[发明专利]基于Mittag-Leffler分布的桥梁随机疲劳寿命预测方法

说明书

技术领域

本发明属于桥梁疲劳寿命预测领域，具体涉及一种基于Mittag-Leffler分布的桥梁随机疲劳寿命预测方法。

背景技术

桥梁在长期反复变化载荷的作用下，容易产生疲劳裂缝。这种疲劳破坏对桥梁的危害十分巨大，是桥梁结构中常见的失效形式。因此，准确地预测桥梁的疲劳寿命，是排除事故隐患、制定健康修复计划和延长使用寿命的保障。

现有预测桥梁随机疲劳寿命的方法中，通常将应力幅看作随机变量，利用伽马分布、对数正态分布、威布尔分布等统计模型刻画其规律。但是采用这些分布的弊端体现在：模拟精度低；仅通过实测资料的期望和方差确定分布的参数，没有充分利用实测资料的信息(见：文献1Kihyon Kwon,Dan M.Frangopol.Bridge fatigue reliability assessment using probability density functions of equivalent stress range based on field monitoring data[J].International Journal ofFatigue,2010,32:1221-1232)。

在国内外，已有多项专利技术应用于预测结构疲劳寿命，如专利CN10231222A“一种剩余强度和剩余寿命的快速、无损预测方法”，利用材料的表面硬度与剩余强度的关系进行剩余寿命预测；US2010/0064819A1Method offorecasting the lifetime ofstructural parts，通过应变计测量应变及对应的循环次数，确定循环疲劳应力的范围，以此预测疲劳寿命；CN102331343A“增压器涡轮疲劳寿命预测及其可靠性评价方法”，通过涡轮疲劳失效模式的功能函数，并计算其均值和标准差，对涡轮的疲劳寿命进行预测；CN102081020A“基于支持向量机的材料疲劳寿命预测方法”，建立外部载荷与疲劳损伤之间的非线性关系，预测疲劳寿命；WO2004/099761A1Method for predicting fatigue life of spot-welded structure，利用有限元方法分析焊接结构的疲劳寿命。上述前两种方法需要大量的材料疲劳试验，不利于实际工程应用；第三种方法仅采用功能函数的均值和标准差，这样定量分析可能会影响预测的精度；后两种方法计算量大，工程上不易操作。

因此，需要一种新的桥梁随机疲劳寿命预测方法以解决上述问题。

发明内容

发明目的：本发明针对现有技术中桥梁应力幅统计建模及现有专利中疲劳寿命估算方法的缺陷，提供一种基于Mittag-Leffler分布的桥梁随机疲劳寿命预测方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的基于Mittag-Leffler分布的桥梁随机疲劳寿命预测方法采用如下技术方案：

一种基于Mittag-Leffler分布的桥梁随机疲劳寿命预测方法，包括如下步骤：

(1)获得应变数据，并计算应力谱；

(2)对步骤(1)中的应力谱进行处理，得到应力幅及相应的应力循环数；

(3)利用Mittag-Leffler分布确定应力幅的概率分布；

(4)确定观测部位疲劳细节级数；

(5)计算疲劳寿命。

优选的，步骤(1)中获得应变数据通过在桥梁易发生疲劳部位放置应变计，实时观测得到观测部位的应变数据；然后通过应力-应变迟滞回环曲线得到应力谱。

优选的，步骤(2)中采用雨流计数法，对步骤(1)中的应力谱进行处理，得到应力幅及对应的循环次数。采用雨流计数法对疲劳循环进行计数的原因是雨流法与材料的应力-应变迟滞回线一致，另一方面该方法能够比较全面地反映随机应力谱的全过程。

优选的，所述步骤(3)中Mittag-Leffler分布采用的概率密度函数的表达式为：