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.     

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.     

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.     

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.     

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。     

有限体积法的实体结构疲劳可靠性分析

为了提高实体结构系统疲劳可靠性的计算效率,本文采用有限体积法研究了实体结构系统的疲劳可靠性问题。通过依据累积损伤模型对结构元件的疲劳可靠性进行分析,建立了实体结构系统的分析模型,分析了实体结构系统疲劳失效机理和判别方法。本文利用改进的分支限界法搜索了结构系统的主要失效模式,采用简化的疲劳可靠性分析方法计算了结构系统的疲劳可靠度。通过算例分析,得到的结构系统疲劳可靠度的计算结果在简单界值法的估算范围内,且随着疲劳载荷循环次数的增加可靠度不断减小。该计算结果的趋势是正确的、符合客观实际的,证明了提出方法的正确性,为结构系统疲劳可靠性分析提供理论基础。     

基于线性累计损伤理论的预应力混凝土风电塔架疲劳可靠性及剩余寿命研究

基于线性累积损伤准则的理论,对预应力混凝土风电塔架的疲劳可靠性评估进行研究.建立目标结构的有限元分析模型,根据目标结构所在场地模拟出不同风速等级下的随机风荷载时程曲线,采用雨流计数法统计目标结构疲劳关键点的应力幅及其相关的循环次数,根据损伤等效原则将其转化为常幅疲劳应力谱,结合风速分布规律,根据材料的S-N曲线和线性累计损伤准则算出结构的疲劳可靠指标及其剩余寿命.最后以某预应力风电塔架为例,对其进行疲劳可靠性分析,通过施加不同等级的风荷载时程样本,对塔架可能出现的疲劳破坏关键点进行计算,得出该塔架关键点处的疲劳可靠性指标与失效概率,并根据损伤程度评估其剩余寿命,进而可以评定风力发电塔架的安全可靠性.     

航天飞机薄壁结构的可靠性分析

对航天飞机结构常用的蒙皮骨架组成的薄壁结构,提出一种考虑损伤容限和耐久性设计要求的结构系统可靠性分析方法,以此为航天结构系统的可靠性设计提供参考.对加劲板进行可靠性分析,分析了3种主要破坏模式,得出了损伤容限设计要求下,失效模式表达式及失效概率;同时给出耐久性要求下的主要失效模式和失效概率;最后通过加劲板的损伤容限和耐久性分析及失效模式的相关性分析,得出加劲板结构系统的可靠性.分析结果表明:失效模式相关性对系统可靠度影响很大,因而航天飞机薄壁结构的可靠度计算的关键是损伤容限和耐久性失效模式及相关性分析,另外桁架的载荷集中系数对可靠性影响也必须引起重视.     

热振加载条件下电子封装结构的疲劳寿命分析

以包括塑料球栅阵列封装和单电源电平转换芯片封装结构的某基板为研究对象,为了计算其在热振耦合加载条件下的疲劳寿命,基于递增损伤叠加法提出了一种改进的热振耦合载荷作用下的疲劳寿命计算方法。该方法应用Anand统一粘塑性理论描述焊点材料在热循环加载条件下的力学行为,并基于热循环载荷频率修正后的Coffin-Manson方程计算热循环寿命。计算出不同温度环境中的随机振动损伤,以各温度在热循环载荷中所占的时间分数为权对各个随机振动损伤进行平均,将随机振动平均损伤与热循环损伤进行叠加,得到总损伤,进而得出疲劳寿命。研究结果表明,在一定的热振载荷加载条件下,研究对象的疲劳寿命满足使用要求。     

涡扇发动机拉紧轴疲劳试验

针对涡扇发动机拉紧轴在工作环境中所存在的疲劳失效问题,提出基于有限元法(FEM)与Miner线性累积损伤理论相结合的理论模型,实现了已知涡扇发动机拉紧轴材料、几何尺寸等条件下的标准载荷循环谱计算.进一步开展了风扇拉紧轴的疲劳寿命试验测试与分析,结果表明,试验中拉紧轴可承受30 000次试验载荷循环数,试验之后经检查无裂纹、凸肩切入、螺纹断扣等失效现象,最终确定其在标准载荷循环下的安全使用寿命.通过开展对拉紧轴的疲劳试验研究、仿真计算与分析等工作,有效验证了可靠性寿命预测方法与模型的可行性.     

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.     

钢结构桥梁疲劳2019年度研究进展

钢结构桥梁具有轻质、高强、跨越能力大、易工厂化制造和便于装配化施工等突出优点,是未来一段时期中国桥梁工程的重要发展方向。但由于服役环境、荷载条件和交通需求、结构体系和构造细节设计等诸多因素的影响,其疲劳问题突出,已成为制约钢结构桥梁可持续发展的世界性难题。作为桥梁工程的热点研究课题,学者们在钢结构桥梁疲劳领域进行了卓有成效的研究,现聚焦钢结构桥梁疲劳损伤演化与服役性能劣化机理、钢结构桥梁疲劳抗力评估与预测、钢结构桥梁疲劳裂纹监测与检测方法、疲劳开裂加固与维护技术等方面,对2019年度的研究进展和下阶段的研究重点进行扼要的梳理和总结。分析了钢结构桥梁疲劳关键问题研究方面的挑战,具体讨论了在钢结构桥梁疲劳失效机制、疲劳抗力评估新理论新方法、疲劳损伤智能监测与检测和疲劳开裂加固关键技术等方面开展深入研究的迫切需求和主要问题。     

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.     

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。     

Experimental study on fatigue performance of Gussasphalt mixture

Four-point flexural fatigue test for Gussasphalt mixture specimen was carried out at a straincontrolled mode system. The results showed that the development of the tested stiffness modulus and phase angle of the mixtures with increasing load cycles exhibited three periods, initial generation, slow development and failure period. The fatigue crack generation zone formed in the third period, in which the macro mechanical properties were signifi cantly decreased. Moreover, we also analyzed the effects of asphalt content and mixing temperature on the fatigue life of the mixture. The results showed that the fi rst period when the specimen＇s initial stiffness modulus was reduced to 80% accounted for 5%-10% of the total fatigue life; the second period in which the reduction became slow and demonstrated a liner relationship with load cycles occupied 70%-85% of the fatigue life; and the third period was about 5%-10%. The results indicated that the lower the mixing temperature, the longer the fatigue life of Gussasphalt mixture. Besides, the increasing of asphalt content has a minor effect on the fatigue life of Gussasphalt mixture     

Mechanical Behavior of Polyurethane Polymer Materials under Triaxial Cyclic Loading:A Particle Flow Code Approach

Polyurethane polymer grouting materials were studied with conventional triaxial tests via the particle flow code in two dimensions(PFC~(2D)) method, and the simulation results agreed with the experimental data. The particle flow code method can simulate the mechanical properties of the polymer. The triaxial cyclic loading tests of the polymer material under different confining pressures were carried out via PFC~(2D) to analyze its mechanical performance. The PFC~(2D) simulation results show that the value of the elastic modulus of the polymer decreases slowly at first and fluctuated within a narrow range near the value of the peak strength; the cumulative plastic strain increases slowly at first and then increases rapidly; the peak strength and elastic modulus of polymer increase with the confining pressure; the PFC~(2D) method can be used to quantitatively evaluate the damage behavior of the polymer material and estimate the fatigue life of the materials under fatigue load based on the number and the location of micro-cracks. Thus, the PFC~(2D) method is an effective tool to study polymers.