基于区间模型的套管强度可靠性评估

为了弥补传统安全系数法以及可靠性理论在套管可靠性评估中的缺陷,基于区间理论提出了1种适合套管可靠性评估的非概率可靠指标,给出了套管三向强度可靠性评价模型以及相关参数最大、最小值取值方法。研究了外载变化区间均值和偏差对非概率可靠指标的影响规律。结果表明:均值增加,可靠指标线性降低、容许的载荷区间最小值增加;偏差增加,可靠指标非线性降低,并且降低率降低。套管强度影响因素变化区间偏差与可靠指标近似成线性逆相关关系。     

基于区间分析的起重机结构非概率可靠性分析

起重机结构相关变量由于缺乏试验数据,数据统计结果往往存在一定的不确定性,很难准确地用概率模型来描述,而且,概率可靠性对概率模型参数十分敏感,概率数据很小的误差都可能导致结构可靠性计算出现较大误差。基于此,提出了基于区间分析的起重机结构非概率可靠性方法。在实际工程结构中,有时虽然不能得到不确定参数的精确概率分布,但这些参数所处的范围或界限却易于确定,非概率可靠性分析方法可以将机械结构的不确定性参数用非概率区间分析描述。该方法将区间分析与结构可靠性进行结合,研究了具有区间特性的设计参数与结构响应之间的映射关系,通过计算机械结构功能函数中强度和应力的区间范围,给出了描述结构非概率满意度可靠性指标的计算方法。利用区间运算规律确定了起重机结构非概率满意度可靠性指标的求取步骤。以起重机结构为实例,运用基于区间分析的非概率可靠性分析方法,计算了起重机臂架的可靠度,同时分析了区间运算中区间扩张问题。实例表明,运用区间分析能够较准确地描述起重机结构的可靠性问题。     

非概率响应面法在起落架结构安全性评估中的应用

由于起落架结构的安全性分析参数多为区间变量,随机分布较难获得,采用传统的概率分析方法受到一定的制约.基于此,针对起落架运营事件的严重度分析,提出了基于区间理论的起落架结构非概率可靠性方法,在只知道不确定参量的界限而不知其分布情况的条件下,即可求得结构的可靠度.以非概率可靠性理论为基础,结合响应面法建立结构的非概率模型,并通过改进的解析方法求解非概率可靠性指标.以某型飞机起落架结构为研究对象,对起落架结构进行数值分析获取建立非概率模型所需的数据样本,进而进行结构的安全性评估.算例分析表明,非概率可靠性方法能够有效评估起落架结构的安全状态,可为飞机结构的运营安全性分析提供参考.     

起重机臂架结构的凸模型非概率可靠性分析

为预防大型工程中起重机安全事故,通过建立模型来衡量起重机臂架结构非概率可靠性。首先利用凸模型非概率可靠性相关理论,构建有代表性的凸模型——广义无穷范数模型,并用该模型来定义非概率可靠性指标;其次分析影响臂架结构非概率可靠性的不确定性参数;最后在凸模型的基础上,将非概率功能函数代入非概率可靠性指标中,求出臂架结构非概率可靠性。以某企业履带式起重机臂架结构为例予以分析,验证模型的有效性。研究表明:利用该模型分析臂架结构强度、刚度、稳定性等3方面,其结果与实际情况相符。     

基于区间分析的履带起重机结构非概率可靠性研究

臂架结构作为履带起重机的重要部件,其结构的强度、刚度和稳定性决定了整个起重机的安全性和使用性能。为了预测履带起重机臂架结构的可靠度,采用区间非概率研究履带起重机的可靠性,只需知道不确定参量的界限而不需知道其分布情况,就能求出各功能函数的可靠性指标;将履带起重机臂架的额定起重量、起升载荷偏摆角度、起升冲击系数等不确定参量看成区间变量,建立了以臂架强度、刚度、整体稳定性为失效模式的可靠性分析模型;将区间变量标准化,在标准化区间变量的扩展空间中,按无穷范数度量从坐标原点到失效面的最短距离,以此来判断结构的非概率可靠度。最后,用该模型对现有某型号履带起重机臂架进行了可靠性分析,结果表明,用该方法得到的履带起重机区间非概率可靠度η1,符合实际情况。     

复杂气井套管力学分析与可靠度评价

为建立考虑地层和套管参数随机性的套管可靠度评价理论方法,以便得到复杂井况下套管传统设计安全系数与可靠指标之间的关系,提出了非均匀地应力和内压联合作用下,沿套管最大外挤力方向管壁任意位置发生屈服失效时外壁等效均匀外挤力的计算方法;建立了套管抗挤和抗内压三轴强度计算公式以及有效内压计算方法;根据套管载荷和强度影响因素统计参数以及评价过程中参数测试标准值,利用蒙特卡洛法（MC）建立了完整的套管可靠度计算和评价方法;通过实例对传统安全系数与可靠指标的对应关系进行了研究。研究结果表明:指定条件下,套管安全系数与可靠指标之间存在对应关系;利用建立的方法编制计算程序可以为传统设计法中安全系数代表的安全程度进行量化;可靠度评价方法能够为安全系数的选取提供指导。     

时变可靠性在海底油气管道失效概率中的应用研究

为提高海底油气管道风险管理能力,针对传统管道风险分析大多采用静态时不变可靠性方法的缺点,提出基于动态时变可靠性的腐蚀海底油气管道分析思路,建立了考虑时间因素的腐蚀管道失效概率模型。根据"首次穿越率"概念建立腐蚀管道穿越模型,借助随机过程理论和敏感性分析构建代表腐蚀海底油气管道结构抗力的剩余强度模型和识别影响管道可靠性的关键因素,给出了时变视角下对比附加载荷的在役管道失效概率计算方法。结果表明,随着时间推移,腐蚀速率对管道失效概率的影响最大,运行压力的增加使管道的剩余寿命与可靠性发生显著变化,而拉伸强度影响较小。     

非随机过程的地震激励下埋地压力管道的非概率可靠性分析

在地震工程中,利用传统的随机过程模型来建立动态不确定荷载的随机过程模型,需要大量的时间历程实验样本。基于地震记录因受成本或实际因素限制导致的样本贫乏,且传统的随机过程的求解计算量巨大,提出了以非概率的集合理论凸方法为理论基础的非随机过程,以解决实际工程对地震荷载随机过程函数分布形式的灵敏问题;针对实际地震荷载的非平稳性随机性特征,结合区间模型和强度包络函数,建立了区间非平稳地震荷载模型;根据地面运动的时域非平稳特征,结合非随机过程振动理论,推导了埋地管道的动力响应;为了求解出的埋地管道在内压作用下的管道强度,采用了von-Mises第四强度理论,建立了非随机过程地震荷载下的埋地压力管道动力响应式;根据理论分析出的简化公式,结合非概率可靠性理论,针对某成品油管道进行了非概率可靠性实例分析。研究结果表明:在小样本情况下,利用凸模型理论可处理荷载的时变不确定性,可进行结构的非概率可靠性分析;这对只有小样本的实际工程的抗震可靠性分析具有指导作用,对建立地震激励下的结构的响应设计体系研究具有积极意义。     

深井超深井套管风险评估方法

套管强度设计标准未考虑制造缺陷,且深井超深井套管安全系数难以确定,为弥补这些不足,提出一种基于目标可靠指标的含缺陷套管风险评估方法。首先,建立考虑套管制造缺陷的套管强度和外载计算方法,并基于强度和载荷影响因素的随机性,利用蒙特卡罗(MC)法获取强度和载荷的分布类型和参数;其次,确定目标可靠指标,对拉克维茨-菲斯勒(R-F)法逆向迭代求解,并结合分项系数法,确定套管强度和载荷的分项系数;最后,根据分项系数和套管外载标准值确定套管所需的最低强度值,选择套管或判断已选套管是否满足安全可靠性的要求,并作实例分析。结果表明:该风险评估方法能够满足深井超深井套管设计和选型的工程实际需要;能够弥补传统设计法中安全系数选取困难的现状。     

城市高压燃气管道的结构可靠性分析

埋地钢管的失效受多种因素影响,目前在城市燃气管道设计及在役管道安全性评估中,忽略了各因素的随机性而将其视为确定量。为分析各变量的不确定性对管道安全运行的影响,根据城市埋地燃气管道受力特点建立了管道失效力学模型,运用可靠性理论对模型中影响燃气管道失效的十三个参数进行了敏感性分析。结果表明:材料屈服强度、管道压力、竖直荷载、管道壁厚、管道弯曲系数、管道基座系数等六个随机参数最容易造成管道结构失效,而其余七个参数对管道失效的重要性均不超过1%;各随机参数均值和变异系数的相对变化对管道可靠性的影响不同,屈服强度、管道压力和管道壁厚三个参数的均值变化对可靠性影响最大,与管道壁厚变异系数相比,竖直荷载变异系数变化对可靠性的影响更大。     

飞行事故概率模型与风险评估方法

以事故统计为基础,建立了飞行事故概率模型与随机过程模型,对飞行安全可靠性指标进行定量评估。根据独立性假设,推导了飞行风险的概率分布,并给出飞行安全重要指标间的关系。假设飞行事故发生是Poisson过程,导出了飞行安全可靠性概率指标的区间估计计算方法。实例计算表明,通过统计量可以对飞行安全进行风险评估,根据飞行事故风险概率等级要求得到评定等级。     

基于响应面法和强度折减法的边坡可靠性计算研究

针对边坡安全系数是隐式函数的特点,提出将有限差分强度折减法和响应面法(RSM)相结合,分析边坡可靠性的方法。采用安全系数、破坏概率及对应的临界滑动面等,作为综合评价边坡稳定性的指标。算例验证表明,笔者提出的计算方法所得结果与其他方法比较接近,且更能反映边坡真实的工作状态。对某钢铁基地工程的昔格达组地层边坡,采用新的计算方法进行可靠度分析,对比研究确定性破坏模式和概率破坏模式中剪应变增量和破坏区的分布。研究结果表明,均值强度较高的边坡岩土体,如果变异系数较大,便仍处于较高风险水平,虽然边坡整体的安全系数满足工程要求;均值安全系数和最小可靠度指标对应的破坏模式也是有差别的。     

湿式除尘器脱硫实验研究

以湿式除尘器为研究对象,通过试验探究风量、节流强度和pH值对除尘器脱硫效率的影响规律。试验表明,Q<2 430 m3/h时,增大风量,液气比升高,液膜厚度减小,脱硫效率增加,Q>2 430 m3/h时,烟气停留时间过短,脱硫效率减小;增加节流强度,气力节流雾化强度升高,液气比增加,脱硫效率线性增长;提高pH值,脱硫效率以抛物线形式变化,增幅逐渐减小;最佳pH值区间为6~6.5,脱硫效率可达到94%。     

基于路段相关的路网行程时间可靠性

受自然、人为灾害等偶发事件以及日常的交通供需矛盾的影响 ,道路网运行效率下降 ,行程时间波动且不确定。为此 ,笔者分析了能够表征路网应对行程时间变化和承受波动的能力的指标———行程时间可靠性及其定义、特性、表达。针对路段之间的相互影响模式所适应条件的不同 ,按场景将其关系分成不相互影响、同步影响以及弱影响 3种模式。利用MonteCarlo法进行模拟 ,得出不考虑路段相关性 ,会高估路网的可靠性 ,减少路段间相互影响 ,有利于降低破坏事件对路网的影响程度和范围。考虑路段相关的行程时间可靠性应用于实际路网路径选择 ,可以增加选择的合理性和准确性 ,实现安全、可靠、高效运营。     

基于双剪屈服条件的输油管道腐蚀剩余强度可靠性研究

提出基于双剪屈服塑性极限条件的管道可靠性爆破压力可靠度模型,在基于剩余强度可靠性理论基础上,着重分析随机参数,即腐蚀深度、腐蚀长度和运行压力的分布情况,通过经典可靠性计算方法、JC法将非正态分布转化成标准正态分布,从而建立起基于双剪屈服条件的管道腐蚀可靠性计算模型。通过提取现场实验数据进行验算,其结果表明:双剪屈服强度理论算得的爆破压力更接近实验结果,该方法降低API579的保守性,大大提高了可靠性的计算精度。     

多角度辨识压裂套管变形的失效影响因素

页岩气开发具有施工压力大、排量大、改造规模大的特点,使得压裂套管处于复杂力学环境中。挤压、剪切和弯曲等载荷共同作用,易引发套管挤毁变形,进而导致后续作业时井下工具下入遇阻。但目前研究多针对压裂套管的单一失效原因,难以保障其完整可靠性。鉴于此,针对页岩气大规模压裂作业特点,从不同薄弱位置（如垂直段、造斜段、水平段）、不同自身规格（如钢级、外径、壁厚）和不同约束条件（如内压、孔径、螺距）等多角度,系统辨识套管变形的失效影响因素。通过建立压裂套管三维模拟的有限元模型,分析套管内压变化引起套管应力、位移的变化规律及形态,明确套管变形的大小以及与载荷变化的关系,并揭示套管变形的位置及影响因素的临界值。结果表明:压裂套管的造斜段最大变形、水平段应力集中现象较为严重,属于危险脆弱点;且套管最大应力、最大位移随内压的增加而近似成线性降低关系。     

多角度辨识压裂套管变形的失效影响因素北大核心CSCD

页岩气开发具有施工压力大、排量大、改造规模大的特点,使得压裂套管处于复杂力学环境中。挤压、剪切和弯曲等载荷共同作用,易引发套管挤毁变形,进而导致后续作业时井下工具下入遇阻。但目前研究多针对压裂套管的单一失效原因,难以保障其完整可靠性。鉴于此,针对页岩气大规模压裂作业特点,从不同薄弱位置(如垂直段、造斜段、水平段)、不同自身规格(如钢级、外径、壁厚)和不同约束条件(如内压、孔径、螺距)等多角度,系统辨识套管变形的失效影响因素。通过建立压裂套管三维模拟的有限元模型,分析套管内压变化引起套管应力、位移的变化规律及形态,明确套管变形的大小以及与载荷变化的关系,并揭示套管变形的位置及影响因素的临界值。结果表明:压裂套管的造斜段最大变形、水平段应力集中现象较为严重,属于危险脆弱点;且套管最大应力、最大位移随内压的增加而近似成线性降低关系。     

基于时变失效的桥式起重机结构可靠性分析

为提高我国起重机产品的安全可靠性水平,用时变可靠性理论分析桥式起重机金属结构。以桥式起重机金属结构为研究对象,时变可靠性理论为基础,研究桥式起重机金属结构的载荷时变可靠性模型和抗力时变可靠性模型,建立桥式起重机金属结构失效状态的时变可靠性数学模型。通过工程算例分析,揭示金属结构抗力随时间衰减与否对可靠度与失效概率的影响,得到不同金属结构抗力衰减系数下桥式起重机主梁金属结构可靠度和失效概率。探索桥式起重机金属结构时变可靠性安全评估方法。对比金属结构抗力衰减系数分别为0.000 2和0.000 3时的分析结果,发现金属结构系统的可靠性随金属结构抗力衰减系数的增加而降低。     

平行钢丝吊索强度安全性分析与评估

评估不同断丝数目时吊索的安全性能.在对某大跨径钢管混凝土拱桥三维有限元实体模型仿真分析的基础上,以拉索在恒载及汽车活载作用下的拉力安全系数为拉索失效判据,建立拉索失效功能函数.确定拉索失效功能函数中各参数的概率分布,采用Matlab计算软件生成各参数的随机样本,进而通过编程实现功能函数的计算机求解.采用Monte-Carlo法(蒙特卡洛法)评估吊索在不同损伤程度时的强度安全概率,计算各工况下吊索强度可靠性指标值并推导出吊索失效的临界断丝数.结果表明,吊索失效概率随断丝数的增加而急剧增大,吊索强度安全可靠性指标值随断丝数的增加近似呈线性衰减趋势.确定吊索失效的临界断丝数对吊索宏观检查和评估具有较大的工程实用价值.     

改进的一次二阶矩计算埋地管道失效概率方法及其应用

为探究不同影响因素对埋地管道运行安全的影响,基于改进的一次二阶矩计算方法,综合考虑埋地管道环向受力和纵向受力的特性,依据应力-强度理论和钢制管道结构设计规范建立了埋地管道失效结构功能函数;通过对ABAQUS软件中的UVARM模块进行二次开发,建立了腐蚀、温度和不均匀沉降耦合作用下的三维管道-地层整体模型,模拟不同管道参数下的管道状况.运用该方法对工程实例进行了计算,分析可靠指标和失效概率的分布情况.结果表明:埋地管道工作内压与管道失效概率呈正相关关系,管道壁厚和管径与失效概率呈负相关关系;在影响参数变化相同的条件下,管道中部失效概率变化最快,两端的失效概率变化较慢.该模型计算结果体现了管道不同部位失效概率的特点,在管道设计、维护和风险评估方面有一定的借鉴意义.