基于Beta分布的改进的一次可靠度法研究

为了提高一次可靠度方法的计算精度和计算效率,文章利用Beta分布拟合了功能函数中的随机变量的概率分布,利用VBA语言给出了将Beta分布和对数正态分布转化为标准正态分布的方法,采用蒙特卡洛模拟法比较了采用不同概率分布的一次可靠度计算精度。算例分析表明:当功能函数中随机变量服从对数正态分布时,失效概率被高估;当随机变量服从正态分布时失效概率被低估。利用本文提出的Beta分布拟合随机变量的概率不仅大大提高了计算精度,而且在保证迭代收敛的前提下提高了计算效率。

基于一次逆可靠度法的边坡稳定性分析

本文从逆可靠度设计思路出发,解析并采用基于逆可靠度的边坡稳定性分析方法,对某边坡的安全系数进行了分析。结果表明,忽略参数的不确定性将会导致过高估计边坡安全系数。最后,讨论了可靠度水平与边坡安全系数的变化关系。

海工混凝土结构可靠度计算迭代初始值的改进方法

传统一次可靠度法(TFORM)在计算氯盐侵蚀混凝土结构耐久性可靠度时存在缺陷,会得出错误的结果,甚至无法得到计算结果。通过分析TFORM法计算混凝土结构耐久性可靠度时失效的原因,并改进可靠指标迭代计算时初始迭代验算点的计算方法,建立了初始迭代改进的一次可靠度法(IMFORM)。通过计算分析表明,IMFORM有效地克服了一次可靠度法在氯盐侵蚀下混凝土结构耐久性可靠度计算中的缺陷,可以得到TFORM计算失效情况下结构的准确可靠指标,为海工混凝土结构耐久性可靠度分析与设计提供可靠的计算方法。

钢管混凝土拱面内稳定的时变可靠度分析

为研究不确定性对钢管混凝土拱面内徐变稳定承载力的影响,建立了其时变的极限状态函数,并将时间离散-综合法和一次可靠度法相结合,得到了钢管混凝土拱面内稳定可靠指标随时间的变化曲线,以及相应的灵敏度指标。计算结果表明:混凝土徐变引起的钢管混凝土拱面内稳定承载力的退化使得其可靠性显著降低;不同随机变量的灵敏度差异明显,其中钢管外径的影响最大,然后依次是钢的弹性模量、混凝土的弹性模量、钢管壁厚以及混凝土徐变系数;徐变对钢管混凝土拱面内稳定的影响较大,设计时应予以考虑。

矩形巷道锚杆支护系统可靠度分析研究

为了计算实际工程的可靠度,考察了3种计算方法,认为中心点法计算存在一定误差,优化求解可以对参数进行详细讨论研究,蒙特卡洛法具有较高的精确度。应该将规划求解法和蒙特卡洛法相结合使用,在获得准确可靠度的同时,得到各随机变量对可靠度的影响,从而获得最佳合理配置。

汽车悬架控制臂的可靠性拓扑优化

本文中基于变密度法,建立了具有可靠性约束的连续体结构拓扑优化模型,以结构设计区域体积最小化为目标函数,对某一汽车的悬架控制臂进行带解耦格式的可靠性拓扑优化。首先,根据一次可靠度法中可靠性指标的几何意义寻求满足目标可靠性指标约束的设计点;然后,依据随机变量的灵敏度信息将随机变量修正为确定性变量;最后,将问题分解为可靠性分析和等价的确定性拓扑优化两个独立子问题,进行确定性可靠性拓扑优化,并以某一汽车的悬架控制臂为例,验证了所提算法的有效性。结果表明:与确定性拓扑优化相比,带解耦格式的可靠性拓扑优化可获得更加可靠的拓扑优化构型,可最大限度地满足经济性和安全性的设计要求。

Orthogonal变换与Nataf变换对FORM计算精度的影响分析

考虑随机变量的分布类型、功能函数的非线性程度、随机变量的变异性、随机变量之间的相关性等因素的影响,系统地对比分析了基于Orthogonal变换和Nataf变换的一次可靠度方法(FORM)的计算精度。研究表明:当随机变量的变异系数较小时,FORM的计算误差主要来源于Orthogonal变换或Nataf变换引起的非线性,而功能函数的非线性影响相对较小;同时,基于两种变换方法的FORM计算精度随着随机变量偏态系数绝对值的增大而降低;对于正态和对数正态分布类型,两种变换的计算精度相当,此时推荐采用Orthogonal变换;而对于极值Ⅰ型分布和移位瑞利分布类型,当随机变量的变异性和随机变量之间的相关性较小时,两种变换的计算精度相当;反之,当随机变量之间高度相关时,Orthogonal变换的误差较大,而Nataf变换的计算精度较好,此时推荐采用Nataf变换。进一步的研究表明,基于Orthogonal变换和Nataf变换的FORM同样适用于具有隐式功能函数的刚架结构,且两种方法的计算精度相当。

钢塔架结构的可靠性

为理清影响独立钢塔架结构受力性能的关键随机变量,应用非线性有限元可靠度计算方法(iHLRF、梯度投影法、序列二次规划法和Polak-He)对其进行系统的可靠度研究;基于直接微分法,对铁塔架结构进行敏感性分析,研究铁塔架各部位杆件对其结构性能的影响程度,通过引入α、γ、δ和η等四个敏感性度量指标,阐明影响钢塔架可靠度的关键部分及随机变量;评价了FOSM和FORM算法在该受力结构体系中的异同;除了将杆件的横截面面积,材料的弹性模量、屈服强度和应变硬化率,外载荷等定义为随机变量外,还考察了节点坐标随机性对输电塔结构的可靠性及敏感性的影响程度.结论可供广大设计和工程人员参考.

基于环境等值线法的海上浮式风机长期极限响应预测

为保证海上浮式风机在复杂的风浪环境载荷作用下正常服役,需要评估海上浮式风机的长期极限响应。通过实测风浪的联合概率分布,利用基于逆一次可靠度法(IFORM)和逆二次可靠度法(ISORM)的环境等值线法获取环境工况组合,模拟风机短期响应并结合Gumbel极值分布计算风机长期极限响应,实现了对海上浮式风机50 a重现周期的极限响应预测。研究结果表明:风浪联合作用下,随着平均风速增大,平台纵荡运动、叶根面外弯矩和塔基前后弯矩出现了先增大后减少的趋势;随着有义波高增大,平台纵荡运动最大值和平均值、塔基前后弯矩最大值也随之增大;与基于IFORM的环境等值线法相比,基于ISORM的环境等值线法可以涵盖更多的环境工况组合,得到更大的浮式风机长期极限响应,进一步提高了风机结构设计安全性。

井壁稳定问题的不确定性分析方法探讨

井壁稳定性失效是钻井工程中主要的复杂情况之一,给钻井作业带来了很大的困难和安全隐患。针对井壁稳定性问题,文中探讨了4种不确定性分析方法:蒙特卡洛(Monte-Carlo)模拟法、统计误差分析法、一次二阶矩法及一次可靠度法。分析发现,基于蒙特卡洛模拟法得到的结果更为保守,更有利于保持井壁稳定性。同时,对影响井壁问题的各个因素进行了敏感性分析,获取了井壁稳定性计算模型中最为敏感的因素:对于坍塌压力最为敏感的因素是最大水平地应力,对于破裂压力最为敏感的因素是最小水平地应力。研究结果有助于确定影响井壁稳定可靠度最为敏感的因素,并运用一定方法提高敏感因素的准确程度,最终减少坍塌及破裂压力预测结果的不确定性,从而提高井壁稳定的可靠度。

响应面法与蒙特卡洛法边坡可靠性评价方法对比研究

考虑影响边坡稳定性的主要因素强度参数c、φ的不确定性,以蒙特卡洛法计算结果作为可靠性分析的基准解,在极限平衡法理论框架下开展不同可靠性评价方法之间的对比研究.采用c、φ为基本随机变量建立二次多项式响应面,以重构功能函数,并结合一次可靠度法和蒙特卡洛法进行边坡可靠性分析.通过对均质边坡的圆弧滑动破坏、非均质边坡的非圆弧滑动破坏、三峡库区谭家坪滑坡破坏这3个案例的可靠性分析结果对比得出:1)二次多项式响应面法原理简单,对于隐式功能函数,有较好的计算精度和求解效率,适用于可靠性分析的近似计算,特别是在参数服从正态分布的情况下,能够达到很高的精度;2)求解响应面时应优先采用Spencer法、MorgensternPrice法,对圆弧滑动面边坡,也可以选用简化Bishop法.