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随机腐蚀条件下老龄钢桥关键构件疲劳抗力的概率密度演化特性研究

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随机腐蚀条件下老龄钢桥关键构件疲劳抗力的概率密度演化特性研究

作者：陈李桥西南交通大学

学位级别：硕士

我国公路与铁路交通干线上存在着大量的老龄钢桥,该类桥梁多数已服役超过半个世纪。受桥梁建设时代的理论方法、制造水平、经济条件等限制,防腐技术和维护手段不足引起的耐腐蚀性能降低和工业发展产生的不良大气环境使得该类桥梁腐蚀严... 详细信息

我国公路与铁路交通干线上存在着大量的老龄钢桥,该类桥梁多数已服役超过半个世纪。受桥梁建设时代的理论方法、制造水平、经济条件等限制,防腐技术和维护手段不足引起的耐腐蚀性能降低和工业发展产生的不良大气环境使得该类桥梁腐蚀严重,结构疲劳抗力劣化问题日趋严峻。同时,复杂的电化学腐蚀过程使得构件腐蚀程度和分布等关键参数具有显著的随机性,这就使得在服役过程中老龄钢桥疲劳抗力的退化并非是确定性的,而是一种在连续概率空间中的时变演化过程。如何明确腐蚀随机特性在老龄钢桥疲劳性能中的传播规律,进而阐明关键构件疲劳抗力概率密度演化特性,是准确评估老龄钢桥剩余疲劳寿命和保证其服役安全的基础。本文以一座典型老龄钢桥为研究对象,以解决上述问题为导向开展了系列研究,主要内容包括:（1）综述国内外既有腐蚀发生发展数学模型、腐蚀随机特性以及腐蚀对钢桥疲劳性能影响方面研究的发展现状,明确现阶段有关考虑腐蚀效应的老龄钢桥疲劳性能评估研究存在的不足,阐明研究考虑腐蚀随机性的疲劳抗力概率密度演化的迫切性;（2）基于典型老龄钢桥结构服役状态的腐蚀调研,确定长期服役过程中结构的腐蚀类型和腐蚀程度,获得了关键构件腐蚀深度的概率分布;推导关键构件的腐蚀发生概率及其时变方程,在此基础上从概率论的角度建立了考虑涂层有效寿命的老龄钢桥关键构件腐蚀深度的概率密度演化模型,并计算了全寿命服役期内关键构件腐蚀深度的时变概率密度函数;（3）明确腐蚀特征参数对老龄钢桥关键构件疲劳抗力的劣化效应,并定量分析了腐蚀深度与疲劳抗力劣化程度间的相关关系,提出了经试验验证的疲劳抗力劣化方程,由此建立了腐蚀深度、疲劳寿命、应力幅水平三者物理关系模型,在此基础上提出了典型老龄钢桥关键构件腐蚀深度、疲劳寿命、应力幅水平三者的时变物理关系;（4）从疲劳抗力随腐蚀深度增大而降低的物理现象出发,采用概率密度演化理论建立了老龄钢桥关键构件疲劳抗力概率密度的经时演化模型,由此计算了全寿命周期内关键构件疲劳抗力的时变概率密度函数,明确了抗力系统中随机源（腐蚀）与目标物理量（疲劳抗力）概率密度的传递关系,阐明了典型老龄钢桥关键构件疲劳抗力概率密度的经时演化特性。研究成果可为在役老龄钢桥的性能评估和管养决策提供理论和方法支撑,对保障其服役安全、提高其服役质量、促进其可持续发展具有重要意义。

关键词：老龄钢桥随机腐蚀疲劳抗力劣化效应概率密度演化经时演化

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随机腐蚀下圆碟形水下滑翔机极限强度可靠性

随机腐蚀下圆碟形水下滑翔机极限强度可靠性

作者：杨旭晖大连海事大学

学位级别：硕士

圆碟形水下滑翔机是一款具有新概念外形设计形式的水下滑翔机,采用了绕中心轴全对称的机身结构,这种设计带来的变化是在于转向能力的提升,不再需要滑翔机作长距离的回转运动,只要微调节内部滑块的移动即可实现转向功能,机动性较常规鱼... 详细信息

圆碟形水下滑翔机是一款具有新概念外形设计形式的水下滑翔机,采用了绕中心轴全对称的机身结构,这种设计带来的变化是在于转向能力的提升,不再需要滑翔机作长距离的回转运动,只要微调节内部滑块的移动即可实现转向功能,机动性较常规鱼雷型水下滑翔机更优秀,适合在小水域中运行。本文便是以课题组研制的圆碟形水下滑翔机样机作为此次研究对象。我们关注的是圆碟形水下滑翔机在经历长期海水工作环境,遭受严重腐蚀的情况下结构安全。首先,耐压壳体作为滑翔机结构的重要组成部分,不仅能够为滑翔机提供所需的浮力,还起到了保护内部仪器设备的作用,为滑翔机提供足够的安全性。该结构在未来工作中经历长时间地受到海水腐蚀,将会出现不确定的随机损伤,在这样的损伤之后的整体结构是否还能满足安全的强度要求,便是这次工作关注的重点。本文便是基于水下滑翔机在海中保持悬浮态的一般工况,将滑翔机的极限强度简化成外部耐压壳体在水中的抗压能力,并在结构计算软件中进行三维仿真建模,计算结构极限强度考虑了材料非线性、结构非线性,无约束自由体等条件。根据同种材料的海底管道腐蚀实验情况,结合现有腐蚀模型拟合公式,建立相应的腐蚀模型,并用于模拟圆碟形水下滑翔机腐蚀情况,并计算一定腐蚀年限下的非线性极限强度。随后依据蒙特卡洛方法,通过大量随机抽样获得符合腐蚀模型分布的每个年限下的大量腐蚀数据,计算每个年限下结构的非线性极限强度均值、标准差,以此来计算结构的时变可靠性,并计算分析在不同的腐蚀模型、工作压力、腐蚀年限下,时变可靠性的变化规律,从而对滑翔机的工作模式、寿命和设计形式等提出改进意见。

关键词：圆碟形水下滑翔机耐压结构随机腐蚀极限强度时变可靠性

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考虑随机腐蚀的多龄期埋地钢管地震响应规律

防灾减灾工程学报 2021年第2期41卷 255-264页

作者：郑山锁谢孝奎董淑卿贺金川郑淏龙立西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055 西安建筑科技大学结构工程与抗震教育部重点实验室陕西西安710055 陕西省电力设计院有限公司陕西西安710054 西安建筑科技大学设计研究院陕西西安710055

埋地管线作为城市水、气等的重要传输载体,对城市正常功能的运行发挥着不可或缺的作用,由于土壤环境腐蚀的影响,在突发地震作用下极易发生破坏,造成环境污染及资源的浪费。基于随机腐蚀过程,针对多龄期埋地钢管的地震响应规律展开了系... 详细信息

埋地管线作为城市水、气等的重要传输载体,对城市正常功能的运行发挥着不可或缺的作用,由于土壤环境腐蚀的影响,在突发地震作用下极易发生破坏,造成环境污染及资源的浪费。基于随机腐蚀过程,针对多龄期埋地钢管的地震响应规律展开了系统深入的研究:考虑埋地管线腐蚀发生的随机性,建立了基于齐次马尔可夫过程的随机腐蚀发生模型;考虑不同腐蚀环境的影响,建立了酸性环境下的全面腐蚀模型与近中性及碱性环境下的局部腐蚀模型;基于钢材标准试件的加速腐蚀模拟及拉伸破坏试验,建立了考虑随机腐蚀作用的钢材力学性能退化模型及埋地钢管的时变本构模型;采用有限元软件ANSYS进行非线性动力时程分析,揭示了不同土壤环境下多龄期埋地钢管的地震响应规律,为埋地钢管的震前加固及震后破坏评价提供理论依据。

关键词：随机腐蚀齐次马尔科夫过程多龄期埋地钢管地震响应规律

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网架周边杆件随机腐蚀对整体稳定性的影响

建筑结构学报 2010年第S1期 128-134页

作者：殷志祥吴国强辽宁工程技术大学建筑与工程学院

基于随机缺陷理论和概率论方法,计算杆件的腐蚀截面积在服役时间内连续14年的均值和方差,将腐蚀截面积均值反推得到随时间变化的杆件均匀腐蚀深度,从而确定杆件连续14年的腐蚀模型。结合局部环向腐蚀钢管试验建立合理的有限元模型,对腐... 详细信息

基于随机缺陷理论和概率论方法,计算杆件的腐蚀截面积在服役时间内连续14年的均值和方差,将腐蚀截面积均值反推得到随时间变化的杆件均匀腐蚀深度,从而确定杆件连续14年的腐蚀模型。结合局部环向腐蚀钢管试验建立合理的有限元模型,对腐蚀钢管进行系统的研究,得出了考虑环向不同腐蚀深度和腐蚀面积时钢管极限承载力的近似公式。然后使用ANSYS软件对某网架工程实例进行考虑局部随机腐蚀的模拟研究。将局部腐蚀分为支座处单边、双边、三边、周边4种情况,对整体结构进行静、动力非线性分析。结果表明,在所选腐蚀参数下,该网架局部环向腐蚀引起的整体破坏发生在腐蚀第13年,结构破坏前没有明显预兆,且破坏过程的结构反应时间很短,危害性很大。

关键词：网架结构随机腐蚀非线性分析腐蚀程度稳定性

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基于随机腐蚀分布的海底管道延寿评估方法

油气田地面工程 2015年第6期34卷 8-9页

作者：徐志刚中国石油大学(华东) 中国石化石油工程设计有限公司

当海底管道与海床间距大于管道直径后,其下游尾迹的周期性开始显现,水动力出现脉动幅值,此时海管在脉动水动力作用下的动态响应成为影响其安全性的重要因素。针对渤海湾浅滩海油田服役后期的海底管道,采用随机腐蚀分布的有限元方法,改... 详细信息

当海底管道与海床间距大于管道直径后,其下游尾迹的周期性开始显现,水动力出现脉动幅值,此时海管在脉动水动力作用下的动态响应成为影响其安全性的重要因素。针对渤海湾浅滩海油田服役后期的海底管道,采用随机腐蚀分布的有限元方法,改变海底管线端部约束条件及与海床间隙,根据载荷和应力的连续性质,考虑诸多不确定因素(海况、随机腐蚀分布)的存在,将各类不确定因素和服役后期海底管道疲劳寿命作随机变量处理,得到各种不确定因素影响下的管道疲劳寿命,较合理地评估了服役后期海底管道在役状态及延寿可行性。

关键词：海底输油管道随机腐蚀分布模型应力计算

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局部随机腐蚀对双层柱面网壳稳定性影响的数值分析

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局部随机腐蚀对双层柱面网壳稳定性影响的数值分析