基于响应面法的隐式极限状态函数可靠性灵敏度分析方法

针对工程中广泛存在的隐式极限状态函数可靠性灵敏度分析问题,提出用含有交叉项的二次多项式响应面函数代替结构的真实响应,从而得到极限状态函数的显式表达式,再用一次二阶矩法对结构进行可靠性灵敏度分析的方法,得到了基本随机变量分布参数的变化引起的可靠性的变化率信息。因为用响应面方法获取的极限状态函数的显式表达式具有统一的形式,故所推导的可靠性灵敏度计算公式具有通用性。

基于OELM重构极限状态函数的可靠度计算方法

针对工程可靠度计算中极限状态函数不解析、非线性、计算量大这一问题,提出基于优化极限学习机高效重构极限状态函数的可靠度计算方法.该方法确定可靠度重要影响区域,在该区域内利用优化极限学习机泛化性能好的优点,按照一定的策略高效循环重构极限状态函数,最大限度地减少极限状态函数的计算次数.基于该重构极限状态函数进行重要抽样可靠性计算.通过实例分析证明,该方法的效率极高,既减少了极限状态函数的计算次数,又能够保证可靠度的计算精度.

刚架结构变更定理与极限状态函数的连续生成

本文基于计算结构力学概念提出了刚架结构连续变更定理,用数值分析与递推公式相结合的方法连续生成结构极限状态函数,给出了结构退化为机构的新判据。由于引用了计算结构力学方法,重分析不必重新形成结构刚度阵,不必反复求逆矩阵,大大提高了计算效率。

位移连续变更与极限状态函数的连续生成

基于我国《建筑结构设计统一标准》的极限状态设计原则 ,结构物不允许出现影响正常使用的外观变形 ,提出了刚架结构位移连续变更方法·用数值分析与递推公式相结合的方法 ,实现连续变更结构的变形极限状态函数的连续生成·重分析不必重新形成结构刚度矩阵 ,不必反复求逆矩阵 ,使得识别系统主要失效模式的方法得以简化 ,有效地提高了计算时效 ,并为刚度可靠性分析提供了新方法·算例验证了方法的正确性及实用性·

基于极限状态函数响应面的可靠度置信限计算方法

针对武器装备可靠性计算中概率分布参数的不确定性评估问题,通过抽样方法构造极限状态函数的响应面,在标准正态空间中计算可靠性指标的置信限,再将其转化为可靠度置信限。导弹隔框蒙皮的可靠度置信限计算问题验证了这种方法的有效性、准确性,该方法可以应用于试验样本较少的复杂大系统。

基于多维极限状态函数的桥梁地震易损性分析

为了精准评估桥梁地震易损性,以某一连续刚构桥为例,首先采用传统方法进行地震易损性分析,其次考虑到桥梁易损构件支座和桥墩之间可能存在线性相关、非线性相关、完全相关和完全不相关等四种相关性,利用四种多维极限状态函数对桥梁系统的地震易损性进行评估。结果表明:传统方法中桥梁系统地震易损性曲线源于构件的易损性曲线,并且表达为区间的形式,无法准确地描述桥梁系统的破坏情况;基于多维极限状态函数的易损性分析方法可直接利用构件的响应获得桥梁系统的地震易损性曲线;考虑了桥梁关键构件之间存在不同的相关性后得到的桥梁系统地震易损性差异较大,故在后续的地震易损性分析中应充分考虑构件之间的相关性对系统地震易损性的影响。

重力坝深层抗滑稳定极限状态函数的适用性

建立重力坝坝基深层抗滑稳定极限状态函数是进行可靠度研究的第一步,对已有4种极限状态函数进行比较研究,探讨其合理性.研究结果表明:根据剩余推力法、被动抗力法及等K法表达式建立的极限状态函数计算得到的可靠指标是一致的,3种极限状态函数可统一表达为安全系数极限状态函数,而以上、下游块等可靠指标为约束条件的等β法高估了双滑块模型的失效概率,以此来评价坝基深层抗滑稳定的安全度并不合理.

正常使用极限状态下CRTSⅡ型轨道板体系可靠度分析

列车荷载和温度作用下,CRTSⅡ型轨道板存在多重适用性失效模式,如纵向裂缝宽度过大、横向开裂以及翘曲变形等。在综合考虑上述适用性失效模式的基础上,研究CRTSⅡ型轨道板正常使用极限状态下的体系可靠度。首先研究CRTSⅡ型轨道板服役期间承受的列车荷载和温度作用,探讨适用性失效模式的失效物理机制及相应的极限状态函数,建立CRSTⅡ型轨道板的体系极限状态函数。随后采用高阶矩法分析CRTSⅡ型轨道板的体系可靠度,并将结果与各个失效模式的可靠性进行比较。最终,通过敏感性分析研究温度作用对CRTSⅡ型轨道板体系可靠度的影响。结果表明:正常使用极限状态下CRTSⅡ型轨道板在温度梯度和轴向温度均值不同时为负数时具有较高的的体系可靠度;对单一失效模式的可靠度进行独立分析会高估轨道板的可靠性,因此有必要进行CRTSⅡ型轨道板体系可靠度分析;温度梯度和轴向温度作用对CRTSⅡ型轨道板的体系可靠度具有显著影响。

基于通用生成函数的可靠性分析方法

提出了基于通用生成函数的可靠性分析方法。首先把连续随机变量离散化,并用离散变量的概率质量函数予以表示;其次根据通用生成函数运算法则计算极限状态函数的概率质量函数,再对极限状态函数的概率质量函数求各阶导数,得到极限状态函数的各阶矩;最后利用极大熵原理建立设计优化问题的数学模型,求解极限状态函数的概率密度函数和累积分布函数。文中所提出的方法避免了对极限状态函数进行灵敏度分析,也不需要求解设计验算点(MostProbable Point,MPP),适于求解混合离散变量和高度非线性问题。实例分析和与蒙特卡洛仿真对比结果验证了所提方法的有效性。

考虑极限倾覆失效的混凝土坝整体稳定状况分析

主要失效模式的识别和确定是大坝安全分析中的重要内容,传统分析将正常使用极限状态和极限失效状态混合考虑。针对这一问题,以重力坝为例,将应力超限失效包含在极限倾覆失效状态中,由力矩平衡推导得到了极限倾覆失效的状态函数;同时,提出了相应状态函数中参数的确定方法和估算方法。以此为基础,建立了包含主要极限稳定失效状态的重力坝的通用系统失效模型。分析了某在役重力坝的整体稳定状况,结果表明对于坝基为软弱完整基岩的情形,应考虑基岩强度不足引起的重力坝-基岩系统极限倾覆整体失效模式。

基于改进AK-MCS法的船舶板架极限强度可靠性分析

[目的]船舶结构极限承载能力不足会导致海损事故,为此提出改进AK-MCS法,用于船舶结构极限强度可靠性研究。[方法]通过引入信息熵中的学习函数H对样本点进行二次寻优,以提高最佳样本点的质量,从而提高Kriging模型的精度和更新效率;采用K折交叉验证替代AK-MCS法的迭代停止准则,解决原本迭代停止准则过于保守的问题,以有效避免发生过学习和欠学习状态,从而以较少的样本点训练Kriging模型,实现对极限状态函数的高度拟合。使用非线性振荡器数学模型进行验证,并将改进AK-MCS法应用于船舶板架的极限强度可靠性研究。[结果]仿真结果表明,改进AK-MCS法调用有限元模型的次数比原方法减少了38%,验证了改进AK-MCS法的求解效率和精度。应用结果表明,该方法的计算精度最高,且调用有限元仿真次数比原方法减少32%,验证了改进AK-MCS法在船舶板架极限强度可靠性研究中的适用性和高效性。[结论]使用改进AK-MCS法研究船舶板架极限强度的可靠性,可评估船舶实际航行中局部结构尤其局部较危险结构的失效概率。

基于有限元的边坡稳定可靠度改进一次二阶矩法研究

为研究岩质边坡岩体参数变化时的稳定性,提出一种基于有限元的边坡稳定可靠度改进一次二阶矩法。首先,针对边坡工程中广泛存在的隐式极限状态函数可靠性问题,定义极限状态函数为滑体极限状态下抗滑力与下滑力的差值,考虑黏聚力及内摩擦角作为随机变量并且服从独立正态分布,求出极限状态方程中随机变量的偏导数;然后,根据改进一次二阶矩法编写了求解边坡失稳概率和可靠指标的计算程序;最后,通过算例验证了所提方法的适用性。某库岸边坡可靠性分析结果表明,该方法具有计算流程简单、便于开展、节省机时、计算精度高的优点。

桥上CRTSⅡ型底座板疲劳时变可靠性研究

主要研究桥上CRTSⅡ型底座板在列车荷载、温度荷载、桥梁变形共同作用下的疲劳时变可靠性。为探讨列车荷载、温度梯度、桥梁变形的作用效应,依据CRTSⅡ型底座板混凝土、钢筋的疲劳性能,建立列车荷载、温度荷载、桥梁变形共同作用下的CRTSⅡ型底座板混凝土弯压和钢筋弯拉时的疲劳时变极限状态函数,分析混凝土疲劳强度、温度梯度、混凝土疲劳弹性模量、桥梁变形曲率、模型不确定系数、列车荷载产生弯矩的统计特征,采用PHI2方法开展底座板疲劳时变可靠性分析,并与传统时点可靠度方法的分析结果做对比,探讨底座板疲劳时变可靠指标对列车荷载、温度梯度、桥梁变形曲率的敏感性。研究结果表明:在底座板服役期内,底座板轨下截面处的混凝土弯压和钢筋弯拉的疲劳时变可靠指标均满足规范要求;传统时点可靠度方法求得的可靠指标偏大,给CRTSⅡ型轨道结构营运带来安全隐患;桥梁变形曲率的变化对疲劳可靠指标的影响最大,列车荷载的影响相对较小,温度梯度对可靠指标几乎无影响;荷载参数的均值大于变异系数对可靠指标的影响。研究成果可辅助确定CRTSⅡ型底座板养护维修的时间和方式,为高速铁路结构的运维提供理论参考。

大型数控龙门导轨磨床几何误差建模与基于可靠性理论的精度分配

针对大型数控龙门导轨磨床的拓扑结构,运用多体系统理论和坐标变换方法,构建包括21项参数的几何误差传递模型,并通过试验验证模型具有理想的预测精度。在几何误差传递模型的基础上建立满足磨床设计要求的加工精度可靠性极限状态函数。对磨床工作行程内的25组位置进行误差取样,采用响应面法建立可靠性近似模型,分析每组工作位置加工精度的可靠性。以25项可靠度的均值和最小值作为磨床加工精度性能的评判指标,针对最小可靠度对应的磨床工作位置,进行灵敏度分析,利用灵敏度对影响加工精度因素的重要度进行排序。根据分析结果,遵循精度均衡原则逐步优化误差变量的分布,直至可靠度的均值和最小值均满足设计要求。通过计算实例验证大型数控龙门导轨磨床精度优化分配的可行性。

结构非概率可靠性指标的求解方法

在结构的非概率可靠性方法中,结构的可靠性是用非概率可靠性指标来度量的。本文研究了区间变量的一般运算规则,给出了非概率可靠性指标的三种求解方法:定义法、转换法和优化法。给出了定义法的具体描述和实现方法,并给出了转换法的一般求解步骤和一种可通用的区间优化算法的实现过程。三种方法的给出,基本上解决了结构可靠性分析中非概率可靠性指标的求解问题。实例计算表明所提方法是有效和可行的。

基于贝叶斯理论的大坝体系可靠度计算方法

提出了大坝体系可靠度的改进计算方法.首先,通过响应面法拟合极限状态函数,进而通过JC法求出大坝单元的失效概率.然后,通过设定失效模式,以复合极限状态函数为准则,搜索出相应的失效路径;基于贝叶斯公式和Cauchy-Schwarz不等式,通过推导得出大坝以某种失效模式失效时的失效概率的上限,从而得出大坝整个体系的可靠度.最后,结合规范,施加地震荷载、静水压力和动水压力进行了实例验证,并对各种荷载进行了敏感性分析.结果表明,与常规求解大坝体系可靠度方法相比,其优点为考虑了多条失效路径,使用的为其失效概率的上限,计算偏于保守.

具有应力集中的机械零件可靠性稳健设计

针对在工程中很难给出带有应力集中的机械零件的显式功能函数的问题,将有限元方法、神经网络技术和可靠性理论相结合,给出了带应力集中的机械零件的可靠性稳健设计方法,数值模拟得到随机设计变量与机械零部件结构响应之间的函数关系式,结合随机摄动法和可靠性灵敏度技术,进行结构可靠性稳健设计,从而解决了工程实际中很难给出极限状态函数显式的问题,为结构可靠性稳健优化设计提供了一种新方法。

基于加权线性响应面法的支持向量机可靠性分析方法

针对估算非线性隐式极限状态函数的失效概率问题,提出了一种基于加权线性响应面法的支持向量机可靠性分析方法。首先采用加权线性响应面确定设计点,在线性响应面迭代的同时获得一定数量的样本,然后在这些样本和设计点附近补充抽取样本的基础上,采用具有良好小样本学习能力的支持向量机方法来训练样本,保证了在设计点周围获得更好的非线性极限状态函数的替代。这种方法既保证了对设计点的精确近似,又保证了对设计点附近非线性极限状态函数的良好近似,大大提高了失效概率的计算精度,为非线性隐式极限状态的可靠性分析提供了一种合理可行的方法。

基于神经网络响应面的结构可靠性分析方法研究

针对二次多项式响应面法存在的缺点 ,建立了神经网络响应面 ,进而提出了基于神经网络响应面的结构可靠性分析方法。通过多种数值试验表明 ,神经网络响应面可以快速、精确地拟合结构的极限状态函数 。

基于凸集的结构非概率可靠性度量研究

结构非概率可靠性分析中,结构的可靠性是通过非概率可靠性指标度量的。文中研究结构非概率可靠性的度量方法,对比分析基于区间的非概率可靠性模型和基于凸集合模型的非概率可靠性模型两种情况下的非概率可靠性指标,证明它们之间存在着确定的函数关系,揭示两种指标之间的差异是由不确定因子所决定的本质,并对其进行定性解释。同时得到一些有用的结论。