考虑载荷释放的结构疲劳可靠性分析

论文摘要

含裂纹结构是工程中很常见的，其所含疲劳裂纹的扩展，直接影响到结构的使用寿命。对含裂纹结构进行疲劳可靠性分析，可以为此类结构的安全性评估提供参考，具有很大的现实意义。在基本理论方面，本文首先详细介绍了哈桑—林德法和蒙特卡罗法等结构可靠度计算方法，并给出了哈桑—林德法的计算实例。然后，介绍了应力强度因子和几何修正系数，以及应力强度因子的几种计算方法，最后还给出了平板中含有贯穿裂纹和平板中含有半椭圆形表面裂纹两种情况下的几何修正系数。在介绍了结构可靠性的基本理论和线弹性断裂力学的基本理论之后，本文描述了含裂纹结构在疲劳断裂过程中的载荷释放特性，讨论了船舶结构细部构件的载荷释放机理，并对载荷释放产生的原因进行了分析。载荷释放的本质就是，载荷在含裂纹元件上的重分布。它降低了裂纹尖端的应力强度因子，延滞了疲劳裂纹的扩展，从而提高了含裂纹结构的使用寿命。接着本文还建立了几个含裂纹结构断裂力学分析的载荷释放模型，并用近似的方程对载荷释放进行了校准。本文最后还给出了含裂纹结构疲劳寿命可靠性分析的安全余量方程，并通过一个算例计算出了考虑载荷释放与不考虑载荷释放时含裂纹结构的可靠度。通过分析比较得知，考虑载荷释放时的可靠度大于不考虑载荷释放时的可靠度，这说明基于断裂力学的载荷释放机理具有很大的利用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题的目的和意义
• 1.2 结构可靠性分析的发展历史
• 1.2.1 结构可靠性分析的发展历史
• 1.2.2 疲劳可靠性的发展历史
• 1.3 本论文研究的主要内容
• 1.4 本文的关键问题和难点
• 第2章 结构可靠性理论的基本知识
• 2.1 基本概念
• 2.1.1 结构可靠性的基本概念
• 2.1.2 极限状态
• 2.1.3 失效概率和可靠度的计算
• 2.1.4 可靠性指标
• 2.2 结构可靠性问题的数学定义
• 2.2.1 基本变量
• 2.2.2 安全余量和极限状态函数
• 2.2.3 可靠性指标的几何意义
• 2.3 结构可靠度的计算方法
• 2.3.1 均值一次二阶矩法（FOSM）
• 2.3.2 哈桑—林德法（Hasofer-Lind）
• 2.3.3 蒙特卡罗（Monte-Carlo）法
• 2.4 算例及分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 断裂力学的基本知识
• 3.1 断裂力学的基本知识
• 3.1.1 裂纹扩展试验和载荷释放试验
• 3.1.2 应力强度因子
• 3.2 应力强度因子的计算方法
• 3.2.1 Newman-Raju方程法
• 3.2.2 格林函数法
• 3.2.3 混合法
• 3.3 几种常见情况的几何修正系数的经验公式
• 3.3.1 平板中的中心贯穿裂纹
• 3.3.2 平板中的半椭圆形表面裂纹
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于断裂力学的载荷释放机理
• 4.1 载荷释放问题
• 4.2 船舶结构的载荷释放的校准
• 4.2.1 边界影响
• 4.2.2 复杂载荷路径的影响
• 4.2.3 残余应力重分布的影响
• 4.3 断裂力学分析的载荷释放模型
• 4.3.1 边纵梁中贯穿厚度的裂纹
• 4.3.2 边壳板的表面裂纹
• 4.3.3 加劲板
• 4.4 本章小结
• 第5章 含裂纹船舶结构的疲劳可靠性分析
• 5.1 裂纹扩展过程中的数学关系
• 5.2 结构的疲劳寿命
• 5.3 载荷释放模型的疲劳分析
• 5.3.1 边纵梁
• 5.3.2 边壳板
• 5.3.3 加劲板
• 5.4 结构疲劳寿命的可靠度
• 5.5 考虑载荷释放的结构疲劳寿命的可靠度
• 5.6 结构剩余寿命的可靠度
• 5.7 算例及分析
• 5.8 本章小结
• 结论
• 一、结论
• 二、展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢