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畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）外 文 參 考 資 料 及 譯 文
譯文題目： A probabilistic method to predict fatigue crack initiation用概率的方法去預(yù)測疲勞裂紋萌生
學(xué)生姓名： 學(xué) 號：
專 業(yè)：
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指導(dǎo)教師：
職 稱：
20xx年 2月 27日
用概率的方法去預(yù)測疲勞裂紋萌生
摘要：在這篇文章，提出了疲勞損傷，所以可以用一種概率的方法去預(yù)測宏觀裂紋萌生。聲學(xué)非線性用來量化宏觀裂紋萌生。這些數(shù)據(jù)被用來概率分析裂紋損傷。這種概率裂紋損傷分析包括合理選擇損傷破壞模型和計算裂紋萌生概率的步驟。它評估靠重要性采樣的蒙特卡洛方法。模擬裂紋損傷的概率性被提出，并且與實際實驗結(jié)果做比較。
關(guān)鍵字：聲學(xué)非線性，裂紋萌生，損傷演變，疲勞，概率性方法，結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測
1、 介紹
傳統(tǒng)的部件使用壽命預(yù)測是依賴于安全法則和線性積累的Palmgren和Miner法則。在金屬損傷的安全法則里，使用壽命預(yù)測是基于疲勞試驗的數(shù)據(jù)里。當(dāng)失效的可能性達(dá)到一個規(guī)定的值，即使一些部件還有運用的價值和意義，一種結(jié)構(gòu)（房屋）的部件也要被替代。因此，經(jīng)濟(jì)處罰是一個保守的做法。為了避免這種刑罰，“破壞寬容”的做法往往是一個合適的替代壽命預(yù)測方法。這種方法是特別有用的，當(dāng)損失率的積累是很好的理解，并可以監(jiān)測用定量無損評價技術(shù)。然而，在某些材料，如高強(qiáng)度鋼，如那些用于旋翼機(jī)的傳動系統(tǒng)，在裂紋檢測的臨界損傷但非常小的長度，通常發(fā)生在一個組件的壽命末期。當(dāng)一個可檢測的裂紋已經(jīng)發(fā)展出的微觀損傷過程，它生長到一個不可接受的長度，與組件的總壽命相比是一個短的時間。用周期性的監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)控，但是，顯著提高了安全性的損傷容限的方法。特別是，如果預(yù)裂紋損傷可以監(jiān)測和相關(guān)的裂紋形成的分析性疲勞損傷過程，可以得到大量的安全和成本效益。有了這個目標(biāo)，計算方法基于原位測量周期宏觀裂紋萌生的幾率是本文提出的。該方法基本上由兩個部分組成：一種結(jié)構(gòu)壽命監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測疲勞過程。在本方法中，聲學(xué)二次諧波產(chǎn)生（見2節(jié)）是用來監(jiān)測疲勞過程中積累的損害。
概率疲勞損傷過程，將數(shù)據(jù)從壽命監(jiān)測系統(tǒng)輸入，計算裂紋萌生的概率作為輸出。概率損傷過程包括選擇一個合適的損傷演化方程模型的累積損傷（見3節(jié)）和一個程序計算宏觀裂紋萌生的概率（見4節(jié)）。
程序計算裂紋萌生的幾率是能夠更新基于最新的檢測數(shù)據(jù)，監(jiān)測系統(tǒng)預(yù)測。使用這種方法，宏觀裂紋萌生的概率計算為來源于文獻(xiàn)，并且結(jié)果在第5節(jié)。
2. 聲二次諧波發(fā)生
在一個組件進(jìn)行疲勞的過程要量化損傷的積累，最重要的可觀察的變量是損傷積累。在試樣中，所累積的損害是由引入材料非線性組成部分的微觀結(jié)構(gòu)的變化引起的。為了表征材料的非線性特性，由換能器（發(fā)生器）所產(chǎn)生的一個單一的頻率的超聲波的發(fā)送通過試樣和接收換能器接收的信號進(jìn)行了分析。材料的非線性失真，使單頻波形失真，導(dǎo)致二次諧波和高次諧波的產(chǎn)生。其結(jié)果是，接收到的信號的接收器不僅包括在發(fā)送（基波）的頻率，但也二次和高次諧波的振幅增加作為材料的非線性增加的一個組件。因此，材料非線性和潛在的累積損傷的特征可以通過對二次諧波的振幅A2的A1的振幅比。這比率以后稱為A2、A1和預(yù)計將增加累積損傷的進(jìn)展。注意，A2/A1的聲學(xué)非線性特性（見奧吉等人，2001）用在這里是不同于通常在文獻(xiàn)中找到（例如見莫里斯等人，1979）。
奧吉等人（2001）用電磁聲換能器測量A2/A1在試樣進(jìn)行疲勞。相對于程序之前描述的測量比A2/A1–發(fā)送一個簡單（基本）頻率波和測量頻率波的基波和二次諧波信號的幅值，奧吉和他的同事用了一個不同但類似的程序。他們分別發(fā)送的兩個不同的信號，一個在共振頻率fr和另一個頻率fr / 2，制成標(biāo)本。當(dāng)信號在頻率fr傳送時，他們測量與頻率fr的接收信號的振幅為A1（FR）。當(dāng)信號傳輸頻率fr / 2他們測量與頻率fr表示A2接收信號的振幅（FR / 2）。觀察A2（FR / 2）是二次諧波的振幅。注意，本程序可以確保測量換能器的共振頻率fr都測量信號，從而更準(zhǔn)確的測量。詳細(xì)信息請參閱奧吉等人（2001）。他們觀察到比A2（FR / 2）/ A1（FR）增加近單調(diào)，并顯示在宏觀裂紋起始點不同的峰值（見圖1）。
這表明，在疲勞在試件破壞的狀態(tài)可以通過測量比A2/A1不同周期數(shù)的跟蹤。
3.破壞模型
本節(jié)介紹了損傷模型，它的演化是比率A2（FR / 2）/ A1（FR）（見2節(jié)）到宏觀裂紋起始點。在一個特定的周期在疲勞過程中的損傷的狀態(tài)表示由一個標(biāo)量損傷函數(shù)D（N），其中N是周期數(shù)。大小D = 0對應(yīng)于無損傷，D = 1對應(yīng)于第一裂紋的出現(xiàn)。假設(shè)下面的模型代表的損傷的演化的周期數(shù)。
在這里，數(shù)控是歸一化常數(shù)，σ在循環(huán)應(yīng)力范圍，RC（σ）耐力極限時，在一個周期的平均應(yīng)力σˉ，m＞0，n＞0，取決于材料和載荷條件，通過相關(guān)聯(lián)的比A2/A1演變至D.進(jìn)化假定RC參數(shù)的確定（σ）如下古德曼關(guān)系（見Goodman，1899）.
rc(σ) =rc(0)(1? σ/σult)
σULT是材料的極限抗拉強(qiáng)度。假設(shè)σ和σ不斷循環(huán)，σ/ 2總是大于混凝土中（σ），方程（1）可以寫成
D(N)= 1? [(1?D0)n+1 – (N-N0)/ N c ((σ/2 ?rc(σ)/σ/2) m(n+ 1)]1/n+1
在周期D0里，N0代表試樣中存在的損害。
4、宏觀裂紋萌生幾率
本節(jié)描述的宏觀裂紋萌生的概率計算程序和模型的基礎(chǔ)上，在3節(jié)中描述的。首先，一些出現(xiàn)在方程（2）的數(shù)量作為隨機(jī)變量。宏觀裂紋萌生Pma的概率，即，裂紋萌生周期數(shù)的概率，將小于指定的周期數(shù)NS，由下式給出
Pma = 1?Pr(D(Ns)< 1) （3）
根據(jù)公式1
D(Ns)< 1
意味著[(1?D0)n+1 – (N-N0)/ N c ((σ/2 ?rc(σ)/σ/2) m(n+ 1)]1/n+1>0
從以前的方程，它是觀察到的?D(Ns)< 1等于
Ns
4節(jié)描述。對于正在考慮的問題，它是假定σ，σˉ，NC固定數(shù)量而RC（0），D、M和N是隨機(jī)變量。固定數(shù)量的σ，σˉ和NC，都有相同的值，用于非線性回歸（見5.1節(jié)）。被假定為具有對數(shù)正態(tài)分布的隨機(jī)變量的鋼筋混凝土（0
分布的平均為180兆帕和5.4兆帕的標(biāo)準(zhǔn)偏差。在周期Ninspj隨機(jī)變量D0是假設(shè)在區(qū)間有一個截斷正態(tài)分布（0，1）與平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差等于0.1 Ninspj。這種分布的D0與一用于產(chǎn)生M的統(tǒng)計和N相一致（見5.1節(jié)）。被假定為有一個聯(lián)合對數(shù)正態(tài)分布的統(tǒng)計在5.1節(jié)中給出的隨機(jī)變量。從第三檢查記錄、宏觀裂紋起始計算不同周期的概率是表3中給出的。從表3看出，概率疲勞損傷分析程序更新連續(xù)檢查裂紋起始概率。對于檢查裂紋萌生的累積概率分布圖2。數(shù)字（1，。..圖6）在圖中注明檢驗記錄的周期數(shù)。觀察后立即檢查，宏觀裂紋萌生降到零的概率。這是由于這樣的事實，它隱含地假定的概率過程，裂紋如果存在的話，肯定會被檢測程序的檢測。
注意，疲勞問題的描述，第一裂紋大致在34160周期的觀測（見奧吉等等，2001）。從表3和圖2看出，宏觀裂紋的形成是很好的預(yù)測。
6.結(jié)論
一種方法來預(yù)測裂紋萌生具有以下特點提出了：
1、利用聲學(xué)非線性量化損傷。
2、啟發(fā)式傷害增長法。
3、材料/其他參數(shù)作為隨機(jī)變量。
4、定期測量對損壞狀態(tài)和更新狀態(tài)的評估。
5、獲得一個樣本問題提出的方法解決了宏觀裂紋萌生的合理結(jié)果的計算。