第1章修1-结构可靠性分析基本理论_292907576.ppt

第一章 结构可靠性分析基本理论主要参考书：1、上山忠夫著《结构可靠性》，机械工业出版社，19872、邵文蛟,《不完整可靠性分析》,国防工业出版社,1997 主要内容 1 概论 两种不确定现象 随机可靠性分析方法 第二水准法及其改进型 概率函数及其表达式 结构模糊可靠性分析 广义可靠性指标?G 所谓结构可靠性，就是结构物在给定使用条件和环境条件下，在规定的寿命内，不发生破坏或不发生影响结构性能而保持必要的强度/刚度。即研究结构物在载荷作用下的应力/变形和承受此应力的结构物的强度随使用时间的变化情况，以及论述与此二者相关的静强度或疲劳寿命等的可靠性的特性值。因此，可靠性的重点应该是疲劳问题（接触疲劳、腐蚀疲劳等）。 描述结构可靠性主要包含下列内容：1、可靠度——以任务完成率，平均故障间隔时间，表征系统或结构完成功能的概率大小；2、耐久性——以使用时间或使用循环次数等表征的寿命；3、损伤容限——即使在结构中存在有潜在的缺陷或使用中产生的局部损伤，而这些缺陷/损伤对结构或系统完成任务等不致于发生严重影响，或许所产生的影响在容许的范围内的一个定义或标准。 这种对可靠度、耐久性和损伤容限的要求，在设备初期设计阶段，通过可靠性设计方法完成结构设计，用FEMA和FTA等可靠性技术进行分析，再通过设计评审等的研讨，使其归纳在设计计划中。 概论 传统的结构设计和强度校核是基于确定性分析，即结构计算时假定结构的几何尺寸、材料的物理性能以及所受的载荷均是确定的。但实际上这些因素都带有随机性：例如： 这些因素都会影响对结构真实可靠性评价。 大家知道：惯用的确定性分析中为了考虑这些不确定因素的影响只是简单地引入安全因子概念，使许用应力略低于材料地试验数据或认为地加大几何尺寸，以抵消一些偏危险地因素，提高安全感。安全因子K 尽管如此，结构发生破坏的事件还时有发生。 合理和可行的思路是什么？ 是允许实际结构在指定使用年限内具有足够小的破坏概率。 2、两种不确定现象 自然界始终存在两种性质不同的不确定现象 随机可靠性分析方法 工程结构的随机可靠性分析与电子产品、机械工程和系统的可靠性分析从本质上均是基于经典可靠性理论。然而，工程结构的随机可靠性与电子和机械系统等可靠性在一些重要方面还是有一定差别，因为电子产品和机械系统多数是批量生产，且可以假定在名义上是相同的，可以根据统计概率得出破坏概率，但对工程结构尤其是大型工程结构常常无法以类似方法确定破坏概率。 工程中需要预测结构破坏事件的数量，在设计阶段要从各个方面预估结构件强度或载荷－挠度特性，综合其概率模型。这个模型应该包括对所受载荷和结构抗破坏能力有影响的所有随机不确定因素。 对于同一量纲的S和R，故可将这两个随机变量都以x取值，并且假定这两个事件为独立事件，则破坏概率P是这两个独立事件概率的的乘积，并对所有可能发生的情况求和：即 对于一般情况，上式中的积分不存在封闭解，但如果这两个事件是独立事件且服从正态分布，则随机变量M的平均值和方差分别为： 1969年科内尔(Cornell)引进可靠性指标?，其图解如上图所示。 可见只要知道了可靠性指标?，则利用标准正态分布函数就能查到结构破坏概率。 上面是较简单的两个随机变量的可靠度问题，对于抗坏能力R和载荷S常常是很多随机变量的函数，例如R是材料性能（行为）和结构几何尺寸的函数，S是外载荷、环境等的函数。有时二者还不能处理为独立变量（如截面尺寸）。因此，处理方法是用一组基本变量X来表示破坏函数M。 第二水准法及其改进型 在分析结构是否安全时，根据所采用的近似形式和计算手段，通常有三种不同方法，称第一至第三水准法。 图 平均值与改进第二水准法得比较图 1、结构功能函数的建立 静态结构可靠度的一般表达式 结构可靠度 结构的失效概率 正态分布的结构可靠性计算 应力的概率密度函数 强度的概率密度函数 对数正态分布的结构可靠性计算 概率密度函数 概率函数及其表达式 3、Ⅰ型极大值分布的分布 蒙皮的可靠性 弹身隔框的可靠性 结构模糊可靠性分析 广义可靠性指标?G 相关程度对结构可靠度的影响 结构强度分析 飞机及航天器的维护与事故 结构破坏事故实例 这种方法只能检查出明显磨损或腐蚀等裂化现象较严重的零部件，对随机故障的部件则无能为力，因此。发展了状态维护方法。 2、状态维护方法： 要求对每个部件，凡能测量其裂化程度的都要进行定期检查，以便了解部件的故障情况，并与预定的故障基准值进行比较，将超过基准值的部件更换或维修，在基准值范围内的部件则继续使用。 3、状态监视维护方法： 对于涡轮风扇发动机由于推力大、耗油少、噪音低、成本高，在开发期间都装有各种计算机数据处理装置（传感器），可对故