结构系统疲劳失效相关机理与可靠性模型

摘要

失效相关普遍存在于工程结构中,是影响结构系统可靠性分析精度的重要因素。针对随机恒幅载荷和随机变幅载荷两类典型工况,推导积矩相关系数和Kendall秩相关系数的计算式,从定性和定量角度分析结构系统各单元疲劳失效内在的统计相关机理。单元寿命相关性主要来自应力过程特征量的分散性,而材料性能的分散性则减轻相关程度。根据单元失效的统计相关机理,利用阿基米德族的Clayton Copula建立串联、并联结构系统的疲劳寿命可靠性模型。分析表明:Clayton Copula形式简洁,可细腻刻画单元对数寿命联合分布密度等高线呈现的非对称形态,由此建立的概率模型计算精度高。算例验证了所提方法的合理性和可行性。新模型可用于共因载荷多次作用下结构系统的疲劳寿命可靠度预测,并为考虑多模式损伤耦合的装备可靠性设计及概率评估提供新工具。