基于神经网络响应面的疲劳裂纹扩展寿命的可靠性分析

当失效形式的极限状态方程中随机变量个数较多或非线性较高时，其形式很复杂，因此传统的计算失效概率的方法不再适用。针对疲劳裂纹扩展寿命失效概率计算的复杂性，提出基于神经网络响应面的可靠性分析方法。首先建立神经网络响应面模拟疲劳裂纹扩展寿命的极限状态方程，然后使用遗传算法(GA)计算可靠性指标。数值试验表明，本方法可以快速、精确地模拟疲劳裂纹扩展寿命的极限状态函数，进而计算出失效概率和可靠性指标。同其他模拟技术相比，在精度相同的情况下，神经网络响应面法可以大大减少模拟时间。     

裂纹扩展寿命多失效模式可靠度的序列二次规划计算方法研究

机械结构中普遍存在疲劳裂纹,由于受各种随机因素的影响,裂纹扩展过程下的结构安全性评价往往具有很大的不确定性。针对有限板宽问题,通过灵敏度分析,优选出了对疲劳裂纹扩展速率影响较大的因素(载荷水平、裂纹初始长度和材料参数),并将其视作随机变量,推导出疲劳裂纹扩展下的断裂失效可靠性模型,在此基础上建立了可靠性指标的优化数学模型,并基于序列二次规划算法给出了裂纹结构断裂失效及静强度联合失效的可靠性指标。最后根据一个具体实例,得到了联合失效模式下的可靠性指标随应力循环次数扩展的曲线,并同单一失效模式下的可靠性变化进行对比分析,说明了基于联合失效模式下的可靠性分析的合理性,实现了对裂纹结构在扩展过程中可靠性变化的评价。     

粉末冶金涡轮盘裂纹扩展失效概率分析

建立了考虑应力及断裂参数随机性的裂纹扩展失效功能函数 ,提出了亚表面裂纹扩展寿命计算方法。用 Hasofer- L ind方法分析某粉末冶金涡轮盘裂纹扩展失效概率 ,通过敏感性分析指出提高发动机可靠性的主要途径 ,具有工程指导意义。并用蒙特卡罗法和β球法进行验证     

使用疲劳裂纹扩展数据的疲劳裂纹扩展的可靠性分析方法

利用现有的疲劳裂纹扩展数据或疲劳裂纹扩展试验的不完全数据 ,对疲劳裂纹随机扩展的可靠性进行了研究。基于疲劳裂纹扩展的确定性模型 ,导出了疲劳裂纹扩展的随机公式。利用现有的疲劳裂纹扩展数据或疲劳裂纹扩展试验的不完全数据 ,对疲劳裂纹扩展随机公式中的随机变量的分布进行了估计 ,得到了其分布的数字特征 ,用Monte Carlo方法得到了疲劳裂纹扩展寿命的失效概率的点估计。实例分析表明了本文方法的实用性和可行性     

埋藏裂纹缺陷的模糊概率安全评定方法研究

根据球形压力容器埋藏裂纹缺陷安全评定中随机变量的分布类型及蒙特卡罗模拟法,建立了针对"失效"的模糊隶属度函数,实现了模糊失效概率的计算。在概率失效评定图方法的基础上,充分考虑安全评定结果判定中的模糊性,建立了针对15Mn Mo VN钢球形压力容器中埋藏裂纹缺陷的模糊概率安全评定方法。通过对典型埋藏裂纹缺陷进行安全评定,结果表明,模糊概率安全评定方法有较高的可靠性,能够解决安全评定中的随机性和模糊性问题。     

含缺陷油气管线结构失效概率计算方法比较

利用概率断裂力学方法中的一次二阶矩法和蒙特卡洛方法分别计算含裂纹类缺陷输送油气管线结构的失效概率。在计算过程中,不仅把材料的屈服强度、裂纹深度、外加载荷和断裂韧度等当作随机变量处理,还考虑了裂纹深长比的影响。结果表明,一次二阶矩法计算管线的失效概率为1.69×10-3,MonteCarlo方法计算该管线的失效概率为1.724×10-3,这两种方法的计算结果基本一致,计算误差为1.97%。两种方法的参数敏感性分析结果一样,裂纹深度对结构失效概率的影响最大,材料屈服强度的影响最小,裂纹深长比对结构的失效概率也有一定的影响。     

TBM刀座焊缝疲劳可靠性分析

刀座焊接处是全断面岩石隧道掘进机(Full face rock tunnel boring machine,TBM)刀盘上最易发生疲劳破坏的部分。基于线弹性断裂力学,以裂纹疲劳寿命为基本变量,建立裂纹扩展可靠性模型,通过JC法计算刀座正面焊缝在不同滚刀实验载荷下的疲劳可靠性,并分析了不同因素对失效概率的影响。结果显示:中心滚刀刀座焊缝的失效概率比正滚刀小,正滚刀的失效概率随着安装半径的增大而减小;刀座焊缝失效概率随着初始裂纹深度的增大而显著增大,而临界裂纹深度的变化对失效概率的影响不大;裂纹形状比越大,刀座焊缝的失效概率越小。     

桥式起重机主梁疲劳失效概率的预估

桥式起重机焊接箱形主梁的主要破坏方式是疲劳裂纹不断扩展，最后丧失承载能力。本文用近代断裂力学理论描述疲劳裂的扩展过程，提出了疲劳裂纹扩展速率的计算式，并根据国内外参考文献推荐采用的数据，对试验梁的疲劳失效概率进行预估，表明所推荐的计算方法有参考价值。     

基于概率断裂力学的管道失效分析

针对油气管道的断裂失效模式以及失效分析过程中存在的不确定性，结合概率断裂力学和安全评定规范，提出了管道缺陷失效概率计算方法。根据主要评定参数：缺陷尺寸、工况栽荷、断裂韧性、机械强度的分布特征，对各随机变量模拟抽样，应用Monte Carlo数值计算方法确定管道上各缺陷的失效概率。可靠性失效评定方法确实反映了评定参数客观存在的不确定性，克服了确定性失效评定方法的缺点，具有极高的应用价值。     

推进剂贮存容器J积分安全评定与寿命预测

为了估计裂纹对推进剂贮存容器寿命可靠性的影响,基于J积分和按重要度原则的概率失效准则,结合材料的断裂韧性J1C和疲劳裂纹扩展速率试验,利用概率断裂力学方法PFM(Probability Fatigue Method),分别建立了推进剂贮存容器概率安全评定模型和寿命预测模型。最后以LD10贮存容器为例,说明推进剂贮存容器概率安全评定与寿命预测过程,并利用Rcakwitz-Skov和Mont-Carlo方法计算其可靠性与剩余寿命。     

Reliability of structures by using probability and fatigue theories

Methodologies to calculate failure probability and to estimate the reliability of fatigue loaded structures are developed. The applicability of the methodologies is evaluated with the help of the fatigue crack growth models suggested by Paris and Walker. The probability theories such as the FORM (first order reliability method), the SORM (second order reliability method) and the MCS (Monte Carlo simulation) are utilized. It is found that the failure probability decreases with the increase of the design fatigue life and the applied minimum stress, the decrease of the initial edge crack size, the applied maximum stress and the slope of Paris equation. Furthermore, according to the sensitivity analysis of random variables, the slope of Pairs equation affects the failure probability dominantly among other random variables in the Paris and the Walker models.     

海洋平台结构系统的冰激疲劳可靠性分析

提出一种冰激疲劳损伤简化计算方法，用于计算冰力作用下平台管节点的疲劳损伤，并根据该方法分析平台构件和整体的疲劳可靠性。该方法用两个指数函数拟合平台和海冰相互作用时疲劳应力和应力循环次数与海冰厚度、速度的关系，具有较高的拟合精度，而且给出基于S—N曲线的疲劳损伤计算公式，从而使疲劳损伤计算得到很大简化。在此基础上，给出平台构件可靠性和整体可靠性的计算方法，并通过提出冰载荷作用下海洋平台整体疲劳失效的简化判断依据，简化平台整体疲劳可靠性计算过程。同时基于断裂力学的Paris公式，建立冰载荷作用下构件疲劳裂纹扩展的可靠性模型，当平台被检测出有裂纹时，可以使用该模型对构件和平台整体进行可靠性分析。对冰激动力响应不太严重的平台，可以用文中提出的方法进行疲劳可靠性分析。     

水泵轴用钢疲劳裂纹扩展特性研究

介绍了柔度法疲劳裂纹扩展自动测量系统的研制和结果。该系统适用于频率不高于２５０Ｈｚ的疲劳试验,可以实时地将采集到的载荷位移数据用柔度法转换为裂纹长度,并计算出相应的应力强度因子范围和裂纹扩展速率。利用该系统对水泵轴用钢的疲劳裂纹扩展特性进行了较详细的研究,给出了４２ＣｒＶ和ＩＲ３Ｍｏ的疲劳裂纹扩展速率和门槛值。     

应变疲劳可靠性理论与方法的新进展

介绍概率应变疲劳试验法、评价模型和损伤随机演化机制方面的新进展。突破经典极大似然法在参考试验载荷之外的单试样限制，提出新的广义极大似然疲劳试验法。新发现随机循环应力—应变响应现象并建立其概率模型。新发展概率疲劳应变一寿命模型。概率模型参数由称为广义极大似然法的方法确定，在整体数据层面综合考虑数据分散性规律与样本量对概率评价的影响。考虑随机应力—应变关系反映“随机应变载荷”、随机应变—寿命关系揭示材料的“应变强度”，提出随机应变载荷—强度干涉恒幅可靠性模型，与Keciguliu的递推法结合可进行变幅和应变载荷谱下的可靠性分析，形成了应变疲劳可靠性理论和方法的新体系。进一步根据有效短裂纹准则，揭示疲劳性能随机及演化性的本质原因源于主导有效短裂纹萌生区域及其裂尖区域微观结构扩展条件的差异及演化性；随机疲劳裂纹扩展、应变—寿命和应力—应变关系是3个关联的随机疲劳关系；疲劳损伤是一个由初始混沌状态，到独立无关的随机状态，然后到史相关随机状态的演化过程。     

恒幅载荷16MnR钢疲劳裂纹扩展统计特性分析

通过21个紧凑拉伸试件的疲劳试验，进行16MnR钢疲劳裂纹扩展统计特性研究。研究给定裂纹尺寸条件下疲劳寿命的分布规律，给定寿命条件下裂纹尺寸的分布规律，给定裂纹尺寸下疲劳裂纹扩展速率的分布规律；为16MnR钢疲劳可靠性评估提供基础数据。     

基于蒙特卡洛法的细观多裂纹演化仿真

基于Monte Carlo方法,对短裂纹的群体萌生、扩展、干涉的物理过程进行可视化再现。细观短裂纹阶段的生长随机性主要表现在裂纹产生的随机性、生长速率的随机性、于涉的随机性和生长方向的随机性,将这些随机信息并行考虑并且有机组合各个阶段的数学或物理模型,通过计算机再现细观短裂纹的群体演化过程。同时很好地解释裂纹数密度分布现象和有主导有效短裂纹的不定性问题。     

预测腐蚀疲劳寿命的概率方法

在建立航空发动机铝合金构件点状腐蚀和腐蚀疲劳裂纹扩展模型的基础上，将铝合金叶片的机械腐蚀特性和由环境诱导的电化学行为看作是随机量或随机过程，提出腐蚀疲劳寿命预测的概率方法，利用重要随机变量的累积分布函数，估算寿命累积分布函数，预测腐蚀疲劳寿命。     

结构疲劳损伤的声发射检测可靠性研究

针对声发射技术对金属结构损伤的检测可靠性问题,以金属疲劳裂纹检测试验为基础,利用声发射特征参数的趋势分析和关联分析法,首先根据贝叶斯理论,计算了声发射对一定长度疲劳裂纹的检测概率;其次,研究了检测结构起裂时对应声发射幅度参数的阈值及其对损伤判断的影响。该研究可为减少声发射检测中的金属疲劳损伤信号误判,提高检测效率,以及确定复杂航空结构疲劳寿命提供支持。