高温下钢材弹性模量的可靠度建模方法和预测方法与流程

本发明专利属于钢材性能评定及预测技术领域。

背景技术：

钢材在工程结构中应用十分广泛，然而由于火灾、爆炸等产生的高温环境会导致钢材力学性能发生劣化，进而大幅降低结构的安全性。然而，对于高温下钢材弹性模量的分布和演化规律尚缺乏较为有效的方法进行描述和预测。因此，发明了一种高温下钢材弹性模量的可靠度建模方法和预测方法，为钢材工程结构在高温作用下的损伤评估和预测提供技术支撑。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于提供一种高温下钢材弹性模量的可靠度建模方法。为此，本发明采用以下技术方案：

高温下钢材弹性模量的可靠度建模方法的建立过程包括以下步骤：

(1)获得若干个温度下钢材弹性模量的测量值各一组；

(2)计算得到每一组钢材的弹性模量测量值的fréchet分布参数：位置参数xt，形状参数at，尺度参数st，其中t表示温度；

(3)建立关系函数fx(t)＝xt，fa(t)＝at，fs(t)＝st；其中，所述函数fx(t)、fa(t)和fs(t)的形式可以是任意满足上述数据点的函数形式；关系函数fx(n)、fa(n)和fs(n)的可选形式如下：fx(t)＝0，fa(t)＝h1/exp(h2(t-t0))，fs(t)＝h3exp(h4(1-exp(h5(t-t0))))，其中，h1、h2、h3、h4、h5为拟合参数，t0为最低的测试温度；

(4)根据上述步骤所得的关系函数，在温度t作用下钢材弹性模量e所对应的可靠度r为：

本发明的另一个目的在于提供一种高温下钢材弹性模量的预测方法。为此，本发明采用以下技术方案：

高温下钢材弹性模量的预测方法包括以下步骤：

(1)获得若干个温度下钢材弹性模量的测量值各一组；

(2)计算得到每一组钢材的弹性模量测量值的fréchet分布参数：位置参数xt，形状参数at，尺度参数st，其中t表示温度；

(3)建立关系函数fx(t)＝xt，fa(t)＝at，fs(t)＝st；其中，所述函数fx(t)、fa(t)和fs(t)的形式可以是任意满足上述数据点的函数形式；关系函数fx(n)、fa(n)和fs(n)的可选形式如下：fx(t)＝0，fa(t)＝h1/exp(h2(t-t0))，fs(t)＝h3exp(h4(1-exp(h5(t-t0))))，其中，h1、h2、h3、h4、h5为拟合参数，t0为最低的测试温度；

(4)根据上述步骤所得的关系函数，在温度t作用下可靠度r所对应的钢材弹性模量e为：

式2可以由式1通过等式变形获得。

本发明创新采用fréchet分布函数描述钢材弹性模量测量值的分布规律，发明了高温下钢材弹性模量的可靠度建模方法和预测方法。本发明提供的技术方案可以简便、快速地实现所述的可靠度建模和性能预测，使用过程中关系函数之间相互独立，函数建立过程受所得分布参数的约束小，建模和预测方法使用的灵活性高、适用性强，为钢材工程结构在高温作用下的损伤评估和预测提供技术支撑。

附图说明

图1是本发明实施例的实际数据及模型结果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明所提供技术方案的具体实施方式作进一步说明，本实施实例是对本发明的说明，而不是对本发明作出任何限定。

实施例1：

根据参考文献“王卫永，刘兵，李国强，高强度q460钢材高温力学性能试验研究，防灾减灾工程学报，2012(s1)：30-35”的表2中的数据，钢材在20℃、100℃、250℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃、700℃和800℃的作用下的弹性模量测量值以及计算得到的每一组钢材弹性模量的测量值的fréchet分布参数如表1所示。

根据表1数据，建立关系函数：

fx(t)＝0，

fa(t)＝186.49/exp(0.00358(t-20))，

fs(t)＝209.15exp(0.031(1-exp(0.0042(t-20))))。

表1高温下钢材弹性模量的测量值(gpa)以及计算所得的fréchet分布参数

根据上述步骤所得的关系函数，在温度t作用下所得的钢材弹性模量e所对应的可靠度r为：

进一步地，可得到，在温度t作用下可靠度r所对应的钢材弹性模量e为：

e＝209.15exp(0.031(1-exp(0.0042(t-20))))×(-ln(1-r))^{-1/(186.49/exp(0.00358(t-20)))}

所得模型结果与实测结果如图1所示，符合良好。

技术特征：

技术总结
本发明公开了高温下钢材弹性模量的可靠度建模方法和预测方法。钢材在工程结构中应用十分广泛，然而由于火灾、爆炸等产生的高温环境会导致钢材力学性能发生劣化，进而大幅降低结构的安全性。本发明创新采用Fréchet分布函数(Fréchet distribution)描述钢材弹性模量的测量值的分布规律，发明了高温下钢材弹性模量的可靠度建模方法和预测方法，为工程结构中钢材在高温作用下的损伤评估和预测提供技术支撑。

技术研发人员：江帆;黄博滔;余靖;吴庆勇;陈伟
受保护的技术使用者：浙江大学建筑设计研究院有限公司;江帆
技术研发日：2019.03.08
技术公布日：2019.07.19