專利名稱：基于Mittag-Leffler分布的橋梁隨機(jī)疲勞壽命預(yù)測方法
基于Mittag-Leffler分布的橋梁隨機(jī)疲勞壽命預(yù)測方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于橋梁疲勞壽命預(yù)測領(lǐng)域,具體涉及一種基于Mittag-Leffler分布的橋梁隨機(jī)疲勞壽命預(yù)測方法。
背景技術(shù)：
橋梁在長期反復(fù)變化載荷的作用下，容易產(chǎn)生疲勞裂縫。這種疲勞破壞對橋梁的危害十分巨大，是橋梁結(jié)構(gòu)中常見的失效形式。因此，準(zhǔn)確地預(yù)測橋梁的疲勞壽命，是排除事故隱患、制定健康修復(fù)計劃和延長使用壽命的保障。
現(xiàn)有預(yù)測橋梁隨機(jī)疲勞壽命的方法中，通常將應(yīng)力幅看作隨機(jī)變量，利用伽馬分布、對數(shù)正態(tài)分布、威布爾分布等統(tǒng)計模型刻畫其規(guī)律。但是采用這些分布的弊端體現(xiàn)在 模擬精度低；僅通過實測資料的期望和方差確定分布的參數(shù)，沒有充分利用實測資料的信息(見IKihyon Kwon, Dan Μ· Frangopol. Bridge fatigue reliability assessment using probability density functions of equivalent stress range based on field monitoring data[J] · International Journal ofFatigue，2010，32:1221-1232)。
在國內(nèi)外，已有多項專利技術(shù)應(yīng)用于預(yù)測結(jié)構(gòu)疲勞壽命，如專利CN10231222A “一種剩余強(qiáng)度和剩余壽命的快速、無損預(yù)測方法”，利用材料的表面硬度與剩余強(qiáng)度的關(guān)系進(jìn)行剩余壽命預(yù)測；US2010/0064819AlMethod offorecasting the lifetime ofstructural parts,通過應(yīng)變計測量應(yīng)變及對應(yīng)的循環(huán)次數(shù),確定循環(huán)疲勞應(yīng)力的范圍，以此預(yù)測疲勞壽命；CN102331343A “增壓器渦輪疲勞壽命預(yù)測及其可靠性評價方法”，通過渦輪疲勞失效模式的功能函數(shù)，并計算其均值和標(biāo)準(zhǔn)差，對渦輪的疲勞壽命進(jìn)行預(yù)測； CN102081020A “基于支持向量機(jī)的材料疲勞壽命預(yù)測方法”，建立外部載荷與疲勞損傷之間的非線性關(guān)系，預(yù)測疲勞壽命；W02004/099761AlMethod for predicting fatigue life of spot-welded structure，利用有限元方法分析焊接結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。上述前兩種方法需要大量的材料疲勞試驗，不利于實際工程應(yīng)用；第三種方法僅采用功能函數(shù)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差，這樣定量分析可能會影響預(yù)測的精度；后兩種方法計算量大，工程上不易操作。
因此，需要一種新的橋梁隨機(jī)疲勞壽命預(yù)測方法以解決上述問題。發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中橋梁應(yīng)力幅統(tǒng)計建模及現(xiàn)有專利中疲勞壽命估算方法的缺陷，提供一種基于Mittag-Leffler分布的橋梁隨機(jī)疲勞壽命預(yù)測方法。
技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的基于Mittag-Leffler分布的橋梁隨機(jī)疲勞壽命預(yù)測方法采用如下技術(shù)方案
—種基于Mittag-Leffler分布的橋梁隨機(jī)疲勞壽命預(yù)測方法,包括如下步驟
(I)獲得應(yīng)變數(shù)據(jù)，并計算應(yīng)力譜；
(2)對步驟⑴中的應(yīng)力譜進(jìn)行處理，得到應(yīng)力幅及相應(yīng)的應(yīng)力循環(huán)數(shù)；
(3)利用Mittag-Leffler分布確定應(yīng)力幅的概率分布；
(4)確定觀測部位疲勞細(xì)節(jié)級數(shù)；
(5)計算疲勞壽命。
優(yōu)選的，步驟(I)中獲得應(yīng)變數(shù)據(jù)通過在橋梁易發(fā)生疲勞部位放置應(yīng)變計，實時觀測得到觀測部位的應(yīng)變數(shù)據(jù)；然后通過應(yīng)力-應(yīng)變遲滯回環(huán)曲線得到應(yīng)力譜。
優(yōu)選的，步驟(2)中采用雨流計數(shù)法，對步驟(I)中的應(yīng)力譜進(jìn)行處理，得到應(yīng)力幅及對應(yīng)的循環(huán)次數(shù)。采用雨流計數(shù)法對疲勞循環(huán)進(jìn)行計數(shù)的原因是雨流法與材料的應(yīng)力-應(yīng)變遲滯回線一致，另一方面該方法能夠比較全面地反映隨機(jī)應(yīng)力譜的全過程。
優(yōu)選的,所述步驟⑶中Mittag-Leffler分布采用的概率密度函數(shù)的表達(dá)式為
權(quán)利要求
1.一種基于Mittag-Leffler分布的橋梁隨機(jī)疲勞壽命預(yù)測方法,其特征在于，包括如下步驟(1)獲得應(yīng)變數(shù)據(jù)，并計算應(yīng)力譜；(2)對步驟(I)中的應(yīng)力譜進(jìn)行處理，得到應(yīng)力幅及相應(yīng)的應(yīng)力循環(huán)數(shù)；(3)利用Mittag-Leffler分布確定應(yīng)力幅的概率分布；(4)確定觀測部位疲勞細(xì)節(jié)級數(shù)；(5)計算疲勞壽命。
2.根據(jù)權(quán)利I要求所述的疲勞壽命預(yù)測方法，其特征在于，步驟(I)中獲得應(yīng)變數(shù)據(jù)通過在橋梁易發(fā)生疲勞部位放置應(yīng)變計，實時觀測得到觀測部位的應(yīng)變數(shù)據(jù)；然后通過應(yīng)力-應(yīng)變遲滯回環(huán)曲線得到應(yīng)力譜。
3.根據(jù)權(quán)利I要求所述的疲勞壽命預(yù)測方法，其特征在于，步驟(2)中采用雨流計數(shù)法，對步驟(I)中的應(yīng)力譜進(jìn)行處理，得到應(yīng)力幅及對應(yīng)的循環(huán)次數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利I要求所述的疲勞壽命預(yù)測方法，其特征在于，步驟⑶中 Mittag-Leffler分布采用的概率密度函數(shù)表達(dá)式為
5.根據(jù)權(quán)利I要求所述的疲勞壽命預(yù)測方法，其特征在于，利用Kolmogorov-Smirnov 檢驗法，判斷所得到的Mittag-Leffler分布是否可以用來描述應(yīng)力幅的概率分布。
6.根據(jù)權(quán)利I要求所述的疲勞壽命預(yù)測方法，其特征在于，步驟(4)中觀測部位疲勞細(xì)節(jié)級數(shù)的確定通過查詢資料，確定觀測部位的疲勞細(xì)節(jié)級數(shù)，并得到相應(yīng)的應(yīng)力幅S與疲勞壽命N的關(guān)系曲線，即S-N曲線JogltlNi = -1iilog1c1S^log1c1A,其中m和A是不同疲勞細(xì)節(jié)級數(shù)對應(yīng)的常值。
7.根據(jù)權(quán)利I要求所述的疲勞壽命預(yù)測方法，其特征在于，步驟(5)中疲勞壽命的計算方法包括以下步驟首先按照Palmgren-Miner疲勞累積損傷理論的概率形式,計算疲勞破壞時整個壽命的循環(huán)塊λ ;然后將得到的λ，代入下式，可得橋梁在隨機(jī)載荷作用下的疲勞壽命L(以年為單位) 其中，T為一個循環(huán)塊對應(yīng)的時間(以天為單位)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于Mittag-Leffler分布的橋梁隨機(jī)疲勞壽命預(yù)測方法，包括如下步驟(1)獲得應(yīng)變數(shù)據(jù)，并計算應(yīng)力譜；(2)對步驟(1)中的應(yīng)力譜進(jìn)行處理，得到應(yīng)力幅及相應(yīng)的應(yīng)力循環(huán)數(shù)；(3)利用Mittag-Leffler分布確定應(yīng)力幅的概率分布；(4)確定觀測部位疲勞細(xì)節(jié)級數(shù)；(5)計算疲勞壽命。本發(fā)明不依賴大量的結(jié)構(gòu)或材料疲勞試驗，將得到的觀測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為應(yīng)力幅和對應(yīng)的循環(huán)次數(shù)；采用Mittag-Leffler分布比現(xiàn)有概率分布模擬應(yīng)力幅的分布準(zhǔn)確，參數(shù)的意義明確。
文檔編號G01M99/00GK103018063SQ201210491548
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月27日
發(fā)明者陳文 , 梁英杰 申請人:河海大學(xué)