蒙特卡罗法和一次二阶矩法在压力容器疲劳分析中的应用

通过分析影响裂纹扩展寿命的多个随机因素,使用疲劳寿命模型,讨论了裂纹尺寸的计算方法。考虑压力容器所承受载荷、材料断裂韧性、裂纹尺寸等参数,使用一次二阶矩方法和Monte Carlo法计算,得出了在一定可靠度下的疲劳裂纹扩展寿命,并计算了在一定使用寿命时结构的失效概率。比较了不同初始裂纹尺寸对疲劳寿命的影响。算例表明,它在疲劳寿命的可靠性估计中的应用及其工程意义。为工程界进行含裂纹结构的概率损伤容限评估提供一定的理论依据。     

疲劳短裂纹损伤参量研究

用Monte Carlo方法建立了疲劳短裂纹演化过程的物理模型,实现了材料疲劳损伤微观物理过程。在此基础上对模拟结果进行了分析,探讨了表征材料损伤的疲劳损伤参数,提出一定面积上的裂纹总长度可以作为材料损伤的疲劳损伤参数。并拟合出裂纹总长度与材料相对寿命之间的关系及曲线,用于材料的疲劳寿命预测。     

含基层缺陷沥青路面不同面层材料抗疲劳特性机理分析

目的为探讨面层沥青混合料在含有基层缺陷结构体系中的疲劳开裂演化机理,进行了抗疲劳特性的试验研究和理论分析.方法应用连续介质弹性疲劳损伤力学的基本原理,提出适合描述沥青混合料疲劳损伤开裂的演化方程,结合室内间接张拉疲劳试验,回归确定了疲劳损伤模型的计算参数,并采用有限元的计算方法,客观地评价了3种沥青混合料面层(AC20、SBR-AC20、RM-AC20)在含基层缺陷的路面结构中的抗疲劳特性.结果3种材料虽然呈现相同的疲劳损伤演化趋势,但由于各自材料抗疲劳特性参数的不同使其具有不同的抗疲劳特性,橡胶粉沥青混合料面层表现了最高的抗疲劳寿命.结论疲劳损伤力学的计算方法能够从机理揭示沥青路面结构的疲劳损伤演化的全过程,突破了以往传统疲劳强度理论和疲劳断裂力学相分离的状态;橡胶改性沥青混合料具有优良的抗疲劳特性加之具有节约能源的特点,值得推广使用.     

基于损伤力学的金属构件概率疲劳寿命预测方法

基于连续介质损伤力学,提出了一种预测金属构件高周疲劳寿命的概率方法.结合Eshelby-Kroner局域化准则和金属典型弹塑性本构方程构建了宏细观双尺度应力应变桥联方程;将Lemaitre疲劳损伤演化模型中部分参数随机化,通过对模型反演优化获取其概率特性.结合双尺度桥联方程和疲劳损伤演化概率模型建立了预测高周疲劳寿命的...     

SN-Paris全寿命综合模型

基于SN材料疲劳寿命曲线和Paris裂纹扩展公式,发展了一种进行结构全寿命分析的模型,称为SN-Paris全寿命综合模型。SN-Paris全寿命综合模型是在经典损伤容限Paris公式的基础上,引入裂纹长度影响因子aS,结合SN试验曲线,得到一个可以进行结构全寿命分析的裂纹扩展寿命分析模型。裂纹长度影响因子分析中考虑了结构构型因子β的影响,因而该综合模型可以进行一般结构的全寿命分析。该模型分析结果在裂纹长度趋近于零时与结构疲劳寿命SN曲线吻合很好,在长裂纹时与结构裂纹扩展寿命Paris结果完全一致,模型合理,且具有很好的工程使用精度。模型所用参数都是现有的材料试验常数,没有引入新的材料常数,工程的应用简便。     

高速铁路隧道基底软岩动力累积损伤特性

利用相似材料模拟高速铁路隧道基底软岩,采用荷载控制和非对称正弦波循环加载方式对软岩试件进行动三轴疲劳与损伤检测综合试验。通过试验结果分析,建立了软岩3参数多项式疲劳寿命计算模型和4参数多项式累积损伤参量计算模型,获得了软岩疲劳损伤特性,即：软岩疲劳破坏表现为端部拉-剪复合破坏和中部压-剪复合破坏两种模式;疲劳破坏全过程表现为初始微孔隙压密、裂纹发生与稳定扩展以及损伤裂纹加速发展3个发展阶段;软岩疲劳寿命主要取决于本身强度和动应力水平,强度愈高、动力应力水平愈低,其疲劳寿命就越长;当动应力水平相同时,软岩疲劳寿命与其弹性模量呈线性增长关系。     

疲劳可靠度分析的概率密度演化方法

基于概率守恒原理,推导出疲劳损伤和随机参数联合概率密度函数服从的演化方程。据此计算的随机疲劳损伤概率密度曲面和累积概率分布函数等值线可以给出疲劳损伤概率结构的演化规律,并用以分析给定损伤阈值的疲劳可靠度。常幅疲劳可靠度的数值解与试验结果吻合良好。给定二级载荷各自的常幅疲劳寿命概率分布参数,根据Miner准则可以较好地预测二级低高加载变幅疲劳可靠度。     

基于Bui-Quoc.T法则的疲劳寿命可靠性计算方法

目的 提出一种新的疲劳寿命可靠性计算方法,为非线性结构疲劳寿命计算提供参考.方法 分析Miner准则在进行疲劳损伤累积计算时的不适用性,在此基础上应用Bui-Quoc.T非线性累积损伤法则,以结构疲劳强度持久限的降低作为衡量损伤度的参数,建立了新的非线性累积损伤模型.在此基础上推导出疲劳寿命可靠性计算公式,并采用蒙特卡罗法对其进行计算.结果 通过算例计算可靠度指标为4.11,计算结果偏于安全,表明此算法可靠,若采用线性累积算法计算,则无法得到有效结果.结论 提出的疲劳寿命可靠性计算方法可用于结构在复杂载荷作用下的疲劳寿命可靠度计算.     

水泥稳定碎石疲劳的破坏力学分析

结合断裂力学和损伤力学的方法对水泥稳定碎石小梁疲劳寿命进行了分析。用有限元对小梁试件断裂韧度进行了计算,给出了拉应力控制的损伤演化方程,根据小梁疲劳试验的部分数据基于断裂韧度控制指标反算了损伤演化方程的系数,并用小梁疲劳试验的剩余数据对该损伤演化方程的寿命预估精度进行了验证。结果表明,用有限元计算小梁的断裂韧度具有足够的精度,基于断裂韧度为控制指标的损伤演化方程比常用的S—N方程具有更好的寿命预估能力。这种方法对小梁疲劳试验数据分析引入了力学参量,可以为实际道路结构中的寿命预估提供计算模型。     

风荷载的非高斯性对风机结构疲劳损伤的影响

为分析非高斯风荷载作用下风机结构的疲劳寿命,在穿越模型基础上,根据Monte Carlo模拟生成某典型风机正常风速条件下,高斯、非高斯硬化和软化3种风场的风速时程,用于分析风场的非高斯性对风机结构疲劳损伤的影响.由叶片的气动模型和多体动力,计算出风机的动力响应,并对响应的时域特性进行分析.基于线性损伤累积和线性裂纹扩展理论,对裂纹形成寿命和裂纹扩展寿命进行详细讨论.结果表明:不同概率特性风场作用下风机动力响应的最大值有所不同,且风机响应的非高斯性较风场的非高斯性减弱;在年平均风速较小地区,风场的非高斯性对风机疲劳寿命影响较小;但随着年平均风速的增大,非高斯性对疲劳寿命的影响显著增大,当年平均风速为7 m/s和9 m/s时,相较于高斯风场,软化过程的裂纹形成寿命减小约10%.因此,在年平均风速较大地区,需要考虑风场的软化特性对风机结构疲劳损伤的影响.     

一个利用低周疲劳特性参数计算疲劳裂纹扩展速率的简捷方法

本文在H.W.Liu和N.lino模型的基础上提出了一个疲劳裂纹扩展模型。该模型考虑了裂纹尖端的塑性钝化和引入了微观结构参数α_0。通过利用累积损伤规律,给出了疲劳裂纹扩展速率的表达式: dα/dN=sum from i=1 to n(λ_i[1/N_f(x_i)]) 本文计算疲劳裂纹扩展速率的特点是用直接计算在裂纹尖端前各个疲劳元素的疲劳破坏寿命代替计算裂尖前的塑性应变分布,使得计算十分简捷、方便。文中对退火的M300、2024-T351、7075-T6、Al-6Zn-2Mg及Ti-24V等五种材料进行了计算并与实验结果作了比较,两者吻合甚好。     

钢质蜂窝夹芯梁高温疲劳试验及寿命预测研究

针对实际工程中钢质蜂窝夹芯结构在热环境下的疲劳耐久性及寿命问题,开展了400℃下的三点弯曲疲劳试验研究,得到S-N曲线.基于刚度退化,提出一种用于该类材料在高温下的疲劳寿命预测模型和损伤演化模型.该方法允许预测不同载荷水平下的疲劳寿命,避免了大量重复性疲劳试验.应用于模型的参数与材料性质、高温等试验条件有关.借助简单模...     

基于XFEM的疲劳裂纹扩展路径和寿命预测

根据线弹性断裂力学理论,推导出了Abaqus中材料参数c_3,c_4与Paris参数C,m的之间的换算关系式,并基于Abaqus软件的扩展有限元XFEM分析,分别对含中心穿透斜裂纹平板和带初始裂纹的加筋翼梁典型结构在等幅疲劳载荷下的裂纹扩展路径和裂纹扩展寿命进行了预测和试验验证。算例结果表明预测的裂纹扩展路径与试验结果吻合良好,裂纹扩展寿命误差在6.3%以内。表明该方法可以精确地预测等幅载荷下二维和三维复杂结构的疲劳裂纹扩展路径和寿命,可为结构的损伤容限分析提供有效途径,具有一定的工程应用价值。     

海洋平台结构疲劳损伤与寿命预测方法

在系统地分析和总结国内外有关海洋工程结构的疲劳损伤及其寿命可靠性评估方法研究的基础上，提出了基于随机疲劳理论的海洋平台结构疲劳可靠性分析方法，以此作为结构疲劳理论发展的主要方向之一。在此方法中，结合海洋工程结构的特点，提出了疲劳应力范围分布模型的修正，将疲劳寿命划分为疲劳裂纹形成寿命和裂纹扩展寿命两个阶段。采用体系可靠度理论，分析了结构疲劳全寿命及其可靠性，在后将此方法运用到中国南海某一平台结构，说明了该方法的实用性与简便性。     

随机恒幅载荷下结构疲劳累积损伤的概率模型

概率疲劳累积损伤理论是产品可靠性评估与疲劳寿命预测的核心问题,其焦点是瞬时累积损伤及临界损伤的概率分布特性。从应力与疲劳寿命的基本关系(即S-N曲线方程)出发,根据应力的概率密度函数推导出疲劳寿命的概率密度函数;基于Miner理论建立了一种适用于疲劳可靠性分析的概率疲劳累积损伤模型;通过具体实例对所建模型的有效性进行验证和分析。结果表明:该模型能够很好的反映外因(载荷特性)及内因(材料疲劳性能参数)对产品累积损伤分布规律的影响,为产品的可靠性设计及疲劳寿命预测提供了理论依据。     

钢筋混凝土结构疲劳时变可靠性分析

钢筋混凝土结构在疲劳荷载作用下材料要发生劣化,从而结构抗力降低,可靠度发生改变.笔者应用非线性有限元理论计算出结构"危险部位"钢筋和混凝土材料的疲劳应力,通过材料疲劳过程中强度和刚度的损伤劣化模型计算出结构的剩余抗力,并对其进行时变可靠性评估和剩余疲劳寿命预测.其研究方法适用于复杂结构形式和任意边界条件的钢筋混凝土结构疲劳验算和可靠性评估.     

用于疲劳寿命预测的概率型线性累积损伤准则

引入随机疲劳损伤正则化因子的概念,建立了一种满足统计自治条件的概率型线性疲劳累积损伤准则,给出了单级加载、多级加载和随机谱载作用下,结构或结构元部件的随机疲劳累积损伤计算公式.这些公式可用来描述结构或结构元部件疲劳裂纹形成概率随循环加载历程的演化规律.     

橡胶球铰疲劳裂纹扩展寿命预测

通过橡胶纯剪试样疲劳裂纹扩展试验,得出了裂纹扩展速率与撕裂能之间的关系;以单位撕裂能范围为损伤参量,建立了复杂应力状态下的橡胶疲劳裂纹扩展寿命预测模型.基于ABAQUS有限元结构分析和橡胶材料等效应力计算方法,得出橡胶球铰在疲劳载荷下的单位撕裂能范围;对橡胶球铰的疲劳裂纹扩展寿命进行分析预测,并通过产品台架疲劳实验进行验证,结果表明橡胶球铰经过200万次疲劳试验后无明显裂纹,没有发现失效破坏,与寿命预测值基本吻合.     

工程p-S-N曲线的小子样预测方法研究

基于非嵌入多项式混沌(NIPC)展开及贝叶斯更新方法,提出一种中等寿命区p-S-N曲线的小子样预测方法。该方法运用较少应力水平下的小子样疲劳寿命数据样本,采用优化方法求解Basquin应力-寿命模型参数的样本数据;由此建立NIPC展开式并进行大子样抽样计算,通过大子样拟合优度检验,得其概率特性,继而拟合模型参数统计量与应力水平的关系。为改进模型参数统计量的预测精度,引入另一应力水平下的小子样试验数据,运用贝叶斯更新方法对模型参数统计量进行修正;由此通过Nataf变换对任意应力水平下模型参数进行抽样,代入模型计算获得疲劳寿命样本,进一步统计获得其概率分布,即完成基于小子样的p-S-N曲线预测。完成了铝合金2024-T3疲劳试验,各应力水平下试验寿命均落于预测概率疲劳寿命的上下95%分位数区间内,表明新方法得到的p-S-N曲线可有效预测疲劳寿命的概率特性。     

换热器疲劳寿命的可靠性分析

针对换热器的疲劳失效分析, 以概率论为基础, 结合确定性的疲劳断裂力学估算方法, 推导了换热器零部件的疲劳裂纹扩展寿命的计算公式。考虑到主要评定参数:初始裂纹尺寸、工况载荷、断裂韧性、机械强度、系数等的不确定性和随机性, 应用蒙特卡罗模拟法对这些具有某种特定分布的随机变量进行了随机抽样计算。并利用数值积分法编制了计算机程序, 求出在一定可靠度和置信度下的疲劳寿命, 并与理论计算方法求得的疲劳寿命进行了比较。还比较了不同初始裂纹尺寸和断裂韧性对疲劳寿命的影响, 并给出了算例。分析结果表明, 蒙特卡罗模拟法真实地反映评定参数客观存在的不确定性, 克服了确定性评定方法的缺点, 具有良好的工程指导意义。