同时考虑结构系统强度和疲劳的可靠性分析

在以往的结构可靠性分析过程中,结构系统的静载和疲劳载荷失效情况大多是分别考虑的,这与许多实际工程结构(如船舶等结构)是不相符的.根据疲劳载荷造成的疲劳累积损伤对结构极限承载力的影响情况,研究了结构承载能力的可靠度计算方法.以结构累积损伤和结构初始抗力的形式给出了一个综合结构抗力变化历程的等效抗力,讨论了结构系统在静载和疲劳载荷作用下的两种失效模式,并考虑了二者之间的相关性对结构系统可靠性的影响;用改进的分枝限界法寻找主要失效模式,并用二阶矩方法计算各失效模式的可靠性指标;然后用PNET法计算结构系统可靠性.算例表明,虽然分别考虑静载或疲劳载荷作用下的结构系统可靠性较高,但综合考虑两种失效状态时,结构系统可靠性却较低.即疲劳累积损伤会降低结构的极限承载能力可靠性.因此,对结构系统同时考虑强度和疲劳的可靠性分析是必要,是符合工程实际的.     

桥梁静动载荷载试验研究

通过静载试验测量结构受力部位的挠度、位移和应力变化;通过动载试验,掌握桥梁结构的动力特性,了解桥梁对动载激励的总体反应,判断桥梁的总体结构刚度和内在力学特性,为桥梁的安全使用提供依据;通过静、动载试验研究和理论计算分析,评定桥跨结构实际承载能力,工程的可靠性,以及在实际使用荷载下的工作性能;为桥梁的使用、维修和管理提供依据。     

基于桥梁结构动力特性的静力性能预测

桥梁荷载试验法是对桥梁结构工作状态进行直接测试的一种检定手段,通过动、静荷载试验测试出桥梁结构的各种动、静载响应,评定桥梁实际承载能力和受力性能,是评价桥梁性能最可靠的一种方法。基于环境振动的动载试验具有无须贵重的激励设备,不打断结构的正常使用,方便省时,只需测定响应数据等优点,已经广泛的应用于桥梁结构检测之中。静载试验通常所需要的周期长、费用大、评定结果稳定可靠,而动载试验相对来讲周期短,费用较小,并且对于多跨桥梁可以评价整桥的结构性能,各有优缺点。本文基于环境振动试验测试桥梁在动载作用下的响应,得到桥梁的频率、阻尼和振型等模态参数,将桥梁结构的模态参数和静载试验结果相互联系起来,用结构的模态参数来预测结构的承载能力,对结构的可靠性进行评估,从而可以减少结构荷载试验的费用。     

基于应力概率分布的管道可靠性分析方法研究

管道是工程结构中非常重要的结构之一,研究管道的可靠性具有重要的理论意义与应用价值。工程结构受本身材料,几何尺寸以及加载等不确定因素的影响,在实际工作中可能会因强度不够而失效。可靠性方法是研究这些因素对结构强度影响的有效手段之一。可靠度则从强度层面表征了结构在诸多不确定因素的影响下能够正常工作的能力。通过对管道在内压作用下的应力分析,得出了管道的可靠度,基于应力概率分布给出了一种模拟管道可靠性的有效的方法。以管道的内径、外径、压力载荷等参数为随机输入变量,选用蒙特卡罗方法对管道的可靠性进行分析,得出了应力的概率分布特征,以及这些随机参数对管道可靠度的影响程度。     

静载和疲劳荷载共同作用下结构可靠性优化设计

通过对静载和疲劳载荷共同作用下结构系统的可靠性分析,得到了结构系统可靠性指标的计算式,并将可靠性指标作为约束函数建立优化模型,对结构的重量进行优化.采用改进的遗传算法进行结构优化设计,通过对编码方式和遗传算子的改进,使收敛性能大大改善,提高了局部搜索能力.算例表明,改进的遗传算法是一种解决静载和疲劳荷载共同作用的高效结构优化方法.     

岩煤结构静动组合加载试验系统研制及应用

为明确煤层应力集中、顶板断裂和断层滑移等诱冲条件下岩煤组合结构体破坏失稳机制，自主研制了岩煤结构静动组合加载多参量试验系统，实现了多尺度岩煤组合结构两向静-动组合荷载的独立施加，动载施加间隔可达0～2 000 ms,实现了深部矿山多种动力扰动条件的模拟.同时该系统可搭载数字散斑监测系统、声发射-电荷信号监测系统，实现了岩煤结构失稳过程表面应变场、位移场和破坏失稳前兆信息监测，最后应用该系统开展了静载、侧向动载和两向动载条件下含弱面岩煤结构体滑移失稳试验.试验结果表明：静载条件下岩煤组合结构破坏表现出明显的分区破坏形式，破坏失稳时间为0.28 s,侧向动载条件下岩煤组合结构表现为整体倾出的失稳模式，破坏失稳时间缩短至0.001 s,两向动载冲击后岩煤组合结构先保持了5 s的稳定阶段，随后煤层整体倾出.荷载条件是影响岩煤结构体力学行为的重要力源因素，试验结果验证了系统的可靠性.     

静态与瞬态应力同时作用下梁的实验分析(摘要)

在结构物应力分析中,梁或杆的静力分析已很完善,受到冲击、爆破或地震等动载作用的情况也有较多研究,从现有资料看,这两类研究都只单独考虑静载或纯动载作用。实际工程中,许多结构物都是在承受自重等形成的较高静应力基础上,再承受诸如地震、爆破、冲击等的瞬态应力作用,这种情况在地下工程结构物,地下岩体开采中更为明显。静载与瞬变载荷同时作用下,结构物的应力分析是一个动态过程,而且涉及到介质动态响应特性、材料参数(E、v、fσ等)、及应力波在初应力介质中的传播特性等一系列较为复杂的问题,本文采用动态光弹性技术,成功地完成了静载与动载(冲击、爆破)的同时施加,讨论了梁杆等构件在混合载荷作用下的应力分布情况、应力波在初应力介质中的传播特性。     

在静载和疲劳载荷作用下结构系统失效机理与可靠性分析

在结构系统使用过程中,将可能出现多种失效形式,例如静载失效或疲劳失效.根据疲劳载荷造成的累积损伤对结构极限应力的影响,给出了结构构件在基于累积损伤下的构件剩余抗力的表达式,分析了结构系统中每一个单元在静载和疲劳载荷作用下的失效形式,并考虑了该两失效模式之间的相关性对该单元可靠性的影响,具体分析了结构系统在静载和疲劳载荷作用下的失效机理,给出了在静载和疲劳载荷作用下结构系统的可靠性分析方法.数值算例表明,在不同的使用年限内,静载和疲劳载荷对结构系统可靠性的影响是不同的.在结构系统主要失效路径中,既有单元静强度失效又有单元疲劳失效,这是符合结构系统使用真实情况的.     

随机激励下随机参数超空泡结构的动力可靠度

针对具有随机参数的超空泡结构在随机激励下的动力可靠性问题,使用八节点超参数壳单元对超空泡航行体建模,将超空泡尾部受到的冲击载荷及滑行力简化成2个存在某一相位差的平稳随机过程,利用虚拟激励法将双随机问题精确地转化为单随机问题.应用Newmark法结合虚拟激励摄动法计算出随机结构的应力响应,进而求出随机参数超空泡结构动力可靠性所需的全部数字特征.由首次超越破坏准则的动力可靠度公式,求出随机参数超空泡结构动力可靠度的均值和方差的计算公式,解决了具有随机参数超空泡结构的动力可靠性问题.通过算例与Monte Carlo方法结果的比较,验证文中方法的可行性和有效性.     

考虑参数—激励复合随机的渡槽结构非线性地震响应与抗震可靠性分析

地震灾害对渡槽结构的破坏受多种因素的影响和制约,混凝土力学参数的随机性和地震激励的随机性为两种较为重要的影响因素,会对渡槽结构的破坏模式产生显著影响。进行混凝土力学参数和地震激励两种随机性耦合作用下的渡槽结构随机动力响应分析,以某大型渡槽结构为例,提出考虑参数—激励复合随机的渡槽结构抗震可靠性分析方法。基于概率密度演化理论,该方法阐明了渡槽结构在复合随机作用下可靠性分析的基本原理和应用途径。与单一地震随机作用的比较研究发现,复合随机作用下渡槽结构的位移响应明显加剧,且位移响应产生的残余变形和位移的变异性较大;随着阈值的减小,渡槽结构在复合随机作用下的可靠度与单一随机地震作用下的可靠度之间的差距呈不断增大趋势,且渡槽结构在两种工况下的可靠度均不断减小。     

剩余强度衰减的混凝土结构疲劳可靠性分析

混凝土结构疲劳破坏是实际工程中主要存在的一个问题,它的疲劳破坏机理比静力承载能力的破坏机理复杂,而且影响因素较多,大量实验数据显示,混凝土结构的疲劳强度是随机的,需运用概率理论和可靠度理论相结合对其进行分析。本文基于随机有限元法,利用ANSYS有限元分析软件,以混凝土重力坝在低周地震荷载工况为例建立三维有限元模型,进行随机疲劳可靠度分析,计算结果表明:采用剩余强度衰减模型进行疲劳可靠性分析在工程结构抗疲劳设计中具有适用性。     

一般大气环境下已有结构的动态可靠度

针对我国现行建筑结构设计规范中静态可靠度分析模型的缺陷，考虑了服役结构荷载及抗力分布统计特征不同于拟建结构的固有特点，建立了全随机时变可靠性评估模型．为弥补以往仅仅局限于单因素作用下可靠性分析的不足，建立了混凝土损伤和钢筋损伤等多因素影响机制下的全随机动态可靠度分析模型，并求得动态可靠指标。给出了一般大气环境下钢筋混凝土结构在服役期内截面尺寸、抗力水平以及可靠指标的时变规律，算例验证了该方法的正确性。     

钢筋混凝土结构随机时变抗力及其可靠度分析

本文基于随机时变钢筋混凝土结构的变化规律,以及相应的随机时变抗力模型及其计算方法,建立了随机时变钢筋混凝土结构的静力可靠度理论与计算方法。为了处理时变荷载与时变抗力的可靠度问题,提出了随机时变钢筋混凝土结构的时变超越率的计算法,以及随机时变界限法。     

随机参数压电桁架结构的稳定可靠性分析

在有限元分析方法基础上,基于稳定特征方程对随机参数压电桁架结构进行稳定可靠性分析.综合考虑电荷载和机械荷载联合作用的机电耦合效应,以杆元的物理参数和外荷载系数为随机变量,给出了压电桁架结构失稳的安全余量的表达形式和临界荷载系数对变量求导的方法.在此基础引入随机有限元法,对压电桁架结构进行结构稳定可靠性分析.最后由算例分析了机电耦合效应压对稳定可靠性指标的影响,分析表明考虑压电材料的机电耦合效应和利用外加电压可以提高结构系统的可靠性指标.该方法对含压电材料桁架在工程实际的稳定可靠性分析提供了一个较好的方法.     

随机弹性杆在随机瞬态温度场下的热响应分析

研究弹性杆在其物理参数、温度场同时具有随机性时的热响应。利用隐式差分法求解随机瞬态温度场,结合Monte-Carlo模拟法得到各时间节点处结构温度场分布的数字特征。利用随机因子的有限元法推导出在各时间节点处结构位移和单元应力响应的均值和方差计算表达式,其中加入了随机机械载荷的影响。通过悬臂杆的算例,得到结构各节点位移响应及单元应力响应在瞬态变温阶段内均值和均方差的变化规律;并考察了在随机力载荷和随机热载荷共同作用下,各随机参数的分散性对响应分散性的影响。     

基于雨流计数变程的疲劳可靠性仿真研究

为评估单个构件在随机载荷作用下的疲劳可靠性,基于应力时间历程的雨流计数变程利用应力-强度干涉理论和Dirlik雨流计数变程的概率密度表达式,假设疲劳极限服从正态分布,得出结构具有无限寿命的可靠度.利用Miner损伤累积理论,假设疲劳寿命服从对数正态分布,考虑Dirlik表达式的参数和损伤累积临界失效值的分散性,假设其服从正态分布,使用Monte-Carlo模拟法获得结构有限寿命下的可靠度.结果显示,虽然应力时间历程的最大范围值大于结构的疲劳极限,但是当其大部分应力小于疲劳极限时,结构仍具有较高的无限寿命可靠度;而有限寿命下的可靠度显示,尽管单个应力时间历程下结构具有较高的无限寿命可靠度,但是经过多次循环后其不发生疲劳失效的可靠度将逐渐降低.     

等效随机静风荷载的模型及其参数确定

本文首先考虑脉动风力的随机过程性，确定了脉动风力作用下结构随机风振效应的最大惯性力，导出了随机风振系数的概率分布函数；在此基础上，同时考虑平均风力的随机性、脉动风力的随机过程性及其对结构的随机动力效应，提出了等效随机静风荷载的模型、合理地假定了相应的概率分布函数并确定了与荷载设计标准对应的分布参数，从而为结构抗风可靠性分析提供了方便、实用的风荷载模型．     

Dynamic Shafting Alignment Algorithms Considering Sensitivity Analysis and Its Application

A method for dynamic alignment calculation of a large turbogenerator shafting is proposed. The method can analyze bearing load and bearing load sensitivity. Shafting alignment is made up of two parts:static alignment and dynamic alignment. Static alignment forms the basis of dynamic alignment, its mathematical model is deduced by transfer matrix method, the shafting static characteristic parameters under specific alignment installation requirements were obtained afterwards. Based on superposition method, bearing sensitivity analysis is performed to find the impact of slight bearing elevation change of the static alignment result. Above static alignment, dynamic shafting alignment considers the internal geometry of bearing under rotating state, static Reynolds equation is solved by the finite difference method and the relative position relationship of the center of journal and bearing are obtained. For static characteristic parameters calculated by static alignment and bearing sensitivity analysis, the calculation accuracy is verified by finite element software. The alignment model and codes in this paper can be a tool for the installation and safety analysis of large-scale shafting with three-point or four-point supports.     

基于极差理论的基桩承载力可靠性分析

由于经济和工期原因,基桩的静载荷试验数据往往很少,并且数据的离散性很大,大大增加了承载力可靠度分析的难度。本文利用数理统计中的极差理论,根据静载试验结果,计算出总体样本的均值和方差。并利用一次二阶矩法,给出了基桩竖向承载力服从对数正态分布时的可靠度计算方法。最后,根据国内外相关规范和文献资料,选取目标可靠度指标3.2作为基桩承载力的目标可靠度指标,以此衡量桩基的质量是否满足工程需要。算例分析表明,该方法的计算精度满足工程需要,可为桩基设计人员根据实测结果确定设计值提供参考,同时也为相关规范的修订提供参考。     

Reliability analysis for aeroengine turbine disc fatigue life with multiple random variables based on distributed collaborative response surface method

The fatigue life of aeroengine turbine disc presents great dispersion due to the randomness of the basic variables,such as applied load,working temperature,geometrical dimensions and material properties.In order to ameliorate reliability analysis efficiency without loss of reliability,the distributed collaborative response surface method(DCRSM) was proposed,and its basic theories were established in this work.Considering the failure dependency among the failure modes,the distributed response surface was constructed to establish the relationship between the failure mode and the relevant random variables.Then,the failure modes were considered as the random variables of system response to obtain the distributed collaborative response surface model based on structure failure criterion.Finally,the given turbine disc structure was employed to illustrate the feasibility and validity of the presented method.Through the comparison of DCRSM,Monte Carlo method(MCM) and the traditional response surface method(RSM),the results show that the computational precision for DCRSM is more consistent with MCM than RSM,while DCRSM needs far less computing time than MCM and RSM under the same simulation conditions.Thus,DCRSM is demonstrated to be a feasible and valid approach for improving the computational efficiency of reliability analysis for aeroengine turbine disc fatigue life with multiple random variables,and has great potential value for the complicated mechanical structure with multi-component and multi-failure mode.