含不确定参数弹簧质量系统振动反问题的区间分析法

将不确定参数用区间向量进行定量化,基于区间数学理论提出一种可以预测弹簧质量系统的弹簧系数和质量所在范围的非概率区间分析方法。与传统的概率分析方法相比,它只需确定不确定参数所在范围的界限,而不需要其它任何概率统计信息。通过数值算例,以Monte Carlo模拟结果作为基础将区间分析方法与概率分析方法进行了比较,显示了不确定参数在小范围内变化时区间分析方法的有效性和数值稳定性。     

基于二阶摄动法求解区间参数结构动力响应

在处理区间参数结构动力响应问题时,现有的分析方法大多局限于一阶区间分析方法. 如果参数的不确定量稍大,采用一阶区间分析方法对结构动力响应范围进行估计可能会失效,所以需要考虑二阶区间分析方法.但是采用基于区间运算的二阶区间分析方法得到的结果将会对动力响应范围过分高估. 为了克服以上缺点,首先基于二阶摄动法得到结构动力响应广义函数. 然后通过求解此动力响应函数的最大和最小值,将结构动力响应区间的问题转化为序列低维箱型约束下的二次规划问题. 最后采用DC 算法(di erence of convex functionsalgorithm) 对这些箱型约束下的二次规划问题进行求解. 这样可以在不引入过多计算量的情况下,避免了对动力响应范围的过分估计. 通过数值算例,将该方法和其他区间分析方法进行比较,验证了该方法的有效性与精确性.      

结构疲劳寿命的区间估计

对材料性质和载荷具有不确定性的结构进行了疲劳寿命估计．结构的疲劳寿命往往是这些不确定性因素的函数．以区间数学为基础，将这些不确定性因素用区间进行定量化，借助一阶Taylor级数，提出了近似估计结构疲劳寿命的区间分析方法．区间分析方法克服了概率分析方法需要预先知道大量统计数据的缺点，且计算量小．通过典型数值算例将区间分析方法和概率分析方法进行了比较，结果表明了区间分析方法对线性和非线性形式的结构寿命估计在小不确定度情况下均能提供足够的精度．     

基于Taylor展式的不确定结构复特征值问题两种非概率方法比较研究

代替传统的处理不确定问题的概率统计方法,将利用区问数学和凸模型理论研究具有有界不确定参数的非比例阻尼结构复特征值所在区域问题．区间数学将有界不确定结构参数用超长方体即区问向量进行定量化,而凸模型理论则用椭球对有界不确定参数进行定量化．在不用知道不确定变量的概率统计特性的条件下,区间分析方法和凸模型理论都可以确定出有界不确定结构参数的非比例阻尼结构复特征值所在区域．通过数学证明和数值算例来说明,在凸模型理论中的椭球在由区间分析中的超长方体—区间向量来确定的条件下,由区间数学所确定出不确定结构复特征值实部和虚部的宽度要比凸模型所确定出的范围的宽度要小,而这正是工程技术人员所要求的结果。     

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.      

结构疲劳寿命估计的集合理论模型

对于材料性质和载荷具有不确定性结构进行疲劳寿命估计时,结构疲劳寿命往往是这些不确定性变量的函数.以凸分析和区间数学为理论基础,将这些不确定变量用椭球和区间定量化,基于Taylor级数展开,提出了近似估计结构疲劳寿命的非概率集合理论模型—凸模型方法和区间分析方法.它们克服了概率方法需要预先知道不确定变量的概率分布密度或大量统计数据的局限性,并且计算量小.通过数值算例,将凸模型方法、区间分析方法与概率方法进行了比较研究,数值计算结果表明了这两种非概率方法对线性及非线性形式的结构寿命估计均能提供令人相当满意的精度.     

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.     

线性时不变系统集员辨识的区间算法

在不确定但有界(UBB)噪声假设下，提出一种针对线性时不变系统参数集员辨识的区间算法. 借助区间数学，寻求与观测数据和噪声相容的参数的最小超长方体(或区间向量)，推导了递 推列式，并分析了算法的收敛性. 此算法不仅可以给出参数估计值，还可以给出参数的不确 定性界限. 通过数值算例，将此算法与Fogel椭球算法和最小二乘算法进行了比较，显示 了其计算量小和精度高的优点。     

结构损伤的非概率区间识别方法

基于结构时域加速度响应,利用区间分析方法对具有外界激励和测量数据不确定性的结构系统进行损伤识别.不确定性量被处理为有界区间数,基于参考有限元模型和被测加速度响应,经过提出的两步模型参数的区间修正方法分别得到了未损伤和损伤结构区间模型,进而通过定义的PoDE(Possibility of Damage Existence)确定了结构各单元的损伤可能性.最后以十杆平面桁架系统为例,对区间方法与概率方法的损伤识别结果进行对比,讨论了损伤程度和不确定度对识别结果的影响,结果表明了本文方法的可行性与有效性.     

不确定结构动力区间分析方法研究

将结构中的不确定性参数用区间数来表示,建立了系统的区间动力特征方程和动力控制方程.通过将Monte Carlo方法引入到区间分析中来,并改进了一般Monte Carlo方法在区间模拟中存在的缺陷,对区间动力特征方程和动力控制方程进行了求解,得到了结构的固有频率、位移响应和应力响应的区间计算结果.算例表明改进的Monte Carlo方法求解简单,具有普适性,能够给出较高精度的响应区间.     

Sensitivity analysis of soil parameters based on interval

Interval analysis is a new uncertainty analysis method for engineering structures. In this paper, a new sensitivity analysis method is presented by introducing interval analysis which can expand applications of the interval analysis method. The interval analysis process of sensitivity factor matrix of soil parameters is given. A method of parameter intervals and decision-making target intervals is given according to the interval analysis method. With FEM, secondary developments are done for Marc and the Duncan-Chang nonlinear elastic model. Mutual transfer between FORTRAN and Marc is implemented. With practial examples, rationality and feasibility are validated. Comparison is made with some published results.     

一种新的结构非概率可靠性分析方法

摘 要：为了有效处理试验数据欠缺情况下结构可靠性问题,提出了一种新的结构非概率可靠性分析方法。该方法考虑了结构非概率可靠性计算中非线性系统区间运算带来的不确定性,利用泛灰数代替参数不确定区间变量参与可靠性运算,成功克服了区间运算不确定对结构可靠性结果的影响。通过三个数值算例表明,当存在区间运算不确定时,文中方法得到结构非概率可靠度要小于基于区间的非概率可靠性模型得到的结果,这是由于后者未考虑区间运算的不确定所致。在缺少试验数据的情况下,文中所提方法可以得到较保守的结构可靠性结果,能够更加客观、真实地反映结构的实际安全状况,更加适于实际工程应用。     

基于主成分分析的结构不确定性建模与传播研究

基于主成分分析提出一种新的结构不确定性建模方法。首先,对结构不确定性参数的样本数据进行主成分分析,获取正交化的特征向量;其次,以特征向量方向为新坐标系,将样本数据向其投影;最后,计算新坐标系下样本的边界值,并建立相应的非概率区间模型,从而实现结构参数不确定性建模。基于主成分分析建立的不确定性模型相对紧凑,且在建模的同时能将相关参数转换为互不相关参数,使得不确定性传播问题可以便捷高效求解。两个算例及与传统区间模型和平行六面体模型的不确定性传播比较,验证了本文方法的正确性和有效性。     

区间桁架结构动力特性分析的区间因子法

对于具有区间参数的桁架结构的动力特性分析问题,提出了一种新的分析方法即区间因子法。利用区间因子法,结构材料物理参数、几何尺寸均可表达为其区间因子和确定性量的乘积,进而结构的固有频率和振型也可显式表达成区间因子们的函数。利用区间算法,推导出了结构固有频率和振型的上、下限与均值的计算表达式。通过算例,分析了结构参数的不确定性对结构动力特性的影响,并验证了本文模型和方法的合理性与可行性。本文方法的优点是能够反映结构某一参数的不确定性对结构动力特性的影响。     

考虑参数不确定性的非线性梁随机振动分析

非线性系统的随机振动分析一直是结构动力学领域中的难点,已有一些研究表明基于矩等效的线性化方法在功率谱预测上会得到不恰当的分析结果;另一方面,由于不确定性在实际工程中普遍存在,如果同时考虑非线性和不确定性,更是显著增加了问题难度。本文以具有非线性非理想边界梁为研究对象,基于梁模型的动力学微分方程推导了对应的广义频响函数,并应用Volterra级数理论建立了非线性系统随机振动的谱分析方法,最后,结合蒙特卡洛抽样方法计算了具有参数不确定性非线性梁响应功率谱的均值和方差,讨论了不确定性对结构随机振动响应统计特征的影响。     

Response analysis based on smallest interval-set of parameters for structures with uncertainty

An integral analytic process from quantification to propagation based on limited uncertain parameters is investigated to deal with practical engineering problems.A new method by use of the smallest interval-set/hyper-rectangle containing all experimental data is proposed to quantify the parameter uncertainties.With the smallest parameter interval-set,the uncertainty propagation evaluation of the most favorable response and the least favorable response of the structures is studied based on the interval analysis.The relationship between the proposed interval analysis method(IAM) and the classical IAM is discussed.Two numerical examples are presented to demonstrate the feasibility and validity of the proposed method.     

基于仿射算法的深部隧道衬砌力学状态区间分析

根据深部地层隧道结构物理、力学参数信息资料缺乏及各类不确定性模型的特征,揭示了区间模型于深部地层隧道工程不确定性分析的优越性。将限制条件少、适用范围广的链杆模式的矩阵位移理论与响应面思路结合,提出了衬砌结构力学状态参量解析式的搭建方法,并进一步推导出了基于仿射运算的响应面函数矩阵表达形式及其区间上、下界计算公式,构筑起基于矩阵表达的响应面函数区间仿射运算模型。将区间离散逐步逼近规则引入,建立了该模型的优化求解方法。利用该模型及方法分析了某衬砌墙脚轴力及拱顶弯矩分布区间,与蒙特卡洛法计算结果比较,显示本文模型及方法有效地克服了经典区间方法在复杂状态函数中的扩张和溢出这一致命缺陷,提高了准确性和计算效率,分析结果精确度满足工程使用要求。     

A domain decomposition method for stochastic analysis of acoustic fields with hybrid and localized uncertainties

An efficient domain decomposition method (DDM) is proposed for the dynamic analysis of stochastic acoustic fields with hybrid and localized uncertainties. The hybrid and localized uncertainties refer to the parameters that are associated with local properties of the acoustic fields and meanwhile are subjected to different kinds of randomness. To take advantage of the locally distributed feature of uncertain parameters, the full acoustic domain is divided into several sub-domains, along with each localized uncertain parameter being assigned to one specific sub-domain. In each sub-domain, the deterministic Helmholtz equation is transformed to a weak integral form and the discretized governing equation is obtained by employing Chebyshev orthogonal polynomials as admissible functions. The random or interval perturbation technique is applied to the individual governing equation according to the respective uncertainty type, whereby the stochastic governing equation is established. The original acoustic field is eventually recovered by the introduction of penalty functions to impose sound pressure continuity on the interfaces of sub-domains, and the (intervals of) sound pressure, together with its expectation and variance, can be subsequently obtained. The accuracy and efficiency of the proposed method are verified in several numerical examples by comparisons with the results given by brute force Monte Carlo simulations, and the DDM-based independent way of modelling and analysis proves to be quite effective and flexible for uncertainty quantification in acoustic fields.     

Stability analysis of duffing oscillator with time delayed and/or fractional derivatives

The periodic motions of the fractional order and/or delayed nonlinear systems are investigated in the frequency domain using a harmonic balance method with the analytical gradients of the nonlinear quality constraints and the sensitivity information of the Fourier coefficients can also obtained. The properties of fractional order derivatives and trigonometric functions are utilized to construct the fractional order derivatives, delayed and product operational matrices. The operational matrices are used to derive the analytical formulae of nonlinear systems of algebraic equations. The stability of periodic solutions for the delayed nonlinear systems is identified by an eigenvalue analysis of quasi-polynomials characteristic equations. Sensitivity analysis is performed to study the influence of the structural parameters on the system responses. Finally, three numerical examples are presented to illustrate the validity and feasibility of the developed method. It is concluded that the proposed methodology has the potential to facilitate highly efficient optimization, as well as sensitivity and uncertainty analysis of nonlinear systems with fractional derivatives and/or time delayed.