结构失效模式识别和体系可靠度分析的无路径依赖性方法研究

发布时间：2017-12-20 22:20

  本文关键词：结构失效模式识别和体系可靠度分析的无路径依赖性方法研究　出处：《广西大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：结构的失效模式识别和体系可靠度分析是开展结构优化设计、维护加固和安全评估的重要基础。传统的结构失效模式识别方法需要在加载过程中逐级修改材料本构关系和有限元控制方程,存在失效路径依赖性问题。同时,传统的结构体系可靠度分析方法存在主要失效模式难以识别和多失效模式联合失效概率计算繁琐两大难点。因而,开展结构失效模式识别和体系可靠度分析的高效新方法研究,具有重要的理论意义及工程应用价值。近年来新发展的弹性模量缩减法(EMRM)基于线弹性有限元计算模型,在迭代过程中可以通过缩减高承载单元的弹性模量来模拟结构的损伤演化,具有计算原理简单、计算效率高、不依赖失效路径(即无路径依赖性)等优点。鉴于此,本文基于EMRM,重点围绕工程结构的失效模式识别和体系可靠度分析开展研究,主要研究内容包括:(1)基于传统的弹塑性增量分析法(EPIA),利用杆件横截面的弹性核相对高度来判断截面进入塑性屈服的程度,进而提出了一种杆系结构的失效模式识别方法,为利用EPIA识别杆系结构的失效模式提供了一种新的途径。研究表明,当取合适的有限元参数时,塑性极限状态下结构中各失效截面能达到全截面塑性屈服状态,此时失效截面中不存在弹性核。但是由于参数选取的主观性,当极限荷载的结果精度较高时,结构中的失效截面还可能存在一定高度的弹性核。针对本文算例分析的结果,当截面的弹性核相对高度h0/h≤1/8时可以认为该截面已经进入塑性屈服状态并形成塑性铰。(2)结合弹性模量调整策略和齐次广义屈服函数,研究建立了确定性结构损伤演化及失效模式识别的高效无路径依赖性方法。首先,根据齐次广义屈服函数定义单元承载比等结构承载状态特征参数,可以合理考虑结构中的组合内力效应,建立了高承载单元的自适应动态识别准则;然后通过缩减高承载单元的弹性模量来模拟结构的损伤演化和内力重分布,并根据结构达到塑性极限状态时高承载单元的弹性模量缩减幅度,建立了失效元的定量识别准则;最后利用塑性铰标识失效元的具体位置,据此识别结构的失效模式,提出了确定性结构损伤演化模拟及失效模式识别的高效无路径依赖性方法,从而克服了传统失效模式识别方法由于具有路径依赖性而需要逐级修改材料本构关系或有限元控制方程存在的缺陷。(3)结合截面强度融合技术和弹性模量调整策略,研究建立了考虑恒荷载效应的结构失效模式识别的无路径依赖性方法。首先利用截面强度融合技术,建立了融入恒荷载效应的修正结构计算模型,可以合理考虑工程结构中存在的恒荷载效应;然后利用弹性模量调整策略分析恒荷载下结构的损伤演化过程,并采用结构达到塑性极限状态时高承载单元的弹性模量缩减幅度来识别结构的主要失效模式,从而建立了考虑恒荷载效应的结构失效模式识别的无路径依赖性方法。分析结果表明,该方法可以合理考虑结构中存在的恒荷载效应及组合内力效应对失效演化的影响,并且迭代过程中无需修改材料本构关系或有限元控制方程,具有无路径依赖性,计算原理简单,计算精度较高。(4)结合随机响应面法(SRSM)和弹性模量缩减法(EMRM),研究建立了结构体系可靠度分析的无路径依赖性方法。首先结合SRSM和EMRM,建立了结构随机极限承载力的显式函数表达式;然后利用随机极限承载力建立了结构整体承载极限状态的功能函数,提出了基于随机极限承载力的结构体系可靠度分析方法,从而通过随机空间有限样本点上的结构极限承载力分析解决结构体系可靠度问题,大大降低了问题的维数,避免了传统体系可靠度分析中的主要失效模式难以识别和多失效模式联合失效概率计算繁琐两大难点,具有较高的计算精度、效率以及广泛的适用性。
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TU311.2

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1 刘敬敏;结构失效模式识别和体系可靠度分析的无路径依赖性方法研究[D];广西大学;2017年

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本文编号：1313620