结构的可靠性和疲劳运用概率理论

1、 结构的可靠性和疲劳运用概率理论-摘要 失效概率计算方法估算了疲劳加载的结构可靠性的开发。该方法的适用性进行评估与疲劳裂纹扩展是在巴黎和沃克建议模型的帮助下进行的。如表（一阶可靠性方法）的概率理论，在SORM（二阶可靠性方法）和单片机（蒙特卡洛模拟）里。结果发现，失败概率设计疲劳寿命的增加和应用最小应力下降，初始裂纹尺寸减小边缘，施加最大的压力和巴黎方程的斜率。除此之外，根据随机变量的敏感性分析，他的双方程的斜率影响巴黎之间的显性和沃克模型的其他随机变量的失效概率关键词：疲劳;可靠性，失效概率;敏感性;形式; SORM蒙地卡罗模拟-1.简介 反复荷载在结构上可能会导致材料的破坏，即使负载水平远

2、低于极限状态下，如火车车轴和车轮许多机械结构，承重部件，海洋结构，桥梁设计为长期忍受在实际的服务，以千兆周载荷，除此之外，在各个领域的一些机械结构需要进行调查，如果操作寿命可超过因经济考虑设计寿命延长。在这种情况下，这些结构的机械部件一般都受到了巨大的数量，应力/应变循环的误码率长期服务期。因此，结构材料的循环荷载作用下长期服务疲劳性能也要求安全等机械结构设计的技术信息的重要课题1-3 在疲劳设计，SN曲线的使用已被确立，这些曲线预测在恒幅载荷疲劳失效，但不能把相关信息裂纹萌生和/或传播。如果裂缝是在我的行动中，发现械结构，结构可以修复的进一步使用，南北流行的做法是这样的情况下不再有用。然而，

3、断裂力学的技术可以成功地应用到这个问题。断裂力学的需要有关的缺陷和/或信息，这种分析裂缝，由于规模和缺陷是相当随机的，一个确定性的分析可以提供有关结构的可靠性不完整的结果。此外，统计载荷随机字符，几何形状和材料属性可能会显着影响的结构可靠性，因此，在概率断裂力学方法，帮助提供一个有用的工具来解决这些问题4-7在本文中，疲劳模型巴黎和沃克建议用于制定有关评审的疲劳水坝失败的年龄结构的极限状态函数（该组织）。失败的概率估计通过使用窗体（一阶可靠性方法）和SORM（二阶可靠性方法）。对疲劳结构的可靠性进行评估使用这种失败的概率，他对这些估算的可靠性预计方法的适用性提供了一个案例研究。此外，估计的每个

4、随机变量的可靠性，这是量化的失败机率的影响灵敏度。通过使用窗体和SORM取得的成果进行了比较与使用MCS（蒙特卡罗仿真）来检查这个文件后，Accu -活泼的拟议方法估计的。2疲劳模型 他想了一个组件或结构强度可以大大减少了一道裂纹的存在，该疲劳裂纹扩展速率，da / dN的，相对于应用应力强度因子范围/ K时，可从疲劳裂纹扩展实验。该相应的应用范围应力强度因子/ K是计算了裂纹长度，A，而外加应力范围，其中，B是一个几何参数，Kmax是最大应力强度因子， Kmin是最小应力强度因子，Smax为最大应力和压力。Smin是由于应力强度因子应用在压缩最低未定义，Kmin采取零，如果Smin压缩。对于

5、恒幅载荷相关性，ING是通常与疲劳裂纹扩展速率对数表绘制，相对于开放型应力强度因子范围，一个典型的对数疲劳裂纹扩展速率与应力强度因子范围，绘制示意图如图所示。 1，有一个S型的形状，可分为三个主要区域划分。 I区是在附近。图。 1。示意图行为疲劳裂纹扩展速率版本- SUS的应力强度因子范围阈值区，表明一个阈值，/ K级，也没有观察到裂纹低于这个值的增长。发生在该阈值的1x10 - 10米/循环或更少秩序裂纹扩展速率。二区之间的记录显示基本上是大/ DN和对数线性关系/度，相当于巴黎的公式1,3,4提出。其中，n，C为材料常数。n是直线部分斜率系数，C是通过扩展直线/度 1MPa的m.In区发现

6、的疲劳裂纹扩展对应的宏观裂纹稳定增长。这是典型的边界条件所控制。平均应力的微观结构和区域显示一比三，在区域区少对疲劳裂纹扩展行为的影响疲劳裂纹扩展率非常高，因为它没有办法不稳定性和疲劳裂纹扩展寿命参与。这个地区的控制，主要受断裂韧性KCor K表立法会，这对组织而定，平均应力和环境。传统的Sn或H - N疲劳行为通常是参照完全扭转应力或应变条件相关（r = -1）。然而，疲劳裂纹扩展数据通常引用的脉动紧张状况与R = 0或接近于零。在平均应力对疲劳裂纹扩展行为的一般影响可以使用估计应力比的，R Kmin / Kmax Smin / Smax，这是用来作为主要参数，并具有积极的值，R大于或等于0

7、。应当承认的是，对疲劳裂纹扩展行为的影响是强烈的R比物质依赖。一个共同的经验关系用于包括均值R 大于或等于的0应力的影响是沃克方程如下1,3-5所示。其中C和N的系数和巴黎方程的斜率为R = 0，分别和M是材料常数。巴黎沃克方程和方程的基本相似，与方程组C和不同的系数C ''如下由于R的疲劳裂纹生长的影响是众所周知的材料依赖，有必要确定材料常数。用于各种金属的价值范围从0.3到邻近1，具有典型值约0.5。疲劳破坏寿命，可以通过整合在疲劳裂纹扩展，从最初的裂缝，人工智能，域名到最后裂纹扩展率公式，自动对焦和最后的裂缝可以用以下计算的断裂韧性。3失效概率3.1表（一阶可靠度分析方法

8、）失效概率的计算方法是利用形式，它是利用可靠性指标的方法之一。窗体的方法是基于一阶泰勒的该组织，这是作为如下6-10中定义的级数逼近其中，RE是正常的可变电阻和LO是负载正常变量。假设，稀土和LO是统计独立的，通常分布的随机变量，变量Z是发生故障，通常也是分散式的.当Re小于L0;，即作为Z 小于0给出。失败的概率是鉴于如下其中，工业区和CZ是该变量Z，分别是标准正态变量的累积分布函数，E是安全指标和可靠性指标和方差（COV的）系数的均值和标准差记如下。（8）可以用来当系统有一个线性LSF的。其实，最真实的制度和案件没有线性LSF的，而是有一个非线性LSF的。因此，对于一个系统，该系统的非线性

9、LSF的，均衡器。 （8）不能用于计算可靠性指标。 Rackwitz和Fiessler提出了一个方法来估计的可靠性指标，它使用图所示的程序.2一个系统有一个非线性LSF的。本文witerate循环，如图所示。 2，确定有可能被可靠性指标的可靠性指标，直到收敛到所需值（'S 长0.001）9，10。必须定义该组织制定的形式和评估的可靠性。在这个文件中，可以定义该组织通过使用如下6,7的疲劳模型。其中，Nd是设计疲劳寿命，它是在结构设计过程需要的价值和Nff的是疲劳失效的疲劳裂纹扩展寿命，如巴黎，并利用式增长模式的沃克模型估计。 （2）或式。 （3）。指数的敏感性，这是用来评估对失效概率随

10、机变量的影响，表示为如下9，10。凡Sl是一个随机变量Xi和Sz/ Sx是一个随机变量的偏导数的敏感性指数习。3.2 SORM（二阶可靠性方法）可靠性与线性系统LSF的分析所需的计算相对简单。不过，该组织可能是非线性要么由于随机变量的非线性关系，在该组织或由于一些变量是非正常的。在形式方法将给予线性和非线性极限状态情况下，相同的可靠性指标，如果点的最小距离是一样的。但很明显，对非线性极限状态失效概率会比线性极限状态，由于在失败领域的差。在周围的最小距离点曲率极限状态决定了其形式的一阶近似的准确性。该SORM提高，包括对曲率极限状态的其他信息形式的结果。 图。 2。计算过程中的可靠性指标。Fie

11、ssler首先探讨使用各种二次近似的SORM办法。一个简单的概率计算封闭的形式使用二阶近似和一个渐进的近似理论帮助解决方案是给予Breitung 6,7,9。其中Ni表示在最低点的距离该组织的主曲率和E的可靠性指标是通过使用窗体计算。主曲率计算通过使用图所示的步骤. 3。不像许多工程分析结果，由概率方法得到的是困难的实验来验证。相反，我们使用单片机技术，nique来验证从形式取得的结果的准确性。大多数MCS的通常表现在工程应用中的图所示的步骤。在单片机，很多仿真分析。在每个模拟，变量的值是随机生成的，根据其概率密度函数。然后该组织用于评估在每个仿真性能的功能。 Finallythe概率P为Z

12、lt;0估计 其中，Nf是在模拟与Z小于0，这是失败的次数，n是模拟的总数。要获得可靠的结果，在模拟的总数，N为选定为：在本文中，N是因为我们选择了为108 ,最高目标的埋管道相应的安全水平，以确保以确保埋地管道的完美结合。4一个案例研究在本论文中，我们制订利用发蒂格模型的LSF，并估计通过使用疲劳实验数据给出了一个边缘裂纹图中显示的数据的形成及SORM失败的概率。 5。这个标本是一个非常广泛被美国汽车工程师协会认可的。1020冷轧薄板不断受到上午振幅单轴循环荷载。随机变量及其值的统计模型所使用的疲劳见表1 1-5。表1。随机变量及其统计值用在个案研究5结果与讨论在这个文件中，该组织正在制订使

13、用正法蒂格裂纹扩展了巴黎和Walker提出的模型。失败的概率估计通过使用表1中列出，如随机变量的形式，SORM和单片机的概率理论的价值。之间的失效概率与随机变量的变化关系如图所示。 6，相应的疲劳模型和概率理论。其结果发现图。 6，未能概率设计的疲劳寿命增加和应用最小应力，初始边缘裂纹尺寸的减小，应用最大应力和巴黎方程的斜率减小。具体统计值用于确定的个案研究，比较各对模型的结果出来的沃克模型。它存在于图。 6，未能在巴黎和沃克模型的概率变成变化是非常边缘的初始裂纹尺寸和巴黎方程的斜率相同。但是，巴黎和沃克模特表演与设计疲劳寿命失效概率的变化不同，因为它们有不同的疲劳寿命所对应的最大和最小的压力

14、。图。 6。失效概率之间和各种关系，根据随机变量的形式，SORM和单片机其结果发现图。六是形式，SORM和管委会显示巴黎和沃克模型类似的失效概率。表2显示了定量之间的形式，SORM和巴黎和沃克的模型，分别MCS的结果平均百分差异。对于巴黎和从表2中的表格及SORM显示出类似的变失效概率随机变量的沃克模型。另一方面，在失败的概率形式美与单片机的区别是类似之间的SORM和单片机的。人们还认识到从表2中的沃克在失败的概率模型显示间差异稍大的形式，SORM和较初始边缘裂纹尺寸的变化，应用最小应力和巴黎巴黎模型边坡的MCS方程。另一方面，在巴黎模型显示的形式，SORM比为所施加的最大应力变化Walker

15、模型和设计的MCS稍微疲劳寿命失效概率较大差异。图。 7。敏感性根据随机变量的巴黎和沃克模型参数的变化。虽然疲劳寿命的设计和应力比的变化之间的结果差异很大，差异并不明显区分图。 6，因为由形式，SORM和单片机失效概率估计的绝对值很小。一些显示上的每个失败的概率随机变量的影响，典型的图如图所示。 7使用敏感指数。方程的双，N，坡度影响与边缘的初始裂纹尺寸的变化显着失败的概率，应用最大和最小强调在巴黎和沃克模型。然而，巴黎方程，N对故障概率较大的初始边缘裂纹尺寸的增大成为能力，边坡的影响。另一方面，如其他随机变量的影响，巴黎的方程，C，则采用最大应力，Smax初始裂纹尺寸的边缘，人工智能，应用的

16、最小应力系数，Smin为设计疲劳寿命和断裂韧性，对失效概率成为边缘裂纹的初始大小增加小。因此，至关重要的是一个材料，如巴黎方程，N斜率不变，和巴黎方程，C，估计系数必须采取适当的疲劳试验非常谨慎。 表2。比较结果之间的平均百分使用的形式，获得了MCS SORM和分歧。而且还发现从图。七是对失败的概率随机变量的影响是在与前，后在初始迭代边缘裂纹尺寸的变化一样，使用最大和最小强调在巴黎和沃克模型。然而，设计疲劳寿命显着的影响之前，在巴黎迭代方程的斜率变化的失效概率。巴黎方程的斜率发现极大地影响后，在巴黎和沃克模型迭代的失效概率。图。 8显示了在巴黎和沃克模型各种参数不同COV的失效概率。经历一次较

17、大的COV的意思是，从变量的分布更加分散的平均值。据悉，在图。 8，影响在巴黎方程，最大应力和应力强度因子边坡散射失效概率显着巴黎和沃克模型。也就是说，散射的巴黎方程，最大应力和失效概率边坡应力强度因子特性的实验数据的影响，似乎是最重要的。另一方面，我们注意到图。 8，该方程的巴黎，设计疲劳寿命，最小应力和失效概率初始边裂纹散射系数的影响不大明显。图。 8。失效概率之间的关系和不同参数巴黎和沃克COV的模型。从分散的平均值。据悉，在图。 8，影响在巴黎方程，最大应力和应力强度因子边坡散射失效概率显着巴黎和沃克模型。也就是说，散射巴黎方程，最大应力和失效概率边坡应力强度因子特性的实验数据的影响，

18、似乎是最重要的。另一方面，我们注意到图。8，该方程的巴黎，设计疲劳寿命，最小应力和失效概率初始边裂纹散射系数的影响没有太大的亲第二十九个。特别是，我们发现失败的概率急剧上升到4.52E18 %与约0.41 COV的巴黎模型的应力强度因子。我们也可以注意到，失败的概率急剧上升到. 因此，工程师必须考虑选择正确的价值观的各种参数的观测，从失败的概率分析tained的结构，真实姿态的设计过程和维护调查结果。特别是，一些变量需要更多的调查，将根据对COV的敏感性分析和选择。6结论在这个文件中，疲劳裂纹扩展模型对和沃克建议用于制定的极限状态函数（该组织）。表格（一阶可靠性方法）和SORM（二阶可靠性方法

19、）来估计的失效概率。而单片机（蒙特卡洛模拟）是用来评估和适用性的形式通过比较失败的概率SORM。此外，不同的故障概率随机变量的影响进行了系统调查和使用敏感指数，得到以下结果：（1）失效概率的设计与疲劳寿命的增加和应用最小应力，初始边缘裂纹尺寸的减小降低，应用最大应力和巴黎方程的斜率。（2）出的形式和SORM结果表明，对于巴黎和沃克模型类似的失效概率。（3）双方程的斜率显着的影响与在巴黎和沃克模式失效概率随机变量的变化。（4）的数据，如巴黎的方程，最大应力和沃克在巴黎和应力强度因子模型散射影响边坡破坏概率显着。认证这项工作是支持的Brain Korea21项目于2007年。本文的主要部分，在英国伦敦于七月0204，2007 WCE2007上提出了参考文献1是斯蒂芬斯，楼阿里，遥感工程，威利父子罗伯特和亨利，金属疲劳，（200