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1、结构强度研究疲劳概率理论与方法评述谢里阳,东北大学沈阳摘要材料。,及构件的疲劳性能都表现出明显的不确定性疲劳失效与载荷历程及损伤累积有关涉及应力、强度、应力作用次数等具有不同量纲的参量,疲劳寿命的概率属性也比较复杂。然而,目前关于疲劳失效、疲劳寿命的概率表达及模型基本上是移植于静强度失效的相应理论、概念及模型,还。、存在诸多问题本文评述的问题包括疲劳寿命分布形式及其判断逻辑与载荷作用次数时间相关的疲劳失效概率模型、疲劳失效概率分析原理、疲劳概率寿命的设计、计算方法,多损伤部位结构。系统寿命预测等!!!关位词疲劳寿命分布失效概率多
2、损伤部位概率寿命,概述、,概率论使我们以新的方式看待和思考世界一一应用概率论时常能得到有趣惊人的发现这。∀#些发现会对普通和熟悉的现象进行新的解释。,“”,概率论是应用最广泛的数学分支因为尽管上帝不掷般子但人类却不得不面对大量。。,、、的随机现象不同领域的问题有各自不同的概率特性对于可靠性问题不同元件不同系统,、。不同失效机理需要不同的概率模型甚至不同的概念不同的定义,。关于机械结构及系统的失效问题传统的可靠性研究对实际问题进行了大量简化潜在的原,“,”〔∃,。因是长期以来自然科学工作者⋯⋯习惯于对复杂的研究对象进行简化和抽象⋯⋯,文献【%
3、&在论及可靠性研究者与应用者的任务时指出当代的研究者应当以批评的观点去审、,、视上世纪八九十年代可靠性的发展趋势强调了在可靠性问题中深入研究载荷环境失效机、、。理时间相关等问题的重要性必要性与复杂性,,关于疲劳可靠性问题)∗等闭指出疲劳环境下的结构可靠性问题是一个非常复杂的问∋(切,,题涉及不同学科领域的内容而目前大多数的研究还都限于相对简单的情形一只考虑一个截面,。上的局部损伤并将其与整体的极限状态相联系∃失效率的变化规律与寿命分布模型的合理性,,。一般认为具有典型失效模式的产品失效率曲线的典型形态呈图+所示的三个典型阶段,,“”人,关于
4、失效率曲线的浴盆形状有观点认为机械设备的失效率曲线基本没有失效率。,。〔常数的部分还有研究者认为机械零部件不存在早期失效期特征州事实,,上失效率曲线的形状是由寿命分布唯一决定的脱离具体寿命分布特征而孤立地讨论,。,,,失效率曲线的形状难免有失偏颇例如疲劳损伤虽然不断累积但可能存在孕育期疲劳寿命也有远大于零的最小值。这样看来,疲劳失效的失效率也不,或一定从开始服役就呈上升趋势。,,因很快就快速上升再者寿命分布对载荷特征十分敏感此脱离载荷环境去讨论失效率曲线也结构强度研究,。是片面的是难以抓住主要矛盾的,根据失效率函数与寿命分布概率密度函数之间
5、的关系既可以由寿命分布确定失效率函数曲,。,线的形式也可以分析应用不同概率密度函数描述结构疲劳寿命分布特性的合理性例如对数正态分布概率密度函数曲线如图∃∗所示的失效率曲线形式为先升后降的单峰曲线形式见,“”。,图∃伪与典型的失效率曲线的浴盆形式完全不同由此可见如果某种零部件或设备的失,则用对数。效率大致有浴盆曲线的形式正态分布表述其寿命分布就是不合适的曾有文献【−&就对数分布描述疲劳寿命的合。理性进行过讨论图#典型失效率曲线∗概率密度曲线.失效率曲线图∃对数正态分布的概率密度函数曲线及失效率曲线,“”那么是不是浴盆曲线
6、并不是一般零部件或产品典型的或应有的失效率曲线的形式0/%所示一+【幻%∗呢图为我们根据载荷强度干涉关系建立的失效率函数方程的曲线式图,展示的是没有强度退化的情况下由随机载荷多次作用导致的失效率随载荷作用次数的变化规,,相当于静强度失效的情况!图%伪分别展示了有强度退化的情况下由随机载荷多次作用导律,。,致的失效率随载荷作用次数的变化规律相当于疲劳失效的情况显然如果仅仅是存在主导失,“”,,效模式零部件的失效率曲线也并不一定呈浴盆形状只有当存在强度退化且是按对数规,“”。律退化时失效率才呈现典型的浴盆曲线的形式、。一二3三。
7、+11。1下4、粤牛2「体一一一#∀516击」7∗无强度退化时的失效率曲线.强度按对数规律退化时的失效率曲线一图%不同应力强度背景下的失效率曲线“”,既然疲劳失效率出现了浴盆曲线的形状就不得不回答疲劳寿命分布应该用什么样的概结构强度研究率密度。函数表达的问题%疲劳失效概率的统计平均算法由,于给定应力水平下的疲劳寿命分布规律可以根据疲劳试验结果得到人们很早就试图根据。〔89+。〕给定应力水平下的疲劳寿命分布规律推导出指定寿命下疲劳强度的分布规律,。,在概率统计平均的意义上可以将干涉模型解释为载荷加权平均模型这样传统上只
8、能应,,用于相同量纲随机变量例如应力与强度或载荷循环数与疲劳寿命的干涉模型就可以拓展应用。于具有不同量纲随机变量例如应力与寿命的情形,应用这样的模型可以很方便地根据几个确
