THE AUTOMATIC GENERATION OF LIMIT STATE FUNCTION OF HINGED STRUCTURE

In this paper, the theorem of structure continual variation of truss structure in the analysis of structure reliability is derived, and it is used to generate limit state function automatically. We can avoid repeated assembly of global stiffness matrix and repeated inverse operations of the matrix caused by constant changes of structure topology. A new criterion of degenerate of the structure into mechanism is introduced. The calculation examples are satisfactory.

Reliability Improvement of Large Multi-state Series-parallel Systems

In the paper, excess methods for improving the reliability of multi-state series-parallel systems are presented： for the hot reserve of single components, the cold reserve of single components, and the mixed （hot and cold） reserve of single components. A process is also introduced to improve the reliability of these methods by replacing their components with more reliable ones. New theorems for multi-state limit reliability functions in homogeneous and non-homogeneous series-parallel large systems composed of components with improved reliability are presented, and applied to compare the effects of these systems in different reliability improving methods.

基于矩法的CRTS Ⅱ型轨道板碳化可靠性研究

为了提出更优的CRTSⅡ型轨道板碳化可靠度分析方法,首先分析了轨道板碳化作用的发生机制,探究了碳化深度模型,然后结合现有研究建立了CRTSⅡ型轨道板碳化的功能函数,最后应用高阶矩法求解了轨道板碳化的功能函数随时间变化的可靠度指标,得到了轨道板碳化功能函数的概率密度函数。计算结果表明:本文采用的矩法所得结果与蒙特卡洛法相近,但采用矩法仅需计算35次,具有高效、准确的特点;CRTSⅡ型轨道板最初服役的碳化可靠度指标满足要求,轨道板处于安全状态,随着服役时间增加,可靠度指标呈下降趋势,直至服役第15 a以后,CRTSⅡ型轨道板碳化可靠度指标已经低于规范要求,服役后期轨道板极易发生碳化失效,将会影响轨道板耐久性,可能影响行车安全。

基于有限元的边坡稳定可靠度改进一次二阶矩法研究

为研究岩质边坡岩体参数变化时的稳定性,提出一种基于有限元的边坡稳定可靠度改进一次二阶矩法。首先,针对边坡工程中广泛存在的隐式极限状态函数可靠性问题,定义极限状态函数为滑体极限状态下抗滑力与下滑力的差值,考虑黏聚力及内摩擦角作为随机变量并且服从独立正态分布,求出极限状态方程中随机变量的偏导数;然后,根据改进一次二阶矩法编写了求解边坡失稳概率和可靠指标的计算程序;最后,通过算例验证了所提方法的适用性。某库岸边坡可靠性分析结果表明,该方法具有计算流程简单、便于开展、节省机时、计算精度高的优点。

桥上CRTSⅡ型底座板疲劳时变可靠性研究

主要研究桥上CRTSⅡ型底座板在列车荷载、温度荷载、桥梁变形共同作用下的疲劳时变可靠性。为探讨列车荷载、温度梯度、桥梁变形的作用效应,依据CRTSⅡ型底座板混凝土、钢筋的疲劳性能,建立列车荷载、温度荷载、桥梁变形共同作用下的CRTSⅡ型底座板混凝土弯压和钢筋弯拉时的疲劳时变极限状态函数,分析混凝土疲劳强度、温度梯度、混凝土疲劳弹性模量、桥梁变形曲率、模型不确定系数、列车荷载产生弯矩的统计特征,采用PHI2方法开展底座板疲劳时变可靠性分析,并与传统时点可靠度方法的分析结果做对比,探讨底座板疲劳时变可靠指标对列车荷载、温度梯度、桥梁变形曲率的敏感性。研究结果表明:在底座板服役期内,底座板轨下截面处的混凝土弯压和钢筋弯拉的疲劳时变可靠指标均满足规范要求;传统时点可靠度方法求得的可靠指标偏大,给CRTSⅡ型轨道结构营运带来安全隐患;桥梁变形曲率的变化对疲劳可靠指标的影响最大,列车荷载的影响相对较小,温度梯度对可靠指标几乎无影响;荷载参数的均值大于变异系数对可靠指标的影响。研究成果可辅助确定CRTSⅡ型底座板养护维修的时间和方式,为高速铁路结构的运维提供理论参考。

大型数控龙门导轨磨床几何误差建模与基于可靠性理论的精度分配

针对大型数控龙门导轨磨床的拓扑结构,运用多体系统理论和坐标变换方法,构建包括21项参数的几何误差传递模型,并通过试验验证模型具有理想的预测精度。在几何误差传递模型的基础上建立满足磨床设计要求的加工精度可靠性极限状态函数。对磨床工作行程内的25组位置进行误差取样,采用响应面法建立可靠性近似模型,分析每组工作位置加工精度的可靠性。以25项可靠度的均值和最小值作为磨床加工精度性能的评判指标,针对最小可靠度对应的磨床工作位置,进行灵敏度分析,利用灵敏度对影响加工精度因素的重要度进行排序。根据分析结果,遵循精度均衡原则逐步优化误差变量的分布,直至可靠度的均值和最小值均满足设计要求。通过计算实例验证大型数控龙门导轨磨床精度优化分配的可行性。

求解结构可靠度指标的一种新算法

从计算机搜索的角度出发,提出了一种计算结构可靠度指标的新方法。该法避免了传统的可靠度分析方法(JC法)对复杂非线性功能函数计算不收敛的麻烦,且该法不需对功能函数求导,能广泛应用于复杂非线性功能函数的求解。

具有应力集中的机械零件可靠性稳健设计

针对在工程中很难给出带有应力集中的机械零件的显式功能函数的问题,将有限元方法、神经网络技术和可靠性理论相结合,给出了带应力集中的机械零件的可靠性稳健设计方法,数值模拟得到随机设计变量与机械零部件结构响应之间的函数关系式,结合随机摄动法和可靠性灵敏度技术,进行结构可靠性稳健设计,从而解决了工程实际中很难给出极限状态函数显式的问题,为结构可靠性稳健优化设计提供了一种新方法。

基于贝叶斯理论的大坝体系可靠度计算方法

提出了大坝体系可靠度的改进计算方法.首先,通过响应面法拟合极限状态函数,进而通过JC法求出大坝单元的失效概率.然后,通过设定失效模式,以复合极限状态函数为准则,搜索出相应的失效路径;基于贝叶斯公式和Cauchy-Schwarz不等式,通过推导得出大坝以某种失效模式失效时的失效概率的上限,从而得出大坝整个体系的可靠度.最后,结合规范,施加地震荷载、静水压力和动水压力进行了实例验证,并对各种荷载进行了敏感性分析.结果表明,与常规求解大坝体系可靠度方法相比,其优点为考虑了多条失效路径,使用的为其失效概率的上限,计算偏于保守.

基于凸集的结构非概率可靠性度量研究

结构非概率可靠性分析中,结构的可靠性是通过非概率可靠性指标度量的。文中研究结构非概率可靠性的度量方法,对比分析基于区间的非概率可靠性模型和基于凸集合模型的非概率可靠性模型两种情况下的非概率可靠性指标,证明它们之间存在着确定的函数关系,揭示两种指标之间的差异是由不确定因子所决定的本质,并对其进行定性解释。同时得到一些有用的结论。

结构可靠度分析的变f序列响应面法及其应用

提出了结构可靠度分析的变f序列响应面法和相应的收敛控制准则 ,并应用于非线性极限状态函数的可靠度计算 .该方法用简单的二次函数逐步逼近原来的复杂函数 ,并由该二次函数计算可靠指标的近似值 .这一方法简化了迭代计算过程 ,减少了迭代次数 ,有效地提高了计算精度和计算效率 ,对于大型复杂结构的可靠度分析较为适宜 ,并可推广应用于动力问题等的可靠度分析 .

基于加权线性响应面法的支持向量机可靠性分析方法

针对估算非线性隐式极限状态函数的失效概率问题,提出了一种基于加权线性响应面法的支持向量机可靠性分析方法。首先采用加权线性响应面确定设计点,在线性响应面迭代的同时获得一定数量的样本,然后在这些样本和设计点附近补充抽取样本的基础上,采用具有良好小样本学习能力的支持向量机方法来训练样本,保证了在设计点周围获得更好的非线性极限状态函数的替代。这种方法既保证了对设计点的精确近似,又保证了对设计点附近非线性极限状态函数的良好近似,大大提高了失效概率的计算精度,为非线性隐式极限状态的可靠性分析提供了一种合理可行的方法。

砼轴压构件时变可靠性的敏感度研究

分别给出了结构可靠度指标对随机变量的“分布参数”和“极限状态方程参数”的敏感度定义 ,用改进的 JC法计算砼结构可靠度 (包括时变与非时变 ) ,用 Matlab编制了计算敏感度的通用程序 ,并以砼轴压构件为例进行了计算。结果表明 :与非时变相比 ,时变可靠度指标对“分布参数”的敏感程度发生了显著的变化。这对于设计、施工以及维修均具有重大的参考价值。

基于支持向量机回归的结构可靠性分析

针对实际结构中隐式极限状态函数的可靠性分析,提出了一种基于支持向量机回归的结构可靠性分析方法。将支持向量机回归作为隐式极限状态函数的重构工具,用训练后的支持向量机替代隐式极限状态函数,结合一次二阶矩法和蒙特卡洛法,给出了基于支持向量机回归的结构可靠性分析计算流程。最后用2个算例验证了该方法的可行性和计算精度。结果表明:该方法的计算结果最为接近蒙特卡洛法的结果,相对误差较小,计算精度高,具有一定的工程实用价值。

基于支持向量机和蒙特卡洛的结构可靠性分析方法及应用

将支持向量机作为极限状态函数重构的工具引入结构可靠性分析问题中,并结合蒙特卡洛方法,分别给出了模式识别型和函数回归型两种支持向量机(SVM)模型应用于结构可靠性分析的计算流程图。结合数值算例,对两种支持向量机模型在结构可靠性问题的应用方面进行了对比,并研究了训练样本数目、核函数类型、模型参数的取值以及随机变量数目等因素对可靠性分析结果的影响。最后以某自升式平台为工程对象,进行了考虑多个随机变量的结构可靠性评估。结果表明:在应用支持向量机方法进行极限状态函数重构时,无论是模式识别型SVM模型还是函数回归型SVM模型均可取得良好的效果,前者对模型参数的敏感程度大于后者;支持向量机理论作为极限状态函数重构工具与蒙特卡洛方法相结合,可有效解决大型复杂工程结构可靠性分析精度和效率问题。

基于支持向量机的非概率可靠性分析

针对具有隐式极限状态函数的不确定性结构的非概率可靠性分析,提出一种基于支持向量机回归的不确定性结构非概率可靠性分析方法,并给出了该方法的分析流程.抽取数据样本,优化支持向量机回归参数,使用训练后的支持向量机替代隐式极限状态函数.利用非概率集合理论中的区间分析法,引入尺寸比例因子,构造合适的不确定性结构非概率可靠性指标迭代算法.最后用一个数值算例和一个工程算例来验证该方法.数值算例表明支持向量机回归模型预测精度高,用支持向量机回归模型替代结构隐式极限状态函数进行非概率可靠性分析是可行的.工程算例证明该方法具有可行性、正确性和高精度的优点.因此,该方法具有较好的工程实用价值,并对其它具有隐式极限状态函数的不确定性结构的非概率可靠性分析具有一定的参考价值.

基于通用生成函数的可靠性分析方法

提出了基于通用生成函数的可靠性分析方法。首先把连续随机变量离散化,并用离散变量的概率质量函数予以表示;其次根据通用生成函数运算法则计算极限状态函数的概率质量函数,再对极限状态函数的概率质量函数求各阶导数,得到极限状态函数的各阶矩;最后利用极大熵原理建立设计优化问题的数学模型,求解极限状态函数的概率密度函数和累积分布函数。文中所提出的方法避免了对极限状态函数进行灵敏度分析,也不需要求解设计验算点(MostProbable Point,MPP),适于求解混合离散变量和高度非线性问题。实例分析和与蒙特卡洛仿真对比结果验证了所提方法的有效性。

结构体系可靠度分析的改进支持向量回归

针对结构体系可靠度分析的关键问题,在传统支持向量回归方法(SVR)的基础上引入2个支持向量更新步骤,提出适用于结构体系可靠度分析的改进支持向量回归(ASVR)方法.将传统SVR与遗传算法(GA)结合搜索关键构件功能函数的验算点,采用重要抽样Monte-Carlo模拟得出构件的失效概率.基于β约界法筛选潜在的失效构件,根据变化的有限元模型再次更新SVR模型.基于上述2个更新步骤,改进传统构件可靠度分析的SVR算法并用于结构体系可靠度分析.数值算例分析表明该算法的计算效率与精确性,斜拉桥的算例分析证实该算法在实际工程结构中的适用性,同时得到该斜拉桥的2条主要失效路径.

隐式极限状态方程的非概率可靠性分析

针对凸集模型比例因子的非概率可靠度指标相对隐式极限状态方程难以求解问题,提出一种基于支持向量机回归的非概率可靠度指标分析方法。所提方法用支持向量机回归拟合极限状态方程,通过优化算法获得可靠度指标和设计点,用设计点更新支持向量机训练样本的抽样中心,并重复计算过程直至收敛。由于构造合适的迭代格式可以有效地近似结构的真实失效域边界,故求解精度好,又由于使用极限状态方程的代理措施,使得计算效率高。文中用四个数值算例证明方法的精度和效率,并将文中方法用于实际的飞机机翼可靠性分析中。

结构可靠性分析的支持向量机分类迭代算法

针对结构隐式极限状态函数的可靠性分析,提出了一种支持向量机分类迭代算法。该算法以分类支持向量机来替代隐式极限状态方程,通过构造合理的迭代格式,使得分类支持向量机在对失效概率贡献大的区域收敛于真实的极限状态方程,从而提高了可靠性分析的精度。给出了所提算法的详细步骤,并且用多个算例验证了所提算法的可行性及效率。