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結(jié)構(gòu)失效模式識別和體系可靠度分析的無路徑依賴性方法研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、結(jié)構(gòu)的失效模式識別和體系可靠度分析是開展結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、維護加固和安全評估的重要基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)失效模式識別方法需要在加載過程中逐級修改材料本構(gòu)關(guān)系和有限元控制方程,存在失效路徑依賴性問題。同時,傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系可靠度分析方法存在主要失效模式難以識別和多失效模式聯(lián)合失效概率計算繁瑣兩大難點。因而,開展結(jié)構(gòu)失效模式識別和體系可靠度分析的高效新方法研究,具有重要的理論意義及工程應(yīng)用價值。近年來新發(fā)展的彈性模量縮減法(EMRM)基于線彈性有限元計

2、算模型,在迭代過程中可以通過縮減高承載單元的彈性模量來模擬結(jié)構(gòu)的損傷演化,具有計算原理簡單、計算效率高、不依賴失效路徑(即無路徑依賴性)等優(yōu)點。鑒于此,本文基于EMRM,重點圍繞工程結(jié)構(gòu)的失效模式識別和體系可靠度分析開展研究,主要研究內(nèi)容包括:
  (1)基于傳統(tǒng)的彈塑性增量分析法(EPIA),利用桿件橫截面的彈性核相對高度來判斷截面進入塑性屈服的程度,進而提出了一種桿系結(jié)構(gòu)的失效模式識別方法,為利用EPIA識別桿系結(jié)構(gòu)的失效模式

3、提供了一種新的途徑。研究表明,當(dāng)取合適的有限元參數(shù)時,塑性極限狀態(tài)下結(jié)構(gòu)中各失效截面能達到全截面塑性屈服狀態(tài),此時失效截面中不存在彈性核。但是由于參數(shù)選取的主觀性,當(dāng)極限荷載的結(jié)果精度較高時,結(jié)構(gòu)中的失效截面還可能存在一定高度的彈性核。針對本文算例分析的結(jié)果,當(dāng)截面的彈性核相對高度h0/h≤1/8時可以認為該截面已經(jīng)進入塑性屈服狀態(tài)并形成塑性鉸。
  (2)結(jié)合彈性模量調(diào)整策略和齊次廣義屈服函數(shù),研究建立了確定性結(jié)構(gòu)損傷演化及失效

4、模式識別的高效無路徑依賴性方法。首先,根據(jù)齊次廣義屈服函數(shù)定義單元承載比等結(jié)構(gòu)承載狀態(tài)特征參數(shù),可以合理考慮結(jié)構(gòu)中的組合內(nèi)力效應(yīng),建立了高承載單元的自適應(yīng)動態(tài)識別準(zhǔn)則;然后通過縮減高承載單元的彈性模量來模擬結(jié)構(gòu)的損傷演化和內(nèi)力重分布,并根據(jù)結(jié)構(gòu)達到塑性極限狀態(tài)時高承載單元的彈性模量縮減幅度,建立了失效元的定量識別準(zhǔn)則;最后利用塑性鉸標(biāo)識失效元的具體位置,據(jù)此識別結(jié)構(gòu)的失效模式,提出了確定性結(jié)構(gòu)損傷演化模擬及失效模式識別的高效無路徑依賴性

5、方法,從而克服了傳統(tǒng)失效模式識別方法由于具有路徑依賴性而需要逐級修改材料本構(gòu)關(guān)系或有限元控制方程存在的缺陷。
  (3)結(jié)合截面強度融合技術(shù)和彈性模量調(diào)整策略,研究建立了考慮恒荷載效應(yīng)的結(jié)構(gòu)失效模式識別的無路徑依賴性方法。首先利用截面強度融合技術(shù),建立了融入恒荷載效應(yīng)的修正結(jié)構(gòu)計算模型,可以合理考慮工程結(jié)構(gòu)中存在的恒荷載效應(yīng);然后利用彈性模量調(diào)整策略分析恒荷載下結(jié)構(gòu)的損傷演化過程,并采用結(jié)構(gòu)達到塑性極限狀態(tài)時高承載單元的彈性模量縮

6、減幅度來識別結(jié)構(gòu)的主要失效模式,從而建立了考慮恒荷載效應(yīng)的結(jié)構(gòu)失效模式識別的無路徑依賴性方法。分析結(jié)果表明,該方法可以合理考慮結(jié)構(gòu)中存在的恒荷載效應(yīng)及組合內(nèi)力效應(yīng)對失效演化的影響,并且迭代過程中無需修改材料本構(gòu)關(guān)系或有限元控制方程,具有無路徑依賴性,計算原理簡單,計算精度較高。
  (4)結(jié)合隨機響應(yīng)面法(SRSM)和彈性模量縮減法(EMRM),研究建立了結(jié)構(gòu)體系可靠度分析的無路徑依賴性方法。首先結(jié)合SRSM和EMRM,建立了結(jié)構(gòu)

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