基于Kriging改进响应面法的桥梁地震动力可靠度研究

鉴于桥梁结构对地震响应的非线性和复杂性等问题,提出了基于Kriging改进响应面法的桥梁结构地震动力可靠度分析方法。首先利用Kriging模型的优越模拟性能,将其作为响应面函数,并采取自适应策略加以改进,而后采取线性过滤器脉冲响应法对地震随机激励荷载进行了离散,并基于首次超越问题的定义建立了动力可靠度极限状态方程,最后对桥梁结构的地震可靠度问题进行了分析。计算分析结果表明:提出的基于Kriging模型的改进响应面法能有效完成桥梁地震动力可靠度的计算分析(包括结构参数随机性对桥梁动力可靠度的影响),且结果具有较高的准确性和高效性。

面向约束优化的改进响应面法在车身轻量化设计中的应用

轿车车身轻量化设计是一个多约束的复杂系统优化问题,且必须满足各项车身结构性能,其中碰撞安全性是先决条件。实际中普遍采用试验设计和响应面法相结合的手段开展轻量化研究。针对传统响应面法拟合约束函数易引起优化解落在非可行域内的缺陷,提出一种面向不等式约束函数的改进响应面法,使近似约束边界分布在可行域中,得到能够满足设计约束的优化解,数值算例验证了改进响应面法在处理约束优化问题中具有比传统响应面法更为明显的优势。将其应用到车身轻量化设计中,结果表明,基于本研究提出的改进响应面法的轻量化方案优于传统响应面法,整车耐撞性能得到提高的同时实现车身前部结构减重21.4%,为开展车身轻量化设计研究提供可借鉴的方法。

结构体系隐式极限状态方程概率分析的改进响应面法

提出一种新的处理隐式极限状态方程概率安全分析的响应面法,在原响应面法的基础上,通过引入高阶修正项和概率等效变换,建立原隐式极限状态方程的等效显式极限状态方程,以利用已有的各种针对显式极限状态方程的可靠性分析方法,得到等效显式极限状态方程的失效概率。该方法被推广应用到所有极限状态方程均为隐式的结构体系的可靠性分析中去,依次建立每个失效模式的等效极限状态方程,并采用MonteCarlo法和重要抽样法计算具有多个极限状态方程的结构体系的失效概率。算例表明,文中方法不用差分方法计算隐式极限状态对基本随机变量的导数,适于解决隐函数的概率可靠性分析问题,由于采用了高阶项的修正,能够得到更高精度的结果。

结构可靠性分析中含交叉项的改进响应面法

针对非线性隐式功能函数的可靠性分析问题,提出一种基于试验设计技术含交叉项的改进响应面法。该方法首先采用基于试验设计的矩估计得到试验点并拟合响应面函数,然后通过计算拟合重要度得出最大贡献试验点并进行补充抽样,选择最佳交叉项,获得了隐式功能函数的更好近似,从而提高了失效概率的计算精度。算例表明该方法应用的广泛性和优越性。

基于改进响应面法的电缆碳纤维增强复合材料集成构件电缆埋置位置优化

针对电缆碳纤维增强复合材料(CFRP)集成构件中电缆埋置位置参数难以确定的问题,建立了集成构件的有限元分析模型和电磁兼容分析模型,提出了一种采用改进响应面法来求解电缆埋置位置参数优化问题的方法。利用该方法,综合考虑电缆的力学性能、电磁兼容性能和制造约束条件,预测得到了一组高质量的电缆埋置位置参数。验证结果表明,使用这组参数得到的集成构件能满足所有的约束条件,所有响应的预测值与实际值的平均误差仅为3%,且埋置电缆对CFRP基体力学性能的影响很小。

基于改进响应面法的高混凝土坝可靠度研究

针对高混凝土坝可靠度分析中极限状态函数不能显式表达且随机变量复杂的特点,基于变量的随机敏感性因子改进响应面法,提出了适用于高混凝土坝复杂结构系统的改进响应面法。算例结果表明,该法计算效率高、实用性强,是高混凝土坝及复杂水工结构物可靠度分析的较好途径。

基于改进响应面法和Matlab-Adams的麦弗逊悬架优化

基于Adams和Matlab应用改进响应面法对悬架结构参数进行了优化。在Adams/Insight软件中进行了设计参数的灵敏度分析。针对灵敏度较大的设计参数,建立了车轮定位参数在车轮跳动过程中最大变化量的二阶响应面近似数学模型,并对该模型进行了可靠性分析。应用编程实现对响应面数学模型的优化求解,对优化前后的仿真结果进行了对比。对比结果显示了该方法具有较好的准确性和有效性。

基于改进响应面法的纯电动客车车身结构优化设计

建立基于试验设计理论和改进响应面的纯电动客车车身结构优化设计方法。以研发的纯电动客车车身结构为初始模型,使用参数化设计方法,得到纯电动客车车身结构模型。该方法以ANSYS/Workbench有限元软件的计算结果为基础,针对纯电动客车车身4个封闭力环在车身的位置为控制参数,由拉丁超立方优化设计所得的30次试验及改进响应面方法分析确定筛选参数进而得到最优设计点。根据结果构造车身封闭力环的控制参数与多目标函数的响应面近似模型,分析参数间的交互效应,基于微粒子群算法,建立以应力和1阶模态最小为目标的优化模型,模型应力由优化前的108MPa降低为优化后的91 MPa。对最优设计点的力环位置进行试验研究,得到有限元分析结果计算值与响应面近似值吻合,同时降低了整车振动,提高了乘坐人员的舒适性。表明基于试验设计和响应面的优化设计方法可用于纯电动客车车身结构优化设计,对新能源汽车车身设计提供了理论依据。

改进响应面法及其在结构可靠度分析中的应用

介绍了响应面法的基本思想,并分析了用单面响应面法计算结构可靠度中存在的精度问题,提出了改进的单面响应面法;同时通过算例与其他方法进行了对比分析,结果表明,改进的单面响应面法不仅不会增加计算的数学难度,又能提高计算的精度。

滑坡模糊可靠性评价的改进响应面法及优化研究

将模糊随机理论与改进的响应面模型结合求解滑坡的可靠性指标。首先,考虑到滑带土力学参数的模糊随机性,非线性程度较高,采用正态模糊隶属函数对参数样本进行模糊-随机处理,并作为优化模型的约束函数;然后,采用过无差点的改进响应面法将功能函数显式化为二阶近似函数,黏聚力和内摩擦角约束函数显式化为线性函数,基于二次规则方法,采用理性运动极限计算方法,寻找合理、有效而稳定的优化策略求解滑坡的目标功能函数;最后,采用一次二阶矩法计算滑坡的可靠性指标。改进的响应面法在迭代过程中通过中心展开点,优化过程可以收敛到精确的局部最优点,同时理性运动把每次寻优的空间缩小,在建立近似显函数展开点或构造点的邻域进行寻优,避免了优化迭代振荡、收敛速度缓慢或不收敛的缺陷,提升了优化速度并保证求解的有效性和准确性。计算方法保证了改进响应面法的精度,求得的可靠性指标考虑了参数模糊不确定性的影响,研究成果为响应法的改进并应用于滑坡工程的可靠性评价领域起到一定的推动作用。

改进响应面法在桥梁结构有限元模型修正中的应用

为了获得精确的桥梁结构有限元计算模型,提供健康监测和受力性能再分析的基准有限元模型,对桥梁结构有限元模型修正方法进行研究,提出以二阶多项式与径向基函数相结合的改进响应面法。将该方法应用到一座系杆拱桥的有限元模型修正中,选择该桥的铺装层厚度、拱肋、主梁、横梁及吊杆的弹性模量和密度作为待修正参数,采用D-最优试验设计方法进行试验设计,对试验设计得到的一系列样本点进行方差分析。以F检验法筛选出对各测点挠度和各阶频率影响显著的参数,建立改进后的响应面模型,并计算出关于设计参数的响应值。结合现场试验得到的静动力测试数据构造目标函数,对目标函数进行优化求解得到各参数的最优解,代入到初始有限元模型中,完成对初始有限元模型的修正。结果表明:各构件的弹性模量及其二次项和铺装层厚度对挠度影响高度显著,一些构件的弹性模量和密度对频率影响显著,以显著性较高的参数拟合的响应面模型具有较高的精度,修正后的有限元模型的计算值与现场试验实测值的误差显著降低。修正后的系杆拱桥有限元模型与实际结构更加吻合,可作为基准有限元模型,对今后桥梁结构的健康监测、静动力性能分析、损伤识别具有重要意义和实用价值。

结构可靠度分析的改进BP神经网络响应面法

对功能函数不能明确表达即具有隐式功能函数的问题进行可靠度分析,常采用响应面法。其中二次多项式响应面法应用较为广泛,采用与此方法相同的思路,人们提出了BP神经网络响应面法。在此基础之上,笔者提出了改进的BP神经网络响应面法。对以上方法计算效果,通过算例进行了对比分析,其中改进BP神经网络响应面法计算精度较好,进行有限元分析次数较少。该方法用于大型复杂结构的可靠度分析,可相应提高工作效率和解题质量,具有一定实际应用价值。

基于改善响应面法钢箱叠合拱桥梁端转角的可靠度分析

基于改善响应面法,结合Matlab与MIDAS CIVIL计算程序,以我国高铁第一座钢箱叠合拱桥哈大高速铁路新开河特大桥为工程背景,计算分析了该桥梁端转角的可靠度.结果表明该桥的转角可靠度符合要求.

基于融合改进响应面-遗传算法的古塔力学参数反分析

为了反分析砖石古塔的材料力学参数,将均一化原理、响应面法和遗传算法三者结合,提出了融合改进响应面-遗传算法。首先基于ANSYS软件建立古塔的三维有限元模型,采用BBD (Box-Behnken Design)方法设计了影响因子实验点,根据有限元模型计算各参数对应的古塔动力特性;提出改进的响应面方法,建立了待修正参数与响应量的显式响应面模型;最后根据古塔现场实测动力特性,利用最小二乘法建立了反分析目标函数,采用遗传算法搜索最佳参数组合,确定古塔力学参数。以宜阳五花寺塔为例,反演分析了砖石塔的弹性模量、密度等力学参数。计算结果表明,基于融合改进响应面-遗传算法的古塔力学参数反分析法,可快速高效地获得反分析参数结果,且结果精度较高。

结构可靠性分析中考虑高次项修正的组合响应面法

响应面法被广泛地应用于大型复杂结构隐式极限状态方程的可靠性分析,然而至今响应面法的精度仍是未完全得以解决的问题。分析并指出了影响响应面法精度的主要因素,针对这些影响响应面法精度的主要因素,提出了考虑高次项修正的组合响应面法,该方法在真实极限状态方程对结构失效概率贡献较大的区域以一组主次响应面来近似,并对每一个响应面采用高次项予以修正,从而使得响应法的精度得以大幅提高,算例结果证明了所提方法的可行性与精度。

基于RSM和NSGA-Ⅱ法的重载机械臂结构优化设计

文中针对桥隧复杂环境下多相受力机械臂的结构优化研究,建立了关于重载机械臂的臂架结构的有限元分析模型和结构力学模型。首先根据结构力学模型选取优化设计参数,并采用拉丁超立方抽样方法设计优化样本点,其次构建二级伸缩臂的响应面近似模型,最后建立以质量最轻为设计目标的优化模型,根据响应面复相关系数判断该响应面拟合准确度。在获得响应面模型后,运用多目标遗传算法寻求二节伸缩臂结构参数设计的Pareto前沿解并以此为基础选择优化方案。研究结果表明,伸缩臂的质量减少12.90%。相较于传统结构设计的经验化设计,既节约材料又能满足力学性能的要求,对同类结构的优化问题具有一定指导意义。

双相钢点焊熔核界面撕裂失效模式参数控制

采用改进响应面试验分析方法对影响1.4 mm双相钢DP600点焊接头界面撕裂失效模式的工艺参数进行研究.结果表明,焊接电流、焊接时间以及保持压力是影响双相钢焊点界面撕裂失效模式的关键参数,合适的焊接工艺参数有助于提升熔核直径比,并且降低其对焊接参数的敏感度.以焊接工艺的鲁棒性为优化目标,获得了控制焊点界面撕裂失效模式的最优工艺参数.结果表明,采用该最优焊接参数能够有效控制双相钢电阻点焊焊点界面撕裂问题.

基于近似模型的车轮定位参数优化设计研究

为改善某车型前悬架优化设计中其运动学特性,解决前轮胎磨损较严重问题,提出一种基于近似模型应用改进响应面法对车轮定位参数进行优化设计。首先,应用ADAMS/Car软件建立了麦弗逊式前悬架仿真分析模型,并在ADAMS/Insight中对悬架部分设计硬点参数进行灵敏度分析。然后,针对灵敏度大的设计参数建立车轮定位参数在跳动过程中最大变化量的二阶响应面近似数学模型,并利用Matlab编程对拟合出的近似模型优化求解与可靠性分析。最后,将优化后车轮定位参数最优值代入悬架模型中,在ADAMS/Car中再次进行轮跳仿真试验,对比应用传统响应面优化方法优化悬架前后试验结果表明,该优化设计方法具有较好的优化效果。

基于IRSM和IP-GA的车架非概率可靠度优化

以某牵引车车架为研究对象,对车架进行有限元分析,求车架结构的强度值。制造车架材料的密度和弹性模量存在不确定性,在求解可靠度时,要考虑这些参数的不确定性。运用改进响应面法(IRSM)构建不确定变量、设计变量与强度值之间的近似模型,求得车架原厚度的非概率可靠度指标。以设计变量相关车架部件的质量最轻为目标函数,车架原厚度可靠度指标为约束构建非概率可靠度优化模型。运用隔代遗传算法求解不确定性优化,并与确定性优化相比较。计算结果表明:在不降低车架原厚度可靠度指标的基础上,确定性优化和不确定性优化都能够做到轻量化,且不确定优化比确定性优化多减轻20 kg质量,有重要的优化设计价值。

基于支持向量分类机的结构可靠度分析

本文将支持向量分类机(SVC)引入到结构可靠度计算分析中,采用拉丁超立方抽样法进行初始输入训练样本的实验设计。将支持向量分类机作为响应面函数,并利用遗传算法进行参数优化,最后结合蒙特卡罗模拟提出了基于支持向量分类机的改进响应面法。其主要思想为:定义"重要性"判定函数,在迭代过程中,按判定函数值从抽样样本中选取新的训练样本,使支持向量分类机的模拟功能函数在抽样点分布区域内能更进一步地接近真实功能函数,从而大大提高可靠度分析的精度以及效率。