结构系统静强度与断裂的综合可靠性分析

基于疲劳载荷作用下裂纹扩展的随机性,建立了结构系统综合考虑静强度和断裂的可靠性分析方法,该方法给出了元件静强度失效时所对应的当量寿命,并建立了元件综合失效判别准则,分析了元件静强度失效和断裂失效之间的相关性.算例表明,随使用年限的增加,元件静强度失效和断裂失效之间的相关性也在增加;在不同的使用年限内,结构系统主要失效路径是不同的,并且在结构系统主要失效路径中既有元件静强度失效又有元件断裂失效;若只考虑静强度或断裂的结构可靠性分析,分析结果偏于危险.     

结构失效模式识别中失效元漂移问题的分析

基于有限元重分析技术，考虑载荷对结构的综合影响，从失效元漂移问题和结构极限承载能力角度出发，对结构可靠性分析中，增量载荷法的加载方式进行了分析和改进，并通过有限元程序进行了对比验证，文后提供了算例。结果表明，改进后的分析方法具有更广泛的应用性，其分析结果具有满意的精确度和良好的稳定性，更适合于实际工程中大型结构系统在多种载荷共同作用下的可靠性失效模式分析。     

典型密封元件的失效分析与失效过程研究

飞机整体油箱结构的密封性对飞机安全性和续航能力有很大影响,所以密封胶失效分析和失效过程研究就显得相当重要．为了研究密封胶的失效,根据密封胶的受力特点,本文设计了典型元件的密封试验（平板型和T型）,通过试验得到了这两种结构的失效载荷和最大载荷．同时,利用有限元模拟软件ABAQUS对试验进行了模拟计算,使用cohesive模块实现对密封胶层的模拟．通过观察胶层失效过程,得到了胶层失效后的破坏路径,找到了容易发生泄漏的位置,并给出了失效载荷与最大载荷的关系．通过对比试验结果和模拟计算结果,验证了有限元模拟分析的可靠性,并对结果进行了讨论．     

腐蚀环境下结构系统疲劳主要失效模式识别

疲劳主要失效模式识别是结构系统疲劳可靠性理论研究的主要内容之一。本文研究了腐蚀环境下结构系统疲劳主要失效模式识别方法:(1)建立了腐蚀环境下结构元部件损伤随机模型,对该模型的适用性作了讨论;(2)研究了识别结构系统疲劳主要失效模式的全局分枝约界法,与结构元部件损伤随机模型结合,实现腐蚀环境下结构系统疲劳主要失效模式识别,并对算法执行过程作了调整;(3)引入了一种安全裕量方程确定方法。理论分析和数值算例表明,本文所提算法可实现腐蚀环境下结构系统疲劳主要失效模式识别。     

气动加载与振动激励耦合试验方法研究

飞机结构在飞行过程中同时承受气动载荷和振动载荷的联合作用,这两种载荷的耦合加载试验对于飞机结构成为一项重要的研究内容,所以有必要对此类试验的可行性及其耦合加载方式进行研究。此次试验以气囊加载静载/常规疲劳载荷状态下试件的振动响应测试为目的,设计符合试验要求的试件和整套试验装置。得到了气囊5种不同加载情况下试件振动响应变化情况,并对此试验结果进行了理论分析,得出以下结论:a)气囊模拟静载/常规疲劳载荷加载不会大幅改变结构本身振动特性,此耦合试验方法所模拟环境比较接近飞机结构真实载荷环境;b)加载气囊的个数、部位及加载力的不同对试件结构的振动响应有一定影响,应增加气囊蓄能器或在试验前进行分析以选择合理的加载点。     

考虑载荷流泄时盾构机T形焊接结构疲劳可靠性分析

T形焊接结构是盾构机刀盘的关键结构之一,焊接处裂纹在亚临界的扩展是其疲劳失效的关键因素。文章考虑载荷流泄情况下,基于概率断裂力学的一次二阶矩方法提出了一种新的结构疲劳可靠性分析方法。将该方法应用到某盾构机T形焊接结构,给出了考虑与不考虑载荷流泄两种情况下结构疲劳可靠性计算结果,并用Monte Carlo方法验证了文章方法的有效性;利用最小二乘法拟合出了载荷流泄系数对该T形焊接结构疲劳可靠性的影响曲线,将该曲线划分了三个区域：即高、中、低疲劳失效区。结果表明在考虑和不考虑载荷流泄时,T形焊接结构的疲劳失效概率分别是8.2644e-05和3.4314e-04,即载荷流泄能一定程度上提高了结构的疲劳可靠度;实际工程在盾构机T形焊接结构疲劳可靠性设计时,T形焊接结构的厚度作为一个设计变量,而低失效区可以作为一个可靠度约束条件。研究成果为实际工程上盾构机刀盘的维修、检验计划和设计都有一定的理论指导意义。     

铁电材料的疲劳失效行为

在航空航天、核能发电等重大装备技术领域, 作为高温传感/驱动/能量收集器件的敏感材料——铋层状结构铁电(BLSF)陶瓷在复杂载荷环境下的疲劳失效问题严重限制着器件寿命和可靠性的提高. 本文以BLSF陶瓷的应用需求为背景, 围绕铁电材料的疲劳裂纹扩展与电畴极化翻转及其相互作用机制等关键问题, 综述了铁电材料在热、力、电三种载荷及其耦合作用下疲劳失效行为的研究现状, 并根据当前铁电材料的一些新发展、新应用对其未来研究方向进行了展望, 旨在为高性能、长寿命铁电/压电器件设计提供参考.      

变幅载荷下挤压强化增益的可靠性分析

1.引言航空结构设计的根本目的在于保证结构的可靠性,或者在保证可靠性的前提下使结构更优化.目前在我国的航空工业中,考虑概率因素为基础的结构设计问题已引起了广泛的兴趣.由于疲劳的统计性质,对于承受疲劳载荷的结构,失效概率的研究是不可缺少的.对于一个结构疲劳可靠性的估价取决于它的设计需要,如果一个结构需要安全地使用一段规定的期限而不检修,那么它必须在整个使用期间保持容许的低的失效概率.本文利用条件概率(即事件A 发生的条件下,事件B 发生的概率.)的概念,导出了一个变幅程序块谱作用下构件疲劳寿命的可靠性分析方法,完善了Miner 法则应用的局限性及不足,使得疲劳试验及分析的结果更具说服力.2.累积损伤计算的Miner 法则     

端头带有质量块的悬臂梁在冲击载荷下的两种剪切失效模型

剪切失效是强动载荷作用下结构失效的重要模式。本文给出了计及梁的转动惯量时端头带有质量块的悬臂梁结构受到冲击载荷作用后发生剪切失效的无量纲判据。分析表明，在初始速度间断面上是否发生剪切失效取决于质量块初始动能和质量块尺寸与梁厚之比，而与梁的长度无关。梁的转动惯量对于剪切失效具有不可忽略的影响。     

高速列车轴承可靠性评估关键力学参量研究进展

轴承是高速列车牵引传动和轮轴系统的关键零部件.受列车运行过程中电机转矩、齿轮啮合以及轮轨随机激励的影响,轴承可能发生疲劳破坏,严重影响高速列车的行车安全.我国特有的复杂运用条件对轴承部件的疲劳性能提出了更高的要求,而轴承疲劳可靠性的基础理论和关键技术是我国轴承正向设计研发中的薄弱环节.可靠性评估方面的相关研究在解决轴承可靠性研究的瓶颈问题中起到了承上启下的关键作用.高速列车轴承可靠性评估手段与技术旨在获得使用环境中轴承可靠性评估的关键力学参量,并以此推动复杂激励下轴承疲劳可靠性理论研究.因此,需要哪些关键力学参量并且在复杂的实际使用环境下如何去获取这些力学参量是进行高速列车轴承可靠性评估的关键所在.本文首先概述了高速列车轴承所处的复杂使用环境及运用中的主要失效模式,并据此分析了高速列车轴承可靠性评估所需的关键力学参量,强调了轴承内部滚滑行为和载荷分布在可靠性评估和轴承状态监测中的重要作用,之后从计算模型和测试技术等方面系统阐述了针对这两个关键力学参量的研究进展.最后提出了在高速列车轴承可靠性评估关键力学参量特征及测试技术研究中值得关注的若干问题.     

钢管混凝土K型相贯节点试验研究与数值模拟

从钢管混凝土格构式风电塔架原型中取出节点模型,对5个K型焊接相贯节点进行了试验研究和理论分析,研究了不同几何参数条件下节点的破坏过程和特征、荷载-变形关系和承载能力等。建立了有限元模型,分析了各研究参数对节点破坏形态和极限承载力的影响规律,得到了节点失效机制的判别参数与准则。试验结果表明:圆钢管混凝土K型相贯节点在丧失承载力前弦杆的宏观变形特征不明显,腹杆失效是主要破坏形态;与空心圆钢管相贯节点相比,刚度大大增加,相贯线周围应力集中程度也降低。有限元分析结果表明:圆钢管混凝土K型相贯节点的控制破坏形态包括腹杆失效和弦杆冲剪破坏,控制破坏类型的关键指标是腹杆与弦杆的壁厚比τ和夹角θ。为避免钢管混凝土格构式风电塔架出现节点失效,须限制参数τ、θ的取值。本文建议τ≤1,θ≤45°。     

基于实测荷载的铁路钢桁梁桥疲劳可靠性评估

为了对钢桁梁桥疲劳进行评估,引入可靠性理论,提出了基于实测荷载的桥梁疲劳可靠性评估方法。根据某铁路钢桁梁桥实测车辆荷载数据,建立了随机车辆荷载模型。并在考虑车辆荷载随机性的基础上,结合Monte-Carlo法与有限元,分析了钢桁梁桥构件疲劳应力谱,计算了构件疲劳可靠性随时间的变化,并探讨了车辆荷载及荷载效应变异性对构件疲劳可靠性的影响,最后采用β约界法与静力分析法对钢桁梁桥系统疲劳可靠性进行了研究。结果表明,基于随机车辆荷载的构件疲劳应力谱呈现单峰分布;构件疲劳可靠性随运营时间的增加而减小;车辆荷载的增长及荷载效应变异性的增加对构件疲劳可靠性影响较大,当车辆荷载增长率和等效应力变异系数分别增加到5%时,构件疲劳寿命大幅减小;β约界法结合静力分析法可快速确定钢桁梁桥失效模式,桥梁系统疲劳寿命小于构件疲劳寿命。总的来看,基于实测荷载的钢桁梁桥疲劳可靠性评估方法能有效地利用监测数据,对桥梁疲劳评估具有良好的适用性。     

考虑材料损伤累积单层柱面网壳在强震下的失效研究

采用考虑钢材损伤累积的本构模型,对跨度15米单层柱面网壳在强震下的失效进行了系统的研究。在大量算例的基础上,考察了屋面质量、矢跨比、初始几何缺陷和长宽比等结构几何参数的变化对柱面网壳失效特征和失效极限荷载的影响,探讨了结构的强震失效模式及失效机理。对大量强度破坏算例在失效时刻的特征响应进行统计分析,建立了考虑材料损伤累积的单层柱面网壳动力损伤模型,可对结构在不同荷载强度下的损伤程度进行评估;提出了单层柱面网壳强震失效判别准则,用于判别单层柱面网壳在强震下的失效极限荷载。     

基于应变响应敏感性的单层球面网壳冗余度分析

冗余特性是结构鲁棒性的重要组成部分,也是复杂系统的安全性和传力路径可靠性的体现。如何对结构构件冗余度进行定量评价是目前结构工程界尚未定论的问题之一。本文借鉴P.C.Pandey方法,并将其推广应用到大跨空间网格结构,基于结构应变响应对构件单元截面面积的敏感性提出静力作用下的结构构件冗余度评价方法,从理论上以数值方式量化结构构件冗余度,并通过对三个球壳结构算例的冗余度分析说明该方法在空间结构体系中的有效应用。算例结果表明,结构构件冗余度能够反映构件在结构中的重要性,低冗余度构件是结构的关键构件。采取措施加固低冗余度构件可以有效提高结构整体刚度、结构稳定极限承载力,但在改善结构缺陷敏感性方面则视具体情况而定。     

短柱型复合材料加筋壁板轴向压缩破坏分析方法研究

复合材料加筋结构可作为航空结构中的承力部件,其损伤与破坏对航空器的结构安全和服役性能至关重要．本文通过试验和数值仿真手段研究了短柱型复合材料结构压缩失效机理和极限承载力．通过短柱型单加筋板的轴向压缩破坏试验,分析梳理出界面脱粘和材料压溃两种典型失效形式;分别建立加筋板壳单元模型和实体单元模型,引入内聚力模型和Hashin 准则描述界面脱粘效应与材料破坏,结果表明壳单元模型配合内聚力模型和Hashin 准则可以有效地预测加筋板的极限承载力．分别讨论了加筋板长度、筋条高度、筋条/蒙皮刚度比等参数对加筋板的屈曲承载力的影响,为短柱型复合材料加筋壁板压缩损伤与破坏预测分析提供有益的参考．     

Thermal Failure of Polymeric Structural Elements under Monoharmonic Deformation

Thermal-failure problems are formulated for three-dimensional, thin-walled structural elements made of passive and piezoactive materials and subjected to monoharmonic deformation. Methods are described for calculation of critical electric and mechanical, quasistatic and dynamic monoharmonic loads and for analysis of postcritical behavior. The influence of various factors on the critical load is analyzed. Theoretical and experimental data are compared and found to be in good agreement, which is indicative of the reliability of the models used to describe the thermal failure of polymeric structural elements     

Random-load fatigue tests on a fail-safe structural model

Experiments performed on a ten-member redundant “fail-safe” structural model subjected to randomized load sequences confirm predictions of fatigue life and reliability based on a probabilistic approach. The statistical variation in ultimate strength of 2024-T4 aluminum alloy combined with an exponentially distributed, Markovian, bending load-amplitude sequence with a constant-amplitude S-N relation for single specimens, is utilized in the analysis. Experimental results are presented for the statistical distribution of ultimate bending strength of 2024-T4 aluminum alloy. Constant load-amplitude flat-bending fatigue tests on single specimens and on multimember structures, and variable-amplitude flat-bending tests on fail-safe structures are reported. Life to failure of the weakest member, as well as the remaining “fail-safe” life in the parallel structure, are examined.     

基于不同目标使用期的既有结构构件可靠指标研究

在进行既有结构的安全性分析和可靠性评定时,对于不同的目标使用期仍直接采用现行规范中的目标可靠指标数值,显然缺乏合理性。基于此,本文选取了14种具有代表性的结构构件,基于恒载+办公楼楼面活荷载、恒载+住宅楼面活荷载、恒载+风荷载3种简单荷载组合,考虑不同可变荷载与永久荷载的比值,根据不同目标使用期内荷载与抗力的统计特性,对可靠指标的数值进行了校准并给出相应的建议值。结果为:目标使用期小于30年时,目标可靠指标?取2.7;目标使用期为30年时,?取3.0;目标使用期大于30年时,?取3.2,这更符合工程实际鉴定时的判断结果。