結構失效模式識別和體系可靠度分析的無路徑依賴性方法研究.pdf

1、結構的失效模式識別和體系可靠度分析是開展結構優(yōu)化設計、維護加固和安全評估的重要基礎。傳統(tǒng)的結構失效模式識別方法需要在加載過程中逐級修改材料本構關系和有限元控制方程，存在失效路徑依賴性問題。同時，傳統(tǒng)的結構體系可靠度分析方法存在主要失效模式難以識別和多失效模式聯(lián)合失效概率計算繁瑣兩大難點。因而，開展結構失效模式識別和體系可靠度分析的高效新方法研究，具有重要的理論意義及工程應用價值。近年來新發(fā)展的彈性模量縮減法(EMRM)基于線彈性有限元計

2、算模型，在迭代過程中可以通過縮減高承載單元的彈性模量來模擬結構的損傷演化，具有計算原理簡單、計算效率高、不依賴失效路徑（即無路徑依賴性）等優(yōu)點。鑒于此，本文基于EMRM，重點圍繞工程結構的失效模式識別和體系可靠度分析開展研究，主要研究內(nèi)容包括:
　　(1)基于傳統(tǒng)的彈塑性增量分析法（EPIA），利用桿件橫截面的彈性核相對高度來判斷截面進入塑性屈服的程度，進而提出了一種桿系結構的失效模式識別方法，為利用EPIA識別桿系結構的失效模式

3、提供了一種新的途徑。研究表明，當取合適的有限元參數(shù)時，塑性極限狀態(tài)下結構中各失效截面能達到全截面塑性屈服狀態(tài)，此時失效截面中不存在彈性核。但是由于參數(shù)選取的主觀性，當極限荷載的結果精度較高時，結構中的失效截面還可能存在一定高度的彈性核。針對本文算例分析的結果，當截面的彈性核相對高度h0/h≤1/8時可以認為該截面已經(jīng)進入塑性屈服狀態(tài)并形成塑性鉸。
　　(2)結合彈性模量調整策略和齊次廣義屈服函數(shù)，研究建立了確定性結構損傷演化及失效

4、模式識別的高效無路徑依賴性方法。首先，根據(jù)齊次廣義屈服函數(shù)定義單元承載比等結構承載狀態(tài)特征參數(shù)，可以合理考慮結構中的組合內(nèi)力效應，建立了高承載單元的自適應動態(tài)識別準則;然后通過縮減高承載單元的彈性模量來模擬結構的損傷演化和內(nèi)力重分布，并根據(jù)結構達到塑性極限狀態(tài)時高承載單元的彈性模量縮減幅度，建立了失效元的定量識別準則;最后利用塑性鉸標識失效元的具體位置，據(jù)此識別結構的失效模式，提出了確定性結構損傷演化模擬及失效模式識別的高效無路徑依賴性

5、方法，從而克服了傳統(tǒng)失效模式識別方法由于具有路徑依賴性而需要逐級修改材料本構關系或有限元控制方程存在的缺陷。
　　(3)結合截面強度融合技術和彈性模量調整策略，研究建立了考慮恒荷載效應的結構失效模式識別的無路徑依賴性方法。首先利用截面強度融合技術，建立了融入恒荷載效應的修正結構計算模型，可以合理考慮工程結構中存在的恒荷載效應;然后利用彈性模量調整策略分析恒荷載下結構的損傷演化過程，并采用結構達到塑性極限狀態(tài)時高承載單元的彈性模量縮

6、減幅度來識別結構的主要失效模式，從而建立了考慮恒荷載效應的結構失效模式識別的無路徑依賴性方法。分析結果表明，該方法可以合理考慮結構中存在的恒荷載效應及組合內(nèi)力效應對失效演化的影響，并且迭代過程中無需修改材料本構關系或有限元控制方程，具有無路徑依賴性，計算原理簡單，計算精度較高。
　　(4)結合隨機響應面法(SRSM)和彈性模量縮減法(EMRM)，研究建立了結構體系可靠度分析的無路徑依賴性方法。首先結合SRSM和EMRM，建立了結構