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.     

结构体系的非概率可靠性分析方法

结构体系的可靠性与结构的失效模式有关。在非概率条件下 ,结构体系的可靠性取决于非概率可靠性指标最小的最危险失效模式。最危险失效模式的识别及相应极限状态方程的建立是结构体系非概率可靠性计算的关键问题。文中考虑了结构参数及强度、外载荷等参量的不确定性 ,基于随机可靠性方法中常用的优化准则法 ,提出了非概率结构体系主要失效模式的枚举准则。可在只需枚举出少量主要失效模式的情况下 ,不漏掉最危险失效模式。并提出用区间增量载荷法生成主要失效模式的极限状态方程。算例分析表明文中方法是实用和有效的。     

考虑随机模糊性时结构广义可靠度计算方法

在元件强度外载既具有随机性又具有模糊性而元件的状态具有确定性的分界线时，元件的可靠度和失效概率可以表示成条件概率，这样就可以在考虑设计人员的经验的情况下降低元件的失效概率，算例结果证明了此结论；文中的另一个内容是给出了元件和结构的状态不存在明确界线时可靠度和失效概率的计算方法，从而更客观地反映结构的安全程度．     

考虑随机模糊性叶结构广义可靠度计算方法

在元件强度外载既具有随机性又具有模糊性而元件的状态具有确定性的分界线时，元件的可靠度和失效概率可以表示成条件概率，这样就可以在考虑设计人员的经验的情况下降低元件的失效概率，算例结果证明了此结论文中的另一个内容是给出了元件的结构和状态下存在明确界线时可靠度和失效概率的计算方法，从而客观地反映了结构的安全程度。     

基于概率密度演化方法的随机结构可靠度分析

随机结构反应的概率密度演化方法能够给出随机荷载作用下随机结构反应的概率密度函数。在此基础上，根据给定的正常使用位移限值要求，直接进行积分给出了随机结构的正常使用可靠度及其失效概率。在实例分析中，与一类情况下的精确解答及基于反应正态分布假定的二阶矩方法分析结果进行了比较。研究表明：基于密度演化方法的随机结构可靠度分析具有很高的精度，而二阶矩方法的可靠度分析结果则往往具有一定的偏差，在失效概率较低时可能给出虚假的失效概率。     

元件与模式相对重要度对静强度可靠度的影响分析

本文通过研究指出,在运用增量载荷法寻找每级可能破坏元件时,必须考虑每个元件变异系数的影响,以避免漏掉极限承载能力很大但可靠度很低的失效模式;同时指出,结构失效的各个模式对系统可靠性的影响不仅与其本身发生失效的概率有关,而且与这个模式的重要程度有关,并提出了采用加权系数来计及每个失效模式的重要程度对结构系统可靠性影响的方法;最后用算例说明了本文方法的合理性。     

结构可靠指标矢量及其计算与应用

从结构可靠指标的几何意义出发 ,提出了可靠指标矢量 ,并给出了它的计算方法。理论分析和算例结果表明 :可靠指标矢量既可表达可靠指标 ,又可方便地表示各失效模式之间的相关性。可靠指标矢量可较好地解决长期困扰结构体系可靠度分析和应用的难点之一——怎样计算各失效模式之间的相关性。     

减振橡胶结构的概率-区间混合动态可靠度分析

针对减振橡胶结构的可靠度进行分析,改进了一种概率-区间混合动态可靠度分析模型,并给出了可靠度的简化计算方法。以循环载荷作用下的炭黑填充橡胶为例,首先考虑炭黑填充橡胶的粘滞特性推导了循环载荷作用下此橡胶圆柱体的温度场,采用过热失效准则构建出其极限状态方程,然后采用概率-区间混合模型描述结构不确定参数,同时考虑材料耐热性能的衰减,建立了橡胶结构动态可靠度分析模型,并将其化简为静态模型。通过高效序列迭代格式得到了橡胶结构可靠度上下界随时间增大而减小的时变规律以及可靠度指标随动态应变幅值增大而减小的变化规律。     

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.     

元件与模式相对重要度与静强度可靠度的影响分析

本文通过研究指出，在运用增量载荷法寻找每级可能破坏元件时，必须考虑每个元件变异系数的影响，以避免漏掉极限承载能力很大但可靠度很低的失效模式；同时指出，结构失效的各个模式对系统可靠性的影响不仅与其本身发生失效的概率有关，而且与这个模式的重要程度有关，并提出了采用加权系数来计及每个失效模式的重要程度对结构系统可靠性的方法；最后用算例说明了本文方法的合理性。     

大数据条件下结构区间可靠性与概率可靠性比较

对于结构服役期间收集到的结构相关大数据，首先对数据进行整理与分析，根据数据的特征进行分类；然后利用应力-强度干涉理论建立结构大数据条件下区间可靠性计算模型与随机可靠性计算模型，按大数据所分类型，分别计算每一类型大数据中结构区间非概率可靠度指标与随机概率可靠度，在区间非概率可靠度指标与随机概率可靠度计算结果中，最小区间可靠性指标是结构最终的区间可靠性指标，最小随机可靠度是结构最终的随机可靠度．最后，利用两个算例说明了大数据条件下结构区间可靠性计算方法与概率可靠性计算方法的优点与缺点．     

关于结构非概率可靠性模型中安全评估

考虑区间变量非概率可靠性模型,采用非概率可靠性指标、安全系数和集合可靠度三类确定性参数描述结构的可靠性和安全程度。通过几何描述,明确地给出了三类参数的物理意义,指出了各自的取值范围和实用区间。从设计思想、度量方法及表现形式方面分析了三类度量的区别,并建立了它们之间的函数关系。研究结果拓展了结构非概率设计理论,并通过具体优化算例对三类度量所得到的结果进行了讨论。     

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     

OPTIMUM DESIGN BASED ON RELIABILITY IN STOCHASTIC STRUCTURE SYSTEMS

IntroductionIn traditional optimum structural math model,the target function and the constraintfunction are all considered as the certain value.But it does not accord to the actual forcedenvironment condition and structural status.Thus the optimum results…     

腐蚀环境下结构系统疲劳主要失效模式识别

疲劳主要失效模式识别是结构系统疲劳可靠性理论研究的主要内容之一。本文研究了腐蚀环境下结构系统疲劳主要失效模式识别方法:(1)建立了腐蚀环境下结构元部件损伤随机模型,对该模型的适用性作了讨论;(2)研究了识别结构系统疲劳主要失效模式的全局分枝约界法,与结构元部件损伤随机模型结合,实现腐蚀环境下结构系统疲劳主要失效模式识别,并对算法执行过程作了调整;(3)引入了一种安全裕量方程确定方法。理论分析和数值算例表明,本文所提算法可实现腐蚀环境下结构系统疲劳主要失效模式识别。     

火工品可靠性的感度参数设计法

提出一种能同时满足火工品发火可靠性和安全可靠性的设计方法,把火工品可靠性指标转换成感度分布参数的取值范围,通过对感度的调节使产品满足发火可靠性和安全可靠性要求,为火工品可靠性设计提供了一条新思路。推导出了常见火工品感度在正态分布、逻辑斯谛分布、对数正态分布和对数逻辑斯谛分布等常见分布条件下把可靠性指标转换为感度分布参数的表达式,实例证明这种方法对火工品研制有指导作用。     

Narrow Reliability Bounds for Structural Systems

ABSTRACT

For structural systems that may fail in any one of several possible modes, reliability analysis is greatly simplified by use of upper and lower bound techniques. General bounds based on all the single mode failure probabilities and all the pairwise mode intersection failure probabilities are established. For systems where the single mode limit state surfaces are hyperplanes in the space of basic variables, a simple geometrical interpretation of the correlation between mode safety margins combined with a well-known geometrical interpretation of the single mode reliability index makes the practical calculation of the system reliability bounds easy. This is particularly true when the set of basic variables is jointly normally distributed. Examples show very narrow bounds which, in the practically important domain of high reliability, are almost coincident.     

动态结构系统可靠性的频率灵敏度分析

基于频率可靠性理论提出了动态结构系统的频率可靠性灵敏度的计算方法. 根据动态结构系统的固有频率与激振频率差的绝对值不超过规定值的关系准则,定义了随机结构振动问题的可靠性模式和系统的可靠度,进而提出了频率可靠性灵敏度分析方法,应用随机摄动技术、可靠性理论和灵敏度方法,推导出参数为正态随机变量时的准失效概率灵敏度的表达公式,对动态结构系统共振问题的可靠性灵敏度分析方法进行了探索. 并在此基础上,以一简化的车身-车轮-路面关系的系统模型为例,由可靠性灵敏度矩阵可以看出,各随机参数的变化对动态结构系统的可靠性及失效性的影响程度也不同,其计算结果与通常的定性分析结果完全一致,验证了所提方法的有效性. 该方法为动态结构系统的优化和设计提供了依据.