工程结构可靠性理论发展综述
关于滚珠丝杠副可靠性的研究综述
第６期(总第２１７期)２０１９年１２月机械工程与自动化M E C HA N I C A L ㊀E N G I N E E R I N G㊀&㊀A U T OMA T I O NN o ．６D e c ．文章编号:１６７２Ｇ６４１３(２０１９)０６Ｇ０２２５Ｇ０２关于滚珠丝杠副可靠性的研究综述郭晓琳,邢鹏飞(东北大学冶金学院,辽宁㊀沈阳㊀１１００００)摘要:滚珠丝杠进给系统的可靠性和定位准确性直接决定了高端装备的效率与定位精度.综述了学术界对滚珠丝杠副在静力学㊁运动学㊁动力学以及结合部位等领域的研究进展,指出了现阶段对于滚珠丝杠副的理论研究不够深入,为今后滚珠丝杠副的可靠性研究提供参考.关键词:滚珠丝杠副;可靠性;定位准确性中图分类号:T H １３２㊀㊀㊀文献标识码:A收稿日期:２０１９Ｇ０７Ｇ１９;修订日期:２０１９Ｇ１０Ｇ１５作者简介:郭晓琳(１９９６Ｇ),女,山东东平人,在读硕士研究生,研究方向:材料失效与防护.０㊀引言滚珠丝杠副的基本结构主要由螺母㊁丝杆㊁滚道及滚动体等组成[１].滚珠丝杠副的主要失效形式为表面损伤失效㊁预紧失效㊁滚道剥落㊁严重变形㊁断裂失效㊁卡死等.近十年来,国内外对滚珠丝杠副的动力学特性进行了大量研究,促进了进给系统的快速发展.鉴于滚珠丝杠副工况和环境的复杂性,对其的理论研究和实验研究仍比较薄弱,因此急需对滚珠丝杠副开展大量的研究工作.滚珠丝杠进给系统的可靠性和定位准确性直接决定了高端装备的效率与定位精度,学术界日益重视对滚珠丝杠可靠性和定位准确性的研究与实践.近年来,学术界对滚珠丝杠的研究在静力学㊁运动学㊁动力学和结合部位等领域均取得了可观的进展.１㊀静力学研究滚珠丝杠副的静力学分析与轴承的静力学分析十分相似,基于H e r t z 接触理论,分析滚珠与丝杠滚道的接触特性及各结构参数对接触特性㊁定位精度㊁载荷分布的影响.B e l ya e vV G 等[２]把轴承的静力学模型应用到滚珠丝杠副的静力学分析中,提出了滚珠丝杠副间隙及接触角的计算公式.T a k a f u j iK 等[３]对滚珠丝杠副的接触变形进行了研究,给出了轴向位移变形的理论模型,求得预紧力下双螺母滚珠丝杠轴和螺母的轴向变形尺寸并通过实验进行验证.D a d a l a uA 等[４]提出一个通过建立滚珠丝杠副的参数化有限元模型,可以准确而又有效地求解不同尺寸规格滚珠丝杠副刚度的方法.程光仁等[５]对滚珠丝杠副进行了系统的介绍,其中包括对其接触变形的研究.２㊀运动学分析滚珠丝杠副的静力学分析没有考虑进给系统高速运转时接触角㊁接触变形和滑滚比等传动参数随时间变化的情况.基于滚道控制理论,Y o s h i d aT 等[６]提出了分析滚珠运动状态和载荷分布的方法,研究了不同尺寸和工况下的丝杠对滚珠运动状态的影响.H u J等[７]利用齐次变换矩阵建立了丝杠驱动机构的运动学模型,分析了滚珠与滚道接触点处的运动学特性和滑滚比.牟世刚等[８]通过考虑接触弹流润滑问题对滚珠丝杠副机构的运动学参数进行了研究.３㊀动力学研究３．１㊀固有特性研究固有特性研究包括计算系统的各阶固有频率㊁模态振型等,这是动力学分析需要首先解决的问题.众多学者通过对进给系统进行动力学建模,在系统频率㊁加速度㊁载荷㊁惯性力㊁扭转振动㊁刚度等方面对滚珠丝杠副进行了研究.Z h a n g H 等[９]考虑主轴箱组件的重力,对垂直方向布置的滚珠丝杠采用弹簧阻尼单元建立动力学模型并求解出系统的等效轴向刚度,分析了进给系统的固有频率和加速度传播方向的振动响应,相比于忽略重力影响情况,其值更接近于实际.Z h a n g J 等[１０]采用集中参数法建立滚珠丝杠进给系统的等效动力学模型,研究了高加速下滚珠丝杠副承受来自移动组件的大惯性力,会导致运动学关节接触状态的改变,从而导致接触刚度的变化,因此应改变滚珠丝杠的动态特性,研究表明加速度达到一定值时,关节接触刚度显示出突然变化,系统能达到的最大加速度可以通过螺母关节和轴承关节两个关键加速度临界值的较小值判定.G a l l i n aP [１１]通过一个二维模型对由螺杆和螺母组成的机械系统进行了振动分析,该模型表明可以通过更改系统的转动惯量来避免共振.３．２㊀动态响应研究过大的振动响应会显著影响滚珠丝杠副的定位精度,并产生大噪声,滚珠丝杠副主要应用于进给系统中.在对滚珠丝杠副的理论研究中,很多学者通过采用梁单元对丝杠进行建模,并将螺母和进给系统工作台等效为一个可以移动的质量单元.为了评估丝杠的剪切变形和转动惯量对进给系统动态特性的影响,丝杠用T i m o s h e n k o梁单元进行建模.D i m e n t b e r g FM[１２]最先对旋转梁的动力学建模进行了理论研究.L e eC W 等[１３]研究了匀速运转条件下且承受移动载荷的转轴的动力学特性,对转轴分别采用了瑞利梁㊁T i m o s h e n k o梁进行建模.在进给系统中,丝杠的振动会影响工作台的定位精度,所以丝杠的纵向振动和扭转振动是研究滚珠丝杠副运动精度不可忽略的影响因素.V i c e n t eD A等[１４]把丝杠当作一个连续子系统建模,通过里兹级数近似得到一个N自由度模型,然后解耦成N个单自由度系统求得模态坐标位移场表达式.３．３㊀结合部位的动力学特性在滚珠丝杠的建模方法中,研究者们主要研究的是整体系统的性能,而对于具体构件一般只考虑刚体之间的相对位移关系.结合部位的动态特性参数是影响动力学性能的关键因素,根据统计,设备振动问题有６０％以上源自结合部,所以,结合部的动态参数分析一直是国内外学术界的研究热点.C h e n JS等[１５]建立了５自由度模型来模拟滚珠丝杠副结合部,对结合部的轴向㊁径向以及转角刚度进行了研究.Z a e h M F等[１６]通过采用有限元法建立滚珠丝杠进给系统的力学模型来研究系统的刚度矩阵.蒋书运等[１７]研究了滚珠丝杠进给系统中直线导轨结合部的动态刚度,研究表明结合部的刚度对高阶固有频率有显著的影响.朱坚民等[１８]采用吉村允效法计算滚珠丝杠进给系统结合部的刚度,研究结果可为滚珠丝杠副的设计和参数优化提供理论依据.４㊀总结综上所述,虽然诸多学者侧重于不同的方面已经在静力学㊁动力学以及结合部位动力学等领域对滚珠丝杠副进行了研究,但部分领域的研究和分析还没有细致展开(与运动精度可靠性㊁灵敏度分析㊁结合部位动力学特性等有关的特性研究尚少),研究工作不够深入(动态刚度及运动精度㊁稳定性问题还没有完全搞清楚),没有形成系统规范的理论.鉴于滚珠丝杠副使用状况和环境的复杂性,仍然有必要考虑采用多因素的耦合来模拟实际工况,全面研究系统参数对滚珠丝杠副定位精度㊁稳定性和疲劳特性的影响,为滚珠丝杠副的设计和动态性能提升提供理论依据.参考文献:[１]㊀冯虎田．滚珠丝杠副动力学与设计基础[M]．北京:机械工业出版社,２０１５．[２]㊀B e l y a e vV G,K o g a n AI．E f f e c to f g e o m e t r i c a l e r r o r so nb a l lc o n t a c t a n g l e i n b a l lＧs c r e w t r a n s m i s s i o n s[J]．M a c h i n e s a n dT o o l i n g,１９７３(５):２５Ｇ２９．[３]㊀T a k a f u j iK,N a k a s h i m aK．S t i f f n e s so fab a l l s c r e w w i t hc o n s ide r a t i o no fd ef o r m a t i o no f t h es c r e w,n e t a n ds c r e wt h r e a d．P r e l o a d e d d o u b l e n u t[J]．J S M E I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l,１９９０,３３(４):６２０Ｇ６２６．[４]㊀D a d a l a uA,M o t t a h e d iM,G r o hK,e t a l．P a r a m e t r i cm o d e l i n g o f b a l ls c r e w s p i n d l e s[J]．P r o d u c t i o n E n g i n e e r i n g,２０１０,４(６):６２５Ｇ６３１．[５]㊀程光仁,施祖康,张超鹏．滚珠螺旋传动基础[M]．北京:机械工业出版社,１９８７．[６]㊀Y o s h i d a T,T o z a k i Y,M a t s u m o t o S．S t u d y o n l o a dd i s t r i b u t i o n a n d b a l l m o t i o n o f b a l l s c re w[J]．J a p a n e s e J o u r n a lo fT r i b o l o g y,２００３,４８(４):３８３Ｇ３９６．[７]㊀H uJ,W a n g M,Z a n T．T h e k i n e m a t i c s o f b a l lＧs c r e w m e c h a n i s m sv i at h es l i d eＧr o l lr a t i o[J]．M e c h a n i s m a n dM a c h i n eT h e o r y,２０１４,７９:１５８Ｇ１７２．[８]㊀M u S G,F e n g X Y．A n a l y s i s o f e l a s t o h y d r o d y n a m i c l u b r i c a t i o no fb a l ls c r e w w i t hr o t a t i n g n u t[J]．A p p l i e dM e c h a n i c s a n d M a t e r i a l s,２０１２,１２１:３１３２Ｇ３１３９．[９]㊀Z h a n g H,Z h a oW,Z h a n g J,e t a l．R e s e a r c h o n t h em o d e l i n g o fd y n a m i c s f o r ve r t i c a l a x i sb a l l s c r e wf e e ds y s t e m[C]//I E E EI n t e r n a t i o n a lS y m p o s i u m o n A s s e m b l y a n d M a n u f a c t u r i n g．[s．l．]:I E E E,２０１３:２０８Ｇ２１３．[１０]Z h a n g J,Z h a n g HJ,D uC,e t a l．R e s e a r c ho n t h ed y n a m i c s o fb a l l sc r e wf e ed s y s te m w i t hh i g ha c c e l e r a t i o n[J]．I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a l o fM a c h i n eT o o l s&M a n u f a c t u r e,２０１６:９Ｇ１６．[１１]G a l l i n aP．V i b r a t i o n i ns c r e w j a c k m e c h a n i s m s:e x p e r i m e n t a l r e s u l t s[J]．J o u r n a l o fS o u n da n dV i b r a t i o n,２００５,２８２:１０２５Ｇ１０４１．[１２]D i m e n t b e r g F M．F l e x u r a lv i b r a t i o n so fs p i n n i n g s h a f t s [M]．L o n d o n:B u t t e r w o r t h sP r e s s,１９６１．[１３]L e eC W,K a t zR,U l s o y AG．M o d a l a n a l y s i s o f a d i s t r i b u t e d p a r a m e t e r r o t a t i n g s h a f t[J]．J o u r n a l o f S o u n d a n dV i b r a t i o n,１９８７,１２２:１１９Ｇ１３０．[１４]V i c e n t eD A,H e c k e rR L,F l o r e sG M．B a l l s c r e w d r i v e s y s t e m s:e v a l u a t i o n o fa x i a la n dt o r s i o n a ld e f o r m a t i o n s [J]．M e cán i c aC o m p u t a c i o n a l,２００９(２８):３２６５Ｇ３２７７．[１５]C h e nJS,H u a n g Y K,C h e n g C C．M e c h a n i c a lm o d e la n dc o n t o u r i n g a n a l y s i so fh i g hＧs p e e db a l lＧs c r e wd r i v es y s te m sw i t h c o m p l i a n c e e f f e c t[J]．I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o fA d v a n c e d M a n u f a c t u r i n g T e c h n o l o g y,２００４,２４(３Ｇ４):２４１Ｇ２５０．[１６]Z a e hMF,O e r t l i T,M i l b e r g J．F i n i t e e l e m e n tm o d e l l i n g o f b a l l s c r e w f e e d d r i v es y s t e m s[J]．C I R P A n n a l sＧM a n u f a c t u r i n g T e c h n o l o g y,２００４,５３(１):２８９Ｇ２９２．[１７]蒋书运,祝书龙．带滚珠丝杠副的直线导轨结合部动态刚度特性[J]．机械工程学报,２０１０,４６(１):９２Ｇ９９．[１８]朱坚民,张统超,李孝茹．基于结合部刚度特性的滚珠丝杠进给系统动态特性分析[J]．机械工程学报,２０１５,５１(１７):７２Ｇ８２．S u m m a r y o fR e s e a r c ho nR e l i a b i l i t y o fB a l l S c r e wP a i r sG U OX i a oＧl i n,X I N GP e n gＧf e i(S c h o o l o fM e t a l l u r g y,N o r t h e a s t e r nU n i v e r s i t y,S h e n y a n g１１００００,C h i n a)A b s t r a c t:T h e e f f i c i e n c y a n d p o s i t i o n i n g a c c u r a c y o f h i g hＧe n de q u i p m e n t i sd e t e r m i n e db y t h e r e l i a b i l i t y a n d p o s i t i o n i n g a c c u r a c y o f b a l l s c r e wf e e d s y s t e md i r e c t l y．T h i s p a p e r r e v i e w s t h e r e s e a r c h p r o g r e s s i n t h e f i e l do f s t a t i c s,k i n e m a t i c s,d y n a m i c s,a n db o n d i n g s i t e s o f b a l l s c r e w s i n t h e a c a d e m i cw o r l d．I t i s p o i n t e do u t t h a t t h e t h e o r e t i c a l r e s e a r c ho n t h e b a l l s c r e w p a i r i s n o t d e e p e n o u g ha t t h i s s t a g e．P r o v i d e r e f e r e n c e f o r t h e r e l i a b i l i t y r e s e a r c ho f t h eb a l l s c r e w p a i r i n t h e f u t u r e．K e y w o r d s:b a l l s c r e w p a i r;r e l i a b i l i t y;p o s i t i o n i n g a c c u r a c y６２２ 机械工程与自动化㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０１９年第６期㊀。
我国建筑结构设计规范编制与进展_张家康
建 筑 结 构 学 报(增刊2)Journa l o f Bu il d i n g Struct u res(Supp le m entary Issue 2)作者简介:张家康(1933) ),男,辽宁沈阳人,教授。
收稿日期:2009年9月我国建筑结构设计规范编制与进展张家康,黄文萃(中国矿业大学建筑工程学院,江苏徐州221008)摘要:针对我国建筑结构荷载规范、建筑抗震设计规范、混凝土结构设计规范、钢结构设计规范、砌体结构设计规范、建筑地基基础设计规范、高层建筑混凝土结构技术规程和建筑结构可靠度设计统一标准8种规范,综述了建国以来总体5期的发展历程;对151个编制单位承担30个规范项目的情况做了统计分析,给出了7个主编单位和31个主要参编单位的名单。
对于规范分类进展情况,选择代表性问题进行纵向对比分析,具体描述了各类规范的理论与技术变革。
在论述关于规范进展总体认识中,指出:我国设计规范,编制年代为20世纪后半期,处于世界结构设计规范发展活跃期,从无到有,逐期提高,现期建筑结构设计规范已主体进入世界先进行列。
关键词:结构设计规范;主编单位;参编单位;确定性因素;不确定性因素中图分类号:TU318.4 文献标志码:ACo mpilation and progress of codes for designof building structures i n ChinaZ HANG Ji akang ,HUANG W encu i(College of Arch itecture&C i vil Engi neeri ng ,Ch i naUn i versity ofM i ni ng and Technol ogy ,Xuzhou 221008,Ch i na )Abstract :The gener a l develop m ent of ei ght standar dized codes pro mulgated at the five different stages has been summarized since t he foundation of t he People c s R e public of Ch i na ,na mely the Load code for the desi gn of buil ding str uctures ,the Code for seis m ic design of buildi ngs ,the Code for desi gn o f concrete struct ures ,t he Code f or design of steel str uctures ,t he Code for desi gn of m asonry str uctures ,t he Code for desi gn of bu ildi ng foundati on ,the T echnical specification for c oncrete str uctures of tall buil ding ,and the Un ified standar d for reliability desi gn o f buil dingstr uctures ;the stat istical ana l ysis w as m a de for the t h irty projects of bu ildi ng codes undertaken by one hundred and fifty one co m pilation units ,sevenm ajor co m pili ng units and t h irty one leading participati ng co mpili ng unitswas listed .T he diachronic c o mparative anal ysi s of t he progress i n the codes classificat i on by choosing t he typical issues wasm ade ,the changes of the theori es and tec hniques of the c odes were specifically described .T he general understandi ng o f the code progress was discussed ,Chi nese desi gn c odes were e d ited i n the second half of the t wentiet h century ,when was the act i ve period f or deve l op i ng the desi gn c odes o f struct ures i n t he w orld .Starting fro m scratch and developing gradually ,the current codes for t he desi gn of buil d i ng structures have been edged i nto t he advanced ranked in the w orld .K ey wor ds :the code for structure desi gn ;c h i ef editorial units ;participat i ng ed itorial un its ;certainty factors ;uncertainty factors0 前言设计规范是以理论研究、实验测试及工程实践的综合为基础的具有法规性质的设计指导文件,包括设计可靠性标准、荷载代表值、荷载效应计算、抗力分析、各类构件设计表达式、结构方案及构造措施等系列内容。
可靠性文献综述
可靠性文献综述1 可靠性基本理论产品的质量指标有很多种。
例如，铁路车辆的指标就有构造速度、垂向和横向平稳性、脱轨系数和倾覆系数以及结构静、动强度等等。
这类质量指标通常称为性能指标，即产品完成规定功能所需要的指标。
除此之外，产品还有另一类指标，即可靠性指标，它反映产品试验符合标准，但运行几十万公里后是否仍能保持其出厂时各项性能指标的能力。
如车辆投入运营前的各项性能指标，这是运营部门十分关心的问题。
车辆制造厂为了说明自己产品保持其性能指标的能力，就要通过试验提出产品的可靠性指标，即可靠性特征量——平均寿命、可靠度、失效率等。
1．1可靠性的定义按国标GB3187-82《可靠性基本名词术语及定义》，可靠性定义为“产品在规定条件下和规定时间内完成功能的能力”，这种能力以概率(可能性)表示，故可靠性也称为可靠度。
定义中的“产品”是指任何元件、器件、设备和系统。
“规定时间”是指产品的工作期限；“规定条件”是指产品的使用条件、维护条件、环境条件和操作技术：“规定功能”通常用产品的各种性能来表示。
对以上四方面内容必须有明确的规定，研究产品的可靠性才有意义。
1．2可靠性特征量研究可靠性特征量，必须首先明确“寿命”的含义。
在日常生活中，产品的寿命往往是指产品总的可使用时间。
每一个产品都有自己固定的寿命，但只有在试验后(包括使用后)才能确定。
故产品的寿命是一个随机变量，一般用T表示。
在可靠性工程中，不可修复产品的寿命是指发生失效荫的实际工作时间；可修复产品的寿命是指相邻两次故障间的工作时间，此时也称为无故障工作时间。
从数学上讲，研究产品的可靠性主要是研究产品寿命的概率分布：而可靠性特征量则是随机变量寿命的一些描述量。
寿命的单位多数为时问，如小时、千小时、年等，也可以是动作次数、运动距离等。
1．2．1 可靠度R(t)1 可靠度定义可靠度是指产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率。
它是时间的函数，，记作R(t)。
混凝土的结构设计理论与方法综述
混凝土的结构设计理论与方法综述混凝土作为一种广泛应用于建筑工程中的材料，其结构设计是保证建筑物安全可靠的重要环节。
本文将对混凝土的结构设计理论与方法进行综述，并探讨其在实际工程中的应用。
一、混凝土结构设计理论1. 强度理论混凝土结构的设计首要考虑其强度，常用的强度理论有极限强度设计和工作状态设计。
极限强度设计是根据混凝土的抗压、抗拉强度等力学性能，计算出结构在极限状态下的承载能力。
工作状态设计则考虑混凝土结构在使用过程中的变形和应力，保证结构在可接受的范围内工作。
2. 破坏理论混凝土结构在受到承载时，可能发生破坏，破坏理论研究的是结构在破坏前的力学行为。
常用的破坏理论有弹性极限理论、塑性极限理论和破碎力学理论等。
这些理论可以帮助工程师预测结构在受力过程中的破坏形式，从而选择合适的结构设计方案。
3. 建筑结构理论混凝土结构的设计需要考虑建筑结构的整体性能。
建筑结构理论主要研究结构的稳定性、刚度和振动等性能。
在混凝土结构设计中，需要合理选择结构形式、尺寸和布置，以满足建筑物的使用要求。
二、混凝土结构设计方法1. 统计学方法统计学方法是根据混凝土材料的强度分布特性，通过统计学方法得到结构的安全系数。
这种方法适用于结构规模大、建设周期长的工程，在统计学方法中，常用的计算方法有可靠性设计和极限状态设计。
2. 实测数据方法混凝土结构设计时，可以利用实测数据进行分析和计算。
实测数据方法是通过对已建成的混凝土结构进行监测和测试，获得结构的应力、变形等参数，从而验证设计的合理性和可行性。
3. 数值模拟方法随着计算机技术的不断发展，数值模拟方法在混凝土结构设计中得到广泛应用。
通过建立数学模型和使用有限元等数值方法，可以模拟结构在受力过程中的变形和应力分布情况，从而指导结构设计的优化。
三、混凝土结构设计的应用1. 房屋建筑混凝土结构在房屋建筑中得到广泛应用，比如楼房、别墅等。
在房屋建筑中，混凝土可以灵活运用，既可以作为承重结构，也可以作为装饰材料，从而实现安全、美观和经济效益的结合。
结构可靠度分析方法综述
结构可靠度分析方法综述朱殿芳陈建康郭志学(四川大学水电学院成都市610065)摘要详细阐述了结构可靠度计算方法,对改进的一次二阶矩法、JC法、几何法、高次高阶矩法、响应面法、蒙特卡罗方法、随机有限元法等点可靠度计算方法进行了分析;同时介绍了体系可靠度与时变可靠度的有关内容。
关键词点可靠度一次二阶矩法响应面法蒙特卡罗方法随机有限元法体系可靠度时变可靠度1结构可靠度分析方法综述可靠度的计算方法从研究的对象来说可分为点可靠度计算方法和体系可靠度计算方法。
1.1结构点可靠度计算方法1.1.1一次二阶矩法在实际工程中,占主流的一次二阶矩法应用相当广泛,已成为国际上结构可靠度分析和计算的基本方法。
其要点是非正态随机变量的正态变换及非线性功能函数的线性化由于将非线性功能函数作了线性化处理,所以该类方法是一种近似的计算方法,但具有很强的适用性,计算精度能够满足工程需求。
均值一次二阶矩法、改进的一次二阶矩法、JC法、几何法都是以一次二阶矩法为基础的可靠度计算方法。
(1)均值一次二阶矩法。
早期结构可靠度分析中,假设线性化点x0i就是均值点m xi,而由此得线性化的极限状态方程,在随机变量X i(i=1,2,,,n)统计独立的条件下,直接获得功能函数z的均值m z及标准差R z,由此再由可靠指标B的定义求取B=m z/R z。
该方法对于非线性功能函数,因略去二阶及更高阶项,误差将随着线性化点到失效边界距离的增大而增大,而均值法中所选用的线性化点(均值点)一般在可靠区而不在失效边界上,结果往往带来相当大的误差,同时选用不同的极限状态方程不能得到相同的可靠指标,此为该方法的严重问题。
(2)改进一次二阶矩法。
针对均值一次二阶矩法的上述问题,人们把线性化点选在失效边界上,且选在与结构最大可能失效概率对应的设计验算点上,以克服均值一次二阶矩法存在的问题,提出了改进的一次二阶矩法。
该方法无疑优于均值一次二阶矩法,为工程实际可靠度计算中求解B的基础。
断裂力学综述
断裂力学概述关键词：断裂力学；现状；阶段性问题；发展趋势中文摘要：本文主要介绍了断裂力学的4个方面，包括对断裂力学的简单介绍，相关的理论和方法，现阶段存在的问题及技术关键，发展趋势。
英文摘要：Four aspects of fracture mechanics are referred in this paper, including brief introduction about fracture mechanics, related theories and methods, problems and key technologies existing at the present stage, and the development.1.引言断裂力学是近几十年才发展起来了的一门新兴学科，主要研究承载体由于含有一条主裂纹发生扩展（包括静载及疲劳载荷下的扩展）而产生失效的条件。
断裂力学应用于各种复杂结构的分析，并从裂纹起裂、扩展到失稳过程都在其分析范围内。
由于它与材料或结构的安全问题直接相关，因此它虽然起步晚，但实验与理论均发展迅速，并在工程上得到了广泛应用。
断裂力学研究的方法是：从弹性力学方程或弹塑性力学方程出发，把裂纹作为一种边界条件，考察裂纹顶端的应力场、应变场和位移场，设法建立这些场与控制断裂的物理参量的关系和裂纹尖端附近的局部断裂条件。
2.国内外相关研究现状目前，断裂力学总的研究趋势是：从线弹性到弹塑性；从静态断裂到动态断裂；从宏观微观分离到宏观与微观结合；从确定性方法到概率统计性方法。
所以就断裂力学本身而言，根据研究的具体内容和范围，它又被分为宏观断裂力学（工程断裂力学）和微观断裂力学（属金属物理范畴）。
宏观断裂力学又可分为弹性断裂力学（它包括线性弹性断裂力学和非线性弹性断裂力学）和弹塑性断裂力学（包括小范围屈服断裂力学和大范围屈服断裂力学及全面屈服断裂力学）。
工程断裂力学还包括疲劳断裂、蠕变断裂、腐蚀断裂、腐蚀疲劳断裂及蠕变疲劳断裂等工程中重要方面。
建筑结构设计文献综述范文3000字
建筑结构设计文献综述范文3000字引言建筑结构设计是建筑工程中的重要环节，对于保证建筑安全、提高建筑使用性能至关重要。
在过去的几十年里，建筑结构设计领域取得了显著的进展，涌现出了许多新的理论和技术。
本文将对建筑结构设计领域的相关文献进行综述，总结和分析不同研究方法和技术的应用和发展。
一、常见的建筑结构设计方法1. 极限状态设计方法极限状态设计方法是一种常见的建筑结构设计方法，它主要通过分析结构在极限工况下的承载能力来确定结构尺寸和材料的选择。
在极限状态设计方法中，通常采用可靠度理论来评估结构的可靠性，以确保结构在极限状态下的安全性。
2. 等效静力法等效静力法是一种常见的建筑结构设计方法，它将动力荷载转化为等效静力荷载，然后通过静力分析来确定结构的稳定性和承载能力。
等效静力法在结构设计中应用广泛，特别适用于简单和规则的结构。
3. 非线性分析方法非线性分析方法是一种较新的建筑结构设计方法，它考虑了结构在荷载作用下的非线性变形和破坏行为。
非线性分析方法通常采用有限元法或其他数值方法来模拟结构的力学行为，可以更准确地评估结构的承载能力和安全性。
二、建筑结构设计的优化方法1. 多目标优化方法多目标优化方法是一种常见的建筑结构设计优化方法，它将多个设计目标统一考虑，通过调整结构的参数来找到最优解。
多目标优化方法可以有效地平衡不同目标之间的矛盾，提高结构的性能和经济性。
2. 遗传算法遗传算法是一种常用的建筑结构设计优化方法，它通过模拟生物进化过程来搜索最优解。
遗传算法通过定义适应度函数和遗传操作，通过不断迭代来寻找最优解。
遗传算法具有较强的全局搜索能力，能够找到较优解。
3. 模拟退火算法模拟退火算法是一种常用的建筑结构设计优化方法，它通过模拟金属退火过程来搜索最优解。
模拟退火算法通过定义能量函数和随机搜索策略，通过不断迭代来寻找最优解。
模拟退火算法具有较强的局部搜索能力，能够找到局部最优解。
三、建筑结构设计的新技术和新方法1. 智能优化算法智能优化算法是一种新兴的建筑结构设计方法，它将人工智能技术应用于结构设计中。
随机振动理论综述
随机振动理论综述摘要：本文对随机振动理论在现代工程中的应用以及该理论在现阶段的发展做了简要的论述，还简单的说明了随机振动在抗震方面的应用。
此外，还介绍了对随机振动理论的分析和计算的方法。
最后具体的阐述了随机振动试验的类型和方法。
关键词：随机振动、抗震分析、试验1、引言随机振动是一门用概率与统计方法研究受随机载荷的机械与结构系统的稳定性、响应、识别及可靠性的技术学科。
[1]20世纪50年代的中期,为解决航空与宇航工程中所面临的激励的随机性,将统计力学、通讯噪声及湍流理论中已有的方法移植到机械振动中来,初步形成了随机振动这门学科。
[2] 1958年在美国麻省理工学院举办的随机振动暑期讨论班以及该讨论班文集的出版可认为是随机振动作为一门学科诞生的标准，此后,随机振动在环境测量、数学理论、振动引起的损伤、系统的识别与诊断、试验技术以及结构在随机荷载下的响应分析与可靠性研究等方面都有了很大的发展。
随机振动理论是机械振动或结构动力学与概率论相结合的产物,而作为一种技术学科乃是由工程实践需要而产生并为工程实践服务的。
近10年来,在理论基础、分析方法、数值计算、信号分析测试技术和实验研究、载荷分析、环境减振降噪、设计优化、故障诊断、工程可靠性分析等诸多方面，得到了全方位的发展,结构工程、地震工程、海洋工程、车辆工程、包装工程、机械工程、飞行器、土木工程等方面有了广泛的应用，并与其它相关学科如非线性振动、有限元方法等相结构交叉而产生新的生长点，如非线性随机振动，随机分叉与随机浑沌，随机有限元等方面并取得长足进展，跟上了国际的发展潮流，有些研究达到了国际先进水平，在国际学术交流中发挥了影响。
[3]近20年来，我国在随机振动领域做出了多项具有国际影响的突破性成果，包括虚拟激励法、复模态理论、FPK方程的哈密顿理论体系和非线性随机系统的密度演化理论等方面的贡献。
作为机械振动或结构动力学与概率论及其分支相结合的产物，随机振动是关于机械或结构系统对随机激励的稳定性、响应及可靠性的一整套理论的总称，是现代应用力学的一个分支。
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工程结构可靠性理论发展综述摘要：自20世纪20年代以来，工程结构可靠性理论和应用的研究已取得了重大进展。
许多国家开始研究在结构设计规范中的应用。
本文从结构可靠性基本理论和方法、结构体系可靠度、结构可靠度的Monte-Carlo模拟方法、结构承载能力与正常使用极限状态可靠度、结构疲劳和抗震可靠度、钢筋混凝土结构施工期和老化期可靠度等六个方面，分三部分对结构可靠性理论和应用国内外研究的现状进行了概括性总结。
分析了工程结构可靠性理论的发展现状，并对其规范使用提出了建议。
关键词：工程结构可靠性理论发展Abstract：Great progress has been achieved in the research of structural reliability theories and its applications since 1920s. Many countries in the world have started trying to revise structural design codes or specification based on reliability theory. In this article we can divide the six aspects that the fundamental theories and approaches of structural reliability, structural system reliability, Monte-Carlo modeling in structural reliability analysis, a ultimate and serviceability limit state reliability, fatigue and a seismic reliability as well as construction and wear-out period reliability of reinforced concrete structures into three parts. The paper analysis project structure reliability theory development present situation, and put forward some advice about the standard.工程结构的安全性历来是设计中的重大问题，这是因为结构工程的建造耗资巨大，一旦失效不仅会造成结构本身和人民生命财产的巨大损失，还往往产生难以估量的次生灾害和附加损失。
因此保证结构在规定的使用期内能够承受设计的各种作用，满足设计要求的各项使用功能及具有不需过多维护而能保持其自身工作性能的能力是至关重要的。
结构安全性的设定是一个涉及国家政策、经济发展水平、社会文化背景、历史传统等多方面的问题，在相当程度上反映在一个国家的设计规范中。
结构设计规范是众多科技工作者智慧的结晶，代表着一个国家结构设计理论发展的水平。
作为标准它不是一成不变的而是随着科学技术的不断发展和对客观世界的新认识，在继承旧规范合理部分的同时不断吸收新的研究成果逐步修订和完善。
结构安全性控制方法的发展也是如此，先是由定值设计法发展为半概率法，目前正由半概率法逐步向概率极限状态设计法（可靠度设计方法）过渡。
同结构设计规范的发展过程一样，概率极限状态设计方法本身也是由简单到复杂，需要不断完善的过程。
结构可靠性理论的发展历史。
结构可靠性理论的产生，是以20世纪初期把概率论及数理统计学应用于结构安全度分析为标志，在结构可靠度理论发展初期，只有少数学者从事这方面的研究工作，如1911年匈牙利布达佩斯的卡钦奇就是提出用统计数学的方法研究荷载及材料强度问题。
1926年德国的迈耶提出了基于随机变量均值和方差的设计方法，这是最早提出应用概率理论进行结构安全度分析的学者之一。
1926~1929年，前苏联的哈奇诺夫和马耶罗夫制定了概率设计的方法，但当时方法不够严格，因此并未付诸实施。
1935年斯特列律斯基，1947年尔然尼钦和苏拉等人相继发表了这方面的文章，结构安全度的研究逐渐开始进入了应用概率论和数理统计学的阶段。
值得提出的是弗罗伊登彻尔差不多和尔然尼钦等人同时展开了结构可靠性的研究工作。
他提出的在随机荷载作用下结构安全度的基本问题首次得到工程界的赞同和接受。
1947他发表了“结构安全度”一文奠定了结构可靠的理论基础。
从20世纪40年代初期到60年代末期，是结构可靠性理论发展的主要时期。
现在所说的经典结构可靠性理论概念大致就是这一时期出现的。
随着结构可靠性理论研究工作的深入，经典的结构可靠性理论得到了全面的发展，概率论的结构设计方法也逐渐被工程界所接受。
到了20世纪80年代后期，结构系统的可靠性理论研究工作已经成为结构工程中的研究热点，并已出版许多专著，对于复杂的结构系统可靠度分析和先进的计算方法蓬勃发展。
主要有以下几方面热点：(1)结构系统的可靠性分析。
(2)对结构极限状态分析的改进，除考虑强度极限状态外，还应考虑结构的正常使用极限状态、破坏安全极限状态，以及地震和其他特殊情况下考虑能量损耗极限状态。
(3)目标可靠度的量化问题。
(4)人为差错的分析。
(5)在役结构的可靠性评估与维修决策问题。
(6)模糊随即可靠度的研究。
结构可靠性基本理论与方法：一次二阶矩法：按照现行结构可靠度设计统一标准的定义结构可靠度为结构在规定的时间内和规定的条件下完成预定功能的概率。
结构可靠性理论的研究,起源于对结构设计、施工和使用过程中存在的不确定性的认识，以及结构设计风险决策理论中计算结构失效概率的需要。
早期的可靠度计算方法是只考虑随机变量平均值和标准差的所谓“二阶矩模式”。
可靠度用可靠指标表示。
对于结果功能函数随机变量服从正态分布的情形，在概率密度曲线坐标中，功能函数的平均值为曲线的峰值点到结构功能函数等于0(极限状态方程)点的距离，可用标准差的倍数表示，这个倍数就是二阶矩模式中的可靠指标。
而如果将结构功能函数随机变量线性变换为一个标准正态随机变量，则在新的概率密度曲线坐标中，可靠指标为坐标原点到极限状态面的距离。
将这一几何概念进行推广，提出了结构可靠指标的新定义，将可靠指标定义为标准正态空间内(随机变量的平均值为0，标准差为1)坐标原点到极限状态曲面的最短距离。
原点向曲线垂线的垂足为验算点。
可以很容易的证明如此定义的可靠指标，也是将非线性功能函数在其验算点处线性化后的线性函数所对应的二阶矩模式的可靠指标。
国际上常用的变换方法称为JC法，国内提出了简便实用、精度与JC法相差不多的实用分析法。
在上面的可靠度分析方法中，无论随机变量服从正态分布还是不服从正态分布，无论随机变量是相关的还是不相关的，都只使用了结构功能函数的一次项(或泰勒展开级数的线性项)和随机变量(或当量正态化随机变量)的前二阶矩，因此统称为一次二阶矩方法。
为与中心点法相区别，一般将同时求验算点的可靠度分析方法称为验算点法，有时也称为改进的一次二阶矩方法。
二次二阶矩法：如前所述，以标准正态空间内坐标原点到极限状态曲面的最短距离定义的结构可靠指标所对应的是在验算点处线性化的极限状态方程(或超切平面)的可靠指标，它没有反映极限状态曲面的凹凸性，在极限状态方程的非线性程度较高时误差较大。
Breitung在1984年给出一个考虑了极限状态曲面在验算点处主曲率的失效概率渐近计算公式，具体分析时首先根据计算可靠指标时得到的灵敏系数(或方向余弦)向量应用Gram-Schmidt标准正交化方法产生正交矩阵，然后对随机变量进行正交变换(即转轴)，整个计算过程要涉及复杂的矩阵分析和行列式运算。
由于计算时考虑了结构极限状态方程的二次非线性，故称为二次二阶矩方法。
其他方法：上面介绍的可靠度分析方法无论是一次方法还是二次方法都是在标准正态空间建立的，当随机变量不服从正态分布时要按照前面的方法映射或正态化为正态随机变量。
除此之外，还有一种不需要变换而直接进行分析的方法，称为原始空间内的可靠度分析方法，同样也包括一次方法和二次方法。
在结构可靠度理论的研究中，还提出了同时考虑其他不确定性的可靠度分析方法。
如将随机性与模糊性相结合而形成的模糊可靠度分析方法，考虑随机变量概率分布参数(如平均值标准差)统计不确定性的可靠度分析方法。
将传统的有限元方法与可靠度方法相结合而形成的随机有限元方法是分析大体积结构可靠度的有效方法等等。
工程结构可靠性理论及其应用。
结构体系可靠度：(1)结构主要失效模式的搜寻。
分析结构体系的可靠度，首先要寻找结构可能会出现的各种失效模式。
在各种失效模式中只有失效概率值较大的一部分对结构体系的失效概率有明显的贡献，称为主要失效模式。
其他的则可以忽略掉，所以分析中只考虑这些主要的失效模式即可。
在这种情况下，寻找结构失效模式的过程也就变为搜寻主要失效模式的过程。
在找到结构主要的失效模式后，再应用多个失效模式的可靠度计算方法分析结构体系的可靠度。
因此一般而言，结构体系可靠度的分析包括寻找主要失效模式和概率计算两部分，而在寻找主要失效模式的过程中也要伴随着大量的概率计算。
目前已提出多种寻找结构主要失效模式的方法如网络搜索法、荷载增量法、分支约界法、约界法、截止枚举法、线性规划法及许多其它改进的方法，其中应用较多的是分支约界法。
当前寻找结构主要失效模式方法的研究目前仍在进行之中。
(2)结构体系失效概率的计算：计算结构体系失效概率无论是并联体系还是串联体系都可归结为计算多维正态概率分布函数值的问题。
多维正态概率分布函数是根据由一次二阶矩方法确定的每一个失效模式的可靠指标，及全部失效模式间的线性相关系数建立的。
此外有的文献通过在线性化的多维极限状态方程中引入一个新的正态随机变量，将并联体系可靠度问题转化为一个极限状态方程的构件可靠度问题，这时的极限状态方程一般呈高度非线性要用二次二阶矩方法进行求解。
也有其他的求解方法及考虑多个功能函数非线性的二次算法。
结构可靠度的Monte-Carlo模拟方法：Monte-Carlo方法是通过随机模拟来对自然界的客观现象进行研究的一种方法。
Monte-Carlo方法可以用来分析确定性问题，也可以用来分析不确定性问题。
由于结构可靠度所研究的是不确定性事件的度量问题，因此用Monte-Carlo方法分析结构的可靠度是很自然的。
除用于一些复杂情况的可靠度分析外，也常用于各种可靠度近似分析方法计算结果的校核。
用Monte-Carlo方法分析问题首先要产生随机数，然后再根据随机变量的概率分布进行随机抽样。
以往产生随机数常用的方法有随机数表法、物理方法。