海洋石油焊接钢结构的疲劳失效概率及可靠度

发布者: 发布时间:2016/4/8 11:02:46 阅读:次 【字体:

计算疲劳失效概率及可靠度应根据疲劳失效模式而定、海洋石油焊接钢结构的疲劳失效摸式主要有贯穿璧厚的失效及极大载荷作用下的脆断破坏。现按这两种失效棋式,研究其疲劳失效概率及可靠度的计算方法如下:

1.贯穿壁厚的疲劳失效所谓贯穿壁厚是指在深度方向裂纹扩展到贯穿壁厚,但实际上裂纹穿透壁厚后,钢结构并未完全丧失承载能力,因此在疲劳可靠性分析模型中常取壁厚或壁厚的一半作为裂纹临界长度。下面分成两种情况,来研究疲劳失效概率的计算。

(1)将初始裂坟尺寸看成随机变量时的疲劳失效概率计算。

(2)已存在裂坟时剩余剩余的疲劳失效概率的计算:若经检测已测出裂纹尺寸时,进行剩余疲劳寿命的计算,则应按照断裂力学方法来估算。这时,需要考虑无损伤的影响。

无损探伤测量精度的随机变量,它应服从对数正态分布,对于焊接钢结构其均值。

上述两种情况,当随机变量的概率特性已知之后,均可按照原理,应用直接模拟法,进行数值模拟,计算出疲劳失效概率P(Z<0)。

2.极大载荷(应力集中)作用下的脆断失效这种失效模式的特点是焊接钢结构上已有缺陷或裂纹,在极大载荷作用下,一旦缺陷或裂纹所在部位的应力强度因子超过材料的断裂韧性,裂纹就会失稳扩展,以至发生断裂失效。对于这种失效模式,计算失效概率时,一般是将材料的断裂韧性、初始裂纹尺寸、最大应力等参数当作随机变量来处理,具体计算方法步骤如下:

(1)选定失效模型:一般均选用剩余强度模型,即缺陷部位的最大应力大于结构的材料剩余断裂强度R时即发生失效。

(2)确定剩余强度一般在断裂力学中,结构的断裂韧性是抗断性能的重要指标,对于海洋石油焊接钢结构来说,常常采用韧性较好的材料,因而在应力集中部位裂纹往往产生较大的塑性区,这徉就不能应用弹性范围内的临界应力强度因子作为断裂的判据;而应该用弹塑性范围内的断裂韧性指标作为失效判据,或者用裂纹开口位移(COD)设计方法来求得剩余断裂强度。因后者应用广泛且简便,故下面将介绍COD设计方法的具体步骤:

(3)分析概率特性

1)断裂韧性:一般可按正态分布或对数正态分布来描述,也有用威布尔分布描述的。可根据这三种分布之一,估算其均值及标准差。

2)初始裂纹:按前面介绍的遵从正态分布来考虑。

3)最大应力:对于这类极大型随机变量用极值型分布描述较合理。

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