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原文传递管道、钢缆类系统可靠性建模若干关键问题的研究

论文题名：	管道、钢缆类系统可靠性建模若干关键问题的研究
关键词：	管道;钢缆系统;结构失效;随机过程;载荷传递损伤;系统可靠性
摘要：	在实际工程中有这样一类一维长度很大的工程结构对象（可以看作是“连续系统”），如飞机液压系统中的管道、天然气石油管道、悬浮桥上的钢缆等。对其进行可靠性分析与评价时，如果简单地将其看作一个元件，显然难以对这样的对象进行计算或实验，无法准确给出其可靠性指标，然而将其作为一个系统，又没有明显的“元件”的概念。尤为关键的是把连续系统作为一个串联系统进行可靠性分析时，就要考虑其各部分（管段）的失效相关性，传统独立失效假设下的串联系统可靠性模型不再适用。　　同时与管道类连续系统类似的是关于钢缆的失效概率问题，除了将钢缆整体直接看成像管道类连续系统来研究之外，通常的做法是将其分成由单根钢丝组成的存在载荷分担、载荷传递（即载荷共享）的并-串联系统来研究。因此，传统的并联相关失效系统的可靠性模型已经不再适用，需要建立新的钢缆类并联系统的可靠性模型。　　本文以管道、钢缆等复杂系统的可靠性建模为背景，重点分析其可靠性建模的方法，并解决了可靠性建模过程中的相关失效、载荷多次作用、强度退化、单元划分原则、连续系统可靠性有界性、载荷传递、累积损伤等关键问题。具体研究成果如下：　　 (1)将管道类连续系统离散成由若干虚拟单元组成的串联系统，在不作独立失效假设下，应用系统级的应力-强度干涉模型建立了管道类相关失效系统的可靠性SC模型。所建立的SC模型能够反映单元间的相关失效的影响以及连续系统强度的二重分散性（材料的自身不均匀性以及材料制造质量的不稳定性）。然后，应用Monte Carlo方法相对于传统试验的优势对建立的相关失效系统可靠性模型进行仿真验证，证明本文所建立模型是合理正确。　　 (2)在SC模型（静态可靠性模型）的基础上，从管道类连续系统整体的角度入手，通过应用泊松随机过程模拟载荷的多次随机作用并考虑强度的退化，建立管道类相关失效连续系统的时变可靠性模型（动态可靠性模型）。研究表明：所建立的时变可靠性模型的失效率曲线具有浴盆曲线的三个典型特征。　　 (3)在单元强度服从Weibull分布的前提下，应用“参数变换方法”确定了连续系统单元划分原则，即可以把试样长度当作等效的单元长度来确定连续系统强度的分布，并进行了数学证明。同时模拟了连续系统可靠度随连续系统长度的变化规律，研究了连续系统可靠度的下限值问题。　　 (4)基于损伤等效原则转换由于载荷的传递引起的不同寿命分布的等效工作时间，并分步计算并联系统可靠度，应用全概率公式对钢缆类相关失效系统进行疲劳寿命可靠性建模，并与基于等概率转换的并联系统疲劳寿命可靠性模型进行对比分析。　　 (5)根据Miner疲劳累积损伤理论，建立了疲劳累积损伤可靠性模型。考虑零件的强度服从符合实际情况的Weibull分布或对数正态分布，应用Monte Carlo法模拟系统可靠度随时间的变化曲线，同时推导出零件寿命服从对数正态分布时并联系统可靠度显式表达，建立变应力作用下疲劳累积损伤可靠性模型。
作者：	郝广波
专业：	机械设计及理论
导师：	谢里阳
授予学位：	博士
授予学位单位：	东北大学
学位年度：	2008
正文语种：	中文