生存分析理论与水泥混凝土路面服务寿命分析

第1章 绪论

1.1 研究意义

1.2 国内外研究综述

1.3 本章小结

第2章 路况数据的分类和质量评估

2.1 引言

2.2 佐治亚州路面养护管理实践和大修标准

2.3 水泥混凝土路面的分类

2.4 路面管理数据质量评估

2.5 水泥混凝土路面短期大修效益评估

2.6 本章小结

第3章 路况采集频率对服务寿命计算的影响

3.1 引言

3.2 分析前的准备

3.3 不同路况监测频率下评估指标的计算结果

3.4 计算结果的分析

3.5 路况监测频率的优化

3.6 本章小结

第4章 路面服务寿命的计算和总体分析

4.1 基础数据和目标数据质量统计概况

4.2 路面服务寿命的总体生存分析

4.3 本章小结

第5章 路面服务寿命设计特征因素影响分析

5.1 引言

5.2 错台及相关影响因素研究综述

5.3 服务寿命相关影响因素比较分析

5.4 本章小结

第6章 路面服务寿命的Cox比例风险模型

6.1 引言

6.2 Cox比例风险模型方法简介

6.3 D0阶段路面实际服务寿命(AL)Cox比例风险模型

6.4 D0阶段达到大修标准服务寿命(TL)Cox比例风险模型

6.5 D1-D4阶段实际服务寿命(AL)Cox比例风险模型

6.6 D1-D4阶段达到大修标准服务寿命(TL)Cox比例风险模型

6.7 本章小结

第7章 基于生存分析模型的最佳路面大修时机研究

7.1 引言

7.2 大修时机确定方法研究综述

7.3 最佳大修时机分析方法的确定

7.4 最佳大修时机的计算与结果分析

7.5 本章小结

附录A 各质量等级的基础数据分布详表

附录B 各质量等级目标数据分布详表

附录C 5条州际公路1990-2009年平均AADT平均ESAL和货车百分率

附录D Fisher最优分割法Matlab程序文件

附录E 最佳大修时机算例

附录F 佐治亚州错台指数定义

参考文献2100433B

本书将生存分析理论引入水泥混凝土路面服务寿命的分析，系统阐述了路面服务寿命的生存分析模型的建立方法，分析了路况监测频率对路面服务寿命的影响，将经济学中成本效益的概念引入大修时机的效益分析，提出了基于路面服务寿命生存分析模型的大修时机分析方法。

本书的主要读者对象为道路工程行业的从业人员，包括道路工程的建设者、管理者、科研人员、学者。

第1章 绪论 1

1.1 疲劳 1

1.1.1 疲劳定义 1

1.1.2 疲劳的分类 1

1.2 疲劳寿命 2

1.2.1 按损伤发展定义的疲劳寿命 2

1.2.2 由设计准则定义的疲劳寿命 4

1.2.3 从使用角度定义的疲劳寿命 4

1.3 疲劳寿命分析发展简史 4

1.4 疲劳研究方法 7

1.4.1 疲劳研究的三个尺度 7

1.4.2 疲劳机制 7

1.4.3 经验方法 12

1.4.4 断裂力学方法 13

1.4.5 讨论 14

1.5 确定疲劳寿命的方法 15

第2章 金属材料的疲劳性能 18

2.1 金属材料的拉伸特性 18

2.2 金属材料的循环应力-应变特性 20

2.2.1 循环硬化和循环软化 21

2.2.2 循环蠕变和循环松弛 23

2.2.3 Bauschinger效应 23

2.2.4 Masing特性 24

2.2.5 稳态循环应力-应变曲线 25

2.2.6 记忆特性与可用性系数 27

2.2.7 瞬态循环应力-应变曲线 29

2.3 金属材料的S-N曲线 32

2.3.1 S-N曲线 32

2.3.2 S-N曲线的拟合 35

2.3.3 等寿命曲线 42

2.3.4 疲劳极限 44

2.3.5 获得疲劳极限的试验方法 52

2.3.6 疲劳极限图 53

2.3.7 p-S-N曲线 54

2.4 应变-寿命曲线 57

2.4.1 Δε-N曲线 58

2.4.2 εeq-N曲线 62

第3章 疲劳载荷谱 65

3.1 疲劳载荷谱的种类 66

3.1.1 常幅谱 66

3.1.2 块谱 66

3.1.3 随机谱 67

3.2 雨流法 69

3.3 机动类飞机的载荷谱 72

3.3.1 任务剖面 72

3.3.2 载荷谱组成 73

3.4 运输类飞机载荷谱 80

3.4.1 突风载荷 80

3.4.2 机动载荷 80

3.4.3 地面载荷 82

3.4.4 地-空-地循环 86

3.5 试验谱编制 86

3.5.1 高载截除 87

3.5.2 低载删除 87

3.5.3 载荷谱的等效 98

3.5.4 飞-续-飞试验谱的编制 99

3.5.5 严重谱 101

第4章 影响结构疲劳性能的主要因素 107

4.1 应力集中的影响 108

4.1.1 平均应力模型 109

4.1.2 场强法模型 113

4.1.3 断裂力学模型 115

4.1.4 小结 117

4.1.5 算例 120

4.1.6 实例 123

4.2 尺寸的影响 128

4.2.1 均匀应力场的尺寸系数 128

4.2.2 非均匀应力场的尺寸系数 131

4.3 表面状态的影响 134

4.3.1 表面加工粗糙度 134

4.3.2 表层组织结构 137

4.3.3 表层应力状态 138

4.4 载荷的影响 142

4.4.1 载荷类型的影响 142

4.4.2 加载频率的影响 142

4.4.3 平均应力的影响 145

4.4.4 载荷波形的影响 145

4.4.5 载荷停歇和持续的影响 146

第5章 疲劳累积损伤理论 148

5.1 损伤的定义 148

5.2 疲劳累积损伤理论及其分类 148

5.2.1 三要素 148

5.2.2 分类 149

5.2.3 剩余寿命模型 150

5.2.4 剩余强度模型 151

5.2.5 剩余刚度模型 152

5.2.6 小结 153

5.3 线性疲劳累积损伤理论 154

5.3.1 等损伤线性疲劳累积损伤理论 154

5.3.2 等损伤分阶段线性疲劳累积损伤理论 159

5.3.3 变损伤线性累积损伤理论 161

5.4 非线性疲劳累积损伤理论 163

5.4.1 Carten-Dolan理论 163

5.4.2 Chaboche理论 164

5.5 关于疲劳累积损伤理论的讨论 165

5.5.1 模型的评估 165

5.5.2 模型的试验数据评估 165

5.5.3 结论 170

第6章 名义应力法 174

6.1 名义应力法基本原理 174

6.1.1 名义应力法估算结构疲劳寿命的步骤 174

6.1.2 材料性能数据 175

6.1.3 名义应力法的种类 177

6.2 传统的名义应力法 177

6.2.1 名义应力法 177

6.2.2 算例 177

6.2.3 实例 187

6.3 SSF法 197

6.3.1 SSF法 197

6.3.2 等效SSF法 201

6.3.3 实例 204

6.4 小结与讨论 215

第7章 局部应力应变法 217

7.1 局部应力应变法的基本假设 217

7.1.1 局部应力应变法估算结构疲劳寿命的步骤 218

7.1.2 局部应力应变法的种类 218

7.1.3 关于局部应力应变法原理的讨论 219

7.2 结构局部应力应变的计算 220

7.2.1 Neuber近似解法 221

7.2.2 弹塑性有限元解法 223

7.2.3 缺口弹塑性应力应变的Neuber解与有限元解的比较 224

7.3 局部应力应变法的稳态法 226

7.3.1 算例 227

7.3.2 实例 237

7.4 局部应力应变法的瞬态法 245

7.5 小结 254

第8章 应力应变场强法 255

8.1 应力场强法基本原理 255

8.1.1 基本原理 255

8.1.2 应力场强法基本假设的试验验证 258

8.1.3 缺口件疲劳寿命估算方法的讨论 264

8.2 应力场强法对有关疲劳现象的解释 267

8.2.1 疲劳缺口减缩系数 267

8.2.2 不同加载方式下疲劳极限 270

8.2.3 多轴比例复合载荷作用下的疲劳极限 273

8.2.4 疲劳尺寸系数 275

8.3 应力场强法的应用 278

8.3.1 算例 279

8.3.2 实例 281

8.4 小结 284

第9章 多轴疲劳 287

9.1 多轴疲劳载荷谱的处理 287

9.1.1 常用的多轴疲劳试验件 288

9.1.2 应力不变量和应变不变量 289

9.1.3 等效应力和等效应变 290

9.1.4 试验常用的载荷路径 291

9.1.5 多轴疲劳载荷谱的处理 293

9.2 多轴循环应力 应变关系 294

9.3 多轴疲劳破坏准则 295

9.3.1 多轴疲劳破坏准则分类 295

9.3.2 等效损伤量 297

9.3.3 直接损伤量 302

9.3.4 多轴疲劳破坏准则评估 305

9.3.5 讨论 306

9.4 多轴疲劳累积损伤理论 307

9.4.1 疲劳累积损伤理论分类 307

9.4.2 多轴线性累积损伤模型 308

9.4.3 多轴非线性累积损伤模型 309

9.4.4 多轴疲劳累积损伤新模型 310

9.4.5 方法评估 311

9.4.6 阶梯谱下的多轴疲劳损伤累积研究 314

9.4.7 块谱和随机谱下的累积损伤理论研究 322

9.4.8 小结 327

9.5 缺口件的多轴疲劳寿命分析 328

9.5.1 名义应力法 328

9.5.2 局部应力应变法 329

9.5.3 临界距离法 331

9.5.4 应力应变场强法 333

9.5.5 小结 333

附录 疲劳寿命数据 334

第10章 振动疲劳 348

10.1 振动疲劳的定义 348

10.2 振动疲劳寿命分析 348

10.2.1 结构振动 348

10.2.2 振动疲劳寿命分析方法分类 349

10.3 结构振动疲劳试验 350

10.3.1 椭圆孔板 350

10.3.2 半圆形槽缺口试验件 350

10.3.3 U形槽缺口试验件 353

10.3.4 连接件 356

10.4 结构振动疲劳寿命估算的时域法 357

10.4.1 时域法 357

10.4.2 随机过程时域模拟方法 358

10.4.3 算例 359

10.5 结构振动疲劳寿命分析的频域法 360

10.5.1 功率谱密度 360

10.5.2 寿命分析基本理论 363

10.5.3 频域法疲劳寿命分析流程 364

10.5.4 应力幅值的概率密度函数p(S) 364

10.5.5 算例分析 366

10.6 缺口件的振动疲劳寿命分析 367

10.6.1 动力学下的应力集中系数 367

10.6.2 局部应力分析法 368

10.6.3 名义应力分析法 369

10.7 连接件的振动疲劳寿命分析 370

10.7.1 动力学下的应力严重系数SSF 370

10.7.2 连接件的振动疲劳寿命分析步骤 372

10.7.3 算例 3722100433B

疲劳破坏是结构的主要失效形式，因此结构的疲劳强度和疲劳寿命是结构性能研究的主要内容之一。《结构疲劳寿命分析》系统阐述了结构疲劳寿命分析的基本原理、方法和过程。主要包括金属材料的疲劳性能、疲劳载荷谱、影响结构疲劳性能的主要因素、疲劳累积损伤理论、估算结构疲劳寿命的名义应力法、局部应力应变法和应力应变场强法、多轴疲劳、振动疲劳等内容。《结构疲劳寿命分析》的特点是围绕结构疲劳寿命估算，系统地介绍了所需的材料性能、估算原理、估算方法和估算步骤，并给出了丰富的算例和工程实例。

现在广泛使用的疲劳寿命设计方法主要有以下几种：无限寿命设计，安全寿命设计，损伤容限设计，概率疲劳设计。2100433B