相关正态空间中改进的有限步长迭代法

针对有限步长迭代法在结构功能函数非线性程度极高时,保证收敛的初始步长难于确定的问题,提出了改进的有限步长迭代法。通过实例说明有限步长迭代法出现迂回迭代甚至不收敛的原因。为了保证每一迭代步长为最优步长,该文引入黄金分割法对步长进行一维搜索,并根据增广拉格朗日函数的极值条件构造了一个新的评价函数,给出了相关正态空间中改进的有限步长迭代法的计算步骤。数值算例表明改进的有限步长迭代法的迭代结果正确,在结构功能函数非线性程度极高时收敛性较好,迭代步数少于修正迭代法的步数。

边坡稳定有限元可靠度分析的有限步长迭代法

边坡稳定一阶可靠度分析的常用方法是验算点法,该方法在求解可靠指标时需要进行迭代计算。但是,对于边坡稳定的有限元可靠度分析,其功能函数形式常为高度非线性的,采用常规的验算点法可能会出现迭代计算不收敛、无法计算可靠指标的问题。将结构可靠度分析中的有限步长迭代法引入边坡稳定的有限元可靠分析,探讨有限步长迭代法中初始步长及步长调整系数的取值方法。在边坡的可靠指标计算方面,采用以基于滑面应力分析的弹塑性随机有限元理论为基础的方法。其中功能函数的形式是以考虑滑面方向的Mohr-Coulomb屈服准则来建立的;导数的求解采用的是基于增量切线刚度法及Aitken加速算法的偏微分法;边坡整体可靠指标取的是所有可能滑面的可靠指标的最小值。算例分析表明,将有限步长迭代法用于边坡稳定的有限元可靠度分析是可行的,该方法可保证在功能函数为高度非线性时可靠指标的迭代计算也能收敛,而且收敛速度较快,从而大大提高有限元可靠分析的计算速度。

超空泡运动体圆柱薄壳屈曲可靠性分析

在水下高速运动的超空泡运动体,其所受轴向力非常大,容易发生结构屈曲问题。考虑到结构自身参数的不确定性,有必要对运动体结构进行屈曲可靠性分析。首先给出超空泡运动体圆柱薄壳舱段的受力模型,并运用半解析有限元法得到临界屈曲载荷。然后建立圆柱薄壳舱段屈曲安全余量函数,给出了临界屈曲载荷隐函数形式的敏度表达式,再用有限步长迭代法求屈曲可靠性指标。最后,通过算例分析了不同空化器锥角时的圆柱薄壳舱段屈曲可靠性指标随速度的变化趋势。

索桁张拉结构形状设计及找力分析

为研究索桁张拉结构的形状判定和自应力求解问题,通过ANSYS有限元软件,提出了基于合理位形改进的力迭代法.首先,基于索桁张拉结构所特有的拓扑关系,从其合理位形出发,推导了形状判定的简洁判断公式.然后,提出了改进的力迭代法,用以求解索桁张拉结构的自应力模态.迭代过程中,更新后的索力逐渐逼近目标值,并在目标预应力作用下得到结构的不平衡位移.算例结果表明,所提方法可一次性确定索桁架的合理形状,且迭代5次左右便可求得结构的自应力模态,所得结果与已有方法的结果相比最大误差为0.48%,满足精度要求.将基于平面索桁架得到的自应力模态代入空间索桁张拉结构中,计算结果接近,内力最大误差为0.030%,且不平衡位移较小,从而证明了由平面索桁架组装成空间索桁张拉结构的可行性.

超空泡运动体圆柱薄壳动力屈曲及可靠性分析

首先将超空泡运动体模拟成受动态轴向载荷作用的圆柱薄壳,推导了结构的动力稳定性微分方程和动力不稳定区域,然后考虑动态轴向载荷的随机性,采用有限步长迭代法将给出的动力屈曲失稳的多个安全余量方程线性化,并利用逐步搜索法找出有效的安全余量方程,最后结合逐步等效平面法计算了舱段动力屈曲的可靠性指标。通过算例分别分析了载荷频率、速度和载荷比例系数这三个随机参数的变化对动力屈曲可靠性的影响。计算结果为如何选择载荷频率、速度和载荷比例系数的安全范围提供了理论依据。

基于逐步等效平面法的可靠性敏度分析方法

为了提高可靠性灵敏度分析方法的计算精度和效率,基于有限步长迭代法和逐步等效平面法,提出了用于计算失效概率对随机变量的敏度值的方法。算例分析表明:无论安全余量是线性的还是非线性的,该方法都是可行且高效的;当安全余量为非线性时,该方法比基于Monte-Carlo的敏度分析方法更为高效,其计算结果比改进的一次二阶矩敏度分析方法更精确;将可靠性指标越高的安全余量安排在等效路径的前面,且将可靠性指标越低的安全余量安排在等效路径的后面,该方法的计算结果越精确。

超椭球凸集合可靠性综合指标定义及求解方法

针对失效域与超椭球凸集合发生干涉与不发生干涉两种情况下,超椭球凸集合非概率可靠性与非概率可靠度两种指标各自存在的不足,将两指标相结合提出多个超椭球凸集合描述时的可靠性综合指标定义,并提出将改进的有限步长迭代法(MLSA)与Monte-Carlo法结合来求解综合指标的方法。MLSA是在有限步长迭代法的基础上提出的,根据增广拉格朗日函数的极值条件构造了一个新的评价函数,并引入黄金分割法对步长进行一维搜索得到最优步长从而加速收敛。数值算例表明,用MLSA求解多个超椭球凸集合描述时的非概率可靠性指标的结果正确,并具有很好的收敛性,用超椭球凸集合可靠性综合指标评价超空泡射弹屈曲非概率可靠性程度更加合理。

基于截尾概率-非概率混合模型的可靠性优化算法

针对工程中截尾概率变量与非概率变量同时存在的情况,给出一种新的截尾概率与非概率混合可靠性模型。在该混合可靠性模型基础上,按照可靠性指标(RIA)法给出双层嵌套可靠性优化模型,并采用改进搜索策略后的ST-Powell优化算法在外层搜索设计变量的最优值,内层采用能保证收敛的改进的有限步长迭代法求解混合可靠性指标。数值算例表明,改进搜索策略后的ST-Powell优化算法的全局寻优性得到显著提升;改进搜索策略后的ST-Powell优化算法与改进的有限步长迭代法相结合求解双层嵌套混合可靠性优化模型的正确性得到验证,且对于非线性程度较高的极限状态函数同样能够得到满足截尾概率与非概率混合可靠性模型指标要求的最优解,并对工程结构算例具有很好的适应性。

水下通气超空泡航行体结构屈曲可靠性分析

在水下一定深度处高速运行的超空泡航行体,其所受轴向力非常大,同时受通气空泡环向压力,容易发生结构屈曲问题。考虑到结构自身参数和通气空化数的不确定性,有必要对航行体舱段结构进行屈曲可靠性分析。该文将航行体环向加肋舱段简化为变厚度圆柱薄壳,运用半解析有限元求解临界屈曲载荷系数,并采用随机有限元与有限步长迭代法相结合求屈曲可靠性指标。算例结果表明:屈曲可靠性指标随环肋个数增加而有较大增幅且在两端简支条件下受面内轴向约束影响较大,并随航行深度的增大呈下降趋势。控制薄壳厚度、弹性模量和环肋厚度的不确定程度可提高屈曲可靠性指标,而通气空化数的不确定程度变化对屈曲可靠性指标影响较为复杂。