含概率-区间混合不确定性的汽车正面碰撞可靠性优化设计

针对汽车正面碰撞中某些参数的概率分布函数中包含不确定的区间变量的问题,构建了一种汽车正面碰撞混合不确定可靠性优化模型,将基于误差比例选择技术的最优多项式模型引入整车碰撞分析中。由于存在区间参数,内层通过限制可靠度的区间下界建立概率约束,从而保证车身结构的安全性。采用了一种基于漂移向量的高效解耦算法,将嵌套优化问题转换为确定性优化和混合可靠性分析的序列迭代过程,避免了内外层嵌套寻优,实现了汽车正面碰撞可靠性优化的高效性。结果表明:优化后防撞梁、吸能盒和前纵梁的总质量减轻了2.35%,所有约束可靠度指标均得到满足,实现了保证车身轻量化要求下的车身和乘员安全性可靠性优化的目标。

一种考虑模糊不确定性的概率-区间混合结构可靠性分析方法

基于概率-区间混合模型,提出一种考虑模糊不确定性的结构可靠性分析方法。应用模糊随机理论,引入隶属函数的补函数,将含区间变量的模糊随机可靠性模型等效转化为仅含随机变量和区间变量的混合可靠性模型,并运用传统的求解概率-区间混合可靠性模型的最大失效概率方法求得其等效的最大模糊失效概率。最后通过三个数值算例和一个工程算例验证了该方法的有效性。

含概率与区间混合不确定性的系统可靠性分析方法

系统可靠性问题中通常存在大量的不确定参数,传统方法一般是基于概率模型对系统进行可靠性分析,但是实际工程中由于数据缺乏或试验条件的限制往往难以得到参数的精确概率分布.本文将结构体系一部分样本信息充足的不确定变量用随机变量进行描述,而另一部分样本缺乏的用区间表示,并提出了一种新的含概率与区间混合不确定性的系统可靠性分析方法.首先,基于一个高效求解方法获得单失效模式下结构的最小可靠度指标;再针对多失效模式下含概率与区间混合不确定性问题建立了系统可靠性分析模型;考虑各失效模式之间的相关性,通过线性相关度计算方法求得相关系数矩阵;最后提出了串联体系和并联体系可靠度求解方法.3个数值算例表明,该方法可以实现含概率与区间混合的多个非线性失效模式下系统可靠度的计算.通过对比传统的概率可靠性分析方法,本文方法只需要少量的不确定信息便可确保系统更加安全,更适合复杂结构系统可靠性的分析和设计.

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。

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。

面向概率-区间混合可靠性分析的自适应共轭控制方法与应用

复杂工程结构中往往包含多源不确定性,而概率-区间混合不确定性理论是处理这些不确定性因素的有效手段。但是,经典的概率-区间混合可靠性计算模型由双层优化循环嵌套组成,对于复杂工程问题存在计算成本过高和鲁棒性不足的问题。为了改进算法性能,提出了面向概率-区间混合可靠性分析的自适应共轭控制方法,该方法将前两次迭代方向与当前迭代点处的负梯度方向组合,同时加入控制因子对组合后的方向进行修正,改善其迭代点的下降方向,提高相应收敛速度,并通过可行下降方向的定义证明了修正后方向仍为优化问题的下降方向。此外,为防止迭代过程中产生数值振荡,进一步引入了Wolfe-Powell准则,保证控制因子自适应更新的同时增强了算法的鲁棒性。为了获得随机参数的上下界,基于超参数凸模型构造了相应的显式迭代公式。计算结果表明,该方法在解决高非线性问题时能有效地避免迭代过程中出现的振荡现象,与传统方法相比,不仅能满足精度需求,而且可以高效、稳定地求解可靠度指标。

含区间不确定性的结构时变可靠度分析方法

针对概率分布参数中存在区间的混合不确定问题,构造一种含区间变量的时变可靠性分析方法,可处理某些结构参数因样本不足无法获得精确概率分布情况下的可靠性计算问题。该方法首先将含区间变量的时变功能函数随机过程进行离散,并将之转换为一概率-区间混合静态可靠性问题。为求解混合可靠性计算中的双层嵌套优化,采用一种高效序列迭代格式,最终获得时变可靠度的上、下边界。最后以某机械零件、机械扭杆和齿轮传动为例,分别得出抗力和载荷均随时间变化且其概率分布参数中存在单个和多个区间不确定性参数情况下的时变可靠度曲线,验证了该方法的有效性。

一种概率-区间混合结构可靠性的高效计算方法

针对既有概率变量又有区间变量的混合不确定问题,构造了一种高效的结构可靠性分析方法。该方法将传统概率可靠性分析中的响应面方法引入混合模型的可靠性分析中,通过Bucher设计与梯度投影相结合的方法建立线性响应面,并采用一有效的解耦方法求解基于响应面建立的近似混合可靠性问题,通过迭代实现响应面更精确地近似真实极限状态函数。最后,通过两个算例验证了该算法的有效性。

基于区间-概率混合模型的在役桥梁可靠性评估

针对桥梁参数同时以随机变量和区间变量两种方式存在的问题,提出一种基于区间-概率混合模型的桥梁可靠性评估方法,采用蒙特卡洛仿真分析法求解桥梁结构在区间变量影响下的最大失效概率,以此失效概率作为评估的结果,并给出了基于区间-概率混合模型的在役桥梁评估流程。以武汉市武梁路巡司河大桥为例,对该桥上部结构进行可靠性评估,采用蒙特卡洛仿真分析方法得到的最大失效概率为0.597%,与桥梁的实际运营状况相符合,同时分析了影响结构最大失效概率的因素。结果表明,将区间-随机混合模型应用到现役桥梁评估工作中是可行的,评估结果可以为现役桥梁加固改造、相关措施的制定提供理论参考。

基于概率-非概率混合可靠性模型的结构优化设计

影响结构优化设计的不确定变量可分为概率变量和非概率变量两种。针对既存在随机变量又存在区间变量的概率-非概率混合结构优化问题,本文提出了一种基于概率-非概率混合可靠性模型的结构优化设计方法。该方法以概率-非概率混合可靠性模型为基础,同时考虑结构的概率和非概率两种不确定因素的影响,通过概率和区间运算给出满足一定约束条件下的最优解。最后通过两个典型算例与基于随机可靠性模型的结构优化设计进行对比。结果显示:在相同不确定信息下,两种可靠性优化设计结果完全相同,表明该方法是有效和实用的。

基于概率-非概率混合可靠性模型的结构地震易损性分析

在易损性分析中,存在对结构阈值的不确定性研究较少,对阈值的选择通常为规范中的数值,得到的破坏概率仅为固定数值等问题,文中同时考虑结构响应和阈值不确定性,建立一种基于概率-非概率混合模型的结构地震易损性分析方法。基于Opensees建立桥梁有限元模型,选择最大支座纵向位移、最大桥墩柱弯曲延性作为衡量结构性能的工程需求参数,并被视为符合二元对数正态分布的概率随机变量;以混凝土应变作为反映结构极限状态的指标,利用增量动力分析法,获得工程需求参数阈值的样本数据,利用灰度理论得到阈值的取值区间,并将阈值视为非概率凸集变量;建立基于概率-非概率混合模型的二维性能极限状态方程,利用混合模型的可靠性分析法求解破坏概率,建立易损性曲线。为对比计算结果,将阈值分别拟定为服从对数正态分布的随机变量和固定数值,并通过蒙特卡洛法求解破坏概率,研究表明:通过概率-非概率混合模型可有效得到破坏概率的区间估计,从而弥补了传统研究中只能得到固定数值破坏概率的问题;不考虑阈值的随机性会对分析结果产生较大影响。

面向响应准确度的参数不确定性模型确认方法

针对参数不确定性模型中概率与区间混合不确定性情况的模型确认问题,提出了面向响应准确度的模型确认方法,并阐明了确认过程的具体实施步骤。根据响应数值结果的非精确累积分布函数和响应试验结果的经验分布函数求解模型确认准则参数,并评估模型确认结果。对于不满足评估要求的模型,建立以待修正区间不确定性参数总置信水平最大为优化目标,以模型确认评估标准和模型参数初始值为约束条件的优化模型,运用遗传算法求解优化问题,并得到模型参数修正值。将模型确认方法应用在圣地亚热传导问题中,结果表明:所提方法可明显提高预测精度和响应准确度,结果真实可信。

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。

基于混合深度学习模型的洪水过程概率预报研究

传统的人工神经网络模型无法量化洪水预报的不确定性,而且在多时段连续预报中未考虑输出的时间相关性。本文通过融合新安江(XAJ)模型、基于外源输入编码-解码(EDE)结构的长短期记忆(LSTM)神经网络和混合密度网络(MDN),构建了XAJ-LSTM-EDE-MDN混合深度学习模型,以实现洪水过程概率预报。该模型在考虑预报洪水时间相关性的前提下,将解码过程产生的点估计转化为条件概率分布的估计;进一步采用最大似然估计法建立了损失函数,通过自适应矩估计(Adam)算法优选模型参数。在陆水和建溪两个流域的研究结果表明:该模型在不降低XAJ-LSTM-EDE模型预报精度的前提下,可有效反映预报洪水过程的不确定性,获得合理可靠的置信区间和优良的概率预报性能,为水库防洪调度等决策提供更多的风险信息,同时为研究深度学习在洪水概率预报中的应用提供参考。

随机-区间混合不确定性下FRP桁架桥多尺度可靠性分析

桁架结构是FRP材料在新建桥梁结构中应用的主要形式之一,然而由于缺乏设计规范、分析方法和数据信息等,FRP桥梁结构存在真实安全度模糊的问题。针对FRP桁架桥在细-宏观尺度参数均存在不确定性,且同时存在随机不确定性和由于概率信息缺乏而表达为非概率不确定性的问题,提出一种多尺度混合可靠性分析方法,该方法能够处理在概率和非概率不确定性并存的FRP结构中的可靠性分析问题。首先,综合运用多尺度方法及随机-区间混合可靠性分析方法等建立多尺度混合可靠度分析模型,并给出可靠度计算公式。其次,通过理论算例验证所提出算法的有效性和精确性。然后,方法应用于一座GFRP桁架桥,通过有限元分析和参数敏感性分析识别对宏观响应影响最显著的不确定性参数,根据显著参数概率信息的完整性,将其划分为区间变量和随机变量。进一步对桁架桥进行位移控制的可靠性分析和以应力控制的可靠性分析,结果表明细观尺度的材料力学性能对桥梁位移控制的可靠性影响较大,而对应力控制的可靠性影响不明显;对桥梁位移控制和应力控制的可靠性影响最大的参数分别为外荷载和抗拉/压强度。最后,比较了方法与其他3种区间变量的处理方法(不考虑区间变量、作为截断正态分布、作为均匀分布)的可靠性,表明不确定性处理的不合理将导致结构可靠性预测的不准确。

工程机械柔性机械臂振动的混合可靠性分析

基于概率-区间混合不确定性模型及结构可靠性分析方法,针对工程机械多关节柔性机械臂的振动可靠性进行研究。根据机械臂不确定参数的信息完备程度,通过概率变量和区间变量对不确定参数进行度量。基于柔性臂架有限元仿真数据,构建机械臂参数与结构固有频率关系的径向基函数代理模型,进而通过概率-区间混合可靠性分析方法对机械臂共振的失效概率进行区间估计。最后将该方法应用于实际产品,通过工程实例验证了方法的有效性。

基于两阶段主动学习Kriging模型的广义概率区间混合可靠性分析

提出一种基于双阶段主动学习Kriging模型的广义概率区间混合可靠性分析方法(TALK-HRA)。该TALK-HRA方法可有效处理包含概率与区间模型、区间概率模型及其组合在内的多种混合模型。首先,建立第一阶段主动学习Kriging模型以选择有可能跨越极限状态面的高风险点,从而准确预测功能函数符号,并为给定区间参数下的失效概率计算奠定基础。其次,构造第二阶段的Kriging模型以学习最大或最小失效概率附近的区域,从而寻找失效概率的边界。再次,提出的TALK-HRA方法被应用到随机-模糊混合可靠性分析中。最后,通过五个算例验证该方法的有效性。结果表明,该方法不仅可以准确高效地计算多种概率区间混合模型下的可靠度,而且能应用于具有高非线性和多峰极限状态面的“黑箱”问题的可靠性分析。

综合能源系统建模与能流计算方法研究综述

围绕综合能源系统的能流计算问题,从网络模型及求解、不确定性能流分析方法2个层面综述了各类能流计算方法。首先,在综合能源系统网络特性建模方面,讨论了偏微分方程模型、动态特性模型和稳态特性模型及其求解方法。其次,归纳了应对系统外部输入不确定性的概率和区间2类传统能流分析方法,以及概率-区间混合不确定性能流分析方法。最后,从工程应用角度分析当前综合能源系统能流计算的难点与热点,进而对其发展方向进行展望。

考虑结构极限状态随机性的多维易损性分析

本文同时考虑结构在地震激励下响应的随机性和极限状态的随机性,将概率-凸集混合模型应用于结构的多维易损性分析。以最大层间位移、最大层加速度作为反映结构性能和非结构性能的两种工程需求参数,并视为符合对数正态分布的随机变量,两种需求参数的阈值被视为非概率凸集变量,分别建立阈值的椭球模型和区间模型,建立同时包含凸集变量和概率变量的二维联合性能极限状态方程;根据凸集模型和概率模型之间的相容性,提出一种混合模型下基于克里金模型的蒙特卡洛法用于求解超越概率的上、下界,得到反映超越概率区间的易损性曲线。研究表明:区间模型建立的易损性曲线较为保守;在罕遇地震作用下,不考虑阈值随机性会会低估结构的抗震能力。

复杂条件下可再生能源系统经济优化运行研究

针对可再生能源投入和大气污染物排放的区域电力系统经济运行问题,引入预测模拟技术和不确定性优化方法,构建了复杂条件下区域可再生能源系统的优化管理模型。该模型整合了支持向量机、区间规划、两阶段规划和机会约束规划方法,并应用于北京市丰台区电力系统规划。模型能够给出区间-概率下的资源配置、电力生产、大气污染物排放等规划方案。研究结果表明:丰台区的可再生能源发电量比重将高达36%,其将有助于实现电力系统由高碳型向低碳型转变;系统的管理成本和大气污染物排放量将随着系统违约风险水平的提高而降低,这将有助于决策者权衡系统可靠性和经济效益。