多模式广义失效概率计算的数值模拟法及其工程应用

提出了安全与失效状态含有模糊信息时，广义失效概率计算的数值模拟，及相应的方差估算，并提出了对应的数值积分方法．当状态变量服从正态分布，且其对模糊安全域的隶属函数为正态型时，单个模式的广义失效概率具有精确解．首先利用这种特殊情况检验了所提数值模拟的精度，结果表明对于数值模拟法，随抽样次数的增加，估计值逐渐收敛于真实值．然后利用扩展原理和概率定理，提出两个及两个以上失效模式数广义失效概率的数值模拟计算方法以及相应的数值积分方法．对于工程结构问题，一般在删除次要失效模式之后，主要失效模式的数目不会太多，因此用该数值模拟与数值积分法可以得到精度较高的解．工程算例结果证明了此结论．另外还对所提的两种方法的适用范围做了讨论．

考虑状态模糊性时广义失效概率计算的矩方法

针对失效状态和安全状态具有模糊性的广义可靠性分析问题,提出了一种广义失效概率计算的矩方法。所提方法首先将广义失效概率的积分区域依据功能函数的取值离散化,在离散化的积分区域中,极限状态函数对模糊失效域的隶属函数近似保持为常数,从而将模糊可靠性问题转化为一般的随机可靠性问题,进而可以利用近似的矩方法求得广义失效概率。该文给出了所提方法的实现步骤和原理,算例结果表明所提方法对于中低维问题具有很高的精度和效率。

考虑状态模糊性时广义失效概率计算的鞍点逼近方法

针对状态具有模糊性的广义可靠性分析问题,提出了一种广义失效概率计算的鞍点逼近方法。所提方法首先将广义失效概率的积分区域依据功能函数的取值离散化,在离散的积分区域中,功能函数对模糊失效域的隶属函数近似保持为常数,从而将模糊可靠性问题转化为随机可靠性问题,进而利用近似的鞍点逼近方法求得广义失效概率。该文给出了所提方法的实现步骤和原理,并用算例验证了所提方法的合理性和可行性。由于基于鞍点逼近的考虑状态模糊性时广义失效概率的计算方法具有较高的效率和精度,因而所提方法具有一定的工程意义。

考虑状态模糊性时广义失效概率计算的线抽样方法

针对状态具有模糊性的广义可靠性分析问题,提出一种广义失效概率计算的线抽样方法。所提方法首先将广义失效概率的积分区域依据功能函数的取值离散化,在离散化的积分区域中极限状态函数对模糊失效域的隶属函数近似保持为常数,从而可以利用高效的线抽样方法求得广义失效概率。给出所提方法的实现步骤和原理,并用理论和工程算例证明所提方法的合理性与可行性。

同时考虑基本变量和失效域模糊性的广义失效概率数字计算方法

针对基本变量和失效域均具有模糊性的广义可靠性分析问题,提出了一种基于模拟退火优化的高效数字计算方法。在数字模拟的过程中,由模拟退火优化的Metropolis准则逐渐优化提取样本的重要抽样密度函数。由于基本变量和失效状态均含有模糊不确定性,因此所提算法在构造重要抽样函数时考虑了两个因素的影响,其一是基本变量的等价联合概率密度函数,其二是状态变量对模糊失效域的隶属函数,从而使得对广义失效概率贡献大的样本出现的概率较大,提高了抽样效率和计算精度。所提算法在模拟退火逐渐寻优的过程中,充分利用了过程中的信息,进一步提高了计算的效率,算例的结果也表明本文所提方法是合理可行的。

含模糊随机变量的多模式系统广义失效概率计算的内插迭代线抽样方法

通过正则化基本变量的度量空间,定义了单个基本变量同时具有模糊和随机双重不确定性时的广义失效概率。在广义失效概率的计算中,模糊随机变量被等价变换为随机变量,从而使得广义失效概率的计算变换为随机失效概率的计算。当模糊随机变量的密度函数和隶属函数均为正态型时,推导了其等价概率密度函数的形式和参数。采用自适应线抽样方法对基本变量同时具有模糊和随机不确定性时的多模式广义失效概率进行了计算,并采用数值算例对自适应线抽样广义失效概率计算方法的效率和精度进行了验证。算例分析表明该方法的计算结果是合理的,并且由于自适应线抽样法具有较高的效率和精度,因而所提方法具有一定的工程意义。

考虑失效状态模糊性时的笛形管广义共振可靠性分析

研究了模糊失效状态下气热防冰笛形管结构共振可靠性分析方法。建立了笛形管结构的参数化有限元模型并进行了模态分析。考虑结构尺寸参数、材料性能、外部激励的随机性以及共振状态的模糊性,采用模糊集合理论描述结构固有频率与外部激励的接近程度,建立了三角型隶属函数下的广义共振可靠性分析模型。基于分解定理和扩展定理推导了λ水平截集下笛形管结构广义共振可靠性求解方法。研究工作对飞机气热防冰管路的结构设计提供了参考。

含非闭合隶属函数模糊变量的结构失效概率分布研究

结合工程实际,提出了非闭合隶属函数的截断可能性分布模型,并对模糊强度和模糊应力进行截断处理,给出了结构模糊随机失效概率随截断参数的分布,并给出了结构模糊随机失效概率分布的数值计算方法。所提出的方法不仅可以考虑基本变量的随机模糊性,而且可以考虑安全和失效状态的随机模糊性。关于强度和应力两个基本变量的情况易于推广应用到多个变量的情况,以解决多变量体系中含有非闭合隶属函数模糊变量的安全分析问题。

考虑基本变量模糊与随机性的广义自适应重要抽样法

基于模糊随机广义可靠性分析向随机可靠性分析的转换,提出了模糊随机广义失效概率计算的自适应重要抽样法,该方法利用模拟退火智能优化,在模拟的过程中逐步逼近模糊随机广义设计点,并在模拟过程中自适应地构造重要抽样函数,从而使得模糊随机失效概率的计算效率和精度大为提高。与传统的重要抽样法相比,本文方法无需首先求解失效模式的设计点。对非线性失效区和复杂等价概率密度函数,由于模拟退火智能优化在寻找设计点时比诸如一次二阶矩法(FOSM)更为有效,因而所提方法适合非线性失效区和复杂等价概率密度函数情况下的广义可靠性分析。另外,随着重要抽样密度函数逐步向最优值的自动调整,抽取的样本数逐渐增大,使后续构建的重要抽样函数更能体现对广义失效概率贡献的重要程度,并使失效概率的计算更加准确。文中算例证明了所提方法的合理性。

多模式自适应重要抽样法及其应用

针对多模式的可靠性分析,研究了其失效概率计算的自适应重要抽样法,该方法用模拟退火算法来自动调整每个失效模式的重要抽样函数,使其逐渐趋近于估计方差最小的重要抽样函数．对于多个模式系统失效概率的计算,采用混合加权自适应重要抽样的方法,反映了每个失效模式对系统失效概率的贡献；对于系统失效模式所含基本变量不全相同的情况,提出了扩展自适应重要抽样法,来统一所有失效模式中的基本变量,从而使得混合自适应重要抽样,可以方便地求解变量不全相同时的系统失效概率．对估计值方差和变异系数的计算公式进行了推导．验证算例结果,充分说明方法的合理性与可行性．

模糊可靠性分析的分段非线性加权响应面法及其应用

提出广义失效概率估算的分段非线性加权响应面法。该方法首先将广义失效概率的积分区域划分为功能函数对模糊失效域隶属函数近似不变的积分微段,在积分微段中的广义失效概率可以转化为随机失效概率,进而采用非线性加权响应面法拟合积分微段边界,并求得相应边界的随机失效概率。针对0—起飞—0和0—最大连续—0循环载荷作用下的某型粉末冶金涡轮盘,采用文中所提方法对涡轮盘低周疲劳寿命进行模糊可靠性分析,分析结果表明,所提方法的效率、精度以及在工程上的实用价值。