结构失效演化与极限承载力分析的无路径依赖性方法

为了合理分析结构的失效演化过程与极限承载力,结合齐次广义屈服准则、高效弹性模量调整策略以及失效元和失效模式的识别准则,提出了一种无路径依赖性的分析方法——弹性模量缩减法(EMRM).该方法利用齐次广义屈服准则来判断构件截面是否进入塑性状态,通过批量调整高承载单元的弹性模量来模拟结构的损伤演化,根据塑性极限状态时的弹性模量缩减幅度识别失效元和失效模式.结果表明,该方法只需建立杆系单元尺度的模型,可以考虑组合内力的影响,具有较高的计算效率和精度,克服了传统弹塑性分析方法在失效判别准则、损伤演化模拟、失效模式识别以及极限承载力分析等方面存在的缺陷.     

基于弹性模量缩减法研究结构体系可靠度

针对现有体系可靠度理论的两大难点,基于塑性极限分析理论研究建立了体系可靠度分析的弹性模量缩减法:首先以单元的可靠指标为控制参数,定义结构的可靠指标均匀度和基准可靠指标,并建立新型的弹性模量调整策略;进而通过系统地缩减各单元的弹性模量,以模拟结构的可靠指标重分布和失效状态转移,通过一系列弹性有限元迭代分析确定结构体系的失效概率.该方法从根本上回避了现有体系可靠度理论的两大难点,避免了繁琐的失效模式分析和多模式联合失效概率的相关性分析.算例分析表明,该方法不仅适用于静定结构,而且适用于超静定结构,计算格式简单,计算精度较高.     

基于贝叶斯理论的大坝体系可靠度计算方法

提出了大坝体系可靠度的改进计算方法.首先,通过响应面法拟合极限状态函数,进而通过JC法求出大坝单元的失效概率.然后,通过设定失效模式,以复合极限状态函数为准则,搜索出相应的失效路径;基于贝叶斯公式和Cauchy-Schwarz不等式,通过推导得出大坝以某种失效模式失效时的失效概率的上限,从而得出大坝整个体系的可靠度.最...     

基于随机有限元法大跨度斜拉桥体系可靠度分析

大跨度斜拉桥由于存在众多不同的失效模式,导致其体系可靠度分析比较困难。但在众多失效模式中,仅有主要的失效模式对整个结构系统的失效概率起决定性作用。β约界法是体系可靠度分析中一种简单而精确的用于搜索主要失效模拟的方法。在β约界法搜索失效模式的过程中,需计算各个单元的可靠度指标。基于有限元的可靠度分析方法是一种高效和精确的可靠度计算方法,用该法研究了一座大跨度斜拉桥的体系可靠度问题。分析结果表明索的失效在整个斜拉桥的失效中起关键作用。     

平面圆管结构极限上限分析的弹性模量缩减法

为采用梁单元高效准确求解平面圆管结构极限承载力,提出了相应的极限上限分析的弹性模量缩减法。首先利用齐次广义屈服函数定义结构的单元承载比,然后结合弹性模量缩减过程获得逼近结构塑性极限状态的失效模式,同时,基于平截面假设推导了平面圆管截面的弹性应变能与塑性耗散功的计算公式,进而在结构失效模式上构造出平面圆管结构极限上限荷载的迭代计算方法。算例分析表明,平面圆管结构极限上限分析的弹性模量缩减法具有良好的计算精度和效率,其与EPIA误差在7%以内,迭代次数较EPIA减少一半以上,解决了由于梁单元截面各处的等效应变和应力不相同而导致的上限荷载乘子不能直接运用的问题。研究结果可为平面圆管结构的极限分析和安全评估提供参考。     

桁架结构极限承载力分析的弹性模量缩减法

为提高桁架结构极限承载力分析的计算效率和精度,建立了一种基于基准体的弹性模量缩减法.在弹性模量缩减法基础上引入了代表失效模式的基准体概念,提出了以单元承载比大小为依据的基准体失效排序策略,并考虑桁架整体破坏和局部破坏极限状态时的失效模式特性,提出了基准体失效构件选取原则,建立了桁架基准体的识别方法;同时根据功能互等原理推导了用轴力表达的极限承载力计算方法,进而考虑基准体的影响,建立了桁架结构极限承载力分析的弹性模量缩减法.算例分析表明,本文方法具有良好的计算精度和效率.     

工字型截面齐次广义屈服函数与薄壁结构极限承载力

基于传统广义屈服函数的弹性模量缩减法应用于薄壁结构极限承载力分析时,往往出现计算结果不稳定、精度较低等问题.为此通过理论分析探索了问题的根源,研究建立了工字型截面的齐次广义屈服函数,提出了回归分析的配点遴选原则,通过误差分析确定了齐次多项式的幂次数;根据工字型截面齐次广义屈服函数定义了薄壁构件的单元承载比,利用单元承载比特征分布参数定义了承载比均匀度和基准承载比,为薄壁结构高承载单元的判别提供了动态判据,进而依据变形能守恒原则建立了自适应弹性模量调整策略,建立了工字型薄壁结构极限承载力分析的弹性模量缩减法.算例分析表明,本文方法能准确考虑组合内力对工字型薄壁结构极限承载力的综合影响,得到具有良好稳定性和计算精度的结果.     

在役梁式桥可靠度评估

针对在役梁式桥的可靠度进行评估,建立了桥梁系统可靠度计算的串并联计算模型.基于ADINA有限元软件建立考虑梁式桥桥梁检测损伤的有限元模型.根据桥梁受力特点建立了桥梁体系失效模型和失效路径的分析方法,进行了失效模型分析.利用评估载荷的极大值和抗力衰减的概率计算模型求得系统的时变可靠度并对可靠度进行评估.结果表明:改进的在役桥梁可靠度评估模型其评估结果与实际的桥梁检测结果相一致.     

三维结构失效模式间相关性的研究

采用失效边界的等效线性化模型，基于三维随机有限元，对三维结构失效模式间相关性问题进行了研究。计算过程中，单元失效事件交集概率的计算采用逐步等效线性Ｊｏｈｎｓｏｎ求交法。在考虑失效模式间相关性时，计算了某一典型重力坝的体系可靠度。     

考虑材料应变硬化的结构极限分析的弹性模量缩减法

基于应变能等效原则求解了考虑材料应变硬化的等效屈服强度,建立了双线性、幂强化和Ramberg-Osgood材料的等效弹塑性模型,定义了基于等效屈服强度的单元承载比,给出了动态识别高承载单元的基准承载比,利用变形能守恒原则确定了高承载单元的弹性模量缩减策略,进而建立了考虑材料应变硬化结构极限分析的弹性模量缩减法,解除了弹性模量调整法受理想弹塑性材料本构关系的限制,可应用于考虑材料应变硬化的结构承载力设计与安全评估中.     

基于随机响应面法和弹性模量缩减法的结构可靠度分析

结合随机响应面法和弹性模量缩减法,提出了一种基于随机极限承载能力的结构可靠度分析方法.首先根据极限分析理论和广义屈服准则,建立了确定性极限承载能力分析的弹性模量缩减法;然后基于逐步回归分析和线性无关原则,提出了结构随机响应分析的新型随机响应面法;最后结合弹性模量缩减法和随机响应面法确定了随机极限承载能力的展开式,进而提出了基于随机极限承载能力的可靠度分析方法.算例分析表明,该方法直接建立随机极限承载能力和结构功能函数的展开式,在结构可靠度分析中具有较高的计算精度和效率.     

一种混凝土桥梁时变体系可靠度分析方法

提出一种基于有限单元法和Monte-Carlo模拟相结合的劣化环境作用时混凝土桥梁时变体系可靠度分析方法,明确并解决结构性能演变模拟和体系可靠度分析中的一些关键问题.根据已有研究成果中给出的基于有限元的分析方法利用FORTRAN 95编写分析程序——混凝土桥梁耐久性分析系统CBDAS来进行结构性能演变过程;提出一种基于结构超静定次数的体系失效模式确定方法,并利用MATLAB编写了分析程序SRMCS来计算结构的体系可靠度.结合结构性能演变模拟和体系可靠度分析给出混凝土桥梁时变体系可靠度的计算方法.最后,利用3个算例分别演示了程序CBDAS,SRMCS以及两者相结合时的分析功能.     

基于综合分析法的大跨径斜拉桥可靠性分析

鉴于目前复杂桥梁结构可靠性分析方法的局限性,提出一种新的可靠性综合分析方法。在随机有限元法的基础上,结合了几种常用可靠度计算方法的优点,能较方便得出复杂结构极限状态方程的概率分布及数值特征,进而求得相应的结构可靠度指标及失效概率,可为复杂桥梁结构的可靠性分析提供新的思路。以某大跨径斜拉桥为研究对象,采用ANSYS程序建立随机有限元模型,将结构材料特性、荷载及材料强度等参数模拟成随机变量,采用综合分析法对大桥进行可靠性分析。研究结果表明:在承载能力极限状态下,大桥斜拉索最低可靠度指标为5.89,桥塔的可靠度指标为6.37,主梁最低可靠度指标为5.29,均高于规范容许值4.7,相应最大失效概率为1.01×10-8。正常使用极限状态下,大桥跨中挠度可靠度指标高达3.43,也高于容许值,失效概率仅为3.02×10-4。表明大桥在两种极限状态下均具有较高的可靠性。     

利用形式化方法的机电系统概率失效模式及影响分析

针对传统的失效模式及影响分析中依靠领域专家分析判断系统单元失效与系统故障之间的关系,分析烦琐、容易出错且难以计算故障概率的问题,将形式化技术引入机电系统失效模式及影响分析中,提出了基于概率模型检测的机电系统概率失效模式及影响分析方法。基于机电系统中的状态变迁,研究了机电系统行为过程的随机模型及其形式化表达,建立了面向概率失效模式及影响分析的系统形式化随机模型;基于连续随机逻辑对系统的潜在故障进行了形式化规约,构建了潜在故障的概率形式化规约表达式;利用概率模型检测器对系统的随机模型和潜在故障进行形式化验证,从而辨识单元失效与系统潜在故障之间的关系,并自动计算单元失效所导致的系统故障概率,提高了失效模式与影响分析的准确性和效率。该方法不仅可以借助概率模型检测迅速准确地识别单元失效与系统潜在故障之间的因果关系,还可以自动计算系统故障概率。将该方法应用于数控机床进给系统,成功辨识出了限位开关失效所导致的系统故障并计算出了故障概率,从而验证了方法的可行性。     

盐岩地下储库运行期失效概率分析

基于响应面法,以有限元为基础,将极限状态曲面近似表示为随机变量的显式,结合蒙特卡罗方法提高失效概率的计算效率;储库整体属于串并联结构体系,根据失效准则确定失效概率最大的单元,以此为基础确定系统的失效模式,计算体系失效概率及可靠度。以金坛盐岩地下储气库为例,计算结果表明腔体中部失效概率随储气内压增大逐渐减小,内压达到一定数值时失效概率又逐渐增大;腔体上部及下部失效概率随内压增大逐渐增大。运行条件下,储库失效主要为内压较大时上部及下部结构的剪切失效。因此,运行过程中应对储气内压严格控制。     

在役多梁式RC简支梁桥的体系时变可靠度评估方法

为科学评价在役多梁式简支梁、板桥的结构性能,针对其体系承载的冗余性、体系失效的随机性与时变性、及体系时变的随机性,对多梁式钢筋混凝土(RC)简支桥开展体系时变可靠度评估模型研究。通过事故调查与概念分析,系统研究其失效模式和失效机制的特点和属性;针对多梁弯曲失效模式,提出一套定量分析方法和指标,建立在役多梁式钢筋混凝土简支桥的失效模式。根据简支桥的承载特点,建立考虑多重失效机制的失效模式分析模型;根据多梁式体系的承载传力特点,推导横向联系不同状态时,体系的失效概率表达;基于全概率公式,建立多重失效机制条件下,在役多梁式RC简支桥的体系时变可靠度评估模型;提出不同失效模式的贡献率指标,并提出多梁弯曲失效模式的定量分析指标与方法,分析其主要影响因素。以标准通用板梁桥为例,通过算例分析对提出的方法进行验证。研究结果表明:最不利构件评估和传统的体系评估模型未能全面考察结构的传力机制和各构件相互的作用及其变化,可能对结构安全性做出保守或危险的误判;提出的模型可从体系层次准确地反映结构承载性能可靠性退化规律,既可考虑体系失效的随机性和时变性,又可表现出横向连接的退化对结构体系改变的随机性,更加合理地反映了寿命周期内梁桥体系的安全可靠性。     

大跨度斜拉桥结构系统可靠度评估

为实现桥梁结构系统可靠度的快速评估,将响应面法、有限元法、β约界法和条件概率乘积算法等方法各自优点相结合,提出了1种计算结构系统可靠度的近似方法.该近似方法采用响应面法和有限元法构造结构单元的极限状态方程,并计算可靠指标;采用β约界法和条件概率乘积算法建立结构系统,并计算失效概率.应用计算结构系统可靠度的近似方法进行了...     

木塑框架结构的可靠性分析

为了分析单跨双层木塑框架结构在实际应用中的可靠性,确定其塑性铰的位置和个数,利用了失效树法确定主要失效机构,根据虚位移理论确定它们的功能函数,分别计算8个主要失效机构的可靠性指标及失效概率.运用相关性分析法确定了该结构体系失效的代表机构,通过概率性网络评价技术计算其失效概率和可靠度,该单跨双层木塑框架结构的可靠度为91%.     

软弱岩层中隧道结构体系的可靠度

探讨了软弱岩层中钢筋混凝土隧道结构的单截面失效模式和整体失效模式 ,对受拉和受压这 2类失效模式分别给出了极限状态方程 ,进而以条件概率和数值分析方法为基础 ,建立了体系可靠度计算的点估计法 ;结合隧道结构的设计计算 ,给出了相应的算例     

复杂井况下油井套管柱的系统可靠性计算

考虑到套管几何尺寸和力学性能参数的随机性,采用Monte-Carlo方法模拟得到套管强度的随机分布规律.建立套管柱8种不同失效形式的极限状态方程,给出套管强度和载荷均为正态分布时的可靠度计算公式.依据套管柱沿井深方向上的结构、强度及载倚差异将其离散为多个基本单元,利用可靠度计算公式对套管柱基本单元与整体的可靠度进行定量计算,分析不同井深下套管柱的可靠性影响冈素和主要失效形式的发生概率.结果表明,影响套管可靠度的主要因素是套管抗挤强度和外挤载荷,套管失效形式以挤毁为主.