【摘要】：工程機械作為現(xiàn)代工業(yè)中的重要設(shè)備之一,由于其工作強度大、使用頻率高,微小的故障可能帶來巨大的危害。另一方面,工程機械結(jié)構(gòu)件的可靠性直接關(guān)系到使用企業(yè)的經(jīng)濟效益。若不考慮其健康狀態(tài),而直接根據(jù)使用年限采取一刀切地停用措施將會造成巨大的資源浪費。同時,機械構(gòu)件的損傷起源于材料缺陷、局部應(yīng)力集中等多因素,經(jīng)歷著從微觀萌生到宏觀擴展,從空洞成型到長大,從未知到可觀的物理演化規(guī)律,其影響因素既跨越時間與空間,也包括已知與未知,這些多尺度因素的復(fù)合作用會多層次影響評估結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此,結(jié)構(gòu)件的疲勞壽命預(yù)測與可靠性評估需要考慮的情況復(fù)雜,然而又是現(xiàn)代工程實際中不得不面對的現(xiàn)實問題。本論文針對目前在結(jié)構(gòu)件疲勞壽命預(yù)測與可靠性評估中所存在的一些難題,結(jié)合多因素修正疲勞現(xiàn)象學(xué)理論對裂紋萌生階段疲勞壽命預(yù)測方法及裂紋擴展機理模型進行研究。并在此基礎(chǔ)上,運用貝葉斯理論將理論結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)進行信息融合,以期為結(jié)構(gòu)件可靠性的準(zhǔn)確評估提供一些新的方法和思路。論文主要工作如下:(1)以疲勞壽命的影響因素為研究核心,并在此基礎(chǔ)上通過將量化后的修正因子與疲勞現(xiàn)象學(xué)模型相結(jié)合來提出了一種基于多因素修正的疲勞壽命預(yù)測模型,實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)因素、應(yīng)力比及質(zhì)量加工方式等要素與疲勞壽命預(yù)測結(jié)果之間的定量表達,進一步完善了裂紋萌生階段疲勞壽命預(yù)測的相關(guān)方法;同時,通過實例研究對基于多因素修正的疲勞壽命預(yù)測算法的可行性和分析準(zhǔn)確性進行了驗證,并分析了修正因子對疲勞壽命的敏感度及其變化趨勢;分析結(jié)果表明實例預(yù)測值與試驗結(jié)果吻合;(2)通過提取載荷歷程與影響裂紋擴展矢量特征間的參數(shù)來對裂紋擴展信息進行修正,提出了一種考慮結(jié)構(gòu)因素、應(yīng)力比、質(zhì)量加工及載荷間相互作用等要素的裂紋擴展預(yù)測模型,解決了恒值載荷與隨機載荷這兩種載荷歷程下的裂紋擴展精確預(yù)測;結(jié)合實例,對裂紋擴展信息進行了求解,并應(yīng)用聲發(fā)射設(shè)備進行了監(jiān)測試驗研究,結(jié)果表明預(yù)測出的數(shù)據(jù)精度是符合要求的;運用建立的預(yù)測模型對修正因素與裂紋擴展長度間的影響趨勢關(guān)系進行了分析研究,結(jié)果表明裂紋擴展長度與加載方式因子及表面質(zhì)量因子成反比例關(guān)系;(3)從微觀缺陷衍生的角度出發(fā),通過將損傷擴展理論與殘余應(yīng)力重分布計算方法相結(jié)合,提出了一種伴隨裂紋或損傷擴展的殘余應(yīng)力重分布動力學(xué)模型,并在此基礎(chǔ)上通過引入相應(yīng)的裂紋擴展增量判據(jù)來提出了一種考慮殘余應(yīng)力重分布的裂紋擴展規(guī)律研究方法;實例分析結(jié)果表明,殘余拉應(yīng)力的釋放使得裂紋擴展速率下降,不考慮殘余應(yīng)力重分布的結(jié)果將過高估計構(gòu)件的裂紋擴展速率,其預(yù)測結(jié)果偏于保守;(4)針對結(jié)構(gòu)件可靠性預(yù)測過程中數(shù)據(jù)廣泛存在的指數(shù)型分布和威布爾型分布,通過貝葉斯理論方法將理論預(yù)測模型與試驗數(shù)據(jù)進行結(jié)合,建立了基于貝葉斯理論的可靠性評估方法,實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)件裂紋擴展過程中的可靠性評估,進一步完善了貝葉斯理論背景下先驗信息與試驗數(shù)據(jù)間的信息融合策略;通過采用MCMC算法對后驗信息的計算問題進行了解決,確定了結(jié)構(gòu)件的可靠度數(shù)值;評估結(jié)果表明后驗參數(shù)的分布較為集中,且置信度區(qū)間可達到90%,評估精度是可以保證的;(5)針對同種結(jié)構(gòu)件不同初始損傷狀態(tài)下的可靠性評估問題,通過將可靠性序化模型策略與貝葉斯理論方法相結(jié)合,提出了一種基于貝葉斯理論非齊次泊松過程的不同裂紋初始狀態(tài)下結(jié)構(gòu)件可靠性評估模型;通過數(shù)據(jù)間遞進因子的合理使用,實現(xiàn)了試驗數(shù)據(jù)與過程參數(shù)間的有效融合;通過實例分析對結(jié)合現(xiàn)場試驗信息下不同裂紋初始狀態(tài)的構(gòu)件可靠性進行了評估,結(jié)果表明其平均預(yù)測精度為92%。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH114
【圖文】：

圖 1.1 結(jié)構(gòu)件的疲勞分析研究過程分復(fù)雜，且受多種因素的影響，選擇合理的預(yù)準(zhǔn)確評估的基礎(chǔ)。研究人員提出了多種理論[理論、斷裂力學(xué)及疲勞現(xiàn)象學(xué)等。不同金屬材

圖 2.1 分析方法的實施步驟模型的建立與分析算機技術(shù)的發(fā)展，有限元法得到了廣泛的應(yīng)件包括有ANSYS、LS-DYNA、ABAQUS、HY軟件的使用使得很多實際工程問題的解決更NSYS 軟件對橋殼進行有限元分析研究，將修，運用 ANSYS 軟件中的模型模塊對整體橋殼度的倒角、小圓角處進行特殊標(biāo)注處理，以紹橋殼和模擬車架是聯(lián)為一體進行臺架試驗的模擬車架上與支座對應(yīng)的位置施加載荷，最的建立

【參考文獻】

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本文編號：2722331