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。     

金属损伤复合材料胶接修补结构力学试验研究

为评估金属损伤复合材料胶接修补结构的剩余强度和剩余寿命,进行了含腐蚀和疲劳损伤LY12CZ航空铝合金板碳/环氧复合材料补片胶接修复结构的力学性能试验,分析了在静拉伸和疲劳载荷作用下修补结构的破坏模式、失效机理。试验研究发现:复合材料胶接修补技术有效改善了腐蚀和疲劳损伤这两类损伤区域的受力状况,恢复了其载荷传递路线,其静拉伸失效形式为金属韧性断裂后胶层脱粘的分步渐进式破坏;与含损伤未修补试样相比,胶接修补大幅度提高了试件的剩余强度和剩余寿命恢复率,修补后铝合金试件承载能力增加了约25%,疲劳寿命增加至修补前的约4倍~5倍。     

吊车荷载作用下钢结构吊车梁的疲劳可靠寿命评估

从Miner累积损伤的定义出发，视累积损伤为随机过程，临界损伤为随机变量，基于疲劳动态可靠性理论，提出了在役钢结构吊车梁疲劳剩余寿命的可靠寿命评估法。之后与现行《钢结构检测评定与加固技术规程》(YB9257-96)中安全期限寿命评估法进行了分析比较，说明了安全寿命评估方法的概率意义。算例分析结果表明，本文提出的可靠寿命评估方法更加合理。     

基于疲劳损伤和倒塌事故的导管架平台结构风险分析

基于风险的检验技术已成为海洋工程领域的研究热点,其优势在于优化检验范围,减少检验成本。通过有限元方法对导管架平台结构的疲劳损伤和倒塌失效进行数值计算,并基于可靠性理论对平台结构关键构件的疲劳失效概率以及该构件疲劳破坏后平台结构的整体倒塌失效概率进行确定,形成风险矩阵,以制定相应的检验计划。在此基础上,对南海某导管架平台结构进行了定量风险评估,形成关键节点和构件的风险矩阵,并给出了相应的检验目标以指导制定检验计划。本文工作可为导管架平台结构制定合理高效的检验计划,在保障平台结构安全作业的同时降低运行费用。     

稳态循环载荷下疲劳／断裂可靠性寿命估算

基于稳态循环载荷过载迟滞不严重这一思想，利用疲劳Ｐ－Ｓａ－Ｓｍ－Ｎ曲面及疲劳概率Ｍｉｎｅｒ累积损伤理论估算疲劳可靠寿命；根据线弹性断裂力学原理导出了稳态循下断裂Ｐ－Ｓａ－Ｓｍ－Ｎ曲面公式及断裂概率Ｍｉｎｅｒ公式，用以估自然断裂可靠寿命。最后，给出了直升机动部件可靠寿命估算实例。     

孔径尺寸对干涉配合铆接件超高周疲劳性能的影响

合理的干涉配合铆接工艺可以有效提高构件疲劳性能,本文通过试验研究与数值模拟相结合分析孔径尺寸对干涉配合铆接件超高周疲劳性能的影响。利用20kHz超声疲劳试验系统测试了三种不同孔径尺寸下干涉配合铆接件的超高周疲劳性能;基于ABAQUS模拟分析了铆接工艺过程以及孔径尺寸对干涉量和孔边残余应力的影响,通过分析高频低幅加载下孔边应力分布,结合超高周疲劳试验及断口形貌观察,分析了孔径尺寸对铆接件超高周疲劳性能的影响。结果表明:不同孔径尺寸铆接件的裂纹萌生扩展方式类似,疲劳裂纹萌生均发生在孔边距表面1.5mm最大残余拉应力处;适当减小孔径尺寸所形成的合理干涉量可以提高铆接件疲劳寿命,φ4.10mm的孔径可以形成0.66%的孔边平均干涉量,铆接件疲劳寿命最高达到3.63×108周。     

二级加载下疲劳可靠性分析

基于二维概率Miner准则,建立了在二级变幅加载下进行疲劳可靠性分析的系统方法并采用八组较大子样的二级低高和高低加载下的试验数据进行了验证、结果表明;本文方法初步实现了对第一级加载后的剩余疲劳寿命和二级加载下的疲劳总寿命进行较为准确的可靠性预测,预测值与试验值吻合良好     

短碳纤维局部增强混凝土疲劳性能实验研究

对局部增强短碳纤维混凝土进行三点弯曲疲劳试验,发现相同试件在不同应力水平下的疲劳寿命符合两参数威布尔分布,并由此建立考虑失效概率和高低应力比的局部增强短碳纤维混凝土双对数疲劳方程.在工程应用中可以根据实际情况确定失效概率,运用线性插值得到相应回归系数,求得双对数疲劳方程.通过比较相同应力水平下短碳纤维局部增强试件和素混凝土试件的试验结果,发现仅对混凝土进行低掺量的局部增强就可以成倍地提高混凝土的疲劳寿命.上述结果对混凝土路面工程或一些有特殊要求工程的设计有参考意义.     

疲劳剩余强度的可靠性研究

利用断裂力学，疲劳和可靠性分析方法，对疲劳过程中的剩余强度进行了研究，．通过七组试样的试验，得到了发动机连杆材料１８ＣｒＮｉＷＡ钢的Ｐ Ｒ Ｓ Ｎ曲线（即失效概率 剩余强度 疲劳应力 循环寿命曲线）．本文的分析方法对其他承受疲劳载荷的零部件和材料，具有重要的推广应用价值．     

阵风谱载下疲劳寿命可靠性预测

基于维概率ＭＩＮＥＲ准则,建立了在阵风谱载下对结构构件疲劳寿命进行可靠性预测的方法。根据一组ＬＹ１２－ＣＺ铝合金中心孔试件的疲劳试验数据对上述方法进行了较为成功的验证,验证结果表明本方法的预测值与试验值吻合良好,具有较好的工程实用价值     

自紧身管疲劳寿命的可靠性分析

基于概率断裂力学理论和Monte Carlo模拟方法，给出了自紧身管疲劳寿命的可靠性分析方法．自紧残余应力采用了符合身管材料具有强化和包辛格效应性能推导的公式计算，身管工作的应力强度因子通过权函数方法得到．实例分析结果表明，对数正态分布为身管疲劳寿命的最佳分布，同时给出了各种置信度和可靠度下的身管疲劳寿命．另外，还分析了初始裂纹尺寸和材料的断裂韧性对身管疲劳寿命的影响．该研究对保证身管的安全，避免灾难性事故的发生具有重要意义．     

Reconstruction of probabilistic S-N curves under fatigue life following lognormal distribution with given confidence

When the historic probabilistic S-N curves are given under special survival probability and confidence levels and there is no possible to re-test, fatigue reliability analysis at other levels can not be done except for the special levels. Therefore, the wide applied curves are expected. Monte Carlo reconstruction methods of the test data and the curves are investigated under fatigue life following lognormal distribution. To overcome the non-conservative assessment of existent man-made enlarging the sample size up to thousands, a simulation policy is employed to address the true production where the sample size is controlled less than 20 for material specimens, 10 for structural component specimens and the errors matching the statistical parameters are less than 5 percent. Availability and feasibility of the present methods have been indicated by the reconstruction practice of the test data and curves for 60Si2Mn high strength spring steel of railway industry.     

Evaluation of the probability distribution of pitting corrosion fatigue life in aircraft materials

Corrosion and fatigue properties of aircraft materials are known to have a considerable scatter due to the random nature of materials, loading, and environmental conditions. A probabilistic approach for predicting the pitting corrosion fatigue life has been investigated which captures the effect of the interaction of the cyclic load and corrosive environment and all stages of the corrosion fatigue process (i.e. the pit nucleation and growth, pit-crack transition, short- and long-crack propagation). The probabilistic model investigated considers the uncertainties in the initial pit size, corrosion pitting current, and material properties due to the scatter found in the experimental data. Monte Carlo simulations were performed to define the failure probability distribution. Predicted cumulative distribution functions of fatigue life agreed reasonably well with the existing experimental data. The project supported by SRF for ROCS, State Education Ministry of China, and the Society for the Promotion of Science (JSPS) of Japan (JSPS-P02042)     

自紧身管临界裂纹尺寸的概率断裂力学研究

基于概率断裂力学理论和Mome Caflo模拟方法，本文进行了自紧身管临界裂纹尺寸的可靠性研究。自紧身管内表面的疲劳裂纹考虑为半椭圆形式。裂纹尖端处的应力强度因子由内压和自紧残余应力共同产生。自紧残余应力采用了符合身管材料具有强化和包辛格效应性能推导的公式计算，它产生的应力强度因子通过权函数方法得到。根据断裂准则，可计算出自紧身管的临界裂纹尺寸。实例分析表明，对数正态分布为临界裂纹尺寸的最佳分布，同时给出了在各种置信度和可靠度下自紧身管的临界裂纹尺寸。     

随机疲劳累积损伤理论研究进展

对疲劳载荷、应力、寿命和强度的随机性分别进行了明确分类．然后,针对在疲劳理论发展史上有代表性的、目前在国内外仍被大量引用的（主要用于裂纹起始阶段的）疲劳累积损伤准则,从力学、概率统计等方面进行了较深入系统的分析．提出疲劳损伤累积具有两类不同的概率机制,即损伤在单一个体内具有的随机性以及损伤在同一母体中不同个体之间具有的分散性．最后,重点介绍了二维概率Miper准则以及有关随机疲劳寿命、随机疲劳强度等方面的研究进展．      

基于电能耗散的金属材料疲劳损伤测量

根据电磁学原理，提出了基于电能耗散的疲劳损伤定义，指出其较能反映金属材料疲劳损伤的特征。获得了用电阻变化测量疲劳损伤的公式，应用计及疲劳极限和循环应力幅影响的非线性累积疲劳损伤模型，给出了金属材料疲劳损伤的剩余寿命预测公式。通过正火45^#碳钢的旋转弯曲疲劳试验，验证了本文提出的剩余寿命预测公式的可靠性，和韧性耗散测量疲劳损伤相比较；说明了用电阻测量疲劳损伤的合理性。     

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。     

自增强厚壁圆筒疲劳裂纹扩展寿命的可靠性分析

本文提供了自增强厚壁圆筒疲劳裂纹扩展寿命的可靠性分析的方法和公式,自增强残余应力用符合厚壁筒用钢具有强化和包辛格效应实际性能推得的公式进行计算,残余应力对应的应力强度因子的计算采用了有限元法,得到了工作内压与自增强残余应力共同作用下的厚壁筒应力强度因子公式,通过实验测定了厚壁筒用钢的断裂韧度和疲劳裂纹扩展速率等性能。     

焊接结构长寿命区疲劳累积损伤的概率模型

根据焊接结构在各种随机谱载荷下长寿命区疲劳试验的有关资料,对变幅载荷下焊接结构在长寿命区疲劳累积损伤的分布规律进行了统计分析,根据长寿命区疲劳高度离散性的特点,提出了一种变标准差的概率设计模型。