李佳鸿博士在结构工程领域权威期刊《Engineering Structures》发表最新研究成果

近日，我院李佳鸿博士在结构工程领域权威期刊《Engineering Structures》上发表题为“VIV fatigue reliability assessment framework for elastic cylinders with semi-rigid connection joints”的研究论文，孙毅教授为共同通讯作者。研究针对弹性圆柱结构在涡激振动作用下的疲劳可靠性问题，提出了一套统一概率评估框架，首次系统性地考虑了半刚性连接节点及多源随机性的影响，为海洋立管、输电塔钢管等圆柱结构的涡激振动疲劳设计提供了理论依据与高效分析工具。

涡激振动广泛存在于海洋立管、海底电缆、输电塔钢管等工程结构中，易导致疲劳损伤累积，从而引发灾难性事故。传统研究多聚焦于圆柱结构本身的涡振行为，对连接节点的疲劳失效风险关注不足。实际工程中，连接节点常呈现半刚性约束特性，局部应力集中显著，涡振疲劳失效更易在此处萌生。此外，现有研究多采用确定性分析，忽略了材料参数、流体力及疲劳抗力等随机因素对疲劳性能的影响。因此，发展能考虑实际半刚性节点影响并合理量化多源随机性的涡振疲劳可靠性评估方法，具有重要理论意义与工程应用价值。

鉴于此，该研究提出了一套适用于半刚性约束结构的涡振疲劳可靠性评估框架。首先，基于多尺度有限元模型模拟节点的半刚性约束，以其自振频率标定尾流振子模型中的等效旋转刚度，量化半刚性约束对涡激振动响应的影响。其次，利用尾流振子模型预测的涡振位移对单位热点应力进行动态缩放，结合风速风向联合概率密度分布模型及Miner线性累积损伤准则，计算实际风场下的涡激振动疲劳损伤。进一步，将结构属性、流体力与疲劳抗力等关键参数视为随机变量，引入等价极值原理，构建同时涵盖结构与连接节点两类失效模式的全局性能函数。最后，采用稀疏网格数值积分方法计算全局性能函数的统计矩，并结合改进最大熵方法求解结构失效概率。

本研究的开展得到了“输变电工程防灾减灾重庆市重点实验室”的大力支持。实验室研究团队长期深耕于输电塔-线体系抗风减灾、结构健康监测及可靠性评估等领域，在输电塔结构动力响应分析、复杂风场环境模拟、结构可靠性量化等方面积累了丰富的理论成果与工程经验。此次研究成果的取得，进一步彰显了研究团队在输变电工程防灾减灾领域的特色优势和持续创新能力。