結(jié)構(gòu)體系可靠度概況

結(jié)構(gòu)體系可靠度概況第一頁，共28頁。第四章:結(jié)構(gòu)體系可靠度4.2

結(jié)構(gòu)體系的失效模式4.3結(jié)構(gòu)體系的基本模型4.1結(jié)構(gòu)元件的模擬主要內(nèi)容4.4結(jié)構(gòu)體系可靠度的計算第二頁，共28頁。4.1結(jié)構(gòu)元件的模擬第四章結(jié)構(gòu)體系可靠度第三頁，共28頁。4.1結(jié)構(gòu)元件的模擬結(jié)構(gòu)元件的定義：組成結(jié)構(gòu)體系的基本構(gòu)件，（梁，柱，支撐等）結(jié)構(gòu)的失效元件：結(jié)構(gòu)構(gòu)件（元件）發(fā)生失效的點。

因此一個結(jié)構(gòu)元件有多個失效元件。失效元件的分類：根據(jù)結(jié)構(gòu)元件失效的性質(zhì)分類（與構(gòu)件的材料性質(zhì)和受力性質(zhì)有關(guān)）脆性元件

--一旦失效立即完全喪失功能的元件。延性元件

--

失效后仍能維持原有功能（能繼續(xù)承載）且其變形繼續(xù)的元件。荷載變形變形荷載脆性元件延性元件第四頁，共28頁。4.1結(jié)構(gòu)元件的模擬脆性元件和延性元件的表示符號：荷載變形脆性元件變形荷載延性元件第五頁，共28頁。4.2結(jié)構(gòu)體系的失效模式第四章結(jié)構(gòu)體系可靠度第六頁，共28頁。4.2結(jié)構(gòu)體系的失效模式失效模式：當(dāng)整個結(jié)構(gòu)體系失效形成結(jié)構(gòu)時，形成機構(gòu)的一組失效元件稱為失效模式。完全失效路徑：對于某一失效模式，按失效元件序號組成的失效順序稱為完全失效路徑。不全失效路徑：對于未形成失效模式的按失效元件序號組成的失效順序稱為不完全失效路徑。失效路徑：按失效元件序號組成的失效順序稱為失效路徑。失效路徑的長度：失效路徑包含的元件數(shù)。1基本概念第七頁，共28頁。4.2結(jié)構(gòu)體系的失效模式鋼構(gòu)架1523415431543212455132失效模式：1245，1235，1345，234。完全失效路徑：1524，1532，1534，324。不全失效路徑：152，153，32等。失效路徑：1524，1532，1534，324，152，153，32等。失效路徑的長度：4，4，4，3，3，3，2。第八頁，共28頁。4.2結(jié)構(gòu)體系的失效模式2結(jié)構(gòu)體系的失效模式的影響因素組成結(jié)構(gòu)的方式（靜定、超靜定）元件失效性質(zhì)（脆性、延性）（1）靜定結(jié)構(gòu)的失效模式由單個失效元件組成。（2）超靜定結(jié)構(gòu)的失效模式由多個失效元件組成。（1）由脆性元件組成的失效模式與失效元件的先后順序有關(guān)。（2）由延性元件組成的失效模式與失效元件的先后順序無關(guān)，但與最后的失效時的所有失效元件有關(guān)。第九頁，共28頁。4.2結(jié)構(gòu)體系的失效模式3結(jié)構(gòu)體系失效模式分類（按對結(jié)構(gòu)體系失效概率貢獻大小分）求解結(jié)構(gòu)體系可靠度的問題可轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)體系主要失效模式的可靠度問題簡化結(jié)構(gòu)體系可靠度計算過程，提高計算效率。次要失效模式對結(jié)構(gòu)體系失效概率的貢獻可忽略的失效模式主要失效模式對結(jié)構(gòu)體系失效概率的貢獻不可忽略的失效模式第十頁，共28頁。4.3結(jié)構(gòu)體系的基本模型第四章結(jié)構(gòu)體系可靠度第十一頁，共28頁。4.3結(jié)構(gòu)體系的基本模型

4.3.1串聯(lián)模型結(jié)構(gòu)體系簡化為三種基本模型：串聯(lián)模型、并聯(lián)模型和串-并聯(lián)模型。SSPPP桁架桿件所有靜定結(jié)構(gòu)的失效分析－串聯(lián)模型定義：若結(jié)構(gòu)中任一構(gòu)件失效，則整個結(jié)構(gòu)失效，具有這種邏輯關(guān)系的結(jié)構(gòu)體系稱為串聯(lián)模型。第十二頁，共28頁。4.3結(jié)構(gòu)體系的基本模型4.3.2并聯(lián)模型定義：結(jié)構(gòu)中有一個或一個以上的構(gòu)件失效，剩余的構(gòu)件或失效的延性構(gòu)件，仍能維持整體結(jié)構(gòu)的功能，具有這樣邏輯結(jié)構(gòu)的體系稱為并聯(lián)模型。排架柱只有一個失效模式的所有超靜定結(jié)構(gòu)~并聯(lián)模型SS第十三頁，共28頁。4.3結(jié)構(gòu)體系的基本模型4.2.3串-并聯(lián)模型在超靜定結(jié)構(gòu)中，若結(jié)構(gòu)的失效模式有多種，則這類結(jié)構(gòu)系統(tǒng)~串-并聯(lián)模型。截面塑性鉸元件124513452341235鋼構(gòu)架1523415431543212455132第十四頁，共28頁。4.4結(jié)構(gòu)體系的可靠度計算第四章結(jié)構(gòu)體系可靠度第十五頁，共28頁。4.4結(jié)構(gòu)體系可靠度的計算4.4.1串聯(lián)模型的可靠度計算假定結(jié)構(gòu)體系由n個元件組成，令第

i個元件的安全余量：是非線性函數(shù)。是由n個基本隨機變量組成的隨機向量。假定存在變換，可將基本變量轉(zhuǎn)換成獨立的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變量。第十六頁，共28頁。4.4結(jié)構(gòu)體系可靠度的計算對每一個元件變換用相同的變化，并在設(shè)計點處線性化，則有：方向余弦。在設(shè)計點出線性化可得的近似值：可靠指標(biāo)第十七頁，共28頁。4.4結(jié)構(gòu)體系可靠度的計算是可靠指標(biāo)向量。是線性化安全余量的相關(guān)矩陣。N維標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)，其表達式為：是線性化安全余量的協(xié)方差矩陣，與其方差和相關(guān)系數(shù)有關(guān)。是矩陣的一個元素。第十八頁，共28頁。4.4結(jié)構(gòu)體系可靠度的計算4.4.2并聯(lián)模型的可靠度計算假定存在變換，可將基本變量轉(zhuǎn)換成獨立的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變量。假定結(jié)構(gòu)體系由n個元件組成，令第

i個元件的安全余量：是非線性函數(shù)。是由n個基本隨機變量組成的隨機向量。第十九頁，共28頁。4.4結(jié)構(gòu)體系可靠度的計算對每一個元件變換用相同的變化，并在設(shè)計點處線性化，則有：在設(shè)計點出線性化可得的近似值：方向余弦?？煽恐笜?biāo)第二十頁，共28頁。4.4結(jié)構(gòu)體系可靠度的計算是可靠指標(biāo)向量。是線性化安全余量的相關(guān)矩陣。N維標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)，其表達式為：是線性化安全余量的協(xié)方差矩陣，與其方差和相關(guān)系數(shù)有關(guān)。是矩陣的一個元素。結(jié)構(gòu)體系的可靠度計算主要難點：（1）失效模式的搜索；（2）失效模式之間相關(guān)性考慮。第二十一頁，共28頁。4.4結(jié)構(gòu)體系可靠度的計算4.4.3結(jié)構(gòu)體系的可靠度上下界假定結(jié)構(gòu)體系由

n個元件組成，令表示第i個元件的失效事件，令表示第i個元件的可靠事件，那么結(jié)構(gòu)體系的失效事件

F

和安全事件S可表示為：當(dāng)所有的失效事件相互獨立時，則有：串聯(lián)結(jié)構(gòu)體系的可靠度總小于或等于構(gòu)件的可靠度1、串聯(lián)模型可靠度的上下界第二十二頁，共28頁。4.4結(jié)構(gòu)體系可靠度的計算當(dāng)所有的失效事件完全相關(guān)時，則有：結(jié)構(gòu)體系總處于上述兩種極端情況之間，因此串聯(lián)模型的失效概率界限為第二十三頁，共28頁。4.4結(jié)構(gòu)體系可靠度的計算并結(jié)構(gòu)體系的可靠度總大于或等于構(gòu)件的可靠度當(dāng)所有的失效事件相互獨立時，則有：2、并聯(lián)模型可靠度的上下界假定結(jié)構(gòu)體系由

n個元件組成，令表示第i個元件的失效事件，令表示第i個元件的可靠事件，那么結(jié)構(gòu)體系的失效事件

F

和安全事件S可表示為：第二十四頁，共28頁。4.4結(jié)構(gòu)體系可靠度的計算當(dāng)所有的失效事件完全相關(guān)時，則有：結(jié)構(gòu)體系總處于上述兩種極端情況之間，因此串聯(lián)模型的失效概率界限為第二十五頁，共28頁。4.4結(jié)構(gòu)體系可靠度的計算4.4.4結(jié)構(gòu)體系的可靠度窄上下界假定結(jié)構(gòu)體系由

n個元件組成