基于SFEM的结构元件疲劳可靠性分析

论文摘要

疲劳破坏是实际工程结构破坏的主要失效方式之一,研究结构在疲劳载荷作用下的可靠性具有重要的意义。传统的名义应力法和局部应力应变法估算得到的是均值意义下的寿命,不满足疲劳可靠性设计的要求;而如果通过疲劳试验来确定元件的疲劳寿命,耗资费时,不现实,且得到的寿命受诸多随机因素的影响呈现不确定性。因此,对于受载荷随机性和结构疲劳响应固有分散性影响的结构元件疲劳寿命估算和可靠性分析有重要的工程应用价值。本文首先全面地回顾了国内外随机有限元方法的研究现状及其在结构可靠性分析中的应用,并从随机场离散的角度对随机有限元系统地进行分类和讨论。对于中高周疲劳问题,考虑了结构元件疲劳响应的分散性和疲劳分析方法的随机性,给出Monte Carlo随机有限元的建模方法,由该方法计算得到元件疲劳危险点的应力分布,由该应力分布和材料的p-S-N曲线引入了概率名义应力法,结合随机累积损伤理论,计算了常幅和变幅载荷下的元件的随机寿命,并利用剩余寿命模型进行了可靠性分析。对于低周疲劳问题,考虑疲劳响应、载荷、循环应力应变曲线以及应变寿命曲线等的随机性,将Monte Carlo随机有限元和概率局部应力应变法相结合,分别计算了常载荷序列和随机载荷序列的随机寿命分布和可靠度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 随机疲劳载荷、应力、寿命和强度
• 1.2 随机有限元方法的研究进展
• 1.2.1 随机有限元方法的研究背景
• 1.2.2 国外研究现状
• 1.2.3 国内研究现状
• 1.3 结构疲劳可靠性分析方法的发展
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第二章 随机有限元与结构疲劳可靠性分析方法
• 2.1 随机有限元综述
• 2.1.1 基本理论
• 2.1.2 基于基本变量的随机有限元
• 2.1.3 基于级数展开的随机有限元
• 2.1.4 统计随机有限元
• 2.2 结构元件疲劳可靠性分析方法
• 2.3 小结
• 第三章 随机－常变幅载荷下的疲劳可靠性分析
• 3.1 方法建立的基本思想
• 3.2 基于SFEM 的结构元件建模
• 3.2.1 基本随机变量的分布
• 3.2.2 随机场的离散
• 3.2.3 MSC.Patran 参数化建模方法
• 3.2.4 MSC.Robust design 软件介绍
• 3.3 概率名义应力法
• 3.3.1 p-S-N 曲线及其确定方法
• 3.3.2 疲劳缺口系数的影响因素
• 3.3.3 个体元件的分散性
• 3.3.4 平均应力的影响
• 3.4 随机累积损伤理论
• 3.5 基于SFEM 的应力疲劳寿命可靠性分析
• 3.5.1 随机－常幅载荷下的结构元件疲劳可靠性分析
• 3.5.2 随机－变幅载荷下的结构元件疲劳可靠性分析
• 3.6 算例分析
• 3.6.1 算例一中心孔板
• 3.6.2 算例二环形缺口的圆棒试件
• 3.6.3 算例三随机－变幅载荷
• 3.7 结论
• 第四章 随机－随机载荷时间历程下的疲劳可靠性分析
• 4.1 应变疲劳可靠性的研究背景及发展
• 4.2 基本随机变量及其分布
• 4.2.1 元件疲劳响应随机变量
• 4.2.2 载荷随机变量
• 4.2.3 疲劳分析方法随机变量
• 4.3 概率局部应力应变法
• 4.3.1 概率循环应力－应变折线模型
• 4.3.2 局部应力应变的随机性
• 4.3.3 概率应变-寿命曲线
• 4.4 基于SFEM 的应变疲劳寿命可靠性分析
• 4.5 算例分析
• 4.6 总结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文