基于弹性模量缩减法的结构整体安全与疲劳评估

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整体塑性破坏与疲劳破坏是工程结构的两种主要破坏模式,相应的分析理论和方法是结构安全评估中的重要研究内容。这两类安全问题中评估指标的选取及其求解方法是关键科学问题,本文在课题组弹性模量缩减法(EMRM)研究成果基础上,开展了工程结构的整体安全和疲劳评估研究,主要内容包括:(1)提出了考虑材料应变硬化下基于EMRM的结构整体安全评估方法。引入以结构极限承载力为评估指标的整体安全评估方法,根据考虑材料硬化的弹塑性本构关系和理想弹塑性本构关系之间的应变能等效原则,建立了线性强化弹塑性模型、幂强化模型和Ramberg-Osgood模型的等效屈服强度的求解方法;结合EMRM的弹性模量调整策略和极限承载力求解方法,提出考虑应变硬化的结构极限承载力分析方法,并据此提供简洁、高效的结构整体安全评估方法。(2)提出了基于EMRM的局部应变和结构应变求解方法。引入广义局部应力应变法的修正屈服强度计算方法,定义了结构塑性应变分析的单元承载比,确定了基准承载比的取值,建立了EMRM塑性应变分析的弹性模量调整策略,进而提出了两步弹性迭代分析求解局部应变的方法;根据控制断面上局部应变的线性化,提出了结构应变的求解方法,克服了美国机械工程师学会的锅炉和压力容器设计规范采用Neuber法求解结构应变精度不足的问题。(3)提出了基于EMRM的焊接结构疲劳评估方法。引入并验证了基于结构应力的Master S-N方法在焊接结构高周疲劳评估中的适用性,同时验证了基于结构应变的Master S-N方法在焊接结构低周疲劳评估中的有效性;提出并验证了通过EMRM求解结构应变,进而结合Master S-N方法进行焊接结构疲劳评估,可为高周和低周疲劳提供统一、有效的评估方法。
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