概率断裂力学

摘要： ASME规范和美国联邦法规规定了反应堆压力容器在正常启、停堆过程中的压力和温度限值。采用反应堆压力容器失效概率分析软件FAVOR,对RPV在基于风险的极限降温工况下的容器失效概率(CPF)进行了评价。结果表明,容器在极限降温工况下的失效概率与降温速率、堆焊层厚度和参考温度ART值相关。容器内表面贯穿堆焊层浅裂纹的存在可能导致容器失效概率超出ASMEⅪ卷附录G-2216制定时所基于的允许值(失效概率1×10^(-6)/a)。国内反应堆压力容器材料在使用基于风险的压力-温度限值曲线时,系统降温速率应限制在53°C/h范围内。通过更接近实际降温情况的分析过程可以看出,国内反应堆压力容器在寿期内具有足够裕量来保证其结构完整性。

摘要： 针对飞机结构实际使用的载荷历程偏离耐久性评定试验载荷谱情况下的耐久性分析需求,建立了疲劳关键部位耐久性损伤程度的当量应力损伤计算方法,通过构建不同载荷谱下的结构耐久性损伤关系,得到了结构疲劳关键部位在不同载荷谱下的等效应力;结合耐久性分析的概率断裂力学方法,建立了一种基于当量应力损伤的耐久性分析方法。该方法已成功应用于某新型飞机疲劳关键部位的耐久性设计分析,具有重要的工程应用价值。

摘要： 基于线路实测数据,应用Miner线性累积损伤法则计算了车轴等效应力.根据应力强度因子公式预测了车轴裂纹临界尺寸,并建立了应力-强度干涉模型,通过改变变异系数,评估确定了极限裂纹尺寸情况下车轴裂纹扩展寿命的可靠性.

摘要： 将线弹性断裂力学理论引入到构件剩余疲劳寿命评估中,并推导出变幅应力下构件剩余疲劳寿命公式,由于评估公式中的参数具有很大的不确定性,将其看做服从一定概率分布的统计量,形成基于概率断裂力学的剩余疲劳寿命评估公式.最后,通过实例验证:采用概率断裂力学方法能够对钢吊车梁剩余疲劳寿命做出合理的预测.

摘要： 为评价输入参数对反应堆压力容器特定运行事件下失效概率计算结果的影响,建立了反应堆压力容器概率断裂力学计算模型,对计算所用主要参数进行敏感性分析,得到了缺陷类型及形状、辐照脆化程度、材料化学成分及温预应力对容器失效概率的影响,并分析了各参数的敏感程度.结果表明:输入参数的可靠性是保证概率断裂力学分析结果可靠有效的前提,材料化学成分及缺陷深度等参数对计算结果有重要影响.

摘要： 为评价输入参数对反应堆压力容器特定运行事件下失效概率计算结果的影响，建立了反应堆压力容器概率断裂力学计算模型，对计算所用主要参数进行敏感性分析，得到了缺陷类型及形状、辐照脆化程度、材料化学成分及温预应力对容器失效概率的影响，并分析了各参数的敏感程度．结果表明：输入参数的可靠性是保证概率断裂力学分析结果可靠有效的前提，材料化学成分及缺陷深度等参数对计算结果有重要影响．

摘要： 不确定性因素的统计模型和失效概率的计算方法是解决含缺陷压力容器概率断裂力学分析的重要环节.本文对以概率断裂力学理论为基础的各种不同工况下含缺陷压力容器失效分析和安全可靠性评定的研究现状进行了综述,总结了材料强度、断裂韧性、温度、缺陷尺寸及检出率等不确定性因素的常用分布特征,归纳了常用压力容器失效概率的计算方法,并进一步分析了失效概率的三种计算方法——直接解析积分法、近似法和数值模拟法的特征.本文不但提供了解决该领域内工程问题最新的方法,而且指出了目前面临的理论挑战.%The statistical model and the evaluation method of the failure probability play a key role in the probability fracture mechanics analysis of pressure vessels containing defects.In this paper,a survey is conducted on the recent progress of the failure analysis and safety reliability assessment of pressure vessels containing defects under different conditions in terms of the probabilistic fracture mechanics.With the review of statistical characteristics of material strength,toughness,temperatures,defect scales,detection rate,and other uncertainty factors,the frequently used evaluation methods of failure probability for pressure vessels are surveyed.Furthermore,three evaluation methods,namely,directly analytic integral method,approximate method and numerical simulation method,are analyzed in details.It not only provides some feasible methods for handling practical engineering problems,but also proposes some challenging theoretical problems in this field.

摘要： 反应堆压力容器(RPV)在承压热冲击(PTS)载荷下结构完整性评定中由于很多参数的假设是确定的,分析结果偏保守.实际上许多参数(如裂纹尺寸、中子辐照等)具有统计特性,因此需要采用概率论的方法对RPV进行断裂力学分析.文中首先介绍了RPV受PTS作用时的结构完整性评价方法,其次介绍了RPV受PTS作用下采用概率断裂力学分析RPV可靠性的方法.最后实例中,利用概率断裂力学分析方法对RPV进行了分析评价,并初步讨论了对RPV进行概率断裂力学评定遇到的问题.

摘要： 基于线弹性断裂理论,建立了正交异性钢桥面板U肋对接焊缝的裂纹扩展数值模拟方法,通过模型试验验证了数值模拟方法的有效性和可行性;采用Monte-Carlo法对随机交通荷载进行模拟,获得了随机交通荷载作用下疲劳易损细节的应力历程和应力幅值谱.在此基础上,建立了基于概率断裂力学的U肋对接焊缝疲劳性能评价方法,以典型的正交异性钢桥面板连续梁桥——港珠澳大桥为研究对象,综合考虑了裂纹扩展模型中各参数的随机性,对U肋对接焊缝的疲劳性能展开研究.研究结果表明:所建立的裂纹扩展数值模拟方法能够较为准确地模拟裂纹扩展过程,可为该部位的疲劳寿命评估提供理论工具;U肋对接焊缝疲劳裂纹扩展呈现两阶段扩展特征;港珠澳大桥U肋对接焊缝疲劳寿命服从Weibull分布.

摘要： 本文提出了一种针对大跨度缆索支撑结构的安全性能评估方法.该方法以断裂力学模型为基础,以概率理论和可靠度理论为缆索结构强度和耐久性的评估分析工具,可对缆索结构的承载力、安全性能及耐久性能进行可靠度评估和寿命预测.该方法可提升大跨度缆索结构评估技术的可靠性和实用性.

摘要： 压力容器等大型结构的安全性与多种不确定因素有关，如初始裂纹的位置及尺寸、材料性能参数等。概率断裂力学方法将不确定性参量作为随机变量处理，可以较好地减小不确定因素对结构完整性评定的影响。本文对含表面半椭圆形裂纹平板进行了拉弯组合载荷作用下的概率断裂力学分析。估算了含表面半椭圆形裂纹平板在拉弯组合载荷作用下的应力强度因子及J积分值。失效准则考虑了基于线弹性的KIc准则及基于弹塑性的JIc准则。将裂纹深度、材料性能等参数作为随机变量，采用Monte-Carlo方法计算了不同拉弯组合载荷作用下裂纹板的失效概率。对比分析了不同失效准则及不同拉弯组合系数下裂纹板的失效概率。

摘要： 针对含缺陷结构安全评定过程中存在不确定性,提出了一种新的基于概率断裂力学的结构安全评定方法.所提方法采用三维断裂力学方法计算应力强度因子,并根据BS-7910评定准则建立含缺陷结构的失效极限状态方程,最后利用加权非线性响应面法计算不同裂纹尺寸下的结构失效概率.与传统的结构概率安全评定方法相比,本方法具有更强的通用性,适合于工程结构的安全评定.

摘要： 采用奇异单元模拟裂纹尖端应力场的奇异性,计算裂纹尖端的应力强度因子和张开应力.以概率论为基础,结合确定性疲劳断裂力学估算方法,考虑参数的不确定性和随机性,应用蒙特卡洛模拟法对管道的疲劳寿命进行分析.结果表明,通过J 积分计算得到的裂纹尖端张开应力与计算得到的管道工作应力基本相等.采用蒙特卡洛模拟法进行的一定可靠度和置信度下的疲劳寿命预测反映了评定参数的不确定性,较传统的断裂力学计算结果更安全.

摘要： 反应堆压力容器(RPV)的承压热冲击分析(PTS)广泛地采用了概率断裂力学(PFM)方法,以计算RPV发生裂纹穿透器壁的失效概率.作为PFM分析的重要输入参数,缺陷尺寸分布规律直接影响着RPV在PTS条件下的失效概率.在总结现有典型缺陷尺寸分布规律的基础上,分别考虑Marshall分布和PNNL分布缺陷尺寸分布模型,引入裂纹检出率,基于开发的PFM分析程序,计算并讨论了假想PTS瞬态下的RPV失效概率.分析结果可为我国核电站PTS分析中的缺陷分布模型分析提供参考.

摘要： 本文从该机机体结构受力特点出发,利用概率断裂力学的方法,计算了具有一定破坏概率(相对应可靠度)的疲劳裂纹扩展寿命.最后通过工程上的近似计算，给出了该型飞机机翼下壁板的维修周期.

摘要： 在压水堆运行中，某些工况可能会引起反应堆压力容器（Reactor Pressure Vessels, RPV）的承压热冲击（Pressurized Thermal Shock, PTS）瞬态。在PTS条件下需对含缺陷RPV进行结构完整评定，以保证核电站的安全运行。本文简要总结了国内外PTS条件下RPV的完整性分析及其研究进展。基于概率断裂力学（Probabilistic Fracture Mechanics, PFM）的可靠性评定方法逐渐被引入到RPV PTS评定中，并取得了较大进展。我国从事RPV PTS的分析研究工作起步较晚，涉及的深度和广度都非常有限。对PFM评定方法的研究尤为甚少，开发适合我国RPV PTS评定的概率断裂力学分析程序将是一个亟待解决的问题。

摘要： 为探索适合我国核电站RPV在PTS条件下基于PFM的结构完整性评定方法，以含周向裂纹圆筒体为对象，研究其在PTS条件下的完整性评定方法。首先基于有限元计算，确定了在PTS条件下沿壁厚的热应力场分布，并在此基础上计算了裂纹尖端应力强度因子。继而，将裂纹深度、材料断裂韧性、材料屈服强度等视为随机变量，用R6失效评定图等方法进行评定。失效概率采用Monte Carlo方法计算。已开发了示范性评定软件，并分析了各随机变量对其失效概率的敏感性。

摘要： ASME标准第XI卷附录G提供了用于确定反应堆冷却剂系统压力边界A、B级工况下压力-温度限值的确定性方法。风险指引的压力-温度限值方法，以概率断裂力学为基础，为ASME XI附录G提供了一种风险指引的可选方法。目前，风险指引的压力-温度限值方法已经并入ASME标准第XI卷附录G（2011a版）中。本文介绍了风险指引的压力-温度限值的基本方法和新版ASME标准（2011a版）第XI卷附录G采用的风险指引方法的参数，讨论了该方法目前行业应用的局限性。

摘要： 采用基于风险的检验分析与概率断裂力学相结合的方法,分析了在役含缺陷冷凝器的失效可能性和失效后果,利用API581的风险矩阵确定了冷凝器的使用风险.分析结果认为,该冷凝器的使用风险为“中等”,可以继续使用.

摘要： 根据飞机结构细节原始疲劳质量(IFQ)和结构耐久性要求，基于概率断裂力学的基本假设和原理，建立了通用当量初始缺陷尺寸(EIFS)分布估算和原始疲劳质量分析程序，通过计算得到最优EIFS分布，对细节原始疲劳质量进行了分析与评价。由某飞机典型结构细节疲劳实验所获得的数据集对其进行原始疲劳质量评估，为其修理程序与方法提供了重要依据。

摘要： 本发明涉及一种基于三维弹塑性约束断裂力学的J‑R曲线预测方法，通过开展不同几何尺寸下的夹持式SENT断裂试验，与数值分析和理论相结合，提出的方法可以实现对含裂纹的压力容器或管道J‑R曲线的精准预测，避免了过于保守的结果造成的经济损失，也更加安全可靠的用于结构完整性评定；同时实现了不同应力状态下断裂韧性的统一，从而实现对其他裂纹结构J‑R曲线的准确预测。

摘要： 基于断裂力学和光纤传感的裂缝模拟标定装置，涉及工程结构健康监测领域。本发明是为了解决现有缺少模拟工程材料裂缝的装置，不能检测裂缝的受力的问题。上测试板和下测试板沿竖直方向搭接，且搭接处用于模拟裂缝，固定支座固定在下测试板的一侧面，R向滑台设置在固定支座上，Y向滑台设置在R向滑台上，Z向滑台设置在Y向滑台上，Z向滑台与上测试板一侧面固定连接；光纤传感器，用于感应上测试板和下测试板产生缝隙引起的应变或波长的变化；光纤传感设备用于光纤传感器应变或波长的接收与显示，还用于建立Z向滑台、Y向滑台和R向滑台中至少一个滑台产生的位移和该位移对应的应变或波长变化关系。它用于裂缝模拟和标定。

摘要： 一种基于构造样式分析定量表征断裂力学性质的方法：基于三维地震资料、相干数据体和曲率数据体资料，读取断裂相关的构造样式特征；基于不同性质区域应力背景下断裂的差异性特征，选取能反映断裂力学性质的五类构造样式，建立详实的构造样式数据库；通过建立隶属函数和评判矩阵，求取五类构造样式的权重系数和隶属度，初步实现地质特征向定量数据的转化；基于五类构造样式权重系数和单构造样式隶属度，建立定量评价数学模型，求取每个断点的力学性质数值；基于每个断点的力学性质数值，运用Petrel软件绘制各主干断裂力学性质数值平面展布图，完成陆相断陷盆地断裂力学性质定量评价标准的划分。本发明可以高效、准确、定量的刻画断裂的性质。

摘要： 本申请公开了一种细观尺度下沥青胶浆与集料界面断裂力学参数获取试验夹具及其试验方法，该试验夹具包括以下组件：试验夹具主体、试件浇筑载台和沥青胶浆膜厚度控制挡片；试验方法包括以下步骤：筛选集料、浇筑环氧树脂硬性胶、切割集料、浇筑沥青膜、粘贴夹具、安装端部楔形夹具、施加荷载并记录数据和计算界面拉伸断裂力学参数；该试验方法能够实现细观尺度下的沥青胶浆与集料界面拉伸断裂力学参数测定，能够消除宏观尺度试验中尺寸效应、边界条件等因素的影响；该方法可以定量控制沥青胶浆与集料界面厚度，适应于测定不同种类的沥青胶浆与集料界面。

摘要： 本发明公开了一种基于微观力学和断裂力学试验方法的高韧性水泥基工程复合材料配方设计方法。包括以下步骤：(1)预定高韧性水泥基工程复合材料配方的性能；(2)确定纤维参数，如纤维类型、纤维长度、纤维直径，并进行基体参数选择如基体各组分预配、确定基体断裂韧性Km、弹性模量Em；(3)确定纤维‑基体界面参数，如摩擦粘结强度τ、化学粘结强度Gd、滑移‑硬化系数β和纤维‑界面之间的缓冲因子g；(4)根据以上参数确定纤维体积分数，然后根据材料配合比进行试验，验证材料是否满足预定性能。本发明方法与其他试验设计方法相比，在水泥基质和纤维参数的选择上具有更好的理论依据和科学性。

摘要： 本发明提供了一种金刚石自支撑膜微观悬臂梁弯曲断裂力学性能的测试装置及方法，包括：单晶硅基体表面沉积金刚石膜、化学腐蚀硅基体得到自支撑化的金刚石膜、激光切割得到悬臂梁结构。在测试过程中，首先将被测悬臂梁样品固定在位移平台上，在显微镜的观察下调节三坐标位移平台，使压头对准微悬臂梁的自由端，通过控制压电陶瓷促动器驱动压头匀速加载直至悬臂梁弯曲断裂，对加载过程中的实时位移和接触载荷数据进行记录，获得位移‑载荷曲线。本发明解决了厚度较小的化学气相沉积金刚石膜断裂力学性质的测试难题，通过获得金刚石膜的杨氏模量、断裂强度和断裂韧性等力学性质参数，进而改善金刚石膜的沉积工艺，提升其断裂强度和韧性。

摘要： 本发明公开了一种疲劳及断裂力学的试验夹持工装，待测试样为镜像对称结构，通过镜像对称布设的分体式的两个夹持组件分别对试样的镜像两侧进行夹持定位，再通过试验机对标准试样进行线弹性平面应变断裂韧性试验，或非标准试样进行裂纹预制和准静态拉伸试样。通过转接头将夹具体连接在试验机上，夹具体开设有U型槽，试样可沿夹具体的径向方向进入U型槽内，由于转接头沿轴向与夹具体连接，使得试样的载荷链是以夹具体的中心轴线为基准，对中度有保证；本方案通过转接头、夹具体和连接件的协同配合，快速简便地完成试样的夹持定位，以对试样进行试验，相对于现有技术，制造材料容易获得，加工精度要求容易实现，制造难度低，试验结果的精确度高。

摘要： 本发明涉及用于断裂力学裂尖奇异场计算的扩展有限元方法，包括如下步骤：S1：建立包含裂纹的几何模型，获得贝济尔单元，输入材料参数杨氏模量与泊松比，施加边界条件；S2：获得贝济尔单元的控制点对应在几何模型上的投影点；S3：基于投影点采用具有选择插值特性的最小二乘无网格法作为近似基函数，并获得位移场；S4：利用近似基函数对无网格法中的插值系数进行重新逼近；S5：对重新逼近后的无网格法中的插值系数进行映射，使其对应于贝济尔单元的控制点；S6：利用映射过后的插值系数对位移场进行逼近，求解获得最终位移场。本发明无需附加自由度即可高效捕捉裂尖奇异应力场，可获得良好的系统方程条件数，且模型几何精确性能够保持。

摘要： 本发明提供了一种基于概率断裂力学的钢桥面板疲劳可靠度评估方法，利用车辆动态称重(WIM)实测数据，通过统计分析确定车辆荷载随机参数的概率分布模型，编制随机抽样程序实现多车道随机车流模拟，根据三维梁段有限元分析确定疲劳易损细节应力影响面，基于影响面加载获得疲劳评估荷载谱和应力谱；引入随机过程和断裂力学理论建立裂纹随机扩展理论模型，结合标准试样裂纹扩展试验并编写裂纹扩展模拟程序量化其模型参数；构建疲劳失效极限状态方程，结合可靠度理论评估钢桥面板构造细节疲劳可靠度时变规律。该方法为复杂钢桥面板的精细化疲劳评估提供了新思路，评估结果可作为潜在疲劳细节损伤状况评定以及制定维护决策方案的重要依据。

摘要： 本发明提供了一种基于概率断裂力学的钢桥面板疲劳可靠度评估方法，利用车辆动态称重(WIM)实测数据，通过统计分析确定车辆荷载随机参数的概率分布模型，编制随机抽样程序实现多车道随机车流模拟，根据三维梁段有限元分析确定疲劳易损细节应力影响面，基于影响面加载获得疲劳评估荷载谱和应力谱；引入随机过程和断裂力学理论建立裂纹随机扩展理论模型，结合标准试样裂纹扩展试验并编写裂纹扩展模拟程序量化其模型参数；构建疲劳失效极限状态方程，结合可靠度理论评估钢桥面板构造细节疲劳可靠度时变规律。该方法为复杂钢桥面板的精细化疲劳评估提供了新思路，评估结果可作为潜在疲劳细节损伤状况评定以及制定维护决策方案的重要依据。