考虑强度退化的海上风机齿轮结构可靠性评估方法

针对结构可靠性评估中多维复杂非线性积分难以求解的问题,以海上风机的齿轮结构为例,提出一种基于广义多项式混沌和最大熵模型的解析计算方法。首先,考虑风载荷对齿轮的疲劳损伤,建立考虑齿轮结构强度退化的时变可靠性模型;其次,基于随机风载和齿轮材料结构的不确定性分布,通过广义多项式混沌展开将原复杂随机模型转化为正交多项式之和的代理模型;在此基础上,利用代理模型的展开系数和正交基函数得结构功能函数的前四阶原点矩,将其作为齿轮结构疲劳可靠性的约束条件,并基于最大熵原理得到齿轮疲劳失效的概率密度函数,采用直接积分的方法求结构可靠性指标;最后,以一台2MW海上风机的齿轮结构为例进行分析计算,验证所提方法的有效性。

基于强度退化的疲劳累积损伤模型

为研究金属构件疲劳累积损伤问题,运用强度退化模型建立了2种不同的疲劳累积损伤模型,该模型基于材料疲劳寿命特性确定了强度退化模型的系数,将模型应用于两级和三级载荷下疲劳剩余寿命估算,结合试验数据进行了验证,结果表明采用该模型可以较准确地估算两级和三级载荷下的疲劳寿命。该研究对金属构件疲劳寿命预测提供参考。

疲劳加载下金属材料的强度退化规律

剩余强度是材料的重要性能之一,是材料疲劳寿命预测的基础。文中研究锻造35CrMo钢金属材料剩余强度随疲劳载荷加载次数退化的规律,按照其疲劳损伤的产生和发展规律,提出一个剩余强度退化指数模型,并通过文献中的试验数据验证分析,表明该模型可以较好地描述剩余强度退化规律。同时研究剩余强度的分布特性,三参数Weibull分布可以作为剩余强度的分布函数。不同循环次数比时,剩余强度的分布参数不同,即随着循环次数的增加,剩余强度的分布是变化的。

一个非线性强度退化模型

从疲劳过程本质上是材料静强度不断退化的过程的观点出发，建立了一个非线性的、连续的强度退化模型。该模型的参数可由Ｓ—Ｎ曲线来确定。将模型应用于两级及多级载荷下剩余寿命估算，并用１６Ｍｎ钢进行了试验验证，结果表明可以较准确地估算两级及多级载荷下的疲劳寿命。

基于P-S-N曲线的强度退化随机模型

强度退化一般具有随机性和不可逆性,而Gamma过程是一个独立非负的增量过程,具有描述强度退化特性的基本属性。由于强度退化过程中,表征退化状态(磨损、裂纹、腐蚀等)的数据很难直接测量,属于典型的缺失数据,而表征材料疲劳性能的P-S-N曲线一般易于获得。因此,本文假定Gamma过程的形状参数为线性函数,并利用材料的P-S-N曲线对Gamma过程的特征参数进行估计,由此建立基于P-S-N曲线的强度退化随机模型。最后,利用20CrMnTi钢的疲劳试验数据对所建模型的有效性进行验证和分析。结果表明,所建模型能够有效描述材料强度退化的宏观趋势。

复合应力作用下强度退化的应力-强度干涉模型可靠性统计分析

在考虑随机复合应力作用下强度随使用时间不断退化时,研究了应力-强度干涉模型下的可靠性统计推断问题,给出了一个随机复合应力-强度退化干涉失效模型和模型未知参数的估计方法,该模型考虑了应力与强度退化的相关性,文章的最后利用算例验证了该模型的有效性。

基于裂纹扩展理论的结构强度退化模型

为了描述机械结构强度退化在整个寿命周期中的变化规律,本模型引用裂纹扩展理论,计算出不同载荷作用次数下临界裂纹值和结构裂纹扩展速率,根据临界裂纹值和结构剩余强度之间的关系模型,从而得到剩余强度随载荷作用次数的变化数据,由此建立基于裂纹扩展理论的结构强度退化模型.实例分析表明:利用裂纹扩展理论反求结构强度退化模型可以从材料微观方面分析零件结构强度退化量的动态变化规律,进而为零件结构的可靠性分析提供理论依据.

基于二元疲劳失效判据的非线性疲劳损伤累积模型及其强度退化研究

二元疲劳失效判据认为疲劳破坏是由损伤程度和当前作用应力这两个量共同决定的,由此观点出发定义了非线性损伤,并建立了与载荷状态有关的非线性损伤累积模型,推导了在多级加载下的递推公式。经两种金属材料的疲劳试验数据验证表明,用该模型预测疲劳寿命,其结果是令人满意的。从疲劳过程本质上是材料静强度不断退化的过程的观点出发,建立了基于二元疲劳失效判据的非线性强度退化模型,将模型应用于两级及多级载荷下的剩余寿命估算,结果表明,所提出的剩余强度退化模型是合理可行的。

考虑强度退化和失效相关性的风电齿轮传动系统动态可靠性分析

针对随机风作用下风力发电机齿轮传动系统失效率高的问题,研究了随机风引起的风力发电机传动系统外部风载荷以及内部由齿轮、轴承刚度及综合啮合误差等引起的内部动载荷激励,基于集中质量法建立了风电齿轮传动系统齿轮-轴承耦合动力学模型。在对模型进行仿真求解的基础上,分别求得了传动系统中各齿轮和轴承的动态接触应力-时间历程。将载荷作用过程视为随机过程,推导出随机载荷作用下的等效载荷累计分布函数,从系统层面上建立了基于应力-强度干涉理论的风力发电机齿轮传动系统动态时变可靠性模型,模型考虑了零件的失效相关性和强度退化因素,研究了失效相关性和强度退化对风电齿轮传动系统可靠度和失效率的影响规律,为风力发电机齿轮传动系统动态设计和可靠性优化设计奠定了基础。

周期性随机应力强度退化下的SSI可靠性模型研究

在随机应力作用下强度随使用时间不断退化时,给出了一个周期性随机应力-退化强度干涉可靠性模型及其点估计方法,该模型考虑了应力与强度退化的相关性,最后利用算例验证了该模型的有效性.

基于剩余强度退化规律的疲劳损伤非线性演化模型

通过对正火４５钢的试验数据分析，提出了一个反映剩余强度退化的对数表达式，给出对称恒幅应力循环下疲劳损伤的定义与表达式。该表达式能够反映损伤演化的非线性特性。进一步分析了随机应力循环下结构的疲劳损伤，导出损伤演化的递推公式，并结合大量的计算给出结构在应力块重复循环下疲劳寿命估算的一个近似方法。

高温后再生混凝土受压强度退化及微观结构性能分析

为研究高温作用后再生混凝土受压强度退化机理及高温作用对再生混凝土微观结构的影响,配制C30全天然骨料混凝土和全再生骨料混凝土,观测了受0、300、400、500℃高温后两种混凝土的表观物理现象并测试其抗压强度,选取典型样本,利用超景深三维显微系统观察四种温度作用后两种混凝土的微观结构形貌,对比分析其骨料和砂浆的界面特征,从微观角度解释界面特征对其宏观受压破坏现象产生的影响。结果表明:当受热温度小于400℃时,再生混凝土强度损失率大于天然混凝土,天然混凝土抗压强度及温度稳定性较好;但当受热温度大于400℃时,再生混凝土强度损失率较小,高温稳定性较好;高温前后再生混凝土薄弱面破坏先后顺序相同。

基于累积损伤的弯矩-曲率强度退化滞回模型

建立了钢筋混凝土构件强度退化的一般数学表达式,提出了以损伤值为变量的强度退化函数概念,指出强度退化模型的本质就是确定强度退化函数.以Kawashima实验室1997年进行的一组试验为基础,通过考察不同加载路径对构件强度退化的影响,在弯矩-曲率层面上建立了强度退化函数的具体表达形式.分析结果表明,所建立的滞回模型能够反映强度退化现象,与实验结果吻合较好.用S.K.Kunnath等人1997年完成的另一组试验进行了验证,进一步说明所建立强度退化滞回模型的适用性.

载荷作用次数和强度退化对SSI模型的影响

在考虑循环载荷作用下强度随使用时间不断退化时,研究了应力-强度干涉模型下的可靠性统计推断问题,给出了一个考虑载荷作用次数应力-强度退化干涉失效模型。应用应力-强度干涉可靠性分析模型进行实例分析计算,结果与实验值符合很好,说明所提出新模型是合理有效的,更符合实际情况。

一种考虑结构强度退化的可靠性分析方法

针对结构强度退化引起的检修问题所涉及到的时变结构可靠度的计算问题,将结构体系的不确定参数及其初始强度描述为随机变量,用Gamma过程描述结构强度退化过程。在Pearson频率曲线的四阶矩方法的基础上,解决了随机参数服从任意分布的可靠度计算问题。推导出随机变量均值和方差的可靠性灵敏度的计算公式。以导弹中典型的隔框结构为例对所提方法进行验证并与Monte Carlo模拟的计算结果进行对比,结果表明该方法可有效解决结构体系强度退化时的可靠性灵敏度问题。

考虑强度退化效应的堤坝抗震稳定性评价方法

考虑土的动强度随振动孔隙压力上升的衰减效应,将拟静力极限平衡分析和滑动体位移分析相结合,提出了堤坝抗震稳定性评价方法。首先,基于土工动力有限元分析,确定坝坡潜在滑动土体的平均加速度时程,进而,基于拟静力概念,采用极限平衡分析,确定坝坡的安全系数随时间的变化历程,其中当安全系数瞬时小于 1 时,表明坝坡在地震中处于瞬时超载状态, 采用 Newmark 刚体滑块模型估算瞬时超载所产生的滑动位移,将各个超载阶段的滑动位移叠加,求得设计地震动作用下堤坝边坡的累积滑移量,根据这种方法所进行的数值计算与分析表明,考虑强度循环退化效应后所得到的坝坡滑移量更为合理。

隔震铅芯橡胶支座变形发热及其强度退化研究综述

铅芯橡胶支座(lead-rubberbearing,LRB)是目前应用最为广泛的减隔震装置,普遍应用于建筑、桥梁、储罐和核电站等结构,其抗震性能已在屡次地震中得以验证。当LRB承受大幅值的往复变形时,其力学性能受内部铅芯发热的影响而发生显著变化,主要表现在滞回耗能、特征强度和刚度的降低等方面。首先,总结了铅芯橡胶支座及其结构在以往地震中的震害情况,介绍了预测LRB内部铅芯变形发热和温度升高的理论及近似求解方法,以及基于试验和有限元的验证方法及注意事项;其次,概述了LRB因内部铅芯变形发热导致其强度退化的分析模型和强度退化对结构地震反应的影响;最后,归纳了隔震结构在进行模型试验时,铅芯橡胶支座的相似理论和缩尺问题。

随机强度退化过程

在研究疲劳过程中材料强度退化规律的基础上 ,建立了一个强度退化模型 .对其进行随机化处理 ,得到控制强度退化过程的随机微分方程 .在一定假设条件下 ,获得了剩余强度概率密度函数的封闭解 ,并推导出疲劳寿命的反高斯分布形式 .给出一种考虑损伤状态对随机涨落影响的近似处理方法 .与试验数据的比较结果表明 。

正火45钢疲劳过程中的强度退化规律

一些金属材料在疲劳过程中不断疲劳硬化和损伤，其机械性能也将不断地变化。根据疲劳过程中力学性能的变化规律，提出一个金属材料强度退化量的新定义，它与热力学势建立起来的强度退化模型相结合，从而得到一个新的强度退化方程。将该退化方程应用到正火４５钢中，结果表明具有满意的工程精度。对于其它的一些金属材料也可以建立类似的方程。

基于强度退化分析的结构非概率动态可靠性模型

在对结构进行可靠性分析时,概率可靠性模型和模糊可靠性模型对于原始数据信息的要求较高。为了充分利用不确定性信息弥补原始数据的不足,将材料的静强度和所受的载荷用区间变量来描述,基于材料的剩余强度退化模型,提出了剩余强度退化的区间模型,建立了结构随载荷作用次数而变化的非概率动态可靠性指标及其失效率的计算方法。通过实例的计算和分析,表明了该方法对结构可靠性分析及其失效率的预测是可行、有效和合理的。