起重机械疲劳断裂可靠性分析的新进展

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起重机械疲劳断裂可靠性分析的新进展
西南交通大学机械工程研究所郑严程文明 程跃
摘要：在疲劳断裂町靠性经典算法的基础上，结合新的数学理论方法，重点分析起重机械疲劳断裂町靠
性分析的新方法和新模型。本文主要讨论随机有限无法、基于神经网络的可靠性模型、基于支持向量机的町靠
性模型、基于混合遗传算法的可靠性模型和应变疲劳町靠性模型。
关键词：起重机械；疲劳断裂；町靠性
Abstract：The paper uses amathematical method to analyze the new methods and the new models for reliability analy.
sjs of craDe
fatigue fracture，baqed OD the classical method.It also covelS stochastic finite element method.reliability
model based on neural network，reliability model based on support vector machines，reliability model based 013.hybrid ge-
netic algorithm and strain fatigue reliability model.
Keywords：crane；fatigue fracture；reliability
1 引言
据统计：大多数机械结构在其服役期间往
往承受交变载荷，疲劳断裂失效成为其主要失效
模式，占机械机构失效总数的80%-90%。我国
目前尚没有对疲劳破坏问题做过全面调查，但国
内起重机械的使用寿命往往比发达国家低，存在
的问题也更为严重。钢结构作为起重机械承受载
荷的部件，在循环往复的交变载荷作用下，都可
能发生裂纹萌生、扩展，并导致突然断裂的破坏。
凶此，正确分析和评估起重机械疲劳断裂可靠性
具有非常重要的意义。
近年来，在前人工作的基础上，国内外研究
者都在努力寻求改进传统的概率可靠性分析方法。
把-些新的理论和新的方法引人到起重机械疲劳
断裂可靠性分析领域中，为实际工程应用提供了
-系列新的估算方法，从而逐步形成了随机有限
元法、基于神经网络的可靠性模型、基于支持向
量机的可靠性模型、基于混合遗传算法的可靠性
模型和应变疲劳可靠性模型。
2随机有限元法
随机有限元法是近20年发展起来的-种工程
数值计算方法，由于它考虑了随机参数的影响。
已被广泛应用于计算结构的可靠度、动力问题、
复合材料力学及非线性问题等心]，近几年也逐渐
运用在疲劳断裂可靠性分析方面。实际中，起重
机械构件总是受许多不确定性因素的影响，局部
应力应变相应是随机的，随机有限元法是随机结
构分析有力的T具。
2.1 随机有限元法结构可靠度算法
设功能函数为：Z(X)g(戈。，石：，，茗。)，式
中：戈。，戈：，，戈。为相互独立的正态随机变量。
令Yi(zi-配武)/盯卵其中M小盯耐分别为
变量石。的均值和方差，则功能函数变为：Z(，，)
g(y。，Y：，，Y。)。则可靠度指标卢∞1是在极限状态
面Z(y)0上距离原点的最短距离OY 。
卢√y订l，，卢的求解采用迭代法，其计算
步骤如下：
(1)假定初始验算点戈值；
(2)求极限状态方程的梯度
VZ c
E，筹，蓑，，芳)； (3)求迭代点移动方向
a。-VZ(F)/IIvz(K)0；
(4)迭代公式为
EI。(y a。 1毛羞睾南)ai； (5)计算可靠度指标口/y订y ；