專利名稱：基于概率累積損傷的岸橋結(jié)構(gòu)風(fēng)振疲勞壽命預(yù)報方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種岸橋結(jié)構(gòu)的風(fēng)振疲勞壽命預(yù)報方法，具體涉及一種能夠適用于復(fù)雜岸橋結(jié)構(gòu)、計算精度高且可計算某一可靠度下的風(fēng)振疲勞壽命的基于概率累積損傷的岸橋結(jié)構(gòu)風(fēng)振疲勞壽命預(yù)報方法。
背景技術(shù)：
岸橋起重機常年工作于海邊，風(fēng)力作用中心高，迎風(fēng)面積大，風(fēng)荷載長期、間斷的作用會導(dǎo)致岸橋金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)生疲勞累積損傷。岸橋結(jié)構(gòu)風(fēng)振的疲勞壽命預(yù)報方法是岸橋結(jié)構(gòu)設(shè)計及使用維護中的一個重要問題，其設(shè)計難點在于缺乏材料的疲勞性能試驗數(shù)據(jù)及疲勞累積損傷的概率模型，而難以預(yù)報岸橋結(jié)構(gòu)在某一可靠度下的風(fēng)振疲勞壽命。為解決上述問題，鄧洪洲等人在《土木工程學(xué)報》2003，36 (4) 19-23上發(fā)表了“桅桿結(jié)構(gòu)隨機風(fēng)振疲勞研究” 一文。該文用隨機振動分析方法在頻域內(nèi)計算桅桿結(jié)構(gòu)疲勞計算點的應(yīng)力響應(yīng)統(tǒng)計量，分別用等效應(yīng)力法和等效窄帶法計算桅桿結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。然而， 這種壽命預(yù)報方法只適合于簡單岸橋抗風(fēng)結(jié)構(gòu)疲勞壽命的預(yù)報，并且預(yù)報精度低，另外，該方法所依據(jù)的Miner線性累積損傷準(zhǔn)則并沒有反映出疲勞失效是一隨機事件這一事實。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于概率累積損傷的岸橋結(jié)構(gòu)風(fēng)振疲勞壽命預(yù)報方法，以解決現(xiàn)有岸橋結(jié)構(gòu)風(fēng)振疲勞壽命預(yù)報方法只適用于簡單岸橋結(jié)構(gòu)且預(yù)報精度低的技術(shù)問題。為達到上述目的，本發(fā)明提供一種基于概率累積損傷的岸橋結(jié)構(gòu)風(fēng)振疲勞壽命預(yù)報方法，包括以下步驟第一步，采用諧波疊加法模擬岸橋結(jié)構(gòu)所受的符合Davenport功率譜特征的風(fēng)荷載時域波形；第二步，將風(fēng)荷載作用于岸橋結(jié)構(gòu)的有限元模型，計算出岸橋結(jié)構(gòu)疲勞計算點的應(yīng)力響應(yīng)時程；第三步，采用雨流計數(shù)法處理應(yīng)力響應(yīng)時程，從而得到變幅應(yīng)力譜的疲勞統(tǒng)計特征；第四步，通過概率累積損傷模型，采用概率論方法預(yù)報岸橋結(jié)構(gòu)在某一可靠度下的風(fēng)振疲勞壽命。依照本發(fā)明較佳實施例所述的基于概率累積損傷的岸橋結(jié)構(gòu)風(fēng)振疲勞壽命預(yù)報方法，其第一步風(fēng)荷載時域波形模擬進一步包括以下步驟首先，按照隨機振動理論建立符合Davenport功率譜特征的岸橋結(jié)構(gòu)各風(fēng)荷載作用點的風(fēng)速功率譜密度矩陣S ( ω )，然后根據(jù)下式的波形疊加法計算脈動風(fēng)速的時域波形
權(quán)利要求
1.一種基于概率累積損傷的岸橋結(jié)構(gòu)風(fēng)振疲勞壽命預(yù)報方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，采用諧波疊加法模擬岸橋結(jié)構(gòu)所受的符合Davenport功率譜特征的風(fēng)荷載時域波形；第二步，將風(fēng)荷載作用于岸橋結(jié)構(gòu)的有限元模型，計算出岸橋結(jié)構(gòu)疲勞計算點的應(yīng)力響應(yīng)時程；第三步，采用雨流計數(shù)法處理應(yīng)力響應(yīng)時程，從而得到變幅應(yīng)力譜的疲勞統(tǒng)計特征；第四步，通過概率累積損傷模型，采用概率論方法預(yù)報岸橋結(jié)構(gòu)在某一可靠度下的風(fēng)振疲勞壽命。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于概率累積損傷的岸橋結(jié)構(gòu)風(fēng)振疲勞壽命預(yù)報方法，其特征在于，第一步所述的風(fēng)荷載時域波形模擬進一步包括以下步驟首先，按照隨機振動理論建立符合Davenport功率譜特征的岸橋結(jié)構(gòu)各風(fēng)荷載作用點的風(fēng)速功率譜密度矩陣S(co)，然后根據(jù)下式的波形疊加法計算脈動風(fēng)速的時域波形 其中，η為風(fēng)荷載的作用點數(shù)目，Vj (t)為第j個風(fēng)荷載作用點的脈動風(fēng)速，N為一充分大的正整數(shù)，Φω1為均勻分布于區(qū)間W，2ji)的隨機相位，Δ ω定義為Δ =^^，Cou和 分別為感興趣頻帶的上限和下限，ωω1為雙索引頻率
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于概率累積損傷的岸橋結(jié)構(gòu)風(fēng)振疲勞壽命預(yù)報方法，其特征在于，所述的有限元模型為采用有限元軟件建立的復(fù)雜岸橋結(jié)構(gòu)的有限元模型，其包括梁單元、桿單元和集中質(zhì)量單元。
4 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于概率累積損傷的岸橋結(jié)構(gòu)風(fēng)振疲勞壽命預(yù)報方法，其特征在于，第三步所述的變幅應(yīng)力譜的統(tǒng)計分析，是基于雨流計數(shù)法對岸橋結(jié)構(gòu)的疲勞計算點的變幅應(yīng)力譜進行統(tǒng)計，得到不同應(yīng)力幅值和不同平均應(yīng)力的循環(huán)次數(shù)，作為風(fēng)振疲勞壽命預(yù)報算法的輸入。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于概率累積損傷的岸橋結(jié)構(gòu)風(fēng)振疲勞壽命預(yù)報方法，其特征在于，第四步所述的概率累積損傷模型，將岸橋的疲勞失效視作隨機事件，建立疲勞累積損傷隨機變量D和材料疲勞強度隨機變量K的計算公式，通過實驗方法確定材料疲勞強度 K的分布規(guī)律，基于概率論方法預(yù)報岸橋在某一可靠度下的疲勞壽命，具體按照下式計算疲勞計算點的D和K
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于概率累積損傷的岸橋結(jié)構(gòu)風(fēng)振疲勞壽命預(yù)報方法，其特征在于，所述概率累積損傷模型按照下式計算岸橋結(jié)構(gòu)在可靠度R下的疲勞壽命
全文摘要
一種基于概率累積損傷的岸橋結(jié)構(gòu)風(fēng)振疲勞壽命預(yù)報方法，包括以下步驟第一步，采用諧波疊加法模擬岸橋結(jié)構(gòu)所受的符合Davenport功率譜特征的風(fēng)荷載時域波形；第二步，將風(fēng)荷載作用于岸橋結(jié)構(gòu)的有限元模型，計算出岸橋結(jié)構(gòu)疲勞計算點的應(yīng)力響應(yīng)時程；第三步，采用雨流計數(shù)法處理應(yīng)力響應(yīng)時程，從而得到變幅應(yīng)力譜的疲勞統(tǒng)計特征；第四步，通過概率累積損傷模型，采用概率論方法預(yù)報岸橋結(jié)構(gòu)在某一可靠度下的風(fēng)振疲勞壽命。本發(fā)明具有適用于復(fù)雜的岸橋結(jié)構(gòu)，適用范圍廣泛、計算精度高且能夠計算任何隨機風(fēng)荷載作用下抗風(fēng)結(jié)構(gòu)的可靠性疲勞壽命的優(yōu)點。
文檔編號G06F19/00GK102567632SQ20111043665
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月22日
發(fā)明者孟光, 李鴻光, 董興建 申請人:上海交通大學(xué)