一种基于自适应Kriging集成模型的结构可靠性分析方法

基于Kriging模型的复杂结构可靠性分析结果高度依赖于Kriging模型的拟合精度,在构建Kriging模型的过程中,不同相关函数和回归函数的选择均会影响模型精度。为解决模型的不确定性对可靠性分析结果的影响,同时兼顾计算效率和精度,基于Kriging模型和蒙特卡罗模拟(MCS)方法,提出了一种结合自适应集成策略和主动学习函数的结构可靠度计算方法。该方法考虑Kriging模型的建模不确定性,将多种Kriging模型组合,构建了一种综合考虑样本点贡献和样本点距离的主动学习函数,通过主动学习函数迭代更新集成Kriging模型直至满足收敛条件,最后通过构建的集成Kriging模型和MCS方法进行结构可靠性分析。数值算例和工程算例结果验证了所提方法的有效性,该方法与其他主要方法相比稳健性更好,在保证计算精度的同时,计算效率更高。

基于ALK模型与子集模拟的主动学习可靠性分析方法

针对主动学习Kriging(Active Learning Kriging,ALK)模型在评估小失效概率时遇到的候选样本过多、计算耗时的问题,提出了一种结合ALK模型与子集模拟(Subset Simulation,SS)的双阶段代理模型方法——ALK⁃SS2。首先在第1阶段基于构建的极限状态函数代理模型,采用较少数量的SS最后一层样本作为候选样本完成极限状态面的粗略近似,然后在第2阶段选择更大样本量的SS最后一层样本来细化第1阶段的极限状态函数代理模型,以获得更高的精度。此外,考虑到传统ALK模型的收敛准则太过于保守,在ALK⁃SS2评估的失效概率基础上,提出了一种更高效的基于失效概率误差的收敛标准,进一步提高了该方法的效率。通过4个算例的测试以及同类方法的对比,证明其具有较高的计算精度和计算效率,适用于处理小失效概率问题和耗时的隐式功能函数问题。

异构型换流器的多任务剖面可靠性分析方法

现有关于模块化多电平换流器(MMC)可靠性分析的研究大多针对子模块结构独立的换流器,对于多种低成本、多模态的异构拓扑,尚缺乏有效的可靠性分析方法,因此针对异构型换流器的可靠性分析对扩展其应用边界有重要的意义。总结了异构型MMC的特征,以桥臂嵌套型MMC为例,提出了一种考虑桥臂切换导致的多任务剖面与工作故障延续性且适用于异构型MMC的可靠性建模方法。通过分析换流器的不同运行状态,建立了马尔可夫模型,并分析了其冗余配置方案。基于仿真算例计算了桥臂嵌套型MMC的可靠性,分析了子模块冗余配置对其可靠性的影响,并与传统模型进行对比,验证了所提方法可为多开关状态的异构型MMC的可靠性分析及冗余配置提供策略参考。

一种基于自适应集成学习代理模型的结构可靠性分析方法

结构可靠性分析需要精确计算结构或系统的失效概率,当结构失效概率低时,运算量大且操作困难。可采用代理模型替代原始性能函数,结合自适应实验设计,在保证准确率的同时大幅减少原始模型的总运行次数。该文提出了基于自适应集成学习代理模型的结构可靠性分析方法,将适应性较广的Kriging与最近发展的PC-Kriging代理模型集成;利用代理模型提供预测点的方差特征,提出新的集成学习函数,识别高预测误差区域,实现高效拟合失效边界;通过主动学习算法在预测误差大和接近极限状态的区域添加采样,迭代更新集成代理模型。通过3个算例,验证了该文方法与单一代理模型结构可靠性分析方法的优势,与AK-MCS+U和AK-MCS+EFF相比,所提方法计算成本低、准确度高。

含分布式电源的电网可靠性分析方法研究

为保证电网可靠性,提高供电稳定性和安全性,满足人们高质量电能使用需求,文章提出一套基于分布式电源的电网可靠性分析方案。首先,结合分布式电源相关概念,分析电网的元件可靠性参数、负荷点可靠性指标、系统可靠性指标等。其次,研究解析法、模拟法等多种常用的电网可靠性分析方法。最后,以“含分布式电源的配电网络”为案例,运用最小路法,分析和计算电网可靠性指标。结果表明,分布式电源可以显著提升电网系统供电的稳定性和可靠性。

信息物理接口矩阵下变电站自动化系统的可靠性分析方法

常规的系统可靠性分析方法以变电站保护分析为主,出现了系统可靠性冗余分析的问题,影响分析精准度,因此提出了基于信息物理接口矩阵的变电站自动化系统可靠性分析方法。提取变电站自动化系统可靠性分析的冗余特征,分析功能冗余与网络冗余对系统可靠性分析的影响,避免系统可靠性冗余分析的问题。基于信息物理接口矩阵计算自动化系统的可靠度,生成系统信息层元件的空间状态,表示各个元件在正常工作与非正常工作的发生概率,从而分析各个元件的可靠性。采用仿真实验,验证了该可靠性分析方法的精准度更高,具有较高的推广价值。

多维平行六面体模型非概率可靠性灵敏度分析

可靠性灵敏度能够反映基本变量分布参数对可靠度的影响程度,为可靠性分析与优化设计提供指导。提出了一种基于多维平行六面体模型的非概率可靠性灵敏度分析方法。首先,给出基本变量域完全位于安全域时采用非概率可靠性指标,而基本变量域与安全域有交集时采用非概率失效度作为可靠性度量的原因。其次,推导结构线性系统的可靠性灵敏度解析式,并进一步探讨所提方法对结构非线性系统的适应性问题。最后,通过3个工程算例验证文中方法有效可行。

复杂金融网络级联失效模型仿真及可靠性分析

复杂网络中级联失效现象会导致网络大面积崩溃进而导致一系列灾难性后果,通过对其建模、仿真和定量分析可以有效预防和解决级联失效问题。本文在复杂网络理论基础上,基于复杂网络的动力学特征和级联失效机理,运用图论语言建立了金融网络模型;首次将级联失效经典模型运用到复杂金融网络研究中,提出了金融网络级联失效模型。然后通过仿真定量分析了不同条件下金融网络级联失效模型的可靠性,验证了模型的有效性,有助于复杂金融网络失效的预防及进一步研究。研究发现:第一、在金融网络级联失效模型仿真过程中,增加迭代次数,会导致网络效率下降,节点失效率上升。当网络受到蓄意攻击时,网络效率迅速下降,节点失效率快速上升;网络受到极大冲击,且这种冲击远大于随机攻击情况下。第二、同一种攻击方式下,提升风险容忍系数α,有助于提高网络效率、降低失效率,提升网络可靠性,甚至可以避免网络级联失效的发生,但这会付出相应的成本。

基于改进认知可靠性与失误分析方法的隧道驾驶人因可靠性分析模型

为有效预测驾驶人通过隧道时的人因失误概率,减少人为差错,提出一种基于改进认知可靠性与失误分析方法(cognitive reliability and error analysis,CREAM)的隧道驾驶人因可靠性分析模型。结合隧道驾驶任务的特点,调整共用绩效条件(common performance condition,CPC),给出评估细则。使用模糊数将CPC因子的绩效效应值从确定值转换为概率值,以降低主观因素对评价结果的影响。考虑CPC因子间的相互影响关系,给出调整规则。最后建立基于贝叶斯网络的改进CREAM模型,确定控制模式。对隧道驾驶实例进行分析,计算驾驶人完成隧道驾驶任务的人因失误概率。结果表明,该模型可以准确计算隧道驾驶任务中的人误概率,且灵敏性比CREAM基本法更高,可为隧道交通人因可靠性分析提供支持。

基于多维子平行六面体模型的可靠性分析方法及应用

针对汽车结构系统中不确定参数同时具有大不确定度和相关性的问题,开展了基于多维子平行六面体模型的可靠性分析方法及其应用研究。首先,通过划分多维平行六面体模型的边界区间提出了一种多维子平行六面体模型,并将其用于描述系统的大不确定度参数;然后,将1阶摄动法与多维子平行六面体模型相结合,提出了一种适用于处理系统参数同时具有大不确定度和相关性的非概率不确定性分析方法;接着,基于不确定性分析方法,建立了系统可靠性分析模型并进行可靠性分析研究;最后,以汽车声固耦合系统、盘式制动器系统和电动车动力总成悬置系统为研究对象开展算例分析,分析了系统响应的不确定性和可靠性,验证了方法的有效性。相关分析结果表明:所提出的方法可有效地处理汽车结构不确定参数同时具有大不确定度和相关性的问题,并具有较高的计算精度和效率。

基于变可信度近似模型的BGA焊点可靠性预测与优化方法

焊点可靠性预测研究多采用有限元仿真与单一精度近似模型相结合的模式,存在仿真时间长、效率低、准确性差等问题,为此,提出了一种基于变可信度近似模型的球栅阵列(ball grid array,BGA)焊点可靠性预测与优化方法.首先,对不同网格细化方案进行收敛性验证,分别设计高/低精度样本点进行有限元仿真;其次,基于CoKriging模型融合高/低精度仿真数据进行焊点可靠性预测;最后,将预测结果与单一精度近似模型进行对比分析,并采用遗传算法优化模型获得对应结构参数.结果表明,在更少的仿真成本下,变可信度模型的预测效果更好,在同等预测精度下,变可信度模型高精度样本点数量仅为单一精度模型的1/4,相比高精度神经网络预测模型,在寻优过程中收敛更快.

基于系统状态特征分析的软件可靠性评估方法

针对以指挥信息系统为典型的复杂任务型软件试验鉴定领域中可靠性评估问题,在总结现有评价方法的基础上,提出了基于系统状态特征分析的可靠性评估方法。首先,从软件使命任务的角度解析系统的状态特征,设计充分覆盖系统典型应用样式及状态特征的测试用例,通过定义“使用强度”,替代原有可靠性评价中“持续时间”指标,在此基础上收集可靠性失效数据,并给出软件可靠性增长模型(software reliability and growth model,SRGM)参数估计及可靠性评估过程。最后通过某任务型软件的可靠性评估试验,验证提出方法在工程实践中的可行性,同时给出了工程示例中收集的真实失效数据和SRGM参数估计结果,确保研究成果真实性和可复现性。

基于自适应Kriging模型的双螺旋轴可靠性分析

双螺旋轴是高速水稻插秧机的关键部分,其回转槽面在强轴向力作用下容易破坏失效,因此对双螺旋轴进行可靠性分析十分重要.针对传统方法获得其可靠度耗资大、时间长的问题,采用自适应Kriging模型结合Monte Carlo模拟的可靠性分析方法(AK-MCS)对双螺旋轴进行可靠性分析,以减少计算成本、提高计算效率.根据双螺旋轴的工况条件,考虑材料密度、工作载荷、工作温度3个参数对其所受挤压应力的影响,进行可靠性分析.分析结果表明:在许用应力值为613.21 MPa的条件下,计算得出双螺旋轴的可靠度为0.9986.与单一的Monte Carlo模拟法进行对比,本文提出的评估方法在仿真效率上有明显优势,为双螺旋轴可靠性分析提供了一种思路.

基于马尔可夫模型的多等级灾害下复杂系统可靠性和维修分析

近些年来,自然灾害发生的频率逐渐增加,复杂系统的规模越来越大,导致了巨大的经济损失。由于自然灾害的预测较难,且灾害极易对复杂系统造成巨大冲击,因此,对复杂系统的可靠性和维修分析显得尤为重要。本文研究多等级灾害下的复杂系统的维修策略。首先基于马尔可夫模型对多态复杂系统性能进行分析,基于系统性能变化对复杂系统的损失进行分析,然后以系统总损失最小为目标来确定故障组件的维修集合。由于资源限制,假设每次只能修复一条故障线路,而且不同线路对系统损耗的影响不同,因此必须确定修复故障线路的顺序,本文利用综合重要度来确定维修集合中组件的维修顺序。最后以IEEE18节点标准配电系统为例,对其进行可靠性和维修分析,提出给定故障组件集合下的维修策略,从而验证了模型的可行性。

应力-强度干涉模型下的滚动轴承可靠性评估与设计方法

针对滚动轴承可靠性低、缺乏设计依据等问题,提出一种应力-强度干涉模型下的滚动轴承可靠性评估与设计方法。考虑滚动轴承实际承载当量动载荷和规定当量动载荷的随机特性,假设两者为服从对数正态分布的随机变量,建立滚动轴承可靠性评估与设计模型。其次,对多型号多工况下的深沟球轴承和角接触球轴承进行仿真验证,结果表明:本文提出的滚动轴承可靠性评估与设计方法,通过分析当量动载荷的许用范围,结合轴承设计公式可以使优化后的轴承满足在该工况下的目标可靠性寿命,准确有效的实现滚动轴承的可靠性评估与设计。

基于混合威布尔模型的智能电能表可靠性评价方法

针对当前智能电能表故障类型多样、可靠性评价单一的问题,提出基于混合威布尔模型的可靠性评价方法。论文基于智能电能表各单元串联关系和故障事件进行故障类型分类,利用最小二乘法推算各单元故障类型的尺度与形状参数,结合中位秩与平均秩次计算智能电能表累计失效概率提高模型准确度,并通过熵权法计算各故障类型对整表可靠度影响的权重系数,据此建立基于混合威布尔模型的智能电能表可靠性评价方法。实例结果表明,提出的方法在各类故障类型下均能准确得到智能电能表可靠度评估,并能准确获得智能电能表单元模块的可靠度,与现有方法相比,文中方法不需大量先验知识,且实现简单、准确度更高。

径向基函数-稀疏多项式混沌展开混合代理模型可靠性分析方法

为解决现有代理模型在可靠性分析中存在的普适性差、分析精度低的问题,提出一种融合径向基函数(Radial Basis Function,RBF)和稀疏多项式混沌(Sparse Polynomial Chaotic Expansion,SPCE)展开的混合代理模型,实现功能函数的快速准确预示,从而提高可靠性分析的工程适用性和计算精度。采用正交匹配追踪技术求解多项式混沌(Polynomial Chaotic Expansion,PCE)展开中的重要项,获得SPCE展开模型,并将其增广到RBF代理模型中,形成RBF-SPCE展开混合代理模型,提高代理模型的预测精度,进而结合蒙特卡洛模拟(Monte Carlo Simulation,MCS)方法开展复杂结构的可靠性分析。三个数值算例对比了所提方法与传统RBF方法及增广RBF方法的具体差异。结果表明,所提方法对结构可靠性分析具有更高的精度和效率。最后,汽车侧面碰撞的工程算例说明所提方法对复杂问题具有良好的工程适用性。

基于故障树分析的电缆故障诊断可靠性评估方法研究

提出了一种基于故障树分析的电缆故障诊断方法。介绍了故障树分析技术的基本概念和方法。深入探讨了电缆故障的类型和成因。基于故障树构建了电缆故障诊断模型,并通过案例分析进行了验证。最后,对电缆故障的可靠性进行了评估。为电缆系统的可靠性评估提供了一种新的方法,对电缆故障的预防和处理具有重要意义。

基于PC-Kriging模型的极端环境下海上风机基础可靠性分析

为研究基础结构的材料属性和尺寸对单桩式海上风机基础可靠性的影响,提出基于PC-Kriging模型(Polynomial-Chaos-based Kriging,PC-Kriging)和蒙特卡洛模拟(Monte Carlo Simulation,MCS)方法,结合IEGO学习函数建立的单桩式海上风机基础可靠性分析模型,并通过算例验证了该方法的精确性。以50年重现期的海况为极端环境,考虑材料密度、弹性模量和桩腿壁厚的不确定性,进行单桩式海上风机基础在塔筒顶部位移和应力控制两个失效因素下的可靠性分析,并进行全局灵敏度分析。分析结果表明,单桩式海上风机基础失效概率为8.4×10-3,材料密度对可靠性影响可以忽略不计,而材料弹性模量和桩腿壁厚对可靠性影响较大。

基于故障物理模型的可靠性仿真分析方法研究

以某电源组件为例,提出基于故障物理模型的可靠性仿真分析方法。在产品信息收集、数字样机建模的基础上,通过热测量试验和模态试验完成模型修正与验证,以保证数字样机模型的准确性,提高仿真结果的可信度,为设计改进提供指导。