随机参数结构的统计特征对

结合非正交多项式展式和传统的摄动技巧研究了随机参数结构的统计特征对问题,建立了和摄动法类似的一系列确定的递推方程,并用有限元方法进行了求解,得到了包括特征值和特征向量的特征对的统计值．最后,用算例验证了此方法的正确性．     

随机杆系结构几何非线性分析的递推求解方法

建立了随机静力作用下考虑几何非线性的随机杆系结构的随机非线性平衡方程. 将和 位移耦合的随机割线弹性模量以及随机响应量表示为非正交多项式展开式，运用传统的摄动方法获 得了关于非正交多项式展式的待定系数的确定性的递推方程. 在求解了待定系数后，利用非 正交多项式展开式和正交多项式展开式的关系矩阵，可以很方便地得到未知响应量的二阶统计矩. 两杆结构和平面桁架拱的算例结果表明，当随机量涨落较大时，递推随机有限元方法比基于 二阶泰勒展开的摄动随机有限元方法更逼近蒙特卡洛模拟结果，显示了该方法对几何非线性 随机问题求解的有效性.     

随机结构有限元分析的递推求解方法的改进

将随机结构有限元分析的递推求解方法和伽辽金投影方法相结合,提出了求解随机静力响应的改进的递推求解方法。利用随机收敛的非正交多项式展开表示由于材料、外部荷载或构件几何尺寸的随机性导致的结构随机响应。采用递推求解方法得到响应多项式展开的初始系数,并运用定义的数学算子显式地表达出来。然后,通过定义修正系数,应用伽辽金方法对随机力平衡方程在非正交多项式基上进行投影,得到了和响应展开阶次个数相同的确定的有限元方程,并进行求解得到了修正系数。数值算例表明,通过对递推求解方法中响应表达式系数的修正,以很小的计算代价较大地提高了随机响应的计算精度;与基于正交多项式展开的随机有限元方法相比,在精度相当的前提下新方法耗费的计算时间大大降低。     

基于单源模糊数的模糊随机动态有限元方程的解法

本文提出一种模糊随机动态有限元方程的解法,指出利用单源模糊数和它的运算法则,可以把一个不含阻尼项的模糊随机动态有限元平衡方程转化为两类不同集合下的方程组,一种是模糊数方程,另一种是普通的动态有限元平衡方程。前者可用模糊数运算法则求解。通常这类方程的表达式非常简单,故很容易求解,后者可利用现有的求解随机动态随机有限元平衡方程的方法计算,这时求解该方程的计算量几乎等同于求解相应的普通随机动态有限元平衡方程的计算量。最后的算例表明,本文提出的方法与通常所用的γ截集法计算结果基本相同,而且所用的计算量远远小于用γ截集法所用的计算量。     

基于L1正则化的随机梁式结构静力损伤识别方法

提出了一种结合摄动法和L1正则化方法的随机梁式结构静力损伤识别方法。考虑初始模型误差和测量误差的影响,建立了关于随机损伤指数的控制方程,并将摄动法和L1正则化方法相结合,对随机损伤指数的控制方程进行求解,进而从概率的角度对结构的损伤进行识别。损伤试验结果表明,和传统的最小二乘求解法相比,本文方法能够更为准确地识别多处局部损伤的位置及大小,对实际结构损伤检测具有较好的参考价值。     

复合材料层合板的摄动随机Cell-Based光滑有限元

随机性是实际工程结构的固有特性,如何更真实地描述含随机参数结构的随机响应及统计特性,对工程结构的可靠性设计具有非常重要的意义。本文基于Cell-Based光滑有限元,采用四边形单元,推导了基于一阶剪切变形理论的复合材料层合板的光滑有限元公式,降低了网格划分要求,适应不规则网格,并采用离散剪切间隙有效地消除了剪切自锁;结合摄动法和随机场理论,导出了复合材料层合板的摄动随机光滑有限元平衡方程,并给出了结构随机响应数字特征的计算公式,求解了材料属性含随机性的复合材料层合板的随机响应问题,数值算例结果表明了本方法的有效性和准确性。     

粘弹性随机分析的虚功原理及随机有限元

利用增量法处理粘弹性本构关系中的遗传积分，将粘弹性材料的随机性、结构几何形状的随机性、外载荷的随机性引入虚功方程，应用摄动方法，研究了粘弹性随机分析的虚功原理和粘弹性随机有限元。研究发现，尽管粘弹性本构关系具有时间相依性，其随机摄动格式并不存在“长期项”的影响，算例表明，应用该方法进行粘弹性结构的随机模拟，计算效率较高、精度较高。     

粘弹性随机有限元

以近似不可压缩粘弹增量有限元和摄动法为基础，利用增量法处理遗传积分，应用参数摄动考虑随机性，采用局部平均方法对随机场进行离散，通过相关结构分解减少计算量，发展了一种粘弹性随机有限元方法。研究表明，尽管粘弹性材料本构关系具有时间相依性，其随机摄动格式并不存在“长期项”的影响。应用该方法进行粘弹性结构的随机模拟，程序实施简单，计算效率较高，精度较高。     

随机桁架结构几何非线性问题的混合摄动-伽辽金法求解

提出应用混合摄动$\!$-$\!$-$\!$伽辽金法求解随机桁架结构的几何非线性问题.将含位移项的随机割线弹性模量以及随机响应表示为幂多项式展开,利用高阶摄动方法确定随机结构几何非线性响应的幂多项式展开的各项系数.将随机响应的各阶摄动项假定为伽辽金试函数,运用伽辽金投影对试函数系数进行求解,从而得到随机桁架结构几何非线性响应的显式表达式.同已有的随机伽辽金法相比,本文所给的试函数由摄动解的线性组合而成,在求解非线性问题时,试函数的获取具有自适应性.数值算例结果表明,对于具有不同概率分布的多随机变量问题,本文方法无需对随机变量的概率分布形式进行转换,避免了转换误差,因而比同阶的广义正交多项式方法(generalizedpolynomial chaos, GPC)计算精度高.同时,在结果精度相当时,和GPC方法相比,本文方法得到的试函数系数的非线性方程维度不大,方程的求解工作量小且更易求解.当随机量涨落较大时,混合摄动$\!$-$\!$-$\!$伽辽金法计算所得的结构响应的各阶统计矩比高阶摄动法所得结果更逼近于蒙特卡洛模拟结果,显示了该方法对几何非线性随机问题求解的有效性.      

基于静力测量数据的随机梁式结构损伤识别

考虑模型误差和测量误差的影响,用概率的观念给出了静力荷载作用下梁式结构的模型误差和测量误差的定义,在此基础上,建立了关于损伤指数的随机控制方程.结合静力凝聚法和摄动法,给出了关于随机损伤指数的随机方程的求解方法.在获得随机损伤指数的解后,可通过结构损伤的概率定义对梁式结构损伤进行识别.最后利用几个数值算例验证了本文方法的有效性.     

Efficient stochastic finite element methods for flow in heterogeneous porous media. Part 2: Random lognormal permeability

Efficient and robust iterative methods are developed for solving the linear systems of equations arising from stochastic finite element methods for single phase fluid flow in porous media. Permeability is assumed to vary randomly in space according to some given correlation function. In the companion paper, herein referred to as Part 1, permeability was approximated using a truncated Karhunen-Loève expansion (KLE). The stochastic variability of permeability is modeled using lognormal random fields and the truncated KLE is projected onto a polynomial chaos basis. This results in a stochastic nonlinear problem since the random fields are represented using polynomial chaos containing terms that are generally nonlinear in the random variables. Symmetric block Gauss-Seidel used as a preconditioner for CG is shown to be efficient and robust for stochastic finite element method.     

HIERARCHICAL STOCHASTIC FINITE ELEMENT METHOD FOR STRUCTURAL ANALYSIS

In this paper, the hierarchical approach is adopted for series representation of the stochastic nodal displacement vector using the hierarchical basis vectors, while the Karhunen-Lòeve series expansion technique is employed to discretize the random field into a set of random variables. A set of hierarchical basis vectors are defined to approximate the stochastic response quantities. The stochastic variational principle instead of the projection scheme is adopted to develop a hierarchical stochastic finite element method (HSFEM) for stochastic structures under stochastic loads. Simplified expressions of coefficients of governing equations and the first two statistical moments of the response quantities in the schemes of the HSFEM are developed, so that the time consumed for computation can be greatly reduced. Investigation in this paper suggests that the HSFEM yields a series of stiffness equations with similar dimensionality as the perturbation stochastic finite element method (PSFEM). Two examples are presented for numerical study on the performance of the HSFEM in elastic structural problems with stochastic Young’s Modulus and external loads. Results show that the proposed method can achieve higher accuracy than the PSFEM for cases with large coefficients of variation, and yield results agreeing well with those obtained by the Monte Carlo simulation (MCS).     

架设阶段悬索桥静力问题的随机有限元分析

架设阶段的悬索桥不仅具有显著的几何非线性行为，而且存在材料特性的变异。本文建立了以增量形式表达的非线性摄动法随机有限元列式，并编制了悬索桥静力分析程序ＳＮＡＰ。针对一座国内在建的悬索桥，计算了该桥在某一施工阶段考虑缆索弹性模量随机性时主梁跨中点位移的变化。结果表明，材料随机性的影响十分明显。     

随机边界元法在薄板可靠性分析中的应用

本文利用Taylor级数展开，将结构的材料随机性化为一个等效随机外载荷来处理，从而利用相应同一结构确定性问题的基本解，分别建立关于响应的均值和偏差的边界积分方程；结合一阶二次矩法，应用随机边界元法分析了材料弹性常数的随机性和薄板厚度不均匀性对薄板结构可靠性的影响，对计算结果分析看出；（1）对于同一种单元划分和同一相关长度，可靠性指数保持了对具体相关模式的少敏感性；（2）对于同一种单元划分和同一相关模式，可靠性指数随相关长度的增大而减小。     

随机有限元动力分析方法的研究进展

对随机结构动力分析方法,包括随机模拟法、摄动随机有限元法、动态随机有限元法和正交展开法等进行了评述,介绍了该领域内的研究进展,并讨论了研究中存在的问题以及发展方向．