DYNAMIC CHARACTERISTIC ANALYSIS OF FUZZY-STOCHASTIC TRUSS STRUCTURES BASED ON FUZZY FACTOR METHOD AND RANDOM FACTOR METHOD

A new fuzzy stochastic finite element method based on the fuzzy factor method and random factor method is given and the analysis of structural dynamic characteristic for fuzzy stochastic truss structures is presented. Considering the fuzzy randomness of the structural physical parameters and geometric dimensions simultaneously, the structural stiffness and mass matrices are constructed based on the fuzzy factor method and random factor method; from the Rayleigh's quotient of structural vibration, the structural fuzzy random dynamic characteristic is obtained by means of the interval arithmetic; the fuzzy numeric characteristics of dynamic characteristic are then derived by using the random variable's moment function method and algebra synthesis method. Two examples are used to illustrate the validity and rationality of the method given. The advantage of this method is that the effect of the fuzzy randomness of one of the structural parameters on the fuzzy randomness of the dynamic characteristic can be reflected expediently and objectively.

我国城市数字创业活跃度与外部驱动因素

数字创业是数字技术与数字经济发展的产物,是数字化赋能经济高质量发展的关键路径,客观认识数字创业现状、揭示其驱动因素是激发数字创业活力的前提。基于2006—2021年我国283个地级及以上城市(未含香港、澳门、台湾地区城市)信息传输、软件和信息技术服务业新注册企业数据,测算分析数字创业活跃度水平及其变化,进而利用随机森林模型估计数字创业活跃度多维外部驱动因素重要性。数字创业活跃度测算结果表明,我国城市数字创业活跃度水平呈先下降后上升的V字形变化趋势,主要城市数字创业活跃度水平明显高于其他城市,且两者的差距有扩大趋势。外部驱动因素分析结果表明,我国城市数字创业活跃度受技术环境、市场环境、经济环境、政策环境维度因素共同影响,其中产业发展基础、政府支持、技术累积量、市场化程度、产业结构是主要驱动因素;分阶段看,技术累积量和人力资本水平的驱动作用在增强,市场规模的驱动作用在减弱;分城市类型看,相比于主要城市,技术环境维度的科研投入强度、人力资本水平、融资条件,特别是市场环境维度的市场化程度对其他城市的驱动作用更强。为提升我国城市数字创业活跃度,应加强政策引导,加大保障力度,着力推动数字创业;健全要素市场运行机制,优化数字创业市场环境;围绕产业发展引进和培养人才,加强数字人才队伍建设;畅通创业融资渠道,缓解企业资金困境。

不同能源系统的典型气象年生成方法研究

基于Sandia方法,对北京地区的3种不同能源系统(全空调建筑和2个可再生能源系统),采用随机森林提取特征重要性的方法替代专家判断,定量地分配权重因子,生成适用于不同能源系统的典型气象年(TMY),并利用EnergyPlus进行模拟分析。结果显示:该方法可定量地生成适用于不同能源系统的权重因子集,用于生成相应的TMY。根据不同能源系统的特性,对时间段进行划分并提取对应的权重因子集,可进一步提高TMY的代表性。

华北土石山区典型人工林空气负离子变化及其影响因子分析

[目的]探究华北土石山区典型人工林生长季与非生长空气负离子(NAI)的变化特征以及其影响因子的差异性,为揭示该地区不同季节影响NAI浓度的环境因子变化提供科学依据。[方法]利用河南黄河小浪底地球关键带国家野外科学观测研究站的空气负离子、PM2.5、PM10和气象数据,分析该地区生长季与非生长季栓皮栎和侧柏的NAI变化特征,在此基础上,采用随机森林模型(RF)比较了影响NAI的主要环境因子及其重要性得分。[结果]生长季栓皮栎人工林NAI浓度日内变化呈单峰曲线,非生长季则不明显。生长季和非生长季侧柏人工林NAI浓度日内变化均呈单峰变化趋势,但峰值大小差异较大;观测期栓皮栎人工林平均NAI浓度(740.32 ion·cm^(−3))>侧柏(703.74 ion·cm^(−3))(p<0.01),其中,生长季栓皮栎人工林日均NAI浓度(858.94 ion·cm^(−3))>侧柏(724.33 ion·cm^(−3))(p<0.01);非生长季侧柏人工林日均NAI浓度(683.16ion·cm^(−3))>栓皮栎(621.70 ion·cm^(−3))(p<0.01);生长季空气温度(Ta)、相对湿度(RH)、饱和水汽压亏缺(VPD)、光合有效辐射(PAR)等气象因子均高于非生长季,而颗粒物(PM2.5、PM10)表现为非生长季高于生长季,且同时期PM10浓度>PM2.5浓度,风速(WS)生长季与非生长季差异不明显;随机森林模型显示,生长季影响栓皮栎和侧柏人工林NAI浓度的主要环境因子为VPD、PAR和WS,其重要性得分分别为20.22、15.08、14.71和25.08、16.76、16.49;非生长季影响栓皮栎人工林NAI浓度的主要环境因子为PM2.5、WS和PM10,其重要性得分分别为33.36、17.58和14.28,影响侧柏人工林NAI浓度的主要环境因子为WS、PM2.5和PM10,其重要性得分分别为17.51、15.89和14.62。[结论]华北土石山区生长季栓皮栎与侧柏NAI浓度日内变化均呈单峰曲线,非生长季栓皮栎NAI浓度变化不明显,而侧柏呈单峰曲线。栓皮栎和侧柏人工林NAI浓度差异显著,其中,生长季人工林的NAI浓度栓皮栎>侧柏,非生长季人工林的NAI浓度侧柏>栓皮栎,观测期内栓皮栎NAI浓度高于侧柏NAI浓度。影响该地区典型人工林NAI浓度的环境因子季节差异明显,生长季主要的环境因子是VPD和PAR,而非生长季的主要环境因子是颗粒物和WS。

全髋关节置换术后谵妄发生的危险因素及风险预测模型的构建

目的探讨全髋关节置换术后谵妄的影响因素,并构建预测列线图模型。方法回顾性分析2018年4月—2023年4月行全髋关节置换术治疗的320例患者的临床资料,根据术后谵妄发生情况将其分为发生谵妄组72例和未发生谵妄组248例。采用单因素方差分析比较2组一般资料;将有统计学意义的指标纳入二元Logistic回归模型,分析影响全髋关节置换术后谵妄的相关因素,并构建预测模型。结果二元Logistic回归分析显示,年龄、合并慢性阻塞性肺疾病、股骨颈骨折、手术时间、术中出血量、术后4 h的C反应蛋白(CRP)水平、术后低氧血症、复苏时间(≥1 h)、术后疼痛评分(≥4分)、伴有营养障碍、伴有睡眠障碍、伴有认知功能障碍是影响全髋关节置换术后谵妄的危险因素(P<0.05)。纳入上述因素构建的预测模型的整体预测准确率为99.7%,Hosmer-Lemeshow拟合度检验分析显示模型具备较好的拟合优度。Bootstrap法内验证预测模型的曲线下面积(AUC)为0.992,敏感度为99.6%,特异度为93.1%。结论年龄、合并慢性阻塞性肺疾病、股骨颈骨折、手术时间、术中出血量、术后4 h的CRP水平、术后低氧血症、复苏时间(≥1 h)、术后疼痛评分(≥4分)、伴有营养障碍、伴有睡眠障碍、伴有认知功能障碍是影响全髋关节置换术后谵妄的危险因素,基于上述相关因素构建的风险预测模型具有较好的稳定性与预测性。

水下机械手柔顺抓取的阻抗控制方法

针对具有较多不确定性和随机干扰的水下机械手系统,文中分析了水下环境对动力学模型和阻抗控制器的影响,构建了基于环境参数辨识的阻抗控制器来解决水下柔顺抓取的力跟踪问题。通过引入遗忘因子的递推最小二乘法在线辨识环境刚度并修正参考位置,从而减小接触力的稳态误差,实现实时性和准确性的力跟踪。利用MATLAB/Simulink软件平台进行仿真实验,仿真结果表明该控制器在引入持续外部干扰力和期望力调整的情况下,能快速实现对期望力的跟踪和实时估计接触刚度,具有较好的鲁棒性。最后,通过实验验证了该控制器在真实的水下柔顺抓取任务中具有快速稳定的力跟踪性能,其平均稳态力跟踪偏差约为0.014 N,最大力跟踪偏差约为0.138 N。

基于体系可靠性的随机桁架结构优化设计

建立了具有位移和体系可靠性约束的随机桁架结构优化设计数学模型,利用基于随机因子的有限元法对结构进行了可靠性分析.由于优化中处理结构体系可靠性约束较困难,提出了一种通过可靠度分配和再分配的方法,将给定体系失效概率依据结构敏度信息分解成为各杆件单元失效概率之和,解决了基于体系可靠性优化中关于可靠性求解的难点.

随机参数弹性连杆在平稳随机激励下的动力可靠性分析

研究随机参数弹性连杆机构在平稳随机激励下的动力响应分析。利用拓广的随机因子法,从求解系统固有频率的瑞利商公式出发,得出物理参数和几何参数均为随机变量的弹性连杆时变固有频率的均值和方差。从动力平稳随机响应在频域上的表达式出发,利用求解随机变量函数的矩法和数字特征的代数综合法,计算出随机参数弹性连杆机构在平稳随机激励下弹性位移和速度的均方值的均值、方差表达式,由动力可靠度的公式导出其动力可靠度的均值和方差的计算公式。通过算例,分析机构物理参数和几何尺寸的随机性对机构动力可靠度随机性的影响。

随机参数压电智能梁结构的动态特性分析

针对压电智能梁结构,采用6个位移自由度、2个电自由度的有限元模型,利用Hamilton原理推导了结构的动力学方程。基于随机因子法分析了随机参数压电智能梁结构的动态特性;从结构振动的Rayleigh商出发,利用代数综合法推导出结构固有频率随机变量数字特征的计算表达式。以智能悬臂梁为例,分别利用文中的方法和MonteCarlo数值模拟法对其动态特性进行了计算和比较。结果表明,随机因子法是处理智能结构随机性的一种比较方便、实用而精确的方法。

随机变量下的热传导结构拓扑优化设计

研究具有随机变量的稳态热传导结构在散热弱度约束下的拓扑优化设计问题.建立了以单元相对导热系数为设计变量,导热材料体积极小化为目标函数,满足散热弱度可靠性指标为约束条件的稳态热传导结构的拓扑优化设计数学模型.基于随机因子法,利用代数综合法推导出散热弱度的数字特征的计算表达式.采用渐进结构优化方法(Evolutionary Structural Optimization,ESO)求解,并利用过滤技术消除优化过程中的数值不稳定性现象.通过两个算例验证文中模型及求解策略、方法的合理性和有效性.

模糊随机桁架结构的动力特性双因子分析法

针对模糊随机桁架结构的动力特性分析,提出了一种新的模糊随机有限元方法.当结构的物理参数和几何尺寸同时具有模糊随机性时,利用模糊因子法和随机因子法建立了结构刚度矩阵和质量矩阵;从结构振动的Rayleigh商表达式出发,利用区间运算推导出结构动力特性模糊随机变量的计算表达式;之后利用随机变量的矩法和代数综合法,推导出结构特征值的数字特征的计算式.通过算例分析了模糊随机桁架结构参数的模糊随机性对其动力特性的影响.该方法的优点是能准确反映结构某一参数的模糊随机性对结构特征值及其数字特征的影响.

随机参数刚架结构的平稳随机位移响应动力可靠性分析

研究物理参数具有随机性的刚架结构的平稳随机位移响应动力可靠性的计算方法。考虑结构的物理参数具有随机性,从结构随机响应的频域表达式出发,利用求解随机变量数字特征的代数综合法和矩法,导出随机参数刚架结构在平稳随机激励下的位移及速度响应均方值的数字特征,再由动力可靠性的Poisson公式导出结构动力可靠度的计算公式。通过算例就各参数的随机性对结构动力可靠度的影响进行分析,验证本文方法的可行性。

随机参数平面刚架结构频率特性分析的随机因子法

对物理和几何参数均为随机变量的平面刚架结构,提出频率特性数字特征计算的随机因子法。首先将结构的刚度矩阵分解为各参数因子幂相等的矩阵之和形式,再由求解结构频率的瑞利商公式出发,将结构频率展成部分频率分量和的形式,利用求解随机函数数字特征的代数综合法求解结构频率的数字特征,并对矩形截面梁给出具体的计算公式。通过算例与其精确解及数值模拟结果的比较,验证方法的可行、有效和正确性。

模糊参数平面连续体结构的拓扑优化设计

研究了具有模糊参数的连续体结构在模糊载荷作用下的拓扑优化设计问题。利用信息熵将模糊变量转换为随机变量,构建了随机载荷作用下的随机参数的连续体结构的拓扑优化设计数学模型,以结构的形状拓扑信息为设计变量,结构总质量均值极小化为目标函数,满足单元应力可靠性为约束条件,利用分布函数法对应力可靠性约束进行了等价显式化处理。基于随机因子法,利用代数综合法导出了应力响应的数字特征的计算表达式。采用双方向渐进结构优化(BESO)方法求解。通过两个算例验证了该文模型及求解方法的合理性和有效性。

平稳随机激励下随机参数齿轮副的动力可靠性分析

将一对啮合齿轮等效为单自由度随机振动系统,研究随机参数齿轮副在平稳随机激励下的动力可靠度的求解方法。从其平稳随机响应的表达式出发,同时考虑齿轮物理参数、几何尺寸的随机性,利用求解随机变量数字特征的矩法和代数综合法,导出随机参数齿轮副在平稳随机激励下位移及其导数响应的数字特征,再由动力可靠度的公式导出随机参数齿轮副动力可靠度的均值和方差的计算公式。通过与MonteCarlo方法结果的比较,验证文中方法的可行性和有效性。

基于随机因子法的桁架结构有限元热分析

对随机参数桁架结构在随机外界温度场作用下的分析方法进行了研究.基于有限元方法,利用随机因子法建立了桁架结构的物理参数、几何参数和外界温度场分别或同时具有随机性时的结构有限元方程,应用求解随机变量函数统计矩的代数综合法对结构响应(位移和热应力)的数字特征计算表达式进行了推导.通过数值算例,分析了各种随机参数的随机性对结构位移和热应力响应的影响,并验证了文中模型和方法的合理性与可行性.

应变能约束下多随机参数连续体结构的拓扑优化

研究几何和物理参数均为随机变量的平面连续体结构在结构总应变能约束下的拓扑优化设计问题.以结构总质量均值最小化为目标函数,以结构的形状拓扑信息为设计变量,以结构总应变能概率可靠性指标为约束条件,构建了随机结构的拓扑优化设计数学模型.利用代数综合法,导出了应变能响应的均值和均方差的计算表达式.采用双方向渐进结构优化的求解策略.通过两个算例验证了本模型及求解策略的合理性和有效性.

基于随机因子法的随机结构动力特性分析研究

将随机物理参数结构系统的质量矩阵和刚度矩阵均以随机因子的齐次形式表示,通过对QR变换法求解随机矩阵特征值过程的论述,证明了系统中各阶固有频率具有相同的随机因子,并导出了求解固有频率随机变量概率密度的公式;在此基础上,论述了系统正则振型矩阵中各元素亦具有相同的随机因子,并导出了求解正则振型随机因子概率密度的公式。通过算例及与Monte Carlo数值模拟结果的对比,验证了文中求解方法和所得结论的正确性。

大跨隔震结构基于结构随机因子法的响应分析

结合等价线性化方法,将随机因子法拓展应用到非线性多自由度结构中。选取隔震支座的屈服位移、面积、面压和高度等四个参数为随机变量来考虑隔震层刚度和结构质量的随机性,采用结构随机因子法建立大跨隔震结构的四个随机变量与结构刚度和质量之间的关系,应用代数综合法推导了结构位移响应的数字特征计算表达式。最后通过算例研究了多维地震下大跨隔震结构中结构随机性对位移响应的影响,并获得了一些有意义的结论。

随机参数结构振动控制的特征值分析

以物理参数为随机变量的结构为研究对象,从随机结构刚度矩阵和质量矩阵中提取出随机因子并将其引入振动控制方程,用随机因子来表示控制方程中参数的随机性.并利用代数综合法推导出振动控制特征值的均值和方差的表达式.同时,应用3σ准则对随机结构振动控制的稳定性进行了分析,得出了稳定性的判据.通过一个悬臂梁的算例表明,弹性模量对振动控制闭环特征值的影响要大于质量密度的作用,表明了文中方法的可行性.