[发明专利]基于兰姆波缺陷定量的结构可靠性敏感性分析方法

说明书

本发明提供了一种基于兰姆波缺陷定量的结构可靠性敏感性分析方法，该方法包括：利用兰姆波损伤检测信号构建兰姆波缺陷定量模型，借助极大似然法构建兰姆波缺陷定量不确定性模型，借助应变能释放率理论构建单元缺陷尺寸‑性能参数模型，借助Paris公式构建单元疲劳裂纹扩展模型，结合有限元理论构建含局部缺陷的结构整体动力学模型，进行结构可靠性预计，采用敏感性分析方法量化结构中局部单元缺陷定量不确定性对结构可靠性的影响。本发明量化了兰姆波缺陷定量模型以及疲劳裂纹扩展模型中各参数的不确定性分布参数对结构整体可靠性的影响，便于降低可靠性评估和寿命预计结果的不确定性，且具有较强实用性。

技术领域

本发明属于检测技术领域，特别是一种基于兰姆波缺陷定量的结构可靠性敏感性分析方法。

背景技术

敏感性分析主要是分析量化模型输入变量的不确定性对模型输出的影响大小，从而可以对各输入变量的不确定性进行优化，以降低预测结果的不确定性。在结构服役过程中，结构中的单元由于疲劳、腐蚀、老化等原因，不可避免地会产生累积损伤，从而容易导致结构失效。因此，对结构中的损伤进行实时监测，并根据损伤情况对结构的可靠性和剩余寿命进行预测，可以避免因结构的失效而造成严重后果。但是由于损伤定量模型及寿命预计模型中存在不确定性，因此分析损伤定量模型以及寿命预计模型中各输入参数的不确定性对结构可靠性的影响有助于提高结构可靠性预计结果的准确性，这对于结构的维修保障策略的制定有重要意义。

当前的研究主要集中在单元缺陷对单元本身的可靠性预计结果的影响，难以建立单元的缺陷尺寸与结构整体可靠性的定量模型，对于局部单元缺陷对结构整体可靠性的影响的量化还缺乏相应的研究方法。因此，借助敏感性分析方法，量化单元缺陷尺寸及疲劳裂纹扩展模型中的参数不确定性对结构的可靠性的影响，根据不同参数的不确定性敏感性大小来对单元的性能参数进行优化设计是十分必要的。

发明内容

本发明针对上述现有技术中的缺陷，本发明的目的在于基于应变能释放率理论，建立局部单元缺陷定量不确定对结构整体可靠性影响的量化方法。首先考虑局部单元缺陷定量不确定性对单元性能参数的影响，使用应变能释放率理论，建立局部单元缺陷尺寸与局部单元等效杨氏模量之间的定量模型；在随机载荷作用下，结合有限元理论，对结构中局部单元裂纹扩展情况进行预测，从而计算不同加载周期下结构中局部单元缺陷定量不确定性对结构整体可靠性的敏感性指标。该方法模拟了结构在实际服役过程中结构整体可靠性的变化情况，通过敏感性分析方法，量化局部缺陷定量不确定性以及疲劳裂纹扩展模型中材料常数的不确定性对结构整体可靠性的影响。

本发明提供一种基于兰姆波缺陷定量的结构可靠性敏感性分析方法，所述方法包括以下步骤：

S1、构建兰姆波缺陷定量模型：确定兰姆波检测信号特征参数，构建兰姆波检测信号特征参数与缺陷尺寸的定量模型；

S2、构建兰姆波缺陷定量不确定性模型：设定兰姆波缺陷定量结果与实际缺陷尺寸间存在对数线性关系，借助极大似然方法得到实际缺陷尺寸分布函数，所述步骤S2具体包括以下步骤：

S21、设定兰姆波缺陷定量结果与实际的缺陷尺寸之间存在对数线性关系：

其中：表示兰姆波缺陷定量结果；a表示结构单元的实际缺陷尺寸；α和β为拟合系数，ε为误差项；

S22、误差项ε服从正态分布借助极大似然方法估计出误差项的标准差σ_ε，进一步得到实际缺陷尺寸分布函数：

其中：f(a)表示实际缺陷尺寸分布函数；

S3、结构可靠性预计：借助应变能释放率理论构建单元缺陷尺寸-性能参数模型，借助Paris公式构建单元疲劳裂纹扩展模型，结合有限元理论构建含局部缺陷的结构整体动力学模型，进行结构可靠性预计；以及