钢纤维自密实混凝土疲劳寿命预测不确定分析的证据理论方法

针对钢纤维自密实混凝土疲劳寿命预测中存在诸如材料参数、试验数据、模型不确定等各种不确定性来源,造成疲劳寿命预测困难、预测不准确等问题,本文建立了基于S-N曲线的混凝土疲劳寿命预测不确定性模型,考虑模型参数的认知不确定性,提出了一种基于证据理论的混凝土疲劳寿命预测不确定性分析方法。选取0.5%钢纤维掺量的钢纤维自密实混凝土弯曲疲劳试验数据,采用证据理论和微分演化算法来完成各级应力水平下不确定性的量化和传播;通过与实际疲劳寿命和概率理论方法的预测结果进行比较分析,验证了该方法对钢纤维自密实混凝土疲劳寿命预测不确定性分析的有效性和可行性。     

统计分析在钢构桥梁疲劳寿命评估中的应用

引入概率统计方法,将影响钢结构桥梁疲劳寿命的各变量看成随机的,对其疲劳寿命进行可靠性评估．通过对3种不同应力脉水平下的疲劳试验结果分析,认为疲劳寿命服从对数正态分布．采用回归分析方法进行统计推断,得到应力脉和疲劳寿命的幂函数关系式的参数,进而对钢构桥梁疲劳寿命进行预测评估．     

混凝土剩余抗压疲劳强度衰减模型试验研究

为了研究混凝土剩余抗压疲劳强度衰减的规律,对63个尺寸为150 mm×150 mm×300 mm、强度为C30的混凝土棱柱体试件进行了抗压疲劳剩余强度试验;利用相关系数优化法进行了混凝土抗压疲劳剩余强度和疲劳寿命概率模型的参数拟合,得到混凝土抗压疲劳剩余强度和疲劳寿命的概率模型;引入材料疲劳剩余强度衰减模型,结合概率统计及可靠度理论推导出混凝土受压疲劳的P-R-N曲线。利用推出的P-R-N曲线可以对不同应力水平条件下经过不同疲劳加载次数后混凝土的剩余抗压强度进行预测,并能给出相应的可靠度。     

基于损伤力学模型的概率疲劳寿命预测方法

基于金属结构危险点复杂应力状态下的疲劳损伤演化模型,利用材料的p-S~N曲线等对其部分损伤参数和材料参数进行概率化处理,提出了一种通过随机抽样计算危险点概率裂纹形成寿命的方法,讨论了损伤演化模型参数的基本概率特性以及相关性概念,采用拉丁超立方抽样方法实现了概率损伤参数的随机抽样,由此进行不同采样点的疲劳损伤累积,继而得到危险点的疲劳裂纹形成寿命。将损伤演化模型以UMAT子程序的形式嵌入ABAQUS软件系统中,给定结构模型及疲劳加载历程,即可用于复杂结构的疲劳寿命分析。结合铝合金2024-T3直耳片的疲劳试验,对其危险点的疲劳损伤及裂纹形成寿命概率分布进行了数值计算,初步表明了新算法模型的合理性。     

基于Weibull理论的再生混凝土疲劳性能研究

采用MTS材料动态疲劳试验机对温度循环后的C、RC、SFRC、SICRC进行疲劳试验，研究在不同应力水平作用下(0.9、0.8、0.7)混凝土的疲劳变形特征和疲劳寿命。基于试验数据，对各试样疲劳寿命进行两参数Weibull分布检验，建立了p-S-N方程。结果表明：与RC、SFRC相比，SICRC在疲劳破坏时有更好的延展性和整体性，难以破碎毁坏；由同一应力水平下的S-N曲线可得出，SICRC疲劳寿命和疲劳强度均要优于RC、SFRC;利用两参数Weibull分布理论检验各试样疲劳寿命，其相关系数R²均高于0.90,说明两参数Weibull分布理论能够较好的应用于SFRC和SICRC疲劳寿命检验。     

弯曲荷载下玄武岩纤维混凝土疲劳寿命与韧性分析

为研究弯曲荷载下的玄武岩纤维混凝土(basalt fiber reinforced concrete, BFRC)的疲劳寿命方程和疲劳韧性,以不同玄武岩纤维体积百分比掺量(0,0.1%,0.2%,0.3%,0.4%)设计5组棱柱体混凝土小梁,对该批混凝土小梁试件进行不同应力水平下(0.6,0.7和0.8)的三点弯曲加载疲劳试验。结果表明,不同掺量的玄武岩纤维混凝土弯曲疲劳寿命均服从两参数威布尔分布。同一应力水平下,玄武岩纤维混凝土的弯曲疲劳寿命远高于素混凝土的,其弯曲疲劳寿命随玄武岩纤维掺量增加逐渐提高。通过威布尔分布的参数分析,得到不同可靠性概率要求的玄武岩纤维混凝土双对数弯曲疲劳寿命方程。随着混凝土试件可靠性概率要求的提高,其相应的疲劳寿命方程曲线逐渐向左侧偏移,表示其疲劳寿命在减小。从荷载做功的原理对玄武岩纤维混凝土的疲劳韧性进行分析,结果表明,玄武岩纤维提高了混凝土的疲劳韧性,纤维掺量越高,其相对疲劳韧性越大。     

冻融作用下自密实混凝土疲劳寿命可靠性分析

为了研究冻融损伤对自密实混凝土弯曲疲劳寿命的影响,对经受不同冻融循环后的混凝土试块进行了不同应力水平下的四点弯曲疲劳试验,并利用矩估计法获得了混凝土试块的弯曲疲劳寿命Weibull分布参数,建立了经受不同冻融循环后的混凝土试块在不同可靠性概率下的疲劳寿命预测模型。研究结果表明:受冻自密实混凝土的疲劳寿命概率分布可以用两参数Weibull分布表征,得出自密实混凝土疲劳寿命的离散性随冻融次数的增加而增大,随应力水平的增大而减小;根据试验数据生成了自密实混凝土的P_f-S-N曲线,可准确预测经受不同冻融循环后自密实混凝土的弯曲疲劳寿命;自密实混凝土的疲劳寿命所需的安全系数随冻融循环次数的增加而不断增大,这说明对经受冻融损伤较严重的自密实混凝土,其弯曲疲劳寿命必须采用较大的安全系数才能保证结构的安全运行。     

齿轮弯曲疲劳强度试验数据任意置信度下C—R—S—N曲线的拟合方法

提出一种对成组法脉动弯曲疲劳试验的寿命数据进行处理的方法,５０％置信度不定应力的寿命的分布按三参数威布尔分布进行优化拟合,任意置信度下的置信限曲线则以旋转－平移变换后的概率坐标中的双曲线函数的原型进行最小二乘法曲线拟合来求取,由所求得置信限曲线方程可求出置信度Ｃ下,任意可靠度Ｒ下的疲劳寿命,进一步与试验所得的齿根应力作线性回归,可求得Ｃ－Ｒ－Ｓ－Ｎ曲线簇,此方法对其他的疲劳数据处理也有较好的参考价     

冻融损伤混凝土的弯曲疲劳寿命可靠性分析

为了研究冻融损伤效应对混凝土弯曲疲劳寿命的影响,通过三点弯曲疲劳试验研究经快速冻融法水冻至不同损伤程度的混凝土小梁疲劳寿命;并用两参数威布尔分布函数对弯曲疲劳寿命试验数据进行拟合和检验;对混凝土弯曲疲劳寿命的可靠性进行分析并建立具有不同可靠性概率的P-S-N曲线.研究结果表明:混凝土的静弯曲强度、疲劳强度和疲劳寿命都随着冻融循环(FTC)次数的增加而急剧减小.K-S检验结果表明:混凝土弯曲疲劳寿命能很好地服从威布尔分布;利用矩估计法获得的威布尔分布参数的混凝土弯曲疲劳寿命的分散性随应力水平的增大而减小,随冻融作用次数的增加而增加.可靠性分析结果表明:混凝土弯曲疲劳寿命的可靠性概率随着冻融次数的增加而有所降低,对混凝土弯曲疲劳寿命(强度)进行设计和验算时应适当增大受冻融损伤混凝土的可靠性概率(安全系数).     

钢制组装式车轮的轻量化设计及多目标优化

设计了一种以热轧高强钢作为内轮辋、低碳钢作为外轮辋材料的异种钢材组装式车轮,提出一种车轮多种工况下循环载荷疲劳耐久试验方法,对车轮进行疲劳寿命预测. 基于有限元法,计算不同位置下施加载荷时车轮的强度、刚度,不同应力频率下的疲劳寿命和安全系数,并分析出局部大应力关键部分. 以转弯工况建立参数化模型,定义了8个结构设计变量,利用最优拉丁超方实验设计方法选取初始样本点,拟合了车轮Kriging近似模型,以车轮最小质量、疲劳寿命和疲劳寿命安全系数最大为目标,并以应力、最大形变量为约束,对车轮进行多目标优化,并进行弯曲疲劳试验验证. 结果表明,异种钢材组装式车轮在优化后,性能良好,满足设计寿命要求,质量较优化前车轮减重9.73%.     

钢质蜂窝夹芯梁高温疲劳试验及寿命预测研究

针对实际工程中钢质蜂窝夹芯结构在热环境下的疲劳耐久性及寿命问题,开展了400℃下的三点弯曲疲劳试验研究,得到S-N曲线.基于刚度退化,提出一种用于该类材料在高温下的疲劳寿命预测模型和损伤演化模型.该方法允许预测不同载荷水平下的疲劳寿命,避免了大量重复性疲劳试验.应用于模型的参数与材料性质、高温等试验条件有关.借助简单模...     

玄武岩纤维增强再生混凝土的单轴受压疲劳试验研究

在素混凝土中掺入纤维能提高其抗疲劳性能.威布尔分布模型是常用的疲劳寿命预测模型.对玄武岩纤维体积掺量（RB）分别为0%,0.05%,0.10%,0.15%的玄武岩纤维增强再生混凝土（BFRRC）试件进行抗压疲劳试验研究,并用威布尔分布模型对疲劳寿命进行拟合.研究表明：在再生混凝土中掺入玄武岩纤维,能大幅度提升其疲劳寿命,尤其是在较低应力水平条件下增幅更明显.加载应力水平对BFRRC的疲劳寿命影响较大,随着加载应力水平的增大,试件承受的加载循环次数大幅度降低.通过矩估计法求得威布尔分布的参数估计值,并利用K-S检验,对不同应力水平条件下的BFRRC疲劳寿命进行假设检验,验证得到BFRRC的疲劳寿命服从威布尔分布.     

航空齿轮疲劳强度的可靠性

采用成组试验法，对４０副航空用１６ＮＣＤ１３钢渗碳淬火齿轮进行齿面疲劳强度试验研究，分别在４个应力水平上取得了齿面出现点蚀时和点蚀达到失效判据时的疲劳寿命样本。经统计分析，判明了疲劳寿命的分布规律并对分布参数进行了估计。在此基础上拟合出了置信度为９５％、可靠度为９９．９９％的齿面接触疲劳极限应力值，为这种齿轮的可靠性设计和寿命预测提供了基础数据。     

灰色关联分析法在机械可靠性工程中的应用

对于小子样系统的可靠性评定,关键在于建立系统寿命分布类型,这也是目前可靠性工程所要解决的难题,应用灰色系统理论关联度分析法,利用试验数据曲线及数值计算的分布曲线之间的关联度,可以定量地判别何种分布类型能更精确地拟合试验数据,该方法计算简便,不但适用于小子样系统,而且能够避免概率纸作图法所带来的人为因素的影响,因此,灰色关联度分析法的应用,为判定系统寿命分布类型找到了新途径。     

门式起重机应力谱与主梁疲劳寿命预估

目前门式起重机疲劳事故频发,用于计算门式起重机寿命的应力谱难以获得,寿命预测公式与实际工况差别较大。首先,对实测的一段时间内的门式起重机的特征参数分别进行似然比检测和拉丁超立方抽样(Latin hypercube sampling,LHS)数值拟合,刻画出门式起重机载荷-应力历程的最佳参数概率分布模型,再运用雨流计数法获得门式起重机寿命预估所需要的应力谱;然后,结合Forman疲劳裂纹扩展公式和Miner连续损伤理论,研究了线弹性裂纹与弹塑性裂纹的应力强度因子,并推导出了门式起重机主梁在恒定载荷与交变载荷作用下的疲劳寿命公式;最后,运用上述方法所得到的应力谱、寿命公式进行模拟计算和同步试验,并对模拟结果和试验结果进行比对,发现模拟计算的应力谱与试验所得的应力谱的误差仅为3.43%,验证了应力谱计算方法的正确性,且该研究工况与门式起重机的工况更加接近,能较准确地预测出门式起重机的寿命。     

多轴疲劳寿命模型建立新方法

为解决多轴疲劳寿命估算问题,提出一种建立多轴疲劳寿命预测模型的新思路和新方法. 采用对单轴和多轴疲劳试验数据的共同拟合和优化方法建立多轴疲劳寿命模型,减少了对多轴疲劳损伤参数构造和疲劳试验数据类型的限制. 基于最大剪应变幅及最大剪应变幅平面上的法向应力和应变构造了一种新的多轴疲劳损伤参数. 采用ZTC4铸造钛合金、纯Ti、BT9钛合金3种材料的多轴疲劳试验数据对上述多轴疲劳寿命模型建立方法进行了评估和验证. 结果表明提出的多轴疲劳寿命模型建立方法是可行的,所建立的寿命模型对多轴疲劳试验数据的预测能力基本在2倍分散带之内.     

某轮盘螺栓孔处疲劳寿命预测方法与验证

为提高航空发动机FGH96材料涡轮盘在较高应力梯度缺口处如螺栓孔处的疲劳寿命预测精度,通过使用新的平均应力公式,同时考虑应力梯度和尺寸效应的影响,通过FGH96材料级间盘模拟试验件疲劳试验,对模型所需的寿命预测方程中的参数进行拟合,进一步开展FGH96材料涡轮盘螺栓孔模拟件疲劳试验,与预测结果进行了比较,结果表明,改进后的疲劳构件寿命预测方法具有较高的精度,证明了该方法的有效性。     

输电线路岩石锚杆基础锚筋疲劳试验研究

以HRB400钢筋作为岩石基础锚筋,通过疲劳性能试验建立HRB400锚筋疲劳寿命与应力水平之间的关系,并通过3参数Weibull分布和Gumbel分布模型进行参数估计,评价了不同失效概率下的HRB400锚筋的疲劳特性,为岩石锚杆基础疲劳性能设计提供了重要的试验参考依据。     

随机恒幅载荷下结构疲劳累积损伤的概率模型

概率疲劳累积损伤理论是产品可靠性评估与疲劳寿命预测的核心问题,其焦点是瞬时累积损伤及临界损伤的概率分布特性。从应力与疲劳寿命的基本关系(即S-N曲线方程)出发,根据应力的概率密度函数推导出疲劳寿命的概率密度函数;基于Miner理论建立了一种适用于疲劳可靠性分析的概率疲劳累积损伤模型;通过具体实例对所建模型的有效性进行验证和分析。结果表明:该模型能够很好的反映外因(载荷特性)及内因(材料疲劳性能参数)对产品累积损伤分布规律的影响,为产品的可靠性设计及疲劳寿命预测提供了理论依据。     

层布式纤维混凝土弯曲疲劳性能研究

研究了在相同的混凝土配合比情况下,对选用相同的钢纤维的层布式钢纤维混凝土和层布式混杂纤维混凝土的小梁进行弯曲疲劳试验,比较了两者各级应力水平下的平均疲劳寿命;并通过对试验结果进行统计分析,运用两参数威布尔分布拟合不同应力水平下两者的疲劳寿命,得出其特点和规律,回归出不同存活率的双对数疲劳方程.