线性区间有限元静力控制方程的组合解法

区间有限元的静力控制方程常被归结为区间方程组来求解。但实际上两者并不等价。本文根据不确定结构有限元分析的力学背景，直接从问题的基本参量的不确定性出发，将基本区间参量的边界组合与求解区间方程组的有关解法相结合，提出了线性区间有限元静力控制方程的两种组合解法－参量边界全组合法和组合迭代法。可以以较小的计算量获得或逼近位移和应力区间的准确界限。且不受基本参量变化范围的限制。算例分析表明文中方法是实用和可行的。     

FUZZY ARITHMETIC AND SOLVING OF THE STATIC GOVERNING EQUATIONS OF FUZZY FINITE ELEMENT METHOD

The key component of finite element analysis of structures with fuzzy parameters, which is associated with handling of some fuzzy information and arithmetic relation of fuzzy variables , was the solving of the governing equations of fuzzy finite element method. Based on a given interval representation of fuzzy numbers, some arithmetic rules of fuzzy numbers and fuzzy variables were developed in terms of the properties of interval arithmetic. According to the rules and by the theory of interval finite element method, procedures for solving the static governing equations of fuzzy finite element method of structures were presented. By the proposed procedure, the possibility distributions of responses of fuzzy structures can be generated in terms of the membership functions of the input fuzzy numbers. It is shown by a numerical example that the computational burden of the presented procedures is low and easy to implement. The effectiveness and usefulness of the presented procedures are also illustrated.     

非确定结构系统区间分析的泛灰求解方法

工程中的不确定性问题可以用区间分析、概率理论或模糊理论来求解。采用泛灰区间分析法来处理结构静力分析和设计中的不确定性问题。将结构系统中的不确定性参数用区间数来表示，用有限元法建立系统的控制方程。该控制方程是线性区间方程组。然后，在概述泛灰数的概念及其运算规则的基础上，介绍了泛灰数与区间数的转化，利用泛灰数的可扩展性对区间进行分析，研究了泛灰线性方程求解，然后将它应用于结构静力分析和设计中的不确定性问题，泛灰数不仅具有区间分析的功能，而且能解决区间分析所不能解决的问题。文中给出了两个算例，列出了本文算法与其他算法的结果比较。     

Interval parameter perturbation method for evaluating the bounds on natural frequencies of structures with interval parameters

For structural parameters with uncertainties, interval mathematics can, in the case where the probabilistic distribution density of uncertain variables is unavailable, deal with the influence of uncertainties in structural parameters on the response of structures. In order to evaluate the region containing natural frequencies of structures with interval parameters, the interval parameter perturbation method is presented in this paper. The advantage of the present method is its computational efficiency in evaluating the region containing natural frequencies. A numerical example is used to illustrate the efficiency of the method proposed. The project is supported by National Youth Natural Science Foundation of China and National Outstanding Youth Science Foundation of China.     

区间可靠性分析方法及在地下隧道结构计算中的应用

基于工程结构不确定性的区间分析方法,本文将区间分析方法与可靠性分析方法相结合,探讨了一种可以获得区问可靠指标的可靠性分析方法.依据结构失效准则确定的功能函数在一定区间内变化,进而得出了可靠指标的变化区间,在得到区间可靠指标的同时也得到了一种反映结构稳健性的稳健可靠指标.结合区间有限元的优化计算方法,对某地下隧道结构进行了区间可靠性分析,所得区间可靠性指标合乎规律.     

AN INTERVAL FINITE ELEMENT METHOD BASED ON THE NEUMANN SERIES EXPANSION 1)

实际工程问题中通常存在大量的不确定参数, 区间有限元方法是一种结合有限元数值计算工具对结构进行不确定性分析的区间方法. 区间有限元的目的是获得在含有区间不确定性参数条件下的结构响应上下边界, 其关键问题在于区间平衡方程组的求解, 而这属于一类往往很难求解的NP-hard问题. 本文归纳了一类工程实际中常见的结构不确定性问题, 即可线性分解式区间有限元问题, 并针对此提出一种基于Neumann级数的区间有限元方法. 在区间有限元分析中, 当区间不确定参数表示为一组独立区间变量线性叠加时, 若结构的刚度矩阵也可表示为这些独立区间变量的线性叠加形式, 则称此类区间有限元问题为可线性分解式区间有限元问题. 对于此类问题, 采用Neumann级数对其刚度矩阵的逆矩阵进行表示, 可获得结构响应关于区间变量的显式表达式, 从而可高效求解结构响应的上下边界. 最后通过两个算例验证了本文所提方法的有效性.     

基于单元的静力区间有限元法

在许多工程问题中 ,结构参数和荷载具有某种程度的误差或不确定性。若不将它们定量化或模型化加以考虑 ,就不能作出合理的分析和设计。考虑到有限元法在科学界和工程界的广泛应用 ,本文以连续梁结构为例 ,建立了基于单元的静力区间有限元法。为了说明本方法的有效性 ,本文给出了一个数值例子 ,并把所得结果与文献 [1 2 ]进行了比较。     

Interval finite element method and its application on anti-slide stability analysis

The problem of interval correlation results in interval extension is discussed by the relationship of interval-valued functions and real-valued functions. The methods of reducing interval extension are given. Based on the ideas of the paper, the formulas of sub-interval perturbed finite element method based on the elements are given. The sub-interval amount is discussed and the approximate computation formula is given. At the same time, the computational precision is discussed and some measures of improving computational efficiency are given. Finally, based on sub-interval perturbed finite element method and anti-slide stability analysis method, the formula for computing the bounds of stability factor is given. It provides a basis for estimating and evaluating reasonably anti-slide stability of structures.     

Flexural wave bandgap properties of phononic crystal beams with interval parameters

Uncertainties are unavoidable in practical engineering, and phononic crystals are no exception. In this paper, the uncertainties are treated as the interval parameters,and an interval phononic crystal beam model is established. A perturbation-based interval finite element method(P-IFEM) and an affine-based interval finite element method(A-IFEM) are proposed to study the dynamic response of this interval phononic crystal beam, based on which an interval vibration transmission analysis can be easi...     

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.     

计算不确定结构系统静态响应的一种可靠方法

不确定性广泛存在于工程结构分析和设计过程之中，不能简单地予以忽略。目前，概率方法、模糊方法和区间方法是不确定性建模的三种主要方法。本文把具有不确定性的结构材料参数、几何参数和所受外力用区间数描述，通过求解线性区间方程组准确地计算了结构静态响应。计算结果易于扩张是区间计算的一个主要缺陷，本文提出了一种有效避免这一问题的方法。该方法把区间函数的计算和区间线性方程组的求解转化为相应的全局优化问题，来确定解中的每个区间元素的边界值，并采用一种智能性算法(实数编码遗传算法)来求解这些全局优化问题。本文首先采用数学和结构分析算例对该方法的正确性和有效性进行了验证，然后把该方法与有限元方法相结合计算不确定结构系统的响应范围，并和求解同类问题的方法进行了比较。     

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.     

随机结构有限元分析的递推求解方法

提出了一种新的谱随机有限元分析方法——递推求解方法。该方法将随机结构的随机响应表示成非正交多项式展式，建立了和摄动法类似的一系列确定的递推方程，并通过确定性有限元方法对这些递推方程进行静力问题求解。算例表明，当随机量出现较大涨落时，计算结果相对于传统摄动法有不小的改进。     

配点型区间有限元法

在分析Taylor展开``点逼近'区间有限元法不足的基础上, 提出了基于Chebyshev第一 类正交多项式全局逼近目标函数的配点型区间有限元法. 该方法不需要计算目标函数对不确 定性变量的灵敏度, 不要求不确定性变量的变化范围为小区间, 并适合求解目标函数为不确 定变量非线性函数的情形. 目标函数正交展开式的系数采用Gauss-Chebyshev求积公式得到, 故需要在不确定性变量所在区间内配置高斯积分点. 计算目标函数在高斯点的取值是该方法 的主要工作量, 当不确定性变量数为m, 并选用高斯十点法进行积分时, 需要对系统进行 12$m$次分析. 算例表明, 在其他区间有限元法失效的情况下, 配点型区间有限元法依然能够 得到几乎精确的区间界限.     

有界不确定参数结构位移范围的区间摄动法

当结构参数具有误差或有界不确定性时,区间数学可以在不同知识不确定变量的概率分布的情况下定量地考察不确定参数对结构响应的影响。为计算出不确定结构参数对结构位移影响范围的上下界,文中提出了的两种区骚动国方法。     

计算具有区间参数结构的固有频率的优化方法

基于区间函数的单向包含性质，把具有区间非确定参数结构的固有频率所在区间范围问题 转化成两个全局优化问题，并采用一种实数编码遗传算法求取问题的全局解. 用一种能够求 得剪切型结构和弹簧质量系统特征值范围精确解的单调分析方法进行检验. 在一 些文献中，直接采用区间数运算法则和有限元法得到结构区间刚度阵和区间质量阵，并把关 于该区间刚度阵和区间质量阵的广义区间特征值问题的特征值区间作为待求的非确定性结构 的特征值所在的区间范围，该方法易于扩大问题的解域. 算例表明，可望得到结构 固有频率区间范围的准确解.     

不确定非线性结构动力响应的区间分析方法

研究多自由度非线性不确定参数系统的动力响应问题. 以区间数学为基础，将不确定 性参数用区间进行定量化，借助一阶Taylor级数，给出了近似估计非线性振动系统动力响 应范围的区间分析方法. 从数学证明和数值算例两方面，将其与概率摄动有限元法进行了比 较，结果显示区间分析方法对不确定参数先验信息具有要求较少、精度较高的优点.     

Static and Dynamic Analysis of Non-Linear Uncertain Structures

The procedures usually adopted in the evaluation of the stochastic response of structures with uncertain parameters, the so-called stochastic structures, are affected by some limits. Namely, the major drawbacks are: the conspicuous computational time required for the analysis of many degree of freedom systems and the loss of accuracy in the case of large uncertainty in the parameters. A method able to reduce the previous inconveniences was recently introduced in the study of statically loaded linear structures. The method, named improved perturbation method, was also extended to the field of linear dynamics. In both cases, the improved perturbation method provides a good approximation, even in the case of moderately large deviation of the uncertain parameters, and the computational time required is comparable to conventional first order perturbation. The present paper intends to apply the improved perturbation method in the second order analysis of geometrically non-linear uncertain systems subjected to static and dynamic deterministic forces.     

具有区间参数的PCB组件随机振动响应

为降低具有区间参数印刷电路板的动力响应,建立了PCB组件的动力学区间分析模型,采用Block-Lanczos法求解固有频率,采用模态叠加法求解加速度功率谱激励下的区间动力响应.通过区间敏感度分析比较了影响目标变量的设计参数,对关键参数的取值区间进行了优化.算例表明,该方法可以获得此类区间问题的优化近似解.     

一种分析区间参数结构可靠性的减基快速计算方法

将减基法与蒙特卡洛模拟结合,提出了一种快速计算区间不确定结构可靠性的方法。该方法分为离线和在线计算两个阶段,离线阶段利用减基法建立减基空间,进而形成减缩模型;而在线阶段则将减缩模型融入蒙特卡洛方法,进而快速求解区间失效概率及相应的区间参数失效域。该方法在减基空间而非有限元空间中分析区间结构的可靠性,减少了求解时间,提高了计算效率,通过算例验证了该方法的可行性和有效性。