比无人机机翼组合探头挂架为例,进行了机翼外挂物悬挂挂架损伤容限分析.根据机翼组合探头挂架的结构设计特征,建立了挂架的有限元分析模型,通过疲劳载荷工况应力分析确定了疲劳危险点,采用随机编谱方式,获得了分析部位的损伤容限载荷谱.基于断裂力学,采用Runge-Kutta方法来估算裂纹扩展行为,得到了分析部位的裂纹扩展曲线,获得了裂纹扩展特性.分析结果表明,该挂架的分析部位的裂纹扩展寿命为11 615 250次飞行起落,满足预期的剩余强度值设计要求,可根据裂纹扩展寿命制定检查间隔.     

全风向来流非高斯风场风机疲劳寿命可靠性分析

在Hermite矩模型基础上,根据Kaimal谱生成某典型风机结构正常风速条件下,三种不同概率特性风场(高斯、非高斯硬化和软化),在考虑来流风向和平均风速联合概率密度条件下,以塔架基础连接处为例,对风机进行疲劳寿命可靠性分析.由叶片的气动模型和多体动力,计算出风机的动力响应,并对响应的时域和频域特性进行分析.基于线性损伤累积理论和Paris公式,对来流全风向条件下的裂纹形成寿命和裂纹扩展寿命进行了详细讨论.结果表明,裂纹形成寿命对风荷载的非高斯性较为敏感,而裂纹扩展寿命对风荷载的非高斯性并不敏感,需要考虑风荷载的非高斯性对风机结构疲劳损伤的影响.此外,在考虑全风向来流条件下,疲劳裂纹形成和扩展阶段的失效位置相同,均在主导风向上.     

Study on the Propagation of Interface Crack of Young Concrete Lining and Rock Under Blasting Load

In the construction of water conservancy and hydropower project, young concrete lining structure is often affected by blasting load. Young concrete has a lot of micro-fractures with random distribution, which are easier to propagate and connect under blasting load. This paper focuses on the calculation on dynamic stress intensity factors of bond interface crack of concrete-rock according to concrete age. Result shows that different incidence angles of stress wave lead to different crack propagation mechanisms. Under the normal incidence of impact load, the bonding interface crack propagation of the concrete lining is mainly caused by reflection tensile stress, which forms from the free surface. With horizontal incidence of stress wave, the bond interface crack propagation of concrete lining is affected by concrete age. With the increase of concrete age, the elasticity modulus margin between concrete and rock decreases gradually, and the crack propagation form changes from shear failure to tensile damage.     

焊接结构系统的疲劳可靠性分析

针对工程中常见的焊接结构,建立了一套完整的系统疲劳可靠性评价方法,包括主要失效模式识别,综合失效概率计算.提出了实现结构失效状态转移的间隙元法,在失效的节点间建立间隙元,用接触有限元模拟焊缝开裂面的受力状态,判断起裂源数量和开裂方向.考虑结构的疲劳损伤累积,运用全局疲劳寿命分枝约界法进行结构失效路径搜寻,用点估计法和区间估计法计算结构系统的失效概率.对100 t-22 m龙门起重机主梁焊接结构进行了分析,找出8条主要失效裂纹,并计算了系统的失效概率.     

基于Liouville方程的管节点疲劳寿命可靠度预测方法

通过建立Liouville概率密度演化方程来求解疲劳裂纹扩展尺寸的概率密度函数,以预测海洋平台管节点疲劳寿命的可靠度.通过频域与时域计算相结合的方式分析交变应力的随机过程统计特性,采用基于标准正交基的随机过程展开法,将结构交变应力的随机过程分解为确定时间函数与独立随机变量系的线性组合形式,将裂纹扩展速率方程变换为第一类随机微分方程,从而建立了Liouville概率密度演化方程,并运用数值方法对其求解.同时,通过算例验证了该方法的有效性.结果表明,所提出的方法与Monte-Carlo模拟方法的计算结果较吻合.     

钢筋砼框架结构的可靠性优化设计研究

提出了一种融结构可靠性分析与结构优化设计于一体的钢筋砼框架结构的可靠性优化设计方法。利用优化技术对传统的概率网络估算技术（PNET）进行改进,通过考虑代表机构之间的相关性,使寻找代表机构和计算结构体系失效概率的方法得到了简化。在分部优化策略的基础上,导出了钢筋砼梁、柱结构可靠性的约束公式,建立了钢筋砼框架结构基于可靠性优化设计的。设计计算结果表明,这种方法实现了结构设计的安全性和经济性的平衡,不仅适用于钢筋砼框架结构,而且还可用于其他钢筋砼结构。