专利名称：基于概率累积损伤的岸桥结构风振疲劳寿命预报方法
技术领域：
本发明涉及一种岸桥结构的风振疲劳寿命预报方法，具体涉及一种能够适用于复杂岸桥结构、计算精度高且可计算某一可靠度下的风振疲劳寿命的基于概率累积损伤的岸桥结构风振疲劳寿命预报方法。
背景技术：
岸桥起重机常年工作于海边，风力作用中心高，迎风面积大，风荷载长期、间断的作用会导致岸桥金属结构产生疲劳累积损伤。岸桥结构风振的疲劳寿命预报方法是岸桥结构设计及使用维护中的一个重要问题，其设计难点在于缺乏材料的疲劳性能试验数据及疲劳累积损伤的概率模型，而难以预报岸桥结构在某一可靠度下的风振疲劳寿命。为解决上述问题，邓洪洲等人在《土木工程学报》2003，36 (4) 19-23上发表了“桅杆结构随机风振疲劳研究” 一文。该文用随机振动分析方法在频域内计算桅杆结构疲劳计算点的应力响应统计量，分别用等效应力法和等效窄带法计算桅杆结构的疲劳寿命。然而， 这种寿命预报方法只适合于简单岸桥抗风结构疲劳寿命的预报，并且预报精度低，另外，该方法所依据的Miner线性累积损伤准则并没有反映出疲劳失效是一随机事件这一事实。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于概率累积损伤的岸桥结构风振疲劳寿命预报方法，以解决现有岸桥结构风振疲劳寿命预报方法只适用于简单岸桥结构且预报精度低的技术问题。为达到上述目的，本发明提供一种基于概率累积损伤的岸桥结构风振疲劳寿命预报方法，包括以下步骤第一步，采用谐波叠加法模拟岸桥结构所受的符合Davenport功率谱特征的风荷载时域波形；第二步，将风荷载作用于岸桥结构的有限元模型，计算出岸桥结构疲劳计算点的应力响应时程；第三步，采用雨流计数法处理应力响应时程，从而得到变幅应力谱的疲劳统计特征；第四步，通过概率累积损伤模型，采用概率论方法预报岸桥结构在某一可靠度下的风振疲劳寿命。依照本发明较佳实施例所述的基于概率累积损伤的岸桥结构风振疲劳寿命预报方法，其第一步风荷载时域波形模拟进一步包括以下步骤首先，按照随机振动理论建立符合Davenport功率谱特征的岸桥结构各风荷载作用点的风速功率谱密度矩阵S ( ω )，然后根据下式的波形叠加法计算脉动风速的时域波形
权利要求
1.一种基于概率累积损伤的岸桥结构风振疲劳寿命预报方法，其特征在于，包括以下步骤第一步，采用谐波叠加法模拟岸桥结构所受的符合Davenport功率谱特征的风荷载时域波形；第二步，将风荷载作用于岸桥结构的有限元模型，计算出岸桥结构疲劳计算点的应力响应时程；第三步，采用雨流计数法处理应力响应时程，从而得到变幅应力谱的疲劳统计特征；第四步，通过概率累积损伤模型，采用概率论方法预报岸桥结构在某一可靠度下的风振疲劳寿命。
2.根据权利要求1所述的基于概率累积损伤的岸桥结构风振疲劳寿命预报方法，其特征在于，第一步所述的风荷载时域波形模拟进一步包括以下步骤首先，按照随机振动理论建立符合Davenport功率谱特征的岸桥结构各风荷载作用点的风速功率谱密度矩阵S(co)，然后根据下式的波形叠加法计算脉动风速的时域波形 其中，η为风荷载的作用点数目，Vj (t)为第j个风荷载作用点的脉动风速，N为一充分大的正整数，Φω1为均勻分布于区间W，2ji)的随机相位，Δ ω定义为Δ =^^，Cou和 分别为感兴趣频带的上限和下限，ωω1为双索引频率
3.根据权利要求1所述的基于概率累积损伤的岸桥结构风振疲劳寿命预报方法，其特征在于，所述的有限元模型为采用有限元软件建立的复杂岸桥结构的有限元模型，其包括梁单元、杆单元和集中质量单元。
4 根据权利要求1所述的基于概率累积损伤的岸桥结构风振疲劳寿命预报方法，其特征在于，第三步所述的变幅应力谱的统计分析，是基于雨流计数法对岸桥结构的疲劳计算点的变幅应力谱进行统计，得到不同应力幅值和不同平均应力的循环次数，作为风振疲劳寿命预报算法的输入。
5.根据权利要求1所述的基于概率累积损伤的岸桥结构风振疲劳寿命预报方法，其特征在于，第四步所述的概率累积损伤模型，将岸桥的疲劳失效视作随机事件，建立疲劳累积损伤随机变量D和材料疲劳强度随机变量K的计算公式，通过实验方法确定材料疲劳强度 K的分布规律，基于概率论方法预报岸桥在某一可靠度下的疲劳寿命，具体按照下式计算疲劳计算点的D和K
6.根据权利要求5所述的基于概率累积损伤的岸桥结构风振疲劳寿命预报方法，其特征在于，所述概率累积损伤模型按照下式计算岸桥结构在可靠度R下的疲劳寿命
全文摘要
一种基于概率累积损伤的岸桥结构风振疲劳寿命预报方法，包括以下步骤第一步，采用谐波叠加法模拟岸桥结构所受的符合Davenport功率谱特征的风荷载时域波形；第二步，将风荷载作用于岸桥结构的有限元模型，计算出岸桥结构疲劳计算点的应力响应时程；第三步，采用雨流计数法处理应力响应时程，从而得到变幅应力谱的疲劳统计特征；第四步，通过概率累积损伤模型，采用概率论方法预报岸桥结构在某一可靠度下的风振疲劳寿命。本发明具有适用于复杂的岸桥结构，适用范围广泛、计算精度高且能够计算任何随机风荷载作用下抗风结构的可靠性疲劳寿命的优点。
文档编号G06F19/00GK102567632SQ20111043665
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月22日 优先权日2011年12月22日
发明者孟光, 李鸿光, 董兴建 申请人:上海交通大学