含埋藏裂纹焊接结构可靠性分析
何柏林1 霍立兴2 张玉凤2
（1．华东交通大学 机电工程学院，江西 南昌 330013）
（2．天津大学材料科学与工程学院，天津 300072）
摘要：采用随机有限元法对含埋藏裂纹焊接结构的可靠性进行了计算。并讨论了断裂韧性、外载荷、椭圆裂纹短轴半长与长轴半长之比a/c 等随机变量的变异对焊接结构可靠性的影响。计算结果表明，在三个随机变量( IC K , P , a/c)中，断裂韧性IC K 的变异对结构可靠性影响最大，外载荷P 的变异对结构可靠性影响其次，裂纹短轴半长与长轴半长之比a/c 的变异对结构可靠性影响较断裂韧性、外载荷的影响都小。该方法克服了传统的确定性断裂力学在结构的安全评定中结果偏于保守的缺点，为含缺陷焊接结构的安全评定开辟了新的途径。
关键词：焊接结构 埋藏裂纹 随机有限元 可靠性
0 前言
基于“合于使用”原则对含缺陷焊接结构的安全性进行评定，国内外都已进行了广泛的研究，制定了
一些评定标准，如IIW–1157–90 标准、WES–2805 标准。但这些标准均是建立在“确定性断裂力学”基础
之上。在工程结构中存在着很多不确定因素的影响，诸如结构的物理性质、几何参数，以及所承受的某些
载荷（凤载、地震载荷等）。这些随机性因素的影响是不可忽略的，致使结构的行为不在是确定性的。近
些年来，随机有限元由于将可靠性分析与有限元这样的数值技术结合起来计算结构的可靠度，具有高效、
准确等优点，使得其研究与应用都取得了显著的进展[1-3]。在很多情况下，缺陷是导致结构失效的基本原因，
采用随机有限元法计算含缺陷焊接结构的可靠性，目前这方面的文献很少见报导。
本文采用自行编制的三维随机有限元程序，对含埋藏裂纹焊接结构的可靠性指标进行了计算，并就一
些随机变量的变异对可靠性的影响进行了分析研究。为合理、准确、可靠的进行含缺陷焊接结构安全评定
开辟了新的途径。
1 功能函数的选取与可靠度指标计算公式
2 含埋藏裂纹焊接结构可靠性计算
3 结论
1) 采用随机有限元法对含缺陷焊接结构的可靠性指标和失效概率进行了计算。结果表明，尽管结构含
有一定尺寸的埋藏裂纹，其失效概率是比较低的，克服了确定性断裂力学安全评定结果偏保守的缺点。
2) 在断裂韧性IC K 、载荷P 和裂纹短轴半长与长轴半长a/c 三个随机变量中, IC K 的变异对结构可靠
性影响最大, P 的变异影响其次，a/c 的变异对可靠性的影响较前两者都小。
3) 本文介绍的基于三维弹塑性随机有限元法的含缺陷焊接结构可靠性计算方法，为含缺陷焊接结构
的安全评定开辟了新的途径。
参考文献
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