桥式起重机金属结构疲劳剩余寿命可靠性及其灵敏度分析

发布时间：2017-04-07 08:00

  本文关键词：桥式起重机金属结构疲劳剩余寿命可靠性及其灵敏度分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：金属结构作为桥式起重机的骨架，是桥式起重机工作机构、动力设备、控制系统等组成部分的主要承载机构，其疲劳剩余寿命决定着整个桥式起重机的寿命，也决定着整个桥式起重机的可靠性和安全性。同时，随着桥式起重机朝着大型化、重载化、作业频繁化方向的发展，金属结构的疲劳剩余寿命可靠性问题变得越来越突出。对桥式起重机金属结构进行安全评估和可靠性分析时，需要获取疲劳剩余寿命参数对于可靠性影响程度的具体数据来进行参考借鉴。然而，基于断裂力学的桥式起重机金属结构疲劳剩余寿命易受到初始裂纹尺寸、临界裂纹尺寸、应力比、应力变程等较多参数的影响，各参数也都具有一定的随机性，不同参数对于疲劳剩余寿命可靠性的影响程度是不同的。因而，对桥式起重机金属结构进行疲劳剩余寿命可靠性及其灵敏度分析，获取疲劳剩余寿命参数对于可靠性影响的数据，具有重要的现实意义和工程价值。 本文在桥式起重机金属结构等效疲劳可靠性试验的基础上，基于断裂力学进行疲劳剩余寿命评估，将初始裂纹尺寸、临界裂纹尺寸、应力比、应力变程等参数的随机性纳入考虑范围，建立了桥式起重机金属结构疲劳剩余寿命的可靠性模型，计算了金属结构的疲劳剩余寿命可靠度，进行了可靠性灵敏度分析，研究了疲劳剩余寿命参数对于疲劳剩余寿命可靠性的影响程度，并对下一步金属结构的安全评估和可靠性设计提出了建议。 具体的研究内容主要包括以下几个方面： 1)基于桥式起重机金属结构等效疲劳可靠性试验，探讨金属结构疲劳剩余寿命与可靠性的关系，探讨疲劳剩余寿命的影响因素； 2)采用断裂力学理论，依据Forman公式，建立恒幅载荷下考虑应力比影响的桥式起重机金属结构疲劳剩余寿命评估模型； 3)建立桥式起重机金属结构疲劳剩余寿命可靠性分析的极限状态方程，并选取疲劳剩余寿命的各个参数的分布信息； 4)基于Monte Carlo法计算桥式起重机金属结构疲劳剩余寿命可靠性模型的可靠度，，求取可靠度指标，分析当前情况下桥式起重机金属结构的可靠性状况； 5)基于马尔科夫链蒙特卡罗方法对桥式起重机金属结构疲劳剩余寿命可靠性模型进行可靠性灵敏度分析，得到疲劳剩余寿命基本变量分布参数的无量纲局部可靠性灵敏度。对局部可靠性灵敏度结果进行分析，研究基本变量分布参数对于金属结构疲劳剩余寿命可靠性的影响。通过对局部可靠性灵敏度结果进行排序，确定对于疲劳剩余寿命可靠性较为重要的分布参数； 6)在局部可靠性灵敏度结果的基础上，计算疲劳剩余寿命参数的可靠性灵敏度及灵敏度因子，获得疲劳寿命参数对于金属结构疲劳剩余寿命可靠性影响程度的排序，确定对于金属结构疲劳剩余寿命可靠性影响较大的参数； 7)针对应力变程对于金属结构疲劳剩余寿命可靠性影响较为突出但存在随机变化大导致参数信息不完整的情况，通过Monte Carlo法和最大熵法，对应力变程的均值和标准差分别进行全局可靠性及其灵敏度分析。通过全局失效概率函数，确定应力变程分布参数在定义区间上变化时金属结构疲劳剩余寿命失效概率的变化趋势情况；通过全局可靠性灵敏度分析，确定应力变程分布参数在定义区间上变化时对金属结构疲劳剩余寿命可靠性影响程度的变化趋势。
【关键词】：桥式起重机 金属结构 疲劳剩余寿命 可靠性灵敏度 蒙特卡罗 马尔科夫链 最大熵法
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH215
【目录】：

• 中文摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 绪论13-23
• 1.1 课题背景及研究意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-20
• 1.2.1 疲劳剩余寿命研究现状14-18
• 1.2.2 结构可靠性研究现状18-19
• 1.2.3 可靠性灵敏度研究现状19-20
• 1.3 疲劳累积损伤理论20-21
• 1.4 课题来源21
• 1.5 本文主要研究内容21-23
• 第二章 疲劳可靠性试验23-39
• 2.1 试验等效焊接接头模型23-25
• 2.2 试验相关准备25-28
• 2.2.1 试验仪器设备25
• 2.2.2 工装设计25-26
• 2.2.3 焊接试件连接安装26-28
• 2.3 试验技术方案28-30
• 2.4 试验过程30-31
• 2.4.1 试验前的准备30
• 2.4.2 试验步骤30-31
• 2.5 试验数据处理31-35
• 2.6 疲劳可靠性试验分析35-38
• 2.7 本章小结38-39
• 第三章 桥式起重机金属结构疲劳剩余寿命评估39-45
• 3.1 疲劳剩余寿命评估39-40
• 3.2 基于断裂力学的裂纹扩展速率40-41
• 3.3 疲劳裂纹扩展的影响因素41-43
• 3.3.1 应力强度因子的影响41-42
• 3.3.2 应力比的影响42
• 3.3.3 加载的影响42-43
• 3.3.4 环境的影响43
• 3.4 基于断裂力学进行桥式起重机金属结构疲劳剩余寿命评估43-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第四章 桥式起重机金属结构疲劳寿命可靠性分析方法45-59
• 4.1 结构可靠性的定义45-46
• 4.2 可靠度和失效概率46-47
• 4.3 可靠度和可靠度指标47-49
• 4.4 可靠性分析的方法49-57
• 4.4.1 一次二阶矩法49-53
• 4.4.2 等效正态分布法53-54
• 4.4.3 响应面法54
• 4.4.4 蒙特卡罗法54-57
• 4.5 本章小结57-59
• 第五章 桥式起重机金属结构疲劳寿命可靠性灵敏度分析方法59-73
• 5.1 可靠性灵敏度概述59
• 5.2 基于蒙特卡罗法的可靠性灵敏度分析59-62
• 5.3 基于马尔科夫链蒙特卡罗法的局部可靠性灵敏度分析62-64
• 5.3.1 马尔科夫链基本理论62-64
• 5.3.2 基于马尔科夫链蒙特卡罗法的可靠性灵敏度分析64
• 5.4 灵敏度因子计算64-65
• 5.5 全局可靠性灵敏度分析65-71
• 5.5.1 失效概率函数的基本思想65-66
• 5.5.2 失效概率函数的求解66-67
• 5.5.3 全局灵敏度函数的求解67-68
• 5.5.4 全局失效概率的估计及失效域中设计变量样本获取68-69
• 5.5.5 基于最大熵法密度估计69-71
• 5.6 本章小结71-73
• 第六章 桥式起重机疲劳剩余寿命可靠性及其灵敏度分析73-83
• 6.1 疲劳剩余寿命安全余量方程73-74
• 6.2 桥式起重机工程算例74
• 6.3 疲劳寿命参数的分布信息状况74-76
• 6.4 局部可靠性及其灵敏度分析76-81
• 6.4.1 局部可靠性及其灵敏度分析的流程76-77
• 6.4.2 可靠度与可靠度指标计算77
• 6.4.3 局部可靠性灵敏度计算及结果分析77-81
• 6.5 疲劳寿命参数的灵敏度计算及灵敏度因子81-82
• 6.6 本章小结82-83
• 第七章 应力变程的全局可靠性及其灵敏度分析83-91
• 7.1 全局可靠性及其灵敏度分析的流程83-84
• 7.2 应力变程均值的全局可靠性及其灵敏度分析84-86
• 7.2.1 应力变程均值的全局失效概率函数84-85
• 7.2.2 应力变程均值的全局灵敏度分析85-86
• 7.3 应力变程标准差的全局可靠性及其灵敏度分析86-89
• 7.3.1 应力变程标准差的全局失效概率函数87-88
• 7.3.2 应力变程标准差的全局灵敏度分析88-89
• 7.4 本章小结89-91
• 第八章 总结与展望91-93
• 8.1 总结91-92
• 8.2 展望92-93
• 参考文献93-99
• 致谢99-101
• 攻读学位期间发表的学术论文目录101-102

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 杨成永,张弥,白小亮;用于结构可靠度分析的多响应面法[J];北方交通大学学报;2001年01期

2 邵文蛟;初始裂纹尺寸对疲劳可靠性的影响(英文)[J];船舶力学;2001年06期

3 史妍妍;孙志礼;闫明;;响应面方法在可靠性灵敏度计算中的应用[J];东北大学学报(自然科学版);2009年02期

4 张良欣,胡云昌;基于方向向量模拟技术的结构系统可靠性评价[J];固体力学学报;2001年03期

5 宋述芳;吕震宙;郑春青;;结构可靠性灵敏度分析的方向(重要)抽样法[J];固体力学学报;2008年03期

6 吴建成,吴剑国,吴亚舸;一种基于马尔可夫链模拟样本的自适应重要样本法[J];华东船舶工业学院学报(自然科学版);2003年03期

7 宋军;吕震宙;;可靠性灵敏度分析的一种新方法[J];航空学报;2006年05期

8 贡金鑫,何世钦,赵国藩;结构可靠度模拟的方向重要抽样法[J];计算力学学报;2003年06期

9 桂劲松,康海贵;结构可靠度分析的响应面法及其Matlab实现[J];计算力学学报;2004年06期

10 袁修开;吕震宙;;可靠性敏度分析方法及其在非线性蠕变疲劳失效模型中的应用[J];计算力学学报;2007年01期

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1 王爱红;桥式起重机载荷谱获取方法及疲劳剩余寿命评估研究[D];兰州理工大学;2012年

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本文编号：289952