复合材料层合板的可靠性优化和鲁棒特征

采用遗传算法分析了存在初始缺陷的复合材料层合板的可靠性优化和鲁棒问题．单元层可靠性分析时,取初始缺陷、强度参数为随机变量,采用一阶矩法和Tsai—Wu准则分析每个单元层的失效概率．系统失效概率的计算基于首层失效假定,把系统看作为单元层的串联结构,系统中任何一个单元层的破坏就看作为系统的失效．在此基础上,对结构的可靠性优化和鲁棒特征进行了研究,分析了对称层合板的层数、可靠度和纤维方向角之间的关系,为结构设计提供参考．     

基于PSO算法的复合材料层合板可靠性优化设计

采用粒子群算法(PSO)分析了存在初始缺陷的复合材料层合板的可靠性优化问题.在层合板结构总厚度一定的情况下,以系统可靠度最大为目标函数,对复合材料的纤维方向角和相对厚度进行优化设计.单层板失效与否应用Tsai-Wu准则判断,采用一次二阶矩法(FORM)计算和评价失效概率.通过具体算例及借鉴遗传算法中的在线性能和离线性能评估准则,对粒子群算法的收敛性能进行评估,结果表明:与遗传算法相比,该方法具有操作简单、计算效率高等特点,对复合材料层合结构的可靠性优化设计十分有效.     

复合材料层合板结构的概率与非概率模型

将非概率模型引入复合材料的可靠性分析,建立了一种包含概率和非概率分析的混合模型．对存在初始缺陷的层合板系统。将初始缺陷等不确定性因素根据所掌握数据的多少分别采用概率和非概率模型来描述,通过Tsai—Wu准则进行强度分析,运用一阶矩方法得到可靠性指标,来评估复合材料层合板系统的可靠性．结果表明,对于那些掌握数据较少,而无法准确描述其分布形式的变量,采用混合模型是一种较好选择．     

具有多种缺陷的船舶结构系统的可靠性分析

本文分析了含有初始变形、焊接残余应力、裂纹和局部凹陷等多种缺陷对板的极限强度的影响,给出了该板单元的可靠性计算和敏度分析的表达式.对含有多种缺陷板单元组成的结构系统,进行了可靠性分析,给出结构系统的失效机理、失效路径和总体可靠性指标的计算方法.推出了含有多种缺陷板元失效后,对残余结构影响的反向节点力计算公式,及系统可靠性指标的敏度表达式.保证了计算精度和可靠性分析的合理性,同时也便于找到影响结构系统可靠性的薄弱板单元.最后通过船舶结构的一个舱段,对比开展了含有多种缺陷与不含缺陷的结构系统的可靠性计算及敏度分析,以说明本文提出方法的有效性.该文提供的方法为结构系统的设计及制定合理的维修和更新策略提供了参考.     

冲击载荷下Ti/CFRP层合板结构的数值模拟分析

为了研究钛合金/碳纤维增强复合材料(Ti/CFRP)层合板结构的抗冲击性能,采用基于三维Hashin准则的VUMAT材料子程序模拟复合材料层合板的损伤失效,采用内聚力单元模拟层合板与钛合金之间的胶层,采用Johnson-Cook本构模型模拟钛合金的塑性变形及失效,建立了Ti/CFRP层合板结构的冲击损伤有限元模型。分别讨论了冲击动能、钛板的厚度及复合材料的铺层角度等因素对层合板结构的抗冲击性能的影响,结果显示增加钛板的厚度可以有效提高层合板结构的抗冲击性能,Ti/CFRP层合板结构承受冲击载荷发生损伤失效时,失效模式以基体失效与拉伸分层失效为主,合理选择铺层角度可以改善复合材料层合板的抗冲击性能。分析结果可为Ti/CFRP层合板结构的设计及工程应用提供参考。     

腐蚀油气管线的可靠性分析

ASME B31G是国际通用的评价腐蚀管线失效应力的标准，考虑到这种方法的保守性，以修正后的B31G模型作为研究腐蚀管线失效应力的基础，考虑管壁厚度、腐蚀速率、工作压力、缺陷深度等随机变量，构建腐蚀油气管线可靠性极限状态函数。然后，采用一次二阶矩法对腐蚀管线进行可靠性分析，得出管线的失效概率、可靠性指标以及剩余使用寿命。此外，为了更加规范的管理腐蚀管线，参照美国石油组织的相关规定，对不同失效概率的管线进行了等级划分。在最后的案例分析中，还讨论失效概率对不同变异系数对的敏感性，计算结果表明失效概率对管壁厚度     

层合板的压剪稳定性及其后屈曲性态研究

采用考虑横向剪切变形的三角形拟协调罚函数单元，研究了复合材料层合板在压 剪载荷作用下的初始屈曲及其后屈曲特性。数值计算表明：该单元具有良好的收敛性 和较高的精度；横向剪切对层合板后屈曲路径的影响是不可忽视的。同时，还讨论了 边界等件、加载方式、剪切力的方向及初始缺陷的影响。     

基于滑移线场理论的概率边坡设计

基于可靠度的最优化设计能有效地处理岩土工程中存在的不确定性,在工程界和学界日益得到重视。然而,传统的基于可靠度的分析方法需要进行多次计算并不断重构计算模型,计算量巨大且难以实施。本文提出了一个基于滑移线场理论的概率边坡优化设计方法。该方法采用了更加高效的拟蒙特卡罗模拟（QMCS）来确定边坡的失效概率,而在每次模拟过程中采用滑移线场理论来分析边坡的稳定性。为了更加高效的确定满足目标失效概率的设计坡角,本文提出了一个简单而有效地二分搜索方法。最后,以一个边坡为例设计了不同目标失效概率的坡角,并验证了所提方法的有效性。结果表明所提方法最多只需36.29 min就能得到满足目标失效概率的坡角。本文提出的边坡概率优化设计方法避免了计算模型的反复重构,计算效率较好,可为基于可靠度边坡设计提供新的可选手段。     

基于系统可靠度的预应力空间网格结构优化

为降低预应力空间网格结构系统优化分析的复杂度,提出一种利用改进的遗传算法进行结构系统可靠度约束下的最小质量优化设计的方法。该方法将系统可靠度作为结构优化控制参数,采用分枝限界法判定系统的主要失效模式,应用PNET法计算系统的可靠度。算例分析表明,该方法得到的最优个体质量相对于最佳矢量型法降低了2．82％。该方法合理有效,具有工程应用价值。     

用一阶二次矩方法进行海洋平台结构系统的疲劳可靠性分析

提出了对海洋平台进行结构系统疲劳可靠性分析的方法，将管节点的疲劳破坏作为整个系统疲劳可靠性模型中的失效单元，用一阶二次矩方法计算失效途径的疲劳失效概率，并应用β－解链法搜寻关键失效途径。在计算整个结构系统的疲劳失效概率时，利用等效线性安全余量的概念建立失效途径的等效失效单元，从而可计及各失效途径之间的相关性。     

Probabilistic Optimum Design of Symmetric Laminates under First-Ply Failure

This paper proposes a procedure for the optimum design of composite laminates with initial imperfection under probabilistic considerations. The initial imperfection, strength parameters and ply-level thickness are considered as random variables. Ply-level failure probability is evaluated by the first order reliability method and system reliability is computed based on the first-ply failure criterion. The optimum design is formulated to consider the laminate thickness as the objective function and reliability requirement as the constraint. A numerical example is presented to demonstrate the methodology proposed.     

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．     

基于弧长法的南瓜型超压气球非线性后屈曲分析

稳定性研究是南瓜型超压气球设计面临的重要课题。针对南瓜球非线性屈曲过程,对含初始缺陷南瓜球的稳定性进行研究。首先,对南瓜球进行特征值屈曲分析,得到前8阶屈曲模态及线性屈曲临界载荷。然后,基于特征值分析的模态构型给出初始缺陷分布,进一步利用非线性有限元中的弧长法分别计算临界缺陷模态和组合缺陷模态下对应的屈曲临界载荷。结果表明,南瓜球对初始缺陷较敏感,缺陷的幅值和分布形式对承压能力和失稳形态均有影响,承压能力随缺陷幅值增大而降低,说明提高南瓜球稳定性需要提高气球的加工精度。同时,对已失稳南瓜球的应力分布进行分析,发现失稳状态下南瓜球高应力区的应力水平远高于相同载荷下未失稳南瓜球的应力水平。可见,失稳现象极大降低了气球的承压能力。     

空间薄壁CFRP豆荚杆悬臂屈曲分析及试验

空间薄壁CFRP豆荚杆工作时处于悬臂状态,为掌握其悬臂受力性能,分别以截面2个对称轴为中性轴对豆荚杆悬臂梁进行末端加载试验,得到了屈曲荷载及屈曲特性.利用ABAQUS进行线性特征值屈曲分析,并引入特征值屈曲模态作为初始几何缺陷进行非线性屈曲模拟,得到豆荚杆悬臂梁屈曲临界载荷及非线性屈曲特性.与试验结果进行对比分析表明:初始几何缺陷对豆荚杆悬臂梁屈曲临界载荷影响显著,给理想豆荚杆植入适当的初始几何缺陷可有效模拟实际豆荚杆屈曲.基于试验和模拟分析,进一步对豆荚杆壁厚、铺层和杆件长细比进行参数分析,得到各参数对豆荚杆悬臂梁屈曲临界载荷的影响,对悬臂薄壁CFRP豆荚杆的设计和应用具有重要参考价值.     

考虑缺陷作用的弹塑性屈曲加筋柱壳设计

对于加筋柱壳等薄壁结构,轴压承载力对不同结构形式表现出不同的缺陷敏感性,寻找低缺陷 敏感度的结构设计形式具有重要的研究意义．首先以分别发生弹性和塑性屈曲的两个直径3 m 的正交加筋柱壳为例,研究了不同幅度双曲母线形状对两者承载力的影响,发现双曲母线外凸和 内凹会分别提高两种加筋柱壳的轴压承载力．然后以特征值屈曲模态和单点凹坑两种缺陷为例 ,对具有不同幅度双曲母线的加筋柱壳开展了缺陷敏感性分析．结果表明,对于两种加筋柱壳结 构均可以通过适当幅度的外凸双曲母线形状降低缺陷敏感性,为提高运载火箭加筋柱壳的可靠 性储备提供了一种易实现的结构方案．     

群布电除尘器钢支承结构的静力稳定承载力研究

应用Ansys通用软件建立整体计算模型,对大型群布电除尘器钢支承结构在最不利工况下的静力承载性能和稳定性能进行了计算和分析.讨论了初始缺陷对结构整体稳定承载力的影响,给出不同初始缺陷下结构的荷载位移曲线及其极限稳定承载力,并与结构的荷载设计值进行了比较与分析.对所讨论的钢支承结构体系的承载性能给出了评价意见并提出改进建...     

圆柱壳在轴力和外压联合作用下的涡形缺陷敏感度

本文基于Kármán-Donnell壳体方程,研究了具有涡形几何缺陷的圆柱壳在轴力和外压共同作用下的后屈曲问题;将双重尺度摄动法和Fourier展开相结合,导得了圆柱壳相应的初始后屈曲系数以及极值载荷与缺陷参数之间的定量关系.文中通过实例计算得到了一系列曲线图谱,描述了一些因素对缺陷敏感度的影响程度.     

体外预应力组合梁负弯矩下的稳定系数

考虑钢梁初始几何缺陷影响和残余应力影响,对体外预应力组合梁进行了有限元非线性稳定分析,计算结果与试验实测值吻合.通过改变截面参数,对25组组合梁在初始几何缺陷、不同残余应力分布和不同综合力比下的承载力进行计算,给出了预应力组合梁的长细比计算公式,与我国现行钢结构规范钢柱稳定曲线进行了比较.研究表明,承受负弯矩作用的体外预应力组合梁可用文中提出的长细比作参数采用钢柱稳定曲线进行计算.