[發(fā)明專利]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(bào)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110436657.9
• 申請(qǐng)日: 2011-12-22
• 公開（公告）號(hào): CN102567632A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董興建;李鴻光;孟光
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F19/00
• 分類號(hào): G06F19/00
• 代理公司: 上海漢聲知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

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(bào)方法，具體涉及一種能夠適用于復(fù)雜岸橋結(jié)構(gòu)、計(jì)算精度高且可計(jì)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(bào)方法。

背景技術(shù)

岸橋起重機(jī)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(huì)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(bào)方法是岸橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及使用維護(hù)中的一個(gè)重要問題，其設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于缺乏材料的疲勞性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)及疲勞累積損傷的概率模型，而難以預(yù)報(bào)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(bào)》2003，36(4)：19-23上發(fā)表了“桅桿結(jié)構(gòu)隨機(jī)風(fēng)振疲勞研究”一文。該文用隨機(jī)振動(dòng)分析方法在頻域內(nèi)計(jì)算桅桿結(jié)構(gòu)疲勞計(jì)算點(diǎn)的應(yīng)力響應(yīng)統(tǒng)計(jì)量，分別用等效應(yīng)力法和等效窄帶法計(jì)算桅桿結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。然而，這種壽命預(yù)報(bào)方法只適合于簡(jiǎn)單岸橋抗風(fēng)結(jié)構(gòu)疲勞壽命的預(yù)報(bào)，并且預(yù)報(bào)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(jī)事件這一事實(shí)。

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(bào)方法，以解決現(xiàn)有岸橋結(jié)構(gòu)風(fēng)振疲勞壽命預(yù)報(bào)方法只適用于簡(jiǎn)單岸橋結(jié)構(gòu)且預(yù)報(bào)精度低的技術(shù)問題。

為達(dá)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(bào)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(shí)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(jì)算出岸橋結(jié)構(gòu)疲勞計(jì)算點(diǎn)的應(yīng)力響應(yīng)時(shí)程；

第三步，采用雨流計(jì)數(shù)法處理應(yīng)力響應(yīng)時(shí)程，從而得到變幅應(yīng)力譜的疲勞統(tǒng)計(jì)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(bào)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(shí)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(bào)方法，其第一步風(fēng)荷載時(shí)域波形模擬進(jìn)一步包括以下步驟：

首先，按照隨機(jī)振動(dòng)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(diǎn)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(jì)算脈動(dòng)風(fēng)速的時(shí)域波形：

vj(t)=2ΔωΣm=1jΣl=1N|Hjm(ωml)|cos(ωmlt+φml)]]>j＝1，2...n

其中，n為風(fēng)荷載的作用點(diǎn)數(shù)目，v_j(t)為第j個(gè)風(fēng)荷載作用點(diǎn)的脈動(dòng)風(fēng)速，N為一充分大的正整數(shù)，φ_ml為均勻分布于區(qū)間[0，2π)的隨機(jī)相位，Δω定義為ω_u和ω_d分別為感興趣頻帶的上限和下限，ω_ml為雙索引頻率，(l＝1，2...N)，H_jm(ω)為S(ω)的Cholesky分解矩陣H(ω)中的元素；

之后，采用基于流體力學(xué)中的伯努利定理，計(jì)算風(fēng)荷載時(shí)域波形：