钢管混凝土加劲混合结构轴心受压工作机理及可靠性分析

钢管混凝土加劲混合结构是由内置钢管混凝土部分和外包钢筋混凝土部分混合而成的结构,由于其在承载力、刚度和延性上的优势,已在工程结构中得到应用。国家标准《钢管混凝土混合结构技术标准》(GB/T 51446—2021)给出其轴压承载力和刚度计算方法。但以往研究主要针对单一参数,尚缺少多参数耦合作用下受力机理研究;且亟需验证承载力计算方法的可靠性,为各行业下的安全性设计提供依据。该文首先建立了轴心受压试验数据库,分析了影响该类结构轴压性能的关键参数;之后,运用验证后的精细化有限元模型开展多参数耦合作用分析,明晰多参数耦合作用对结构刚度、承载力的影响规律,弥补试验研究的局限性,并进一步揭示结构在短期、长期荷载下的内力分布规律,为长期服役下安全性分析提供依据。在参数分析的基础上,开展可靠性分析,确定该类结构在房屋建筑、铁路桥涵、公路桥涵和港口工程中的可靠度指标,验证国家标准中轴压承载力设计方法的可靠性。

基于混合威布尔(Weibull)分布的油纸绝缘可靠性分析及剩余寿命预测

牵引变压器是动车组重要能量转换部件,其中,油纸绝缘性能关系着牵引变压器的正常工作运行。为反映油纸绝缘退化的电气特征参量及化学特征参量,建立混合威布尔分布模型,对油纸绝缘进行可靠性分析及剩余寿命预测。首先,将击穿电压及抗拉强度作为特征参量分别进行威布尔分布参数估计,采用遗传算法对参数进行精度优化;采用熵权法分别得到特征参量的权重,最终得到油纸绝缘的可靠度函数、分布函数及概率密度函数,进一步得到油纸绝缘剩余寿命。结果表明:利用混合威布尔分布模型得到的可靠度曲线、分布曲线及概率密度曲线介于单一模型之间,其预测油纸绝缘剩余寿命为186.71 d。

多尺度数据条件下基于优化RF算法的工程机械可靠性仿真

工程机械是建筑工程的关键设备,其可靠性的高低直接影响到工程的生产效率,为了给项目工程提供可靠性较高的机械设备,提出多尺度数据条件下基于优化RF算法的工程机械可靠性分析方法。构建工程机械设备等效模型,确定工程机械设备的组成结构与材料,模拟工程机械设备工作流程,确定可靠性影响因素。采集工程机械设备多尺度数据,利用优化RF算法,通过决策树构建、特征提取等步骤,识别工程机械设备工作状态。计算工程机械可靠性指标的具体取值,实现工程机械的可靠性分析。通过仿真测试实验得出结论:与传统分析方法相比,优化设计方法的机械可靠性分析误差降低了0.033,通过可靠性分析方法的应用能够有效提升工程产品的生产合格率,由此证明优化设计方法在分析精度和应用性能方面具有明显优势。

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。

电梯安全钳的混合高斯分布可靠性分析方法

安全钳作为电梯必备的防坠装置,其运动可靠性对电梯安全起着决定性的作用。为了高效高精地估计安全钳在制动电梯过程中的运动可靠性,开发了融合拉丁化部分分层抽样(Latinized partially stratified sampling,LPSS)和混合高斯分布的时变运动可靠性分析方法。以安全钳制动面板加速度不超过电梯安全加速度构建性能函数;基于时变可靠性极值分析方法,采用拉丁化部分分层抽样方法估计安全钳性能函数的原点矩;以混合高斯分布原点矩的数值表达与性能函数原点矩相等构建多元方程组,求解混合高斯分布的参数,计算安全钳运动可靠性。

地铁自动检票机故障分析及可靠性研究

考虑到地铁自动检票机组成复杂且故障形式多样,对其进行故障分析并以二参数威布尔分布为基础,提出一种基于混合威布尔分布的设备可靠性评估模型。为提高模型拟合精度,基于误差平方和最小思想构建非线性最小二乘参数优化估计模型并使用粒子群算法(PSO)进行最优参数求解。以南京地铁油坊桥车站自动检票机实际故障数据为例,进行实例验证。结果表明,基于PSO算法的混合威布尔分布可靠性评估模型优于传统单威布尔分布,其均方根误差、平均绝对百分比误差、皮尔逊相关系数均为最优。

结构可靠性分析的概率和非概率混合模型

在结构可靠性分析中需要合理地定量处理影响结构性能的诸多不确定性。不确定性的模拟既可以是概率的 ,也可以是非概率的。文中简要介绍结构可靠性分析的概率方法和基于区间模型的非概率可靠性方法。提出结构可靠性分析的概率和非概率混合模型。通过两级功能方程的逐次建立及可靠性分析 ,给出结构可靠的概率度量。实例分析说明在结构可靠性分析中 。

一种高效的概率-证据混合可靠性分析方法

针对同时包含概率变量和证据变量的混合不确定性问题,提出了一种高效的结构可靠性分析方法,在保证精度的前提下大幅提高了计算效率。借助证据变量均匀化手段,将传统概率可靠性分析中的最可能失效点(MPP)概念引入概率-证据混合模型,基于MPP建立线性近似功能函数,并进行高效可靠性分析。最后通过三个工程算例验证了该方法的有效性。

基于概率-非概率混合模型和贝叶斯网络的汽车起重机起重臂屈曲可靠性分析

汽车起重机使用中因起重臂结构失效而导致事故频发,这造成严重经济损失和人员伤亡。因此,提出利用概率-非概率理论和贝叶斯网络对起重臂结构进行可靠性分析,针对起重臂屈曲计算中的区间变量和随机变量,建立概率-非概率混合模型,计算不同条件下臂架发生屈曲失效的概率,利用贝叶斯网络模型计算各失效原因的重要度,最后通过实例分析验证了方法的有效性,为起重臂基于可靠性的设计提供依据。

随机-区间混合不确定性分层序列化多学科可靠性分析方法

针对多学科问题中随机型与区间型不确定性共存的可靠性分析问题,基于序列化变量处理框架,将原问题分解为区间可靠性分析和概率可靠性分析2个子问题,并建立相应的求解过程。其中,在区间可靠性分析中引入了学科间一致性约束,减轻多学科耦合分析带来的计算负担;在可靠性分析中集成先进均值法、圆弧搜索法和有效集拟牛顿法,构造了一套渐进收敛的处理策略。最后,基于宽容分层思想构造两个子过程的迭代关系,实现随机型和区间型不确定性的同时处理。采用1个数值算例和1个飞行器多学科可靠性分析应用算例,从不同角度验证所提出方法的有效性。结果表明:求解效率比已有方法有所提高,且该方法对各种约束函数的可靠性分析问题的适应性能力更强。

一种针对概率与非概率混合结构可靠性的敏感性分析方法

基于概率与非概率混合不确定模型,提出了一种用于不确定结构的可靠度敏感性分析方法。混合不确定模型中,使用随机分布描述不确定性变量,并给定某些关键分布参数变化区间而非精确值,通过混合可靠性分析方法,获得结构可靠性指标或失效概率区间。给出了六种敏感性指标,定量描述了可靠性区间对区间分布参数的敏感程度。该方法被用于一悬臂梁结构及一实际车门结构的可靠性分析中。

一种含混合变量的结构可靠性分析方法

提出含模糊变量和区间变量的结构可靠性分析方法。基于能度可靠性理论,建立含模糊变量和区间变量的结构可靠性模型,采用最小模糊可靠性指标及最大失效可能度作为含混合变量结构的可靠性度量,给出两种度量指标在特殊情况下的解析求解方法及复杂情况下的优化解法。两个实例计算表明文中方法有效可行。

可缠绕式混合驱动柔索并联机器人可靠性分析

根据可缠绕式混合驱动柔索并联机器人的机构组成及工作原理,将失效模式与影响分析法(FMEA)和引入模糊集理论的故障树分析法(FTA)应用到该机器人系统的可靠性研究中,分析了机器人各子系统中零部件所有可能的故障模式、故障原因以及故障模式对系统的影响,找出了系统中潜在的薄弱环节和关键的零部件,通过理论计算可以得到机器人系统的故障隶属函数表及总体失效概率,结果显示机器人控制子系统对系统可靠性影响要大于机器人本体子系统和机器人动力子系统。研究结果对提高可缠绕式混合驱动柔索并联机器人系统可靠性有一定的指导意义。

用非概率理论分析混合不确定性结构的可靠性

针对不确定性结构可靠性分析中的输入变量分布参数具有不确定性和输入变量为区间模型的混合不确定性结构展开研究。考虑到可用信息最少的情况,将分布参数的不确定性描述为区间模型。通过等概率转换方法将随机变量与其分布参数进行分离,使问题转化为随机与区间变量混合的可靠性问题,建立了混合不确定性问题的可靠性分析模型。基于非概率可靠性理论,建立混合不确定结构分析模型的二级极限状态函数并结合Kriging代理模型建立了高效的求解方法。将所建立的混合不确定模型应用于飞行器结构的不确定性分析中,验证了所建模型的合理性和所提方法的高效性和准确性。

面向直流微网的光伏及固定-移动混合储能的双时间尺度容量配置策略

针对单一时间尺度下光储容量配置冗余或不足的缺点,考虑孤岛直流微网的供电可靠性指标,结合储能的动态运行特点及约束,基于典型负载曲线与光伏发电曲线,建立了双时间尺度光储容量配置模型。其中,储能系统建模提出了固定–移动储能混合储能模型,以应对短时间内光伏负载波动造成的电力缺口。仿真算例采用改进粒子群算法进行求解,结果验证了混合储能和双时间尺度的优越性,说明了容量配置模型的正确性与配置方案的可行性,可为孤岛直流系统光储容量配置提供参考。

混合余度传感器系统的可靠性建模与分析

针对混合余度传感器系统,分别对故障过程和诊断过程进行建模,集成建立系统的半马尔可夫过程可靠性模型。通过代数模型与补充变量法的结合,提出了一种定量分析方法,采用代数模型法将系统模型简化为故障模式的逻辑和,应用补充变量法求解约简后的半马尔可夫过程,推导了基于分布函数的时序故障概率计算公式,用于各故障模式的定量概率求解。通过算例分析,并与典型方法进行比较,体现了模型的通用性以及定量分析方法的准确与简便。

含概率与区间混合不确定性的重力坝可靠性分析

针对重力坝可靠度分析中由于数据缺乏或监测条件限制难以得到各变量精确的概率分布的情况,提出了含概率与区间混合不确定性的结构可靠性分析方法,对于可得到精确概率分布的变量用随机变量进行考虑,对于无精确概率分布的变量用区间表示,并结合响应面法计算了广西红水河龙滩重力坝坝踵抗拉可靠度。结果表明,该方法只需少量的不确定信息就可对结构进行可靠性分析,更适合结构复杂、不确定性较高的水工建筑物结构。

基于尺度分析的CMA-GFS全球能量评估

全球模式能量循环和能量转换规律可准确反映模式动力和物理过程相互作用的物理机制,是诊断大气环流特征的重要方法。基于混合时空域能量循环框架,采用尺度分析方法,利用2022年中国气象局全球数值预报系统(CMA Global Forecast System,CMA-GFS)全球预报产品及欧洲中期天气预报中心第5代再分析资料(ECMWF reanalysis version 5,ERA5),考察CMA-GFS不同尺度下的能量蓄能及转换特征,以此诊断模式的误差来源。结果表明:CMA-GFS可有效预报大气能量循环基本特征,但其对斜压性的高估导致平均环流有效位能偏强,且具有随预报时效逐渐增长的趋势。定常和瞬变涡动能量分别受行星尺度和天气及以下尺度分量主导。涡动有效位能误差由模式斜压性决定,其中CMA-GFS的定常涡动有效位能偏高而瞬变涡动有效位能偏低。定常和瞬变涡动动能均存在系统性低估,负误差主要集中在副热带急流和极夜急流中心附近,偏强的正压输送使更多能量向平均环流转换,涡动能量偏弱。CMA-GFS的4种涡动能量在冬季预报偏低,而在夏季偏高或略偏低,严重削弱了季节变化影响。

隐式极限状态方程结构的混合可靠性分析

针对隐式极限状态方程结构的混合可靠性分析,引入支持向量机回归理论,获得高精度的近似极限状态方程,结合概率-非概率混合可靠性模型和改进一次二阶矩法,提出了一种基于支持向量机回归的结构混合可靠性分析方法。最后通过对悬臂梁和平面桁架结构的混合可靠性分析验证了该方法的可行性和正确性。算例结果表明:当结构中同时含有概率参数和非概率参数时,该方法的计算结果最接近蒙特卡洛法的结果,计算精度高。

基于变点分析的软件可靠性多模型混合研究

针对单个模型因不适应软件工程项目的细微变化而使预测失实的问题,研究了软件可靠性多模型混合问题。建立了基于变点的软件可靠性混合模型;利用最小二乘法研究了软件可靠性模型的变点估计,给出了变点估计的计算方法;最后,对所提出基于变点的软件可靠性混合模型进行数值模拟,模拟结果表明基于变点的软件可靠性混合模型相对于传统的单模型,具有更好的稳健性及预测有效性,能够避免软件可靠性模型不可靠而难以运用于工程实际的问题。