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(yè)，共28頁(yè)。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(jì)算第二頁(yè)，共28頁(yè)。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(yè)，共28頁(yè)。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(diǎn)。

因此一個(gè)結(jié)構(gòu)元件有多個(gè)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(yè)，共28頁(yè)。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(hào)：荷載變形脆性元件變形荷載延性元件第五頁(yè)，共28頁(yè)。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(yè)，共28頁(yè)。4.2結(jié)構(gòu)體系的失效模式失效模式：當(dāng)整個(gè)結(jié)構(gòu)體系失效形成結(jié)構(gòu)時(shí)，形成機(jī)構(gòu)的一組失效元件稱為失效模式。完全失效路徑：對(duì)于某一失效模式，按失效元件序號(hào)組成的失效順序稱為完全失效路徑。不全失效路徑：對(duì)于未形成失效模式的按失效元件序號(hào)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(hào)組成的失效順序稱為失效路徑。失效路徑的長(zhǎng)度：失效路徑包含的元件數(shù)。1基本概念第七頁(yè)，共28頁(yè)。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(zhǎng)度：4，4，4，3，3，3，2。第八頁(yè)，共28頁(yè)。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(gè)失效元件組成。（2）超靜定結(jié)構(gòu)的失效模式由多個(gè)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(wú)關(guān)，但與最后的失效時(shí)的所有失效元件有關(guān)。第九頁(yè)，共28頁(yè)。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(duì)結(jié)構(gòu)體系失效概率貢獻(xiàn)大小分）求解結(jié)構(gòu)體系可靠度的問(wèn)題可轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)體系主要失效模式的可靠度問(wèn)題簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)體系可靠度計(jì)算過(guò)程，提高計(jì)算效率。次要失效模式對(duì)結(jié)構(gòu)體系失效概率的貢獻(xiàn)可忽略的失效模式主要失效模式對(duì)結(jié)構(gòu)體系失效概率的貢獻(xiàn)不可忽略的失效模式第十頁(yè)，共28頁(yè)。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(yè)，共28頁(yè)。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(jiǎn)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(gè)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(yè)，共28頁(yè)。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(gè)或一個(gè)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(gè)失效模式的所有超靜定結(jié)構(gòu)~并聯(lián)模型SS第十三頁(yè)，共28頁(yè)。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(yè)，共28頁(yè)。4.4結(jié)構(gòu)體系的可靠度計(jì)算第四章結(jié)構(gòu)體系可靠度第十五頁(yè)，共28頁(yè)。4.4結(jié)構(gòu)體系可靠度的計(jì)算4.4.1串聯(lián)模型的可靠度計(jì)算假定結(jié)構(gòu)體系由n個(gè)元件組成，令第

i個(gè)元件的安全余量：是非線性函數(shù)。是由n個(gè)基本隨機(jī)變量組成的隨機(jī)向量。假定存在變換，可將基本變量轉(zhuǎn)換成獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變量。第十六頁(yè)，共28頁(yè)。4.4結(jié)構(gòu)體系可靠度的計(jì)算對(duì)每一個(gè)元件變換用相同的變化，并在設(shè)計(jì)點(diǎn)處線性化，則有：方向余弦。在設(shè)計(jì)點(diǎn)出線性化可得的近似值：可靠指標(biāo)第十七頁(yè)，共28頁(yè)。4.4結(jié)構(gòu)體系可靠度的計(jì)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(dá)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(gè)元素。第十八頁(yè)，共28頁(yè)。4.4結(jié)構(gòu)體系可靠度的計(jì)算4.4.2并聯(lián)模型的可靠度計(jì)算假定存在變換，可將基本變量轉(zhuǎn)換成獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變量。假定結(jié)構(gòu)體系由n個(gè)元件組成，令第

i個(gè)元件的安全余量：是非線性函數(shù)。是由n個(gè)基本隨機(jī)變量組成的隨機(jī)向量。第十九頁(yè)，共28頁(yè)。4.4結(jié)構(gòu)體系可靠度的計(jì)算對(duì)每一個(gè)元件變換用相同的變化，并在設(shè)計(jì)點(diǎn)處線性化，則有：在設(shè)計(jì)點(diǎn)出線性化可得的近似值：方向余弦。可靠指標(biāo)第二十頁(yè)，共28頁(yè)。4.4結(jié)構(gòu)體系可靠度的計(jì)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(dá)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(gè)元素。結(jié)構(gòu)體系的可靠度計(jì)算主要難點(diǎn)：（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(yè)，共28頁(yè)。4.4結(jié)構(gòu)體系可靠度的計(jì)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(gè)元件組成，令表示第i個(gè)元件的失效事件，令表示第i個(gè)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(dú)立時(shí)，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(yè)，共28頁(yè)。4.4結(jié)構(gòu)體系可靠度的計(jì)算當(dāng)所有的失效事件完全相關(guān)時(shí)，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(yè)，共28頁(yè)。4.4結(jié)構(gòu)體系可靠度的計(jì)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(dú)立時(shí)，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(gè)元件組成，令表示第i個(gè)元件的失效事件，令表示第i個(gè)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(yè)，共28頁(yè)。4.4結(jié)構(gòu)體系可靠度的計(jì)算當(dāng)所有的失效事件完全相關(guān)時(shí)，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(yè)，共28頁(yè)。4.4結(jié)構(gòu)體系可靠度的計(jì)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(gè)元件組成