工程系统可靠度的逻辑分析与优化设计

基于结构逻辑图的理论，提出了以下确界算子和上确界算子分别作为串联与并联系统可靠度的计算模型；形成了复杂工程系统可靠度的逻辑分析方法，在此基础上，应用多阶段决策算子法，成功地求解了工程系统可靠度的优化设计问题，给出了桁架结构优化的数值计算例题。     

基于数据驱动的舵面结构优化设计

在航空航天领域,基于结构拓扑优化理论的轻量化设计需求逐步增加;而一些高端装备的空气舵通常服役于严酷的热力耦合环境中,对其进行高效地轻量化设计兼具挑战和重要意义.对于给定的载荷,薄壁结构的刚度特性可以通过增加肋或加强筋而得到显著增强,这与空气舵结构的设计需求高度一致.然而,传统隐式拓扑优化框架下的加筋设计存在设计变量数目多、计算效率较低、不易保证筋条几何特征以及不便直接将优化设计结果导入CAD系统等问题.本研究采用了全新的显式拓扑优化方法-移动可变形组件法(MMC),并结合数据驱动对具有异形封闭几何特征的空气舵进行高效加筋设计.该方法直接对筋条骨架的几何信息进行优化,具有设计变量少、计算效率高、优化结果可与CAD软件无缝衔接等优势,从而解决了采用隐式拓扑优化方法及后续模型重构、参数优化等冗余步骤所面临的优化周期长、对设计人员经验依赖性强等问题.进一步,建立了加筋布局与关键力学性质映射的人工神经网络模型;将其作为代理模型进行优化可极为高效地得到高质量的初始设计,从而显著提升了舵面结构优化设计的效率.文章设计框架融合了结构拓扑优化算法与人工神经网络技术,可以推广应用于其他高端装备的智能设计.     

工程系统可靠度的逻辑分析与优化设计

基于结构逻辑图的理论，提出了以下确界算子和上确界算子分别作为串联与并联系统可靠度的计算模型；形成了复杂工程系统可靠度的逻辑分析方法。在此基础上，应用多阶段决策算子法，成功地求解了工程系统可靠度的优化设计问题；给出了桁架结构优化的数值计算例题。     

随机激励下的结构尺寸优化设计

将结构优化设计中的位移约束拓展为位移可靠度约束。基于首超破坏准则,采用概率密度演化方法分析了结构在随机激励下的位移可靠度。将遗传算法与概率密度演化方法相结合,对一个具有位移可靠度约束的十杆桁架进行了尺寸优化设计,实现了概率密度演化方法在结构优化设计中的成功运用。这一研究对于随机激励下的结构优化设计提供了新的途径,也为概率密度演化方法在结构优化设计中的运用进行了新的尝试。     

加筋薄壳结构分析与优化设计研究进展

伴随装备大型化和承载重型化等发展趋势,装备中加筋薄壳结构尺寸越来越大,成型工艺与结构细节也越来越复杂,对结构优化设计的精细程度、新型轻质结构发现和力学性能数值预测精度提出了更高的要求,给复杂板壳非线性分析模型、优化问题的数学建模和求解算法带来新的挑战。本文从加筋壳稳定性分析方法、折减因子确定方法以及考虑几何缺陷的加筋壳设计方法三个方面进行综述,介绍国内外相关研究进展。     

基于概率密度演化方法的地下结构可靠度分析

本文提出基于概率密度演化方法的地下结构可靠度分析,通过求解极限状态函数的概率密度演化方程,可以得到响应量的概率密度函数曲线.相比于传统的随机模拟方法,概率密度演化方法考虑了样本点之间的概率联系,因此在求解效率以及精度上都得到大大提高.文中结合上海市轨道交通M6线地铁下程进行了基于概率密度演化方法的可靠度分析,与随机模拟的结果相比表明,基于概率密度演化方法的地下结构可靠度分析方法具有更好的效果.文中还介绍了基于等价极值事件的结构体系可靠度分析方法,并将等价极值事件的基本思想推广到复杂失效准则下地下结构的可靠性分析之中.结果表明此方法可以对地下结构可靠度给出较为准确的评价.     

既有结构已服役荷载对可靠度评估结果的验证影响

服役荷载的验证作用影响既有结构的抗力分布,进而影响结构可靠度评估结果。文章利用的时变可靠度理论,给出了一个时变可靠指标简化计算公式,分析了服役荷载的验证作用,同时考虑了抗力衰减、结构已服役时间以及恒荷载效应与可变荷载效应比值等因素影响。     

基于可靠度和功能的框架—剪力墙结构抗震优化设计

作为结构抗震设计的发展方向,近年来基于功能的结构抗震设计思想引起了地震工程界的广泛重视,并取得了迅速发展,其基本思想就是在充分考虑结构抗震设计中的不确定性的情况下,采用基于“投资－效益”准则和强调结构“个性”的设计,本文讨论了基于可靠度和功能的结构抗震优化设计思想,建立了钢筋混凝土呆－剪力墙结构 抗震优化设计模型,给出了结构可靠度的近似计算方法,最后计算了钢筋混凝土框架－剪力墙的算例。     

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.     

考虑材料性能空间分布不确定性的可靠度拓扑优化

论文研究了考虑材料性能空间分布不确定性的连续体结构可靠度拓扑优化问题。其中,材料的弹性模量视为具有给定概率分布特征的随机场,其离散采用级数最优线性估值法（EOLE）。随机结构的响应以及相应的灵敏度分析采用多项式混沌展开（PCE）近似表达,并采用Monte Carlo方法验证了该方法的精度。结构的可靠度分析采用一次可靠度方法（FORM）,在优化问题的求解中,对双层嵌套方法和序列近似规划（SAP）方法进行了对比。数值算例中,该方法应用于二维和三维结构的拓扑优化问题,优化结果验证了方法的正确性和有效性。     

基于广义可靠性的随机模糊杆系结构优化设计

研究了随机参数杆系结构的广义可靠性优化设计问题。导出了随机荷载作用下以模糊许用值为条件的结构广义可靠度计算公式;建立了以杆截面为设计变量、结构重量均值为目标函数、结构模糊位移和单元模糊强度广义可靠度为约束条件的优化数学模型;通过引入罚函数,将原广义可靠性约束优化问题转化为无约束优化问题,利用遗传算法求解。设计结果表明:文中提出的模型和计算公式是可行有效的。     

构件适用功能要求的模糊性及可靠度分析方法

设计标准中对构件适用功能的要求常具有一定的模糊性,结构可靠度分析中应考虑这种不确定性的影响.目前虽然利用模糊集合及其隶属函数,建立了功能要求模糊时构件可靠度的分析方法,但它们在作用概率组合、功能函数表达、模糊概率计算等方面仍存在一定的不足.为此,首先在作用概率组合中引入更为合理的随机过程组合方法,并采用便于反映设计中各...     

论工程系统可靠度最优分布的决策方法

在一个工程项目的规划和设计中,每一个构件,每个结构,每个子系统,直至工程总系统都应该具有各自的最优的可靠度.可靠度优化的目标就是使代表整个工程项目当前投资的“造价”C 和代表其长远经济效益的“损失期望”L 之和为最小.从各个结构到总系统最优可靠度的决策实际上就是“工程大系统的全局优化问题”.依据一个结构的最优可靠度来决策它的各个构件的最优可靠度是“结构可靠度的最优分配问题”.经过长期的研究,我们已初步提出解决上述二个问题的方法.本文介绍这些方法的基本思想和解决问题的途径.此外,在本文中还扼要地介绍了我们所提出的系统的广义可靠度的概念.     

一种结构响应预测策略与新可靠度分析方法

工程结构在服役期不可避免地遭受各种不确定因素的侵害,为客观科学地描述不确定因素的影响,可靠度理论得以产生和发展。但传统的可靠度分析方法囿于精度和效率等原因,难以应用于实际工程结构。近年来基于概率守恒原理,概率密度演化理论提出并得到发展。但对复杂的工程结构,效率低下等问题依然有待解决。鉴于此,本文提出两级剖分概率空间的概念,以粗剖分获得的少量代表样本构成训练集,训练Kriging模型;然后细剖分概率空间,通过训练的Kriging模型预测加密样本响应提高分析效率。基于此,结合以概率密度演化理论为基础的物理综合法,提出了一种新的可靠度分析方法。通过对一解析系统和一幢钢筋混凝土框架结构的响应预测与可靠度分析,证明了新提出方法的精度和效率。     

基于概率极限状态的结构优化设计

本文旨在建立一个有各类不确定性因素存在的结构优化设计的合理数学模型，使其既能纳入结构可靠性分析领域的最新研究成果又便于实际工程应用。该模型以极限状态设计方法为基础，对材料性质和结构荷载固有的统计不确定性用“水准２”（即一次二阶矩理论）的可靠性分析方法处理，而对模型理想化、近似结构分析以及设计与施工阶段产生的非统计性质的不确定性（即模糊性）通过模糊集运算处理。该模型保持了现行建筑结构设计规范和日常设计习惯的一致性，也保持了与确定性结构优化设计模型的一致性     

基于概率极限状态的结构优化设计

本文旨在建立一个有各类不确定性因素存在的结构优化设计的合理数学模型，使其既能纳入结构可靠性分析领域的最新研究成果又便于实际工程应用。该模型以极限状态设计方法为基础，对材料性质和结构荷载固有的统计不确定性用“水准２”的可靠性分析方法处理，而对模型理想化，近似结构分析以及设计与施工阶段产生的非统计性质的为确定性通过模糊集运算处理，该模型保持了现行建筑结构设计规范和日常设计习惯的一致性，也保持了与确定性     

基于区间分析的工程结构不确定性研究现状与展望

随机分析方法、模糊分析方法是已经广泛使用的工程结构不确定性分析方法, 近年来区间分析方法逐渐为人们所熟知并成为是一种新的工程结构不确定性分析方法,它主要用来研究具有区间特性的工程结构. 区间分析方法在统计信息不足以描述不确定参数的概率分布或隶属函数、工程单位仅提供不确定参数的区间范围而想获得结构响应的区间范围时就发挥了其优点. 综述了区间分析方法及其在工程结构不确定性分析中的应用状况, 将基于区间分析的工程结构不确定性问题研究归结为以下4个方面: 不确定性结构系统的区间有限元分析; 基于区间的非概率可靠性分析; 工程结构区间反演分析; 基于区间参数的结构优化设计. 分析评价了国内外在这几个方面的研究成果及其最新进展, 同时指出目前研究中存在的问题和研究的方向.      

海洋电缆中关键力学问题的研究进展与展望

海洋能源是当今世界各国竞相开发的关键领域. 海洋电缆是连接海洋能源生产系统各设施的能源传输、生产控制的关键装备之一, 被誉为海洋能源开发的“生命线”. 如何设计海洋电缆能够抵抗极端海洋灾害, 同时满足安装、服役中弯曲柔顺性的要求, 实现“刚柔并济”的结构性能, 是海洋能源开发领域亟待解决的核心难题. 本文围绕海洋电缆多构件、多层螺旋缠绕的结构特点, 全面总结了海洋电缆设计、分析及测试领域关键力学问题的研究进展. 首先, 针对海洋电缆结构的理论分析, 阐述了拉伸、扭转和弯曲刚度的基本理论以及拉扭耦合和非线性弯曲行为研究进展. 其次, 介绍了数值仿真方法在海洋电缆工程中的应用, 特别介绍了海洋电缆数值分析专业软件方面的研究成果. 再次, 探讨了海洋电缆多场耦合分析、结构优化设计和疲劳寿命的计算方法. 最后详细介绍了海洋电缆结构的实验测试技术和测试装备. 本文通过对海洋电缆研究方法和研究热点的详细综述, 揭示了该领域的主要研究方法和关键技术难点, 并展望了海洋电缆未来发展的主要技术需求和研究方向. 上述工作对海洋电缆在我国海洋油气能源开发中的高可靠性工程应用提供了基础理论和技术参考.      

“气体润滑与干气密封”专辑序言

<正>气体轴承与干气密封由于采用气体来实现完全非接触悬浮和密封，所以具有损耗低、效率高和寿命长等特点，能够满足装备超高速、超精密、高效率和长寿命等极端性能需求，已成为精密制造、能源动力和航空航天等领域高端装备转型升级的引领性技术.随着气浮装备服役环境复杂程度的不断提高，对气浮部件的承载能力、稳定性和适应性等方面提出了更高的要求.气体轴承与干气密封技术涉及润滑与密封机理、结构优化、部件材料、高性能制造、性能检测以及系统集成等多个领域.近年来，在国家重点研发计划等项目的牵引和气浮装备产业化浪潮的推动下，国内气浮技术在基础研究和产业化应用等方面都取得了不少的进展.各位专家和学者从极端工况下气浮部件的润滑机理与性能分析、面向性能需求的气浮部件结构优化设计方法、气浮部件与系统的耦合分析与集成设计以及气浮部件与系统的性能检测与评价等多个层次进行了大量的工作，取得了大量的重要成果.     

基于可靠度的结构优化的序列近似规划算法

基于可靠度的优化的最直观解法是把可靠度和优化的各自算法搭配一起形成嵌套两层次迭代。为改善其收敛性提高计算效率,人们提出了功能测度法、半无限规划法、单层次算法等多种改进方法。本文对传统结构优化界的经典序列近似规划法改造并扩展应用于求解基于可靠度的结构优化问题,构造该问题的序列近似规划模型和求解过程;其核心思想是在每个近似规划子问题中采用近似可靠度指标对设计变量的线性近似,在优化迭代过程中同步更新设计变量和随机空间中的近似验算点坐标,以达到可靠度分析和优化迭代同步收敛的目标。为了算法的实施,还推导出近似可靠度指标的半解析灵敏度计算公式,编制了程序,最终实现与通用软件的连接。论文用算例证实算法的有效性。