本文選題：非高斯隨機(jī)載荷　切入點：疲勞壽命　出處：《國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：隨機(jī)載荷引起的疲勞失效在軍事裝備中廣泛存在,研究結(jié)構(gòu)在隨機(jī)載荷作用下的疲勞壽命及可靠性問題對裝備壽命計算及可靠性分析具有重要意義。傳統(tǒng)上,往往基于高斯假設(shè)計算結(jié)構(gòu)在隨機(jī)載荷作用下的疲勞損傷。隨著研究的深入,大量調(diào)研結(jié)果表明很多裝備在服役環(huán)境下經(jīng)受的隨機(jī)載荷具有明顯的非高斯特性。基于高斯假設(shè)來處理非高斯隨機(jī)載荷疲勞問題會導(dǎo)致很大的計算誤差,并且與裝備服役環(huán)境不符。針對裝備在非高斯隨機(jī)載荷作用下疲勞壽命計算及可靠性分析需求,本論文對非高斯隨機(jī)載荷統(tǒng)計分析、非高斯激勵響應(yīng)計算、非高斯隨機(jī)載荷疲勞壽命計算與可靠性分析等關(guān)鍵問題進(jìn)行研究,建立了非高斯隨機(jī)載荷疲勞壽命計算與可靠性分析的方法體系和相應(yīng)的加速試驗方案,為裝備在非高斯隨機(jī)載荷作用下的疲勞壽命預(yù)計及可靠性評估提供關(guān)鍵技術(shù)支撐,主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:1.建立了對稱和偏斜非高斯概率密度函數(shù)模型。基于高斯混合模型,利用高斯隨機(jī)過程各階矩之間的定量關(guān)系和非高斯隨機(jī)載荷高階矩估計結(jié)果,建立了對稱和偏斜分布的非高斯概率密度函數(shù)解析表達(dá)式,解決了非高斯隨機(jī)載荷幅值概率密度函數(shù)難以表示的問題,為非高斯隨機(jī)載荷疲勞壽命計算、可靠性分析和隨機(jī)振動加速試驗技術(shù)研究奠定了基礎(chǔ)。2.研究了結(jié)構(gòu)在非高斯激勵下的應(yīng)力響應(yīng)計算方法。首先根據(jù)信號的時域特征,將非高斯隨機(jī)激勵分為兩類。然后以懸臂梁為對象,分析了影響結(jié)構(gòu)應(yīng)力響應(yīng)非高斯特性的因素。最后,基于懸臂梁結(jié)構(gòu)的分析結(jié)果,提出了非高斯激勵下結(jié)構(gòu)應(yīng)力響應(yīng)計算的通用方法和流程,為非高斯隨機(jī)載荷疲勞壽命計算提供支撐。3.分別提出了窄帶和寬帶非高斯隨機(jī)載荷疲勞壽命計算方法。對于窄帶非高斯隨機(jī)載荷,首先分析了以峭度為基礎(chǔ)的非線性變換模型存在的問題;然后,提出了計算窄帶非高斯隨機(jī)載荷疲勞損傷的b-階矩法。對于寬帶非高斯隨機(jī)載荷,首先將高斯混合模型理論從時域引入到頻域,建立了概率功率譜(PPSD)的概念;然后,將概率功率譜與Dirlik公式相結(jié)合,提出計算寬帶非高斯雨流幅值分布的GMM-Dirlik法,并進(jìn)一步給出了相應(yīng)的疲勞損傷計算方法。4.提出了隨機(jī)載荷作用下結(jié)構(gòu)疲勞可靠性分析方法。首先將隨機(jī)載荷疲勞損傷不確定性的影響因素分為外因(外載荷的隨機(jī)性)和內(nèi)因(結(jié)構(gòu)疲勞特性的隨機(jī)性)。外因方面,對于高周疲勞問題,證明了給定時間內(nèi)隨機(jī)載荷雨流次數(shù)的隨機(jī)性可以忽略不計;由雨流幅值分布引起的疲勞損傷不確定性可以用正態(tài)分布函數(shù)進(jìn)行表示,即建立了外因不確定性的描述模型。內(nèi)因方面,分析了以P-S-N曲線描述結(jié)構(gòu)隨機(jī)疲勞特性的理論基礎(chǔ),并提出了基于隨機(jī)載荷疲勞數(shù)據(jù)的P-S-N曲線估計方法。綜合外因和內(nèi)因的不確定性,提出了隨機(jī)載荷疲勞可靠性分析方法。5.研究了非高斯隨機(jī)振動加速試驗理論與方法。首先,分析了隨機(jī)振動加速試驗激勵量級與應(yīng)力響應(yīng)量級的關(guān)系,進(jìn)一步確定了加速因子與隨機(jī)振動激勵量級的對應(yīng)關(guān)系。然后,給出了基于失效機(jī)理的非高斯隨機(jī)振動加速試驗方案。最后,基于Weibull分布給出了加速試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析方法,建立了基于加速試驗結(jié)果評估產(chǎn)品疲勞可靠度的數(shù)學(xué)模型。綜上所述,本論文系統(tǒng)研究了非高斯隨機(jī)載荷疲勞壽命計算及可靠性分析的相關(guān)理論,解決了非高斯隨機(jī)載荷疲勞壽命計算及可靠性評估等關(guān)鍵技術(shù)問題。本論文的研究成果,對于解決裝備壽命預(yù)計、可靠性分析與評估等問題具有重要的理論意義和工程價值。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：E92;TB114.3

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本文編號：1689845