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疲劳载荷作用下结构系统的可靠性分析方法的研究

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第1章绪论

1.1选题的目的和意义

1.2国内外发展及研究状况

1.2.1结构可靠度的发展综述

1.2.2疲劳可靠性发展综述

1.3本文的主要研究内容

第2章系统疲劳可靠性理论的基础知识

2.1引言

2.2可靠性指标的计算方法

2.2.1结构功能函数

2.2.2随机变量服从正态分布的Monte-carlo法

2.2.3结构可靠性指标

2.2.4均值的一次二阶矩法(FOSM)

2.2.5可靠性指标的改进一次二阶矩法(AFOSM)

2.3本章小结

第3章结构系统可靠性分析

3.1引言

3.2串联系统和并联系统的可靠性分析

3.2.1串联系统的失效概率

3.2.2并联系统的失效概率

3.3结构系统的可靠性分析

3.3.1引言

3.3.2分枝限界法

3.3.3 PNET法

3.3.4 Taylor展开随机有限元法(TSFEM)

3.3.5应用AFSOM法的序列响应面法

3.3.6算例

3.4本章小结

第4章结构系统疲劳可靠性的研究

4.1引言

4.2疲劳强度的概率模型

4.2.1疲劳强度

4.2.2疲劳寿命的分布模型

4.3 S-N曲线与P-S-N曲线

4.4疲劳的累积损伤

4.4.1 Miner线性累积损伤理论

4.4.2载荷谱作用下的疲劳累积损伤

4.5疲劳寿命的可靠性一般计算

4.5.1疲劳寿命的随机性

4.5.2疲劳寿命的可靠度

4.6结构系统疲劳可靠性的计算

4.6.1失效单元及其相关性

4.6.2并联系统疲劳可靠性的一般解法

4.6.3基于风险值的疲劳可靠性计算

4.6.4算例

4.7断裂力学在疲劳可靠性分析中的应用

4.7.1引言

4.7.2随机裂纹扩展理论

4.8损伤力学在疲劳可靠性分析中的应用

4.8.1引言

4.8.2结构构件刚度的衰减模型

4.8.3考虑刚度衰减时杆元桁架系统结点位移的表达式

4.8.4综合考虑系统强度和刚度的可靠度的算例

4.9本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

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摘要

结构在使用过程中可能会出现各种失效形式,这些失效形式中,疲劳失效是主要的失效形式之一。现实生活中,疲劳破坏现象屡见不鲜,因此,对疲劳破坏问题的可靠性研究越来越引起了人们的重视。 对于结构系统疲劳可靠性的研究,目前研究的方法不多。一般是通过系统静载强度失效的计算方法,分别计算元件在不同疲劳载荷下的寿命的大小,确定失效顺序,进而给出失效模式的安全余量表达式。由于疲劳损伤的累积性,后来失效的元件疲劳寿命要受到以前失效元件的影响,因此,在计算不同失效级中元件的寿命时,需要同时考虑以前失效级中该元件的寿命。在系统元件较多时,计算过程将十分繁琐,对于大型结构系统的计算很不方便。本文对系统疲劳可靠性的分析方法作了一些新的改进尝试,从等效疲劳寿命的角度,充分考虑了以前失效元件的疲劳累计损伤对后来失效元件的影响,采用风险值的方法判别系统元件的失效顺序。由于仅考虑了当前失效级的等效疲劳寿命,计算过程得到了简化。同时应用损伤力学的公式推导出系统构件刚度的疲劳衰减公式,并且通过算例说明了综合考虑系统疲劳的强度和刚度的可靠性的必要性。主要内容如下: 1.阐述了可靠度计算中的几种常用方法:Monte-carlo法、均值的一次二阶矩法和改进的一次二阶矩法。推导出具有相关性服从正态分布的二维随机变量的Monte-carlo随机抽样公式,编制了以设计验算点为线性化展开点的改进一次二阶矩的计算程序。 2.阐述了一般结构系统求解失效概率的常用方法:分枝限界法和PNET法,以及实际工程计算中常用的Taylor展开随机有限元法和随机结构系统可靠性的一种简便算法:序列响应面法。 3.详细阐述了系统疲劳失效的基本理论。对于服从对数正态分布的系统元件的疲劳寿命,利用等效疲劳寿命的概念和风险值的方法,求解其可靠度,对大型系统疲劳可靠度的计算带来了极大的方便。 4.利用损伤力学的理论和剩余强度模型相结合,来分析结构系统的刚度可靠性,推导出求解刚度可靠度的一般公式,并通过例题说明综合考虑系统强度和刚度的可靠性是十分必要的。

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