《基於多尺度隨機有限元法的鑄鋼構件和結構可靠性分析》是依託東南大學，由靳慧擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於多尺度隨機有限元法的鑄鋼構件和結構可靠性分析
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：靳慧
- 依託單位：東南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
鑄鋼節點等鑄鋼構件在工程中的套用呈流行趨勢，但相應研究還處於個例分析階段,沒有從可靠性的角度把握鑄件質量和安全性水平。本項目針對工程鑄造工藝特點和典型鑄鋼構件的共性特徵，揭示鑄造缺陷隨機性規律，創造性地將結構多尺度分析理論與隨機有限元方法相結合，構建多尺度隨機有限元方法，套用於帶缺陷工作的鑄鋼構件和結構的可靠性分析。首先通過鑄鋼構件探傷統計試驗，建立描述鑄造缺陷隨機產生和分布的隨機場模型。其次建立有限元節點坐標的多重機率模型描述缺陷隨機性，實現在有限元中模擬隨機缺陷。然後通過建立和求解多尺度隨機有限元方程、解決多尺度模型間的隨機信息傳遞問題，實現隨機多尺度結構的有限元計算，解決帶缺陷複雜結構的隨機損傷計算和性能評估問題。本項目的研究，將為更精確的把握鑄鋼構件這一新型材料和結構形式的性能提供有效的計算手段，為更加充分地發揮和最佳化其力學性能提供研究基礎。
結題摘要
針對鑄造工藝特點和各種典型工程鑄鋼構件的共性特徵，本項目的研究目標為揭示鑄造缺陷特徵、隨機性及其演化規律，構建含缺陷的鑄鋼材料、構件和結構的數值模擬方法、力學性能分析和可靠性分析方法。項目通過無損探傷、射線掃描和有損切片等試驗手段研究了鑄鋼中的微細觀鑄造缺陷和巨觀鑄造缺陷；運用疲勞斷裂、損傷力學、可靠性等理論知識和方法對鑄鋼節點進行分析和評價。 項目的主要研究內容有： (1)對鑄鋼材料的化學成分、微觀結構以及巨觀力學性能進行分析研究，從本質上認識該材料；觀測、統計鑄鋼材料中微細觀缺陷的形態、尺寸、分布及其在載荷作用下的演化規律，以研究微細觀鑄造缺陷與鑄鋼材料及鑄鋼件力學性能之間的聯繫。 (2)以土木工程結構用鑄鋼件為研究對象，通過對較大樣本量的鑄鋼件進行無損檢測（目視檢測、磁粉檢測、超音波檢測）及切片試驗來研究鑄鋼件中巨觀鑄造缺陷的產生和分布規律，統計鑄鋼件中巨觀鑄造缺陷的類型、大小、分布等特徵信息，以研究巨觀鑄造缺陷對鑄鋼件力學性能的影響。為鑄鋼件最佳化設計和可靠性分析，提供重要依據。 (3)鑄鋼件中存在著從微觀尺度到巨觀尺度的鑄造缺陷，缺陷的存在會在一定程度上對鑄鋼材料、鑄鋼節點乃至整體結構的力學性能造成影響。本項目從微細觀缺陷、巨觀缺陷兩個方面分別研究了鑄造缺陷對鑄鋼材料和構件力學性能的影響。 (4)基於隨機場局部平均理論，利用隨機場格線描述鑄鋼節點缺陷機率分布隨空間位置變化的特點，分析了結構回響對隨機場離散後各隨機變數的敏感度。 (5)推導了泰勒展開子結構隨機有限元方法（TSSFEM），為鑄鋼節點可靠性分析奠定基礎。 (6)除了以上項目計畫書中的五個主要研究內容，項目組還研究了鑄造過程的數值模擬，分析了鑄件形狀、澆鑄系統、澆注速度等鑄造隨機參數對鑄造過程和鑄造缺陷形成的影響；和鑄鋼節點焊縫的力學性能。
