本文關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)失效模式識(shí)別和體系可靠度分析的無(wú)路徑依賴性方法研究　出處：《廣西大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：結(jié)構(gòu)的失效模式識(shí)別和體系可靠度分析是開展結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、維護(hù)加固和安全評(píng)估的重要基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)失效模式識(shí)別方法需要在加載過程中逐級(jí)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(shí),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(shí)別和多失效模式聯(lián)合失效概率計(jì)算繁瑣兩大難點(diǎn)。因而,開展結(jié)構(gòu)失效模式識(shí)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(jià)值。近年來(lái)新發(fā)展的彈性模量縮減法(EMRM)基于線彈性有限元計(jì)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(lái)模擬結(jié)構(gòu)的損傷演化,具有計(jì)算原理簡(jiǎn)單、計(jì)算效率高、不依賴失效路徑(即無(wú)路徑依賴性)等優(yōu)點(diǎn)。鑒于此,本文基于EMRM,重點(diǎn)圍繞工程結(jié)構(gòu)的失效模式識(shí)別和體系可靠度分析開展研究,主要研究?jī)?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(duì)高度來(lái)判斷截面進(jìn)入塑性屈服的程度,進(jìn)而提出了一種桿系結(jié)構(gòu)的失效模式識(shí)別方法,為利用EPIA識(shí)別桿系結(jié)構(gòu)的失效模式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(shí),塑性極限狀態(tài)下結(jié)構(gòu)中各失效截面能達(dá)到全截面塑性屈服狀態(tài),此時(shí)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(shí),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(duì)本文算例分析的結(jié)果,當(dāng)截面的彈性核相對(duì)高度h0/h≤1/8時(shí)可以認(rèn)為該截面已經(jīng)進(jìn)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)損傷演化及失效模式識(shí)別的高效無(wú)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(dòng)態(tài)識(shí)別準(zhǔn)則;然后通過縮減高承載單元的彈性模量來(lái)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(dá)到塑性極限狀態(tài)時(shí)高承載單元的彈性模量縮減幅度,建立了失效元的定量識(shí)別準(zhǔn)則;最后利用塑性鉸標(biāo)識(shí)失效元的具體位置,據(jù)此識(shí)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(shí)別的高效無(wú)路徑依賴性方法,從而克服了傳統(tǒng)失效模式識(shí)別方法由于具有路徑依賴性而需要逐級(jí)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(qiáng)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(shí)別的無(wú)路徑依賴性方法。首先利用截面強(qiáng)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(jì)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(dá)到塑性極限狀態(tài)時(shí)高承載單元的彈性模量縮減幅度來(lái)識(shí)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(shí)別的無(wú)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(duì)失效演化的影響,并且迭代過程中無(wú)需修改材料本構(gòu)關(guān)系或有限元控制方程,具有無(wú)路徑依賴性,計(jì)算原理簡(jiǎn)單,計(jì)算精度較高。(4)結(jié)合隨機(jī)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(wú)路徑依賴性方法。首先結(jié)合SRSM和EMRM,建立了結(jié)構(gòu)隨機(jī)極限承載力的顯式函數(shù)表達(dá)式;然后利用隨機(jī)極限承載力建立了結(jié)構(gòu)整體承載極限狀態(tài)的功能函數(shù),提出了基于隨機(jī)極限承載力的結(jié)構(gòu)體系可靠度分析方法,從而通過隨機(jī)空間有限樣本點(diǎn)上的結(jié)構(gòu)極限承載力分析解決結(jié)構(gòu)體系可靠度問題,大大降低了問題的維數(shù),避免了傳統(tǒng)體系可靠度分析中的主要失效模式難以識(shí)別和多失效模式聯(lián)合失效概率計(jì)算繁瑣兩大難點(diǎn),具有較高的計(jì)算精度、效率以及廣泛的適用性。
【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TU311.2

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中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 劉敬敏;結(jié)構(gòu)失效模式識(shí)別和體系可靠度分析的無(wú)路徑依賴性方法研究[D];廣西大學(xué);2017年

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本文編號(hào)：1313620