卜海峰[1]2001年在《压力容器用钢疲劳可靠性研究》文中指出疲劳破坏在现代工业中是十分普遍的，尽管人们对疲劳问题已引起重视，但是，近年来疲劳事故仍然不断发生。因此克服疲劳、消除隐患，用疲劳分析方法指导设计已成为现代工业技术中的重要课题。目前机械工程设计处于变革时代，正由传统的“安全系数”保障强度裕量的设计朝向以力学分析和概率方法相结合的可靠性设计演进。概率疲劳是用概率统计方法研究机械零件和结构构件的疲劳损伤，根据其存在的不确定性因素及分布进行疲劳强度分析的一门学科。疲劳试验数据的离散性，零件和构件加工允许的尺寸偏差，材料中分布的原始缺陷，以及受载零件危险部位应力响应的分布特性等，都说明应力和强度以及影响它们的因素都是随机变量，它们有各自的分布形式，应该用概率统计理论和方法来处理，才能使疲劳强度在工程中所确定的寿命，成为保证某一概率下的可靠寿命。 国产WDL钢种是一种对焊接冷裂纹敏感性低、焊接前不要预热或稍加预热而不产生焊接冷裂纹的钢板。该钢种的全称为低焊接裂纹敏感性07MnCrMoV系列钢（简称WDL钢）。对WDL钢种进行系列规范性的概率断裂力学试验研究，不仅为压力容器的安全评定和可靠性分析打下基础，同时为压力容器评定规范研究打下基础。特别是对首都周围的石化企业中的压力容器安全评定研究。在燕山石化总公司、东方炼油厂等单位拥有该钢种建造的压力容器数十台，这些设备的安全运营直接关系到北京的经济建设与安全。 本文运用概率疲劳的基本原理，对武汉钢铁公司WDL钢种中的WH530钢和WH610D2钢的标准疲劳试样，通过成组试验方法，测定上述两种材料的概率疲劳寿命，分别做出他们的P-S-N曲线。并利用数理统计理论，探讨P-S-N曲线的广义描述方法，P-S-N曲线方程参数的估计方法，以及对应不同应力水平下的材料疲劳寿命在给定置信度下的置信区间估计方法。 通过上述试验研究与理论分析，给出WH530和WH610D2两种钢材的疲劳性能参数，并给出这两种钢材的疲劳可靠性曲线，为工程应用提供依据。并利用概率疲劳的基本理论，得出材料疲劳可靠性估计的广义方法。
李维栋[2]2011年在《旋风分离器的结构分析及疲劳寿命研究》文中进行了进一步梳理在煤气化工业装置中,旋风分离器是其中的重要设备之一。随着煤气化装置向着大型化方向的发展,旋风分离器的结构安全性正受到越来越多的关注。本文对现有大型旋风分离器在高温、高压条件下的结构强度进行了校核,得出了旋风分离器的应力危险位置,发现现有的结构型式不足以满足其在高温、高压工况下的安全性要求。同时计算了旋风分离器的温度场分布以及温度应力。改变旋风分离器各结构位置参数,分析了不同结构参数变化对旋风分离器应力大小及分布的影响,由分析结果可以得到,顶部筋板的分布形式和分布数量对旋风分离器上盖板的影响最大,对下盖板的影响较小。借助有限元方法对现有低压、小型旋风分离器在保证分离效率不变的前提下进行了结构改进和优化,得到了满足高温、高压工况条件的新型旋风分离器结构,并对优化后结构模型进行了强度校核。同时借助有限元软件利用蒙特卡罗抽样方法对实际制造工艺和材料性质等参数进行随机抽样,计算了各参数不确定性对结构强度所造成的影响,进行了静力可靠性分析,得出了置信度为95%的结构可靠性以及各参数对旋风分离器可靠度的敏感性。最后,对旋风分离器的疲劳性能进行了研究,利用ANSYS计算获得了旋风分离器的应力幅值,对旋风分离器的疲劳寿命进行了预测,得出了旋风分离器安全运行的次数为523730次,可以为判断结构的安全运行提供有效的依据。
孙萍[3]2014年在《Q345R钢高温损伤后疲劳特性研究》文中进行了进一步梳理本文以压力容器行业使用较为广泛的Q345R钢为研究对象，在理论分析研究的基础上制定出Q345R钢在不同温度-时间下的高温损伤模式，并对高温损伤后的Q345R钢的性能进行了系统的试验研究。对高温损伤后Q345R钢的常温机械性能以及疲劳特性的变化规律做出合理的解释，建立了高温损伤后Q345R钢的疲劳特性的研究方法。首先，制定出了系统而全面的高温损伤模式：将加热温度设定为800℃、900℃、1000℃和1100℃，并对试样材料进行12小时、48小时和100小时的保温。通过对高温损伤后的Q345R钢进行静拉伸试验，找出高温对Q345R钢的内部组织产生的影响，分析其材料机械性能的变化。通过静拉伸试验测得高温损伤后的Q345R钢的机械性能（即静特性），去推测Q345R钢的疲劳特性，根据推测数据绘制S-N曲线，并拟合出应变疲劳曲线方程。对高温损伤后的Q345R钢进行低周疲劳寿命试验，根据实验数据绘制S-N曲线，并拟合出应变疲劳曲线方程线，分析Q345R钢的损伤温度与其疲劳寿命之间的关系。同一温度下的应变疲劳寿命方程的斜率k值是相吻合的，说明通过Q345R钢的机械性能来推测其疲劳性能的方法是科学合理的。建立一种确定在用Q345R钢服役期限的工程方法，对高温损伤后Q345R钢的疲劳性能进行评估。通过本文的研究，得到了短时高温损伤对Q345R钢的力学性能的影响以及疲劳寿命的影响，这样的结论将有利于压力容器的安全运行，为石油化工企业正确安排压力容器的检修期和服役期限提供了重要的参考依据。
李锋, 孟广伟, 周立明[4]2010年在《随机载荷作用下结构低周疲劳可靠性研究》文中研究说明将影响结构低周疲劳寿命的不确定因素视为随机变量,基于可靠性分析理论,从概率论和数理统计的角度出发对随机载荷作用下的结构低周疲劳进行了可靠性分析。利用Neuber法得到低周疲劳结构的随机应力和应变响应。将随机载荷作用下的结构低周疲劳表示为材料参数、结构尺寸、载荷等随机变量的函数,并推导出了功能函数对随机变量偏导的表达式。算例显示了该方法的有效性和适用性。
翟建明[5]2013年在《金属材料经硫化氢腐蚀后的疲劳可靠性研究》文中提出腐蚀疲劳是指腐蚀性介质与交变应力协同作用所引起的材料破坏的现象，它广泛存在于石油化工、核工业、航空航天以及海洋船舶等工业之中。随着我国工业化水平的高速发展，对安全生产与设备安全性的要求也越来越高，腐蚀疲劳问题在工程领域中也显得愈加重要。在对疲劳问题的研究中，腐蚀疲劳因为腐蚀环境、服役工况的多变性而显得更加复杂，它将会涉及到力学、电化学、材料科学等多个学科。国家2006年~2020年中长期发展纲要中也将“材料服役与环境的相互作用、性能演变、失效机制及寿命预测原理等”列为重大战略需求的基础性研究项目，以期望解决材料的环境服役问题。基于以上研究背景，本文对腐蚀疲劳问题展开了一系列的研究。由于腐蚀疲劳包含了腐蚀与疲劳两个不同的问题，对腐蚀疲劳的研究可以通过腐蚀、疲劳分别进行研究后再进行综合研究。因此，为了解决工程中的腐蚀疲劳及其可靠性的问题，本文的研究主要分叁个部分，一是疲劳可靠性问题的研究，二是腐蚀程度评定的研究，叁是腐蚀疲劳及其可靠性问题的研究。在疲劳可靠性的研究中，本文基于对数疲劳寿命遵循正态分布的假设，通过构造材料对数疲劳寿命、对数疲劳寿命标准差分别与应力水平之间的函数μ(S)与σ(S)，建立得到了材料的条件概率密度分布曲面（CPDDS）并对其性质展开了讨论。该CPDDS可以较全面的反映材料的疲劳性质如S-N曲线、p-S-N曲线及理论疲劳极限。材料的理论疲劳极限即材料在规定的服役时间内发生失效的概率为小概率事件时的疲劳强度值，该定义利用CPDDS中的小概率事件突破了传统方法中对疲劳极限的定义。本部分研究提出了一种通过建立材料的CPDDS来研究材料疲劳性能的方法，同时该方法还可以用于随后的腐蚀疲劳及其可靠性的研究中。为了对材料经受H_2S腐蚀后的腐蚀程度进行评定，本文提出了逐层显微硬度试验的方法。通过材料经H_2S腐蚀后的硬度随材料打磨层深的变化，证明了金属材料在不同浓度的H_2S溶液中经过不同时间腐蚀后会产生H_2S腐蚀层、氢脆影响层的分层现象，其中溶液浓度对分层的影响不明显，腐蚀时间对分层有显着性影响。对本文采用的45号钢材料来说，经过48h浸泡腐蚀后材料的氢脆影响层会达到最大值，经过96h浸泡腐蚀后材料的H_2S腐蚀层会达到最大值。通过对金属材料腐蚀评定的研究，本文还提出了材料氢脆影响层中硬度随腐蚀溶液浓度、腐蚀时间与层深变化而变化的力学模型，并对模型中的参数进行了物理定义，该模型的提出为氢损伤的研究提供了研究思路。在腐蚀疲劳及其可靠性的研究中，本文结合材料腐蚀评定与疲劳可靠性研究方法，提出了一种研究工程中腐蚀疲劳问题的新方法，为腐蚀疲劳的机理解释提供了定性的解释。本文以45号钢为例进行了腐蚀疲劳的试验研究，研究发现腐蚀对材料产生的分层现象会对材料的疲劳行为产生重要的影响。H_2S腐蚀层因为点蚀坑的存在极易引发微裂纹的萌生与加速裂纹扩展，导致材料的抗疲劳特性减弱，引起材料理论疲劳极限的降低；氢脆影响层中包含的氢损伤会导致材料失效的随机性增大，导致材料疲劳寿命的分散性增大，引起材料可靠性寿命的降低。以上的研究结果为材料基于疲劳强度的可靠性设计、基于疲劳寿命的可靠性设计提供了理论参考，同时可用于工程中服役设备与材料的检修方案制定提供有效的试验数据。
王学平[6]2016年在《含内裂纹海洋工程压力容器的疲劳寿命分析》文中提出海洋平台作为服役于恶劣环境并且承受风、波浪、海流和地震等多种载荷作用的结构体,压力容器是海洋平台的重要组成部分,和大多数承压设备一样,容器筒体会产生各种损伤和缺陷,在有缺陷的部位会产生裂纹,在复杂载荷和环境的条件下,会使压力容器的裂纹扩展加剧,进而导致压力容器发生疲劳破坏和断裂失效,将会造成灾难性的破坏。因此,对疲劳裂纹扩展行为的预测方法以及疲劳裂纹扩展规律的研究显得非常重要,这在实际工程应用中有着重要的研究价值。文中主要采用有限元软件模拟和理论计算相结合的研究方法,对含内裂纹海洋油气集输工程压力容器的疲劳寿命进行分析,并对含内裂纹压力容器基于疲劳寿命的可靠性分析。对含内裂纹海洋油气集输工程压力容器主要研究内容和研究成果如下:(1)针对压力容器的复杂结构和受力状况,取含内裂纹筒体的一部分作为研究对象,建立含内表面椭圆形浅裂纹筒体的有限元模型,运用ANSYS/workbench有限元软件对含内表面椭圆形浅裂纹压力容器在内压、附加载荷以及温度载荷共同作用下的疲劳寿命,通过计算分析得出轴向裂纹、环向裂纹、裂纹长度、裂纹深度、以及裂纹间夹角对疲劳寿命的影响,并比较得出轴向裂纹和裂纹深度是影响疲劳寿命的主要因素。另外,与Paris公式计算得出的结果进行比较,分析其造成误差的原因,在实际工程应用中有一定的参考价值。(2)考虑到材料的机械性能、裂纹缺陷的尺寸、以及工况载荷都存在着不确定性和随机性,对含缺陷压力容器基于疲劳寿命的可靠性分析,分别计算在一定可靠度与在一定可靠度和置信度下的剩余寿命,对得出的结果进行分析。并与理论计算的结果比较,得出理论计算的结果要比蒙特卡洛模拟法计算出的结果大的多,得到理论计算的结果偏差较大,不建议在工程实际中应用。
蔡诗剑[7]2006年在《特殊船舶结构的局部疲劳分析研究》文中提出船舶结构的疲劳问题是一个由来已久的问题,也是影响船舶结构安全性的重要问题。各国船级社针对船舶结构疲劳进行了大量研究,并形成了相关规范,但主要是针对油船、散货船、集装箱船等常规船型。对于穿浪双体船、潜艇耐压壳等特殊船舶结构的疲劳研究仍然较少。本文主要做了以下工作:(1)建立穿浪双体船全船有限元模型,按照有关指南施加载荷工况,进行静力分析。确定Weibull分布下的疲劳载荷概率模型,建立疲劳载荷谱。选取某一铝合金材料的S-N曲线,基于Miner线性累积损伤理论对穿浪双体船主船体的叁个典型横剖面进行局部疲劳分析,观察结构应力、疲劳寿命和疲劳损伤的分布规律。考察平均应力和Weibull分布形状参数对疲劳寿命的影响。通过疲劳可靠性计算,研究各随机变量对疲劳可靠度的影响。(2)建立潜艇耐压壳中典型的锥柱结合壳结构模型,施加合适的约束和载荷,进行静力分析。锥柱结合壳凸角处外表面具有较大的拉伸应力,是疲劳研究的热点。大深度潜艇耐压壳结构的疲劳属于低周疲劳,采用局部应力应变法计算裂纹萌生寿命,用断裂力学法计算裂纹扩展寿命。从载荷、材料、几何尺寸、残余应力、初始裂纹等方面考察各因素对疲劳寿命的影响。本文采用MSC.Patran/Nastran进行有限元建模和静力计算,用MSC.Fatigue进行疲劳分析计算。本文疲劳计算方法包含常用的叁种方法:S-N曲线法、局部应力应变法和断裂力学法,并涉及了可靠性计算,具有一定的广泛性。本文从不同角度考察了各种因素对穿浪双体船和潜艇耐压壳结构疲劳寿命的影响,对于有关研究和抗疲劳设计具有一定的参考价值。
何洋[8]2010年在《基于概率断裂力学的潜艇耐压结构可靠性分析》文中研究说明潜艇耐压结构作为大型锻铸、焊接部件,在制造加工过程中不可避免地存在着一些如气孔、夹杂等缺陷。国内外都有由于潜艇耐压结构内部缺陷引起潜艇耐压结构失效的例子。由于潜艇的锥柱结合壳焊趾处存在初始裂纹,加上其本身特殊的受力特点,使其成为疲劳破坏的最危险部位。本文选取适合锥柱结合壳焊趾处裂纹的应力强度因子,并考虑压应力、焊接残余应力、应力集中和应力比的影响,对应力强度因子进行修正。应用一次二阶矩法和蒙特卡洛法计算潜艇凸锥柱结合壳焊趾处的脆性断裂可靠度。通过实例计算和分析,验证了一次二阶矩法应用在计算潜艇耐压结构脆性断裂上的可行性。本文探索性提出一般概率断裂力学方法与蒙特卡洛法结合使用的方法。实例计算表明,该方法在计算潜艇耐压结构疲劳寿命可靠度和剩余寿命上是可行的。
宋剑[9]2005年在《海洋平台结构在偶然灾害作用下的可靠性研究》文中研究表明海洋平台结构的安全可靠性是海洋工程中一个有难度而富有挑战性的重要研究领域。本文以海洋导管架平台这一大型复杂工程结构为主要研究对象,在系统地分析和总结国内外研究现状及发展趋势的基础上,对海洋平台结构在偶然灾害作用下的风险评估、海洋平台结构与大型船舶碰撞损伤、碰撞作用下平台结构的变形和能量吸收、海洋平台结构爆炸火灾荷载、火灾作用下的海洋平台结构可靠性、爆炸作用下海洋平台结构响应、海洋平台损伤结构的系统可靠性、极限承载能力体系可靠性、海洋平台结构的维修决策、平台结构损伤构件的维修加固、以及海洋平台结构灾害作用的缓解防护系统等一系列问题进行了较为深入的研究和探讨,并结合具体工程实例(WEN13—1深水导管架平台、BZ28-1南井口导管架平台)加以研究和应用,产生了显着的经济效益。 本文的研究注重理论研究与工程实践紧密结合从而达到相互促进的目的,这既为海洋导管架平台结构的设计和对现役平台结构的安全评估提供了理论依据和重要的参考价值,同时也为海洋油气资源的安全开发提供了可靠的保证。本文的主要内容和研究成果主要有: (1) 结合风险评估方法,研究了海洋平台在偶然灾害作用下的风险评估体系。根据偶然灾害的发生概率和平台暴露级别来划分灾害事件的风险水平,并依据风险水平开展风险评估,重点对在火灾、碰撞、爆炸作用下的海洋平台结构开展结构可靠性研究,为保障海洋平台结构在偶然灾害下的整体安全性提供了分析方法和理论依据。 (2) 提出了平台结构受船舶碰撞后的损伤评估体系。根据导管架结构受大型船舶撞击后的损伤检测结果,对碰撞过程进行了数值反演计算分析,对构件模型从简单到复杂的思路提出了船舶碰撞海洋平台导管架结构的撞击作用;同时也对船舶撞击平台结构进行了动力响应分析,采用非线性弹簧来模拟受损构件的局部凹陷损伤,考虑了结构—桩—土的相互作用,运用瞬态动力学方法来分析船舶以不同的速度撞击导管架结构的动力响应,确定了船舶对平台结构碰撞的最大动力撞击作用。对平台导管架整体结构的损伤程度进行了评估,确定了相应的灌浆卡箍维修加固方案。 (3) 对船舶与海洋平台碰撞过程的能量吸收与转化进行分析,研究了船舶与平台结构碰撞的能量吸收模型。根据能量吸收原理,对撑杆管状构件的壁厚和桩
王宏[10]2010年在《起落架结构可靠性分析与锁机构可靠性试验》文中认为为实现飞机起落架的高可靠性设计,研究其结构可靠性分析方法具有重要意义。研究工作从建立合理、可行的起落架结构疲劳可靠性分析模型入手,对某型飞机前起落架进行结构疲劳可靠性分析。结合某型飞机前起落架设计要求,对其上位锁机构进行故障模式与影响分析,并针对功能可靠性试验要求研制了锁机构功能可靠性试验系统,完成了锁机构的功能可靠性验证。建立前起落架的基于Miner线性疲劳累积损伤理论的“累积损伤-临界损伤”动态干涉模型,进行了常规疲劳可靠性分析。在此基础上,考虑结构从安全状态到失效状态的渐进过渡过程,把疲劳破坏条件视为模糊事件,应用模糊数学方法对常规疲劳可靠性分析所无法处理的模型性不确定性问题进行解决,定量分析了某型飞机起落架结构疲劳模糊可靠性随疲劳寿命的变化规律。通过对某型飞机前起落架上位锁进行故障模式与影响分析,结合故障树分析方法对其功能可靠性进行了理论分析。研制了起落架上位锁机构功能可靠性试验系统,提出一种全新的起落架气动载荷加载方法,载荷模拟最大误差不大于8%。完成了的锁机构功能可靠性试验,试验结果表明作动力大小是影响其功能可靠性重要的因素。
参考文献：
[1]. 压力容器用钢疲劳可靠性研究[D]. 卜海峰. 北京工业大学. 2001
[2]. 旋风分离器的结构分析及疲劳寿命研究[D]. 李维栋. 中国石油大学. 2011
[3]. Q345R钢高温损伤后疲劳特性研究[D]. 孙萍. 东北石油大学. 2014
[4]. 随机载荷作用下结构低周疲劳可靠性研究[J]. 李锋, 孟广伟, 周立明. 机械设计. 2010
[5]. 金属材料经硫化氢腐蚀后的疲劳可靠性研究[D]. 翟建明. 北京工业大学. 2013
[6]. 含内裂纹海洋工程压力容器的疲劳寿命分析[D]. 王学平. 兰州理工大学. 2016
[7]. 特殊船舶结构的局部疲劳分析研究[D]. 蔡诗剑. 华中科技大学. 2006
[8]. 基于概率断裂力学的潜艇耐压结构可靠性分析[D]. 何洋. 哈尔滨工程大学. 2010
[9]. 海洋平台结构在偶然灾害作用下的可靠性研究[D]. 宋剑. 浙江大学. 2005
[10]. 起落架结构可靠性分析与锁机构可靠性试验[D]. 王宏. 南京航空航天大学. 2010
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