第2章修1-有损伤结构可靠性_9750827.ppt

有损伤结构可靠性分析 对作用于海洋平台的波浪载荷是具有动力性质的，对近海大多数设计水域，这些载荷可以用等效晶粒载荷来简化处理，它们作用在圆柱壳上的波浪力可分为曳(ye)力和惯性力之和： F2——在单位长度上，垂直作用于构件轴线的波浪矢量(N/m); FD——在单位长度上，垂直作用于构件轴线的曳力矢量(N/m); FI——在单位长度上，垂直作用于构件轴线的惯性力矢量(N/m); * 一：概述 实际结构在使用过程中难免会发生局部损伤。以近海平台结构为例，因为它们在复杂恶劣的环境中工作，除去正常工作和环境载荷外，由于意外的事故，如给养船只与平台的碰撞或重物坠落等，造成某些构件局部损伤。这些损伤不断累积以及加上灾难性外界环境造成1980年“亚历山大.基兰德”号海洋平台在挪威近海倾覆。类似事故还有1967年“海宝”号和1982年“海洋徘徊者”海洋平台分别在英国北海毁坏和在美国海域倾覆，均造成人员伤亡和巨大财产损失。这些事故使人们对海洋开采平台在受损伤后的安全问题引起极大关注。研究这些事故发生原因，有技术性的，也有结构强度方面的。从统计来讲，由于结构强度不当引起事故有40%，占现已知事故的首位。可见在海洋平台的设计、建造和使用过程中，保证结构具有足够的强度是至关重要的。为了做到这点，以往确定性分析和完整结构可靠性分析就显得不够了。有必要引入不完整结构的可靠性问题。 无容质疑，损伤降低结构的可靠性，提高了结构的破坏概率。 现有近海平台主要构件常常由圆柱壳构成。 管状体（充填与未充填）受压变形模型 无容质疑，损伤降低结构的可靠性，提高了结构的破坏概率。 现有近海平台主要构件常常由圆柱壳构成。 管状体三点弯曲变形分布形式 管状体三点弯曲应力分布形式 二：圆柱客体受冲击后的凹陷模型 海洋平台在波涛滚滚的大海中难免会受到给养船的碰撞，而碰撞等效一个冲击载荷，为了预测冲击载荷造成的损伤，现有的研究表明：结构所承受冲击载荷的能力不是材料的极限载荷，而是结构对冲击能量的吸收能力大小决定。这样碰撞的问题可处理为能量的输入和结构是否有能力吸收这个能量？因此，将碰撞动力学问题转化为准静态载荷作用问题。 对于这类问题必须进行一些假设，解决问题的途径才可能实现。因此，从最坏的情况假设：碰撞物（供给船）为完全刚体，即在碰撞的过程中不吸收能量，全部能量由被碰撞结构所吸收。 海洋平台构件吸收碰撞能的方式主要是局部凹陷变形和整体弯曲变形两种。由此决定损伤形式如下： 1、局部凹陷。一般发生在园壳构件较短，且薄壁的支撑结构中，由锋利刚性结构的碰撞所引起； 2、无凹陷的整体弯曲。这种可能出现在较长（高）且厚壁的支撑结构中，通常由软的、可变形的结构作用所引起； 3、局部凹陷和整体弯曲同时发生。此时损伤圆柱壳体一般伴随着复杂的残余应力，精确的分析需要借助于三维模型分析。 为了验证这些破坏模式，不少学者做了一些，分析公式均较复杂，可靠性分析使用时较困难。其中邵文蛟等提出一种完全塑性模型。采用了如下假设： （1）、假设材料为各向同性和理想塑性； （2）、只考虑构件的轴向应力,剪切和环向应力忽略； （3）、残余应力对塑性极限载荷影响很小，忽略不计； （4）、最深凹陷处有一扁平部分。 圆柱壳体受船舶或坠落物的撞击，其典型的凹陷如图所示，图中S为凹陷区损伤部分的弧长，?0为凹陷深度。 随着轴向应力的增加，在达到极限载荷前损伤圆柱壳的力学性能可分成三个阶段： 阶段I：轴力较小时，圆柱壳产生几乎均布的轴向应力，而不引起初始侧向位移。慢慢由于凹陷影响，使凹陷区产生挤压和弯曲，达到屈服应力，凹陷区就塑性化了，这时的轴向力和应力分别记为Ppd,?pd。 阶段II：凹陷区塑性化后，此部分已不能再承受更大的轴力，进一步增加的外力只能由未损伤部分来承受。慢慢临近凹陷处的应力达到屈服应力?s，此时的轴力为初始屈服载荷Pfs，相应的应力为?fs。 阶段III：随着轴力的增加，圆柱壳凹陷处整个界面逐渐进入塑性，直到全部塑性化形成塑性铰，构件已经伤失承受更多载荷的能力，此时，轴力为Pu，相应的极限应力为?u。 首先考虑第I阶段，损伤圆柱壳并使凹陷塑性化的应力为?pd,则作用于凹陷区的轴力为： 式中:S－为损伤部分弧长；H－壳体厚度。 该轴力如偏心作用于凹陷区引起的弯矩为： ?－为损伤部分的形心离凹陷区扁平部分的距离，且满足上述关系。?－损伤部分交角之半。 根据凹陷损伤部分受力图（如下所示）, 最大拉压应力值不等? 当未损伤部分圆柱壳截面全部进入塑性时，在轴力和弯矩共同作用下，截面的应力分布由下图给出，此时轴力和对中性轴AA’的弯矩分别为： ?的意义为凹陷区未损伤部分（?D-S)的偏心。 ?的意义为凹陷区未损伤部分（?D-S)的偏心。 显然?＝0相当于未损伤圆柱