結(jié)構(gòu)的可靠性和疲勞運(yùn)用概率理論

1、 結(jié)構(gòu)的可靠性和疲勞運(yùn)用概率理論-摘要 失效概率計(jì)算方法估算了疲勞加載的結(jié)構(gòu)可靠性的開(kāi)發(fā)。該方法的適用性進(jìn)行評(píng)估與疲勞裂紋擴(kuò)展是在巴黎和沃克建議模型的幫助下進(jìn)行的。如表（一階可靠性方法）的概率理論，在SORM（二階可靠性方法）和單片機(jī)（蒙特卡洛模擬）里。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，失敗概率設(shè)計(jì)疲勞壽命的增加和應(yīng)用最小應(yīng)力下降，初始裂紋尺寸減小邊緣，施加最大的壓力和巴黎方程的斜率。除此之外，根據(jù)隨機(jī)變量的敏感性分析，他的雙方程的斜率影響巴黎之間的顯性和沃克模型的其他隨機(jī)變量的失效概率關(guān)鍵詞：疲勞;可靠性，失效概率;敏感性;形式; SORM蒙地卡羅模擬-1.簡(jiǎn)介 反復(fù)荷載在結(jié)構(gòu)上可能會(huì)導(dǎo)致材料的破壞，即使負(fù)載水平遠(yuǎn)

2、低于極限狀態(tài)下，如火車(chē)車(chē)軸和車(chē)輪許多機(jī)械結(jié)構(gòu)，承重部件，海洋結(jié)構(gòu)，橋梁設(shè)計(jì)為長(zhǎng)期忍受在實(shí)際的服務(wù)，以千兆周載荷，除此之外，在各個(gè)領(lǐng)域的一些機(jī)械結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行調(diào)查，如果操作壽命可超過(guò)因經(jīng)濟(jì)考慮設(shè)計(jì)壽命延長(zhǎng)。在這種情況下，這些結(jié)構(gòu)的機(jī)械部件一般都受到了巨大的數(shù)量，應(yīng)力/應(yīng)變循環(huán)的誤碼率長(zhǎng)期服務(wù)期。因此，結(jié)構(gòu)材料的循環(huán)荷載作用下長(zhǎng)期服務(wù)疲勞性能也要求安全等機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)信息的重要課題1-3 在疲勞設(shè)計(jì)，SN曲線的使用已被確立，這些曲線預(yù)測(cè)在恒幅載荷疲勞失效，但不能把相關(guān)信息裂紋萌生和/或傳播。如果裂縫是在我的行動(dòng)中，發(fā)現(xiàn)械結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)可以修復(fù)的進(jìn)一步使用，南北流行的做法是這樣的情況下不再有用。然而，

3、斷裂力學(xué)的技術(shù)可以成功地應(yīng)用到這個(gè)問(wèn)題。斷裂力學(xué)的需要有關(guān)的缺陷和/或信息，這種分析裂縫，由于規(guī)模和缺陷是相當(dāng)隨機(jī)的，一個(gè)確定性的分析可以提供有關(guān)結(jié)構(gòu)的可靠性不完整的結(jié)果。此外，統(tǒng)計(jì)載荷隨機(jī)字符，幾何形狀和材料屬性可能會(huì)顯著影響的結(jié)構(gòu)可靠性，因此，在概率斷裂力學(xué)方法，幫助提供一個(gè)有用的工具來(lái)解決這些問(wèn)題4-7在本文中，疲勞模型巴黎和沃克建議用于制定有關(guān)評(píng)審的疲勞水壩失敗的年齡結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)函數(shù)（該組織）。失敗的概率估計(jì)通過(guò)使用窗體（一階可靠性方法）和SORM（二階可靠性方法）。對(duì)疲勞結(jié)構(gòu)的可靠性進(jìn)行評(píng)估使用這種失敗的概率，他對(duì)這些估算的可靠性預(yù)計(jì)方法的適用性提供了一個(gè)案例研究。此外，估計(jì)的每個(gè)

4、隨機(jī)變量的可靠性，這是量化的失敗機(jī)率的影響靈敏度。通過(guò)使用窗體和SORM取得的成果進(jìn)行了比較與使用MCS（蒙特卡羅仿真）來(lái)檢查這個(gè)文件后，Accu -活潑的擬議方法估計(jì)的。2疲勞模型 他想了一個(gè)組件或結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可以大大減少了一道裂紋的存在，該疲勞裂紋擴(kuò)展速率，da / dN的，相對(duì)于應(yīng)用應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍/ K時(shí)，可從疲勞裂紋擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)。該相應(yīng)的應(yīng)用范圍應(yīng)力強(qiáng)度因子/ K是計(jì)算了裂紋長(zhǎng)度，A，而外加應(yīng)力范圍，其中，B是一個(gè)幾何參數(shù)，Kmax是最大應(yīng)力強(qiáng)度因子， Kmin是最小應(yīng)力強(qiáng)度因子，Smax為最大應(yīng)力和壓力。Smin是由于應(yīng)力強(qiáng)度因子應(yīng)用在壓縮最低未定義，Kmin采取零，如果Smin壓縮。對(duì)于

5、恒幅載荷相關(guān)性，ING是通常與疲勞裂紋擴(kuò)展速率對(duì)數(shù)表繪制，相對(duì)于開(kāi)放型應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍，一個(gè)典型的對(duì)數(shù)疲勞裂紋擴(kuò)展速率與應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍，繪制示意圖如圖所示。 1，有一個(gè)S型的形狀，可分為三個(gè)主要區(qū)域劃分。 I區(qū)是在附近。圖。 1。示意圖行為疲勞裂紋擴(kuò)展速率版本- SUS的應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍閾值區(qū)，表明一個(gè)閾值，/ K級(jí)，也沒(méi)有觀察到裂紋低于這個(gè)值的增長(zhǎng)。發(fā)生在該閾值的1x10 - 10米/循環(huán)或更少秩序裂紋擴(kuò)展速率。二區(qū)之間的記錄顯示基本上是大/ DN和對(duì)數(shù)線性關(guān)系/度，相當(dāng)于巴黎的公式1,3,4提出。其中，n，C為材料常數(shù)。n是直線部分斜率系數(shù)，C是通過(guò)擴(kuò)展直線/度 1MPa的m.In區(qū)發(fā)現(xiàn)

6、的疲勞裂紋擴(kuò)展對(duì)應(yīng)的宏觀裂紋穩(wěn)定增長(zhǎng)。這是典型的邊界條件所控制。平均應(yīng)力的微觀結(jié)構(gòu)和區(qū)域顯示一比三，在區(qū)域區(qū)少對(duì)疲勞裂紋擴(kuò)展行為的影響疲勞裂紋擴(kuò)展率非常高，因?yàn)樗鼪](méi)有辦法不穩(wěn)定性和疲勞裂紋擴(kuò)展壽命參與。這個(gè)地區(qū)的控制，主要受斷裂韌性KCor K表立法會(huì)，這對(duì)組織而定，平均應(yīng)力和環(huán)境。傳統(tǒng)的Sn或H - N疲勞行為通常是參照完全扭轉(zhuǎn)應(yīng)力或應(yīng)變條件相關(guān)（r = -1）。然而，疲勞裂紋擴(kuò)展數(shù)據(jù)通常引用的脈動(dòng)緊張狀況與R = 0或接近于零。在平均應(yīng)力對(duì)疲勞裂紋擴(kuò)展行為的一般影響可以使用估計(jì)應(yīng)力比的，R Kmin / Kmax Smin / Smax，這是用來(lái)作為主要參數(shù)，并具有積極的值，R大于或等于0

7、。應(yīng)當(dāng)承認(rèn)的是，對(duì)疲勞裂紋擴(kuò)展行為的影響是強(qiáng)烈的R比物質(zhì)依賴(lài)。一個(gè)共同的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系用于包括均值R 大于或等于的0應(yīng)力的影響是沃克方程如下1,3-5所示。其中C和N的系數(shù)和巴黎方程的斜率為R = 0，分別和M是材料常數(shù)。巴黎沃克方程和方程的基本相似，與方程組C和不同的系數(shù)C ''如下由于R的疲勞裂紋生長(zhǎng)的影響是眾所周知的材料依賴(lài)，有必要確定材料常數(shù)。用于各種金屬的價(jià)值范圍從0.3到鄰近1，具有典型值約0.5。疲勞破壞壽命，可以通過(guò)整合在疲勞裂紋擴(kuò)展，從最初的裂縫，人工智能，域名到最后裂紋擴(kuò)展率公式，自動(dòng)對(duì)焦和最后的裂縫可以用以下計(jì)算的斷裂韌性。3失效概率3.1表（一階可靠度分析方法

8、）失效概率的計(jì)算方法是利用形式，它是利用可靠性指標(biāo)的方法之一。窗體的方法是基于一階泰勒的該組織，這是作為如下6-10中定義的級(jí)數(shù)逼近其中，RE是正常的可變電阻和LO是負(fù)載正常變量。假設(shè)，稀土和LO是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的，通常分布的隨機(jī)變量，變量Z是發(fā)生故障，通常也是分散式的.當(dāng)Re小于L0;，即作為Z 小于0給出。失敗的概率是鑒于如下其中，工業(yè)區(qū)和CZ是該變量Z，分別是標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變量的累積分布函數(shù)，E是安全指標(biāo)和可靠性指標(biāo)和方差（COV的）系數(shù)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差記如下。（8）可以用來(lái)當(dāng)系統(tǒng)有一個(gè)線性LSF的。其實(shí)，最真實(shí)的制度和案件沒(méi)有線性LSF的，而是有一個(gè)非線性LSF的。因此，對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的非線性

9、LSF的，均衡器。 （8）不能用于計(jì)算可靠性指標(biāo)。 Rackwitz和Fiessler提出了一個(gè)方法來(lái)估計(jì)的可靠性指標(biāo)，它使用圖所示的程序.2一個(gè)系統(tǒng)有一個(gè)非線性LSF的。本文witerate循環(huán)，如圖所示。 2，確定有可能被可靠性指標(biāo)的可靠性指標(biāo)，直到收斂到所需值（'S 長(zhǎng)0.001）9，10。必須定義該組織制定的形式和評(píng)估的可靠性。在這個(gè)文件中，可以定義該組織通過(guò)使用如下6,7的疲勞模型。其中，Nd是設(shè)計(jì)疲勞壽命，它是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程需要的價(jià)值和Nff的是疲勞失效的疲勞裂紋擴(kuò)展壽命，如巴黎，并利用式增長(zhǎng)模式的沃克模型估計(jì)。 （2）或式。 （3）。指數(shù)的敏感性，這是用來(lái)評(píng)估對(duì)失效概率隨

10、機(jī)變量的影響，表示為如下9，10。凡Sl是一個(gè)隨機(jī)變量Xi和Sz/ Sx是一個(gè)隨機(jī)變量的偏導(dǎo)數(shù)的敏感性指數(shù)習(xí)。3.2 SORM（二階可靠性方法）可靠性與線性系統(tǒng)LSF的分析所需的計(jì)算相對(duì)簡(jiǎn)單。不過(guò)，該組織可能是非線性要么由于隨機(jī)變量的非線性關(guān)系，在該組織或由于一些變量是非正常的。在形式方法將給予線性和非線性極限狀態(tài)情況下，相同的可靠性指標(biāo)，如果點(diǎn)的最小距離是一樣的。但很明顯，對(duì)非線性極限狀態(tài)失效概率會(huì)比線性極限狀態(tài)，由于在失敗領(lǐng)域的差。在周?chē)淖钚【嚯x點(diǎn)曲率極限狀態(tài)決定了其形式的一階近似的準(zhǔn)確性。該SORM提高，包括對(duì)曲率極限狀態(tài)的其他信息形式的結(jié)果。 圖。 2。計(jì)算過(guò)程中的可靠性指標(biāo)。Fie

11、ssler首先探討使用各種二次近似的SORM辦法。一個(gè)簡(jiǎn)單的概率計(jì)算封閉的形式使用二階近似和一個(gè)漸進(jìn)的近似理論幫助解決方案是給予Breitung 6,7,9。其中Ni表示在最低點(diǎn)的距離該組織的主曲率和E的可靠性指標(biāo)是通過(guò)使用窗體計(jì)算。主曲率計(jì)算通過(guò)使用圖所示的步驟. 3。不像許多工程分析結(jié)果，由概率方法得到的是困難的實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。相反，我們使用單片機(jī)技術(shù)，nique來(lái)驗(yàn)證從形式取得的結(jié)果的準(zhǔn)確性。大多數(shù)MCS的通常表現(xiàn)在工程應(yīng)用中的圖所示的步驟。在單片機(jī)，很多仿真分析。在每個(gè)模擬，變量的值是隨機(jī)生成的，根據(jù)其概率密度函數(shù)。然后該組織用于評(píng)估在每個(gè)仿真性能的功能。 Finallythe概率P為Z

12、lt;0估計(jì) 其中，Nf是在模擬與Z小于0，這是失敗的次數(shù)，n是模擬的總數(shù)。要獲得可靠的結(jié)果，在模擬的總數(shù)，N為選定為：在本文中，N是因?yàn)槲覀冞x擇了為108 ,最高目標(biāo)的埋管道相應(yīng)的安全水平，以確保以確保埋地管道的完美結(jié)合。4一個(gè)案例研究在本論文中，我們制訂利用發(fā)蒂格模型的LSF，并估計(jì)通過(guò)使用疲勞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)給出了一個(gè)邊緣裂紋圖中顯示的數(shù)據(jù)的形成及SORM失敗的概率。 5。這個(gè)標(biāo)本是一個(gè)非常廣泛被美國(guó)汽車(chē)工程師協(xié)會(huì)認(rèn)可的。1020冷軋薄板不斷受到上午振幅單軸循環(huán)荷載。隨機(jī)變量及其值的統(tǒng)計(jì)模型所使用的疲勞見(jiàn)表1 1-5。表1。隨機(jī)變量及其統(tǒng)計(jì)值用在個(gè)案研究5結(jié)果與討論在這個(gè)文件中，該組織正在制訂使

13、用正法蒂格裂紋擴(kuò)展了巴黎和Walker提出的模型。失敗的概率估計(jì)通過(guò)使用表1中列出，如隨機(jī)變量的形式，SORM和單片機(jī)的概率理論的價(jià)值。之間的失效概率與隨機(jī)變量的變化關(guān)系如圖所示。 6，相應(yīng)的疲勞模型和概率理論。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)圖。 6，未能概率設(shè)計(jì)的疲勞壽命增加和應(yīng)用最小應(yīng)力，初始邊緣裂紋尺寸的減小，應(yīng)用最大應(yīng)力和巴黎方程的斜率減小。具體統(tǒng)計(jì)值用于確定的個(gè)案研究，比較各對(duì)模型的結(jié)果出來(lái)的沃克模型。它存在于圖。 6，未能在巴黎和沃克模型的概率變成變化是非常邊緣的初始裂紋尺寸和巴黎方程的斜率相同。但是，巴黎和沃克模特表演與設(shè)計(jì)疲勞壽命失效概率的變化不同，因?yàn)樗鼈冇胁煌钠趬勖鶎?duì)應(yīng)的最大和最小的壓力

14、。圖。 6。失效概率之間和各種關(guān)系，根據(jù)隨機(jī)變量的形式，SORM和單片機(jī)其結(jié)果發(fā)現(xiàn)圖。六是形式，SORM和管委會(huì)顯示巴黎和沃克模型類(lèi)似的失效概率。表2顯示了定量之間的形式，SORM和巴黎和沃克的模型，分別MCS的結(jié)果平均百分差異。對(duì)于巴黎和從表2中的表格及SORM顯示出類(lèi)似的變失效概率隨機(jī)變量的沃克模型。另一方面，在失敗的概率形式美與單片機(jī)的區(qū)別是類(lèi)似之間的SORM和單片機(jī)的。人們還認(rèn)識(shí)到從表2中的沃克在失敗的概率模型顯示間差異稍大的形式，SORM和較初始邊緣裂紋尺寸的變化，應(yīng)用最小應(yīng)力和巴黎巴黎模型邊坡的MCS方程。另一方面，在巴黎模型顯示的形式，SORM比為所施加的最大應(yīng)力變化Walker

15、模型和設(shè)計(jì)的MCS稍微疲勞壽命失效概率較大差異。圖。 7。敏感性根據(jù)隨機(jī)變量的巴黎和沃克模型參數(shù)的變化。雖然疲勞壽命的設(shè)計(jì)和應(yīng)力比的變化之間的結(jié)果差異很大，差異并不明顯區(qū)分圖。 6，因?yàn)橛尚问?，SORM和單片機(jī)失效概率估計(jì)的絕對(duì)值很小。一些顯示上的每個(gè)失敗的概率隨機(jī)變量的影響，典型的圖如圖所示。 7使用敏感指數(shù)。方程的雙，N，坡度影響與邊緣的初始裂紋尺寸的變化顯著失敗的概率，應(yīng)用最大和最小強(qiáng)調(diào)在巴黎和沃克模型。然而，巴黎方程，N對(duì)故障概率較大的初始邊緣裂紋尺寸的增大成為能力，邊坡的影響。另一方面，如其他隨機(jī)變量的影響，巴黎的方程，C，則采用最大應(yīng)力，Smax初始裂紋尺寸的邊緣，人工智能，應(yīng)用的

16、最小應(yīng)力系數(shù)，Smin為設(shè)計(jì)疲勞壽命和斷裂韌性，對(duì)失效概率成為邊緣裂紋的初始大小增加小。因此，至關(guān)重要的是一個(gè)材料，如巴黎方程，N斜率不變，和巴黎方程，C，估計(jì)系數(shù)必須采取適當(dāng)?shù)钠谠囼?yàn)非常謹(jǐn)慎。 表2。比較結(jié)果之間的平均百分使用的形式，獲得了MCS SORM和分歧。而且還發(fā)現(xiàn)從圖。七是對(duì)失敗的概率隨機(jī)變量的影響是在與前，后在初始迭代邊緣裂紋尺寸的變化一樣，使用最大和最小強(qiáng)調(diào)在巴黎和沃克模型。然而，設(shè)計(jì)疲勞壽命顯著的影響之前，在巴黎迭代方程的斜率變化的失效概率。巴黎方程的斜率發(fā)現(xiàn)極大地影響后，在巴黎和沃克模型迭代的失效概率。圖。 8顯示了在巴黎和沃克模型各種參數(shù)不同COV的失效概率。經(jīng)歷一次較

17、大的COV的意思是，從變量的分布更加分散的平均值。據(jù)悉，在圖。 8，影響在巴黎方程，最大應(yīng)力和應(yīng)力強(qiáng)度因子邊坡散射失效概率顯著巴黎和沃克模型。也就是說(shuō)，散射的巴黎方程，最大應(yīng)力和失效概率邊坡應(yīng)力強(qiáng)度因子特性的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響，似乎是最重要的。另一方面，我們注意到圖。 8，該方程的巴黎，設(shè)計(jì)疲勞壽命，最小應(yīng)力和失效概率初始邊裂紋散射系數(shù)的影響不大明顯。圖。 8。失效概率之間的關(guān)系和不同參數(shù)巴黎和沃克COV的模型。從分散的平均值。據(jù)悉，在圖。 8，影響在巴黎方程，最大應(yīng)力和應(yīng)力強(qiáng)度因子邊坡散射失效概率顯著巴黎和沃克模型。也就是說(shuō)，散射巴黎方程，最大應(yīng)力和失效概率邊坡應(yīng)力強(qiáng)度因子特性的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響，

18、似乎是最重要的。另一方面，我們注意到圖。8，該方程的巴黎，設(shè)計(jì)疲勞壽命，最小應(yīng)力和失效概率初始邊裂紋散射系數(shù)的影響沒(méi)有太大的親第二十九個(gè)。特別是，我們發(fā)現(xiàn)失敗的概率急劇上升到4.52E18 %與約0.41 COV的巴黎模型的應(yīng)力強(qiáng)度因子。我們也可以注意到，失敗的概率急劇上升到. 因此，工程師必須考慮選擇正確的價(jià)值觀的各種參數(shù)的觀測(cè)，從失敗的概率分析tained的結(jié)構(gòu)，真實(shí)姿態(tài)的設(shè)計(jì)過(guò)程和維護(hù)調(diào)查結(jié)果。特別是，一些變量需要更多的調(diào)查，將根據(jù)對(duì)COV的敏感性分析和選擇。6結(jié)論在這個(gè)文件中，疲勞裂紋擴(kuò)展模型對(duì)和沃克建議用于制定的極限狀態(tài)函數(shù)（該組織）。表格（一階可靠性方法）和SORM（二階可靠性方法

19、）來(lái)估計(jì)的失效概率。而單片機(jī)（蒙特卡洛模擬）是用來(lái)評(píng)估和適用性的形式通過(guò)比較失敗的概率SORM。此外，不同的故障概率隨機(jī)變量的影響進(jìn)行了系統(tǒng)調(diào)查和使用敏感指數(shù)，得到以下結(jié)果：（1）失效概率的設(shè)計(jì)與疲勞壽命的增加和應(yīng)用最小應(yīng)力，初始邊緣裂紋尺寸的減小降低，應(yīng)用最大應(yīng)力和巴黎方程的斜率。（2）出的形式和SORM結(jié)果表明，對(duì)于巴黎和沃克模型類(lèi)似的失效概率。（3）雙方程的斜率顯著的影響與在巴黎和沃克模式失效概率隨機(jī)變量的變化。（4）的數(shù)據(jù)，如巴黎的方程，最大應(yīng)力和沃克在巴黎和應(yīng)力強(qiáng)度因子模型散射影響邊坡破壞概率顯著。認(rèn)證這項(xiàng)工作是支持的Brain Korea21項(xiàng)目于2007年。本文的主要部分，在英國(guó)倫敦于七月0204，2007 WCE2007上提出了參考文獻(xiàn)1是斯蒂芬斯，樓阿里，遙感工程，威利父子羅伯特和亨利，金屬疲勞，（200