论不确定性结构力学的发展

结构力学是直接为工程结构设计服务的,而工程设计中包含大量不确定性因素和信息,包括随机性、模糊性和未确知性信息.由于引用统计数学方法处理随机性问题,在结构力学中产生了可靠性理论和随机振动理论.随着模糊性和未确知性问题的提出和研究,近年来在结构力学中又逐渐形成了一些新的分支,包括结构的不确定性优化设计,广义(模糊随机)可靠性理论,模糊随机振动理论和模糊地震工程学等.本文简要地介绍这四个新的分支的发展情况,主要介绍作者及其学生们的工作,并着重介绍基本概念.      

论工程优化

本文首先讨论了土工程设计问题的软科学笥质和这些问题中所包含的不确定性（随机性，模糊性和未确知性）信息及其科学处理，然后简要地介绍了作者所提出的工程在系统的全局优化和结构的不确定性优化设计的理论和方法；最后讨论了工程软科学所应包含的各种问题。     

论工程优化

本文首先讨论了土建工程设计问题的软科学性质和这些问题中所包含的不确定性（随机性、模糊性和未确知性）信息及其科学处理；然后简要地介绍了作者所提出的工程大系统的全局优化和结构的不确定性优化设计的理论和方法；最后讨论了工程软科学所应包含的各种问题。     

基于Copula理论的模糊可靠度隶属函数求解的自适应截断抽样法

针对工程中同时存在随机和模糊基本变量且随机概率信息不全的可靠性问题,利用Copula理论逼近随机基本变量的联合分布函数和联合概率密度函数,进而建立了Copula逼近基础上的模糊可靠度隶属函数求解的自适应截断抽样法。所建模型在Copula逼近基础上采用优化建模和迭代策略,交替考虑模糊不确定性和随机不确定性对功能函数的影响...     

在地震作用下结构的模糊随机振动

地震干扰不仅具有明显的随机性,而且由于地震烈度和场地土分类本身定义不明确而带来强烈的模糊性,本文在上述模糊性和随机性的基础上,建立了地震地面运动含模糊参数的平稳过程简化模型,研究了在其作用下单自由度滞后体系的模糊随机振动的分析与计算方法,由于问题的复杂性和某些数学上的困难,文中作了一些必要的简化,以作为模糊随机振动理论的初步探讨。     

多自由度非线性结构体系在支承随机运动干扰下的模糊动力可靠性

本文在考虑了支承随机运动干扰的模糊性和结构随机振动反应允许界限模糊性的基础上,提出了多自由度非线性结构体系模糊动力可靠性的一般计算方法。文中提出了支承随机运动干扰的强度等级和谱密度形状类别模糊子集的评定方法,寻得了考虑界限模糊性的体系动力可靠性的计算公式,并最终得到了非线性结构体系模糊动力可靠性的评定方法。更合理地解决了非线性体系在支承随机运动干扰下的安全估计问题。     

含模糊参数的随机振动

本文在抗震结构模糊随机振动的研究基础上,进一步研究含模糊参数的随机振动分析方法,为了较好地描述具有模糊性的随机干扰,首先在Zadeh定义的模糊变量的基础上,定义了含模糊参数的随机变量和含模糊参数的随机过程,并讨论了它们的概率分布和数字特征;然后将模糊随机干扰模拟为含模糊参数的随机过程,提出了在这种模糊随机干扰下振动体系的模糊随机反应分析的基本方法和数值方法;最后对于抗震结构的模糊随机振动给出了具体的分析和算例     

模糊随机荷载激励下模糊桁架结构的模糊随机动力响应的双因子分析方法

采用了一种新的双因子分析法研究了模糊参数桁架结构在模糊随机荷载激励下的动力响应问题.同时考虑结构参数模糊性和外载荷幅值的模糊随机性,利用模糊因子法和振型迭加法求出了动力响应模糊随机变量;进而基于随机因子法推导了动力响应的模糊数字特征.最后通过算例考察了结构参数和荷载的不确定性对动力响应的影响.     

给出不确定性激励下的动态响应边界——一种非随机振动分析方法

提出了一种非随机振动分析方法,可给出系统在不确定性激励下的动态响应边界,从而为实验信息相对缺乏的不确定性振动分析及未来的可靠性设计提供一种新的计算工具.采用非概率凸模型过程而非传统的随机过程描述不确定性动态激励,仅需知道激励在任意时刻点的边界信息而非精确概率分布,从而有效降低对大样本量的依赖性.针对单自由度和多自由度系统,建立了相应的非随机振动分析算法,以求解系统在不确定性动态激励下的响应区间;另外,也给出了蒙特卡罗仿真方法,为非随机振动提供一种最为一般的分析工具.最后,通过3个数值算例验证了本文方法的有效性.非随机振动分析方法可以作为传统随机振动理论的补充,在工程不确定性结构动力学分析及结构可靠性设计领域发挥作用.      

结构能度可靠性方法研究

结构系统可靠性研究分随机模型、模糊模型和非概率模型.本文分析了传统随机模型的局限性,利用蒙特卡诺的基本思想.提出了一种新的基于区间分析的模糊可靠性度量体系及分析方法.从物理、几何等方面解释了文中理论的合理性.该方法确定的失效可能度综合了更多的结构有用信息,能够反映结构的实际可靠状态.最后还提出了基于本文可靠性度量方法的结构优化设计模型,通过实例介绍了该方法的具体应用.     

基于可能性理论的结构模糊可靠性方法

利用模糊变量描述结构的不确定性 ,基于可能性理论和模糊区间分析 ,依据基于区间分析的非概率可靠性方法 ,建立了用于模糊结构和系统的能度可靠性模型。该模型可给出模糊可靠性指标的可能性分布和结构失效的可能性度量 ,并提供更多的关于结构安全程度的有用信息 ,且应用简便。算例分析说明了文中方法的应用     

Theory and solution of general fuzzy optimization for structures

In order to consider the overall fuzzy factors and fuzzy information in optimum design of engineering structures, the theory and solution of general fuzzy programming with wide generality are proposed in this paper. On the basis of this programming, an example of structural optimum design with multi-objective is given.     

FUZZY RELIABILITY-BASED OPTIMUM DESIGN OF LAMINATED COMPOSITES

In conventional reliability-based optimum design of structures, the reliability is computed based on the probability assumption, and the design objective and constraint are considered as deterministic ones. In many cases, however, there exist some fuzzy factors in the design objective and constraint functions. In this paper, the fuzzy reliability and fuzzy constraint are introduced to establish the fuzzy reliability-based optimum model for laminated composites. The examples show that the method developed in this paper can give consideration to both the reliability demand and the economic aspect of a structure. Since the fuzzy reliability-based optimum design is a 'soft' design, the present results provide a new methodology for the effective evaluation of structural reliability and bring us an alternative optimum design idea.     

Theory of fuzzy random vibration with fuzzy parameters

In this paper, based on our previous papers [1–4], the general theory of fuzzy random vibration with fuzzy parameters is studied. In order to better describe the random excitation with fuzziness in mathematics, first, the random variable and random process with a fuzzy parameter are defined and their probability distributions and statistical moments are discussed. Secondly, by simulating the fuzzy random excitation as a random process with a fuzzy parameter, the fundamental method and numerical method are presented for analysing the fuzzy random response of linear or nonlinear oscillators subjected to this kind of excitation. Finally, the methods are applied to the fuzzy random vibration of aseismic structures and a concrete example is given.This paper is supported by the Natural Science Foundation of China.