[发明专利]基于概率累积损伤的岸桥结构风振疲劳可靠度预报方法

权利要求书

1.一种基于概率累积损伤的岸桥结构风振疲劳可靠度预报方法，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服役期限内的风振疲劳可靠度。

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可靠度预报方法，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(ω)，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，n为风荷载的作用点数目，v_j(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，φ_ml为均匀分布于区间[0，2π)的随机相位，Δω定义为 ω_u和ω_d分别为感兴趣频带的上限和下限，ω_ml为双索引频率， H_jm(ω)为S(ω)的Cholesky分解矩阵H(ω)中的元素。

之后，采用基于流体力学中的伯努利定理，计算风荷载时域波形

其中，γ为空气容重，g为重力加速度，μ_s和A分别是结构的体型系数和有效受风面积， 是平均风速。

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可靠度预报方法， 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可靠度预报方法，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，作为风振疲劳可靠度预报算法的输入。

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可靠度预报方法，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服役周期内的疲劳可靠度。具体按照下式计算疲劳计算点的D和K：

其中，σ_b是材料的强度极限，m是与材料、应力比、加载方式有关的常数，σ_ai和σ_mi分别是非对称应力循环的应力幅值和平均应力，n_i和N_i分别为某种应力循环的实际循环次数和失效循环次数。将岸桥的疲劳失效视作随机事件，在不同应力水平下进行疲劳实验得到材料疲劳强度K的样本值，通过统计分析建立K的分布规律，K服从对数正态分布

lnK～N(μ_k，σ_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可靠度预报方法，其特征在于，概率累积损伤模型按下式计算结构在某服役期限内的可靠度R：

其中，φ是标准正态分布函数。