基于信息熵的模糊随机结构有限元法

本文利用信息熵的概念,将不确定性（模糊的、随机的）变量统一为随机变量,将模糊随机结构形式上视为随机结构进行处理,从而提出了不确定性结构有限元分析的一种新方法。当不确定结构转换的等效随机变量处于小扰动情况下,利用摄动法得到有限元递归方程组,解之可以得到响应量的均值和方差。     

基于随机有限元的非线性结构稳健性优化设计

结合结构优化技术和摄动随机有限元方法研究了非线性结构稳健设计问题。将结构稳健性优化设计问题构造为双目标优化问题。优化目标包含结构性能函数的期望值和标准差。约束函数的变异也给予考虑,并采用基于函数梯度的算法进行求解。为对具有路径相关特征的非线性结构性能及结构响应的平均值及标准差进行分析。本文采用缩减的随机变量,提出了基于增量法的摄动随机有限元计算格式。在此框架下,进一步提出以一般泛函形式表达的结构性能的平均值和方差及其灵敏度的计算格式。为显示方法的有效性。文中给出几个数值算例。     

非平稳随机激励下随机结构的动力可靠性分析

针对随机结构在非平稳随机激励下的动力可靠性分析问题,提出了基于点估计法的随机结构动力可靠性分析方法.所提方法从随机结构的无条件动力可靠度公式出发,利用求解随机变量函数矩的点估计方法,导出随机结构无条件动力可靠度均值和方差的计算表达式.由于基于随机变量函数矩的点估计法具有较高的效率和精度,因而所提方法具有一定的工程意义.算例验证了该方法的可行性和合理性.     

复合材料层合板的谱随机无网格伽辽金法

针对基于摄动理论的计算方法不适用于分析随机结构参数大变异问题,提出谱随机无网格伽辽金法,该方法基于随机场正交分解理论,将随机场采用Karhunen-Loève级数展开为一系列不相关随机变量,再引入结构位移随机响应的混沌多项式分解,结合无网格伽辽金法,从而导出含随机变量的复合材料层合板的谱随机无网格伽辽金法,给出结构响应的统计特征值的计算公式,该方法既适用于随机参数大变异情况,又具有无网格法的优势;数值算例结果表明该方法是正确有效的。     

工程结构的随机特征问题研究及其在梁结构中的应用

采用子结构模态综合和摄动随机有限元相结合求解工程结构的随机特征问题。为求出随机特征对的方差，借助于模态截断概念推出诸特征值与特征向量对随机变量的偏导数。以染结构为典型算法，定量研究了子结构动模态的选取个数与随机特征对的计算精度间关系，以梁的长细比首次确定使用Timoshenko梁和Euler-Bernoulli梁两模型求解梁类工程结构随机特征问题的适用范围。     

随机桁架结构的非平稳随机动力响应分析

本文研究了随机桁架结构在非平稳随机激励下的动力响应问题。在利用随机因子法分析随机结构动力特性的基础上，给出了一种分析随机结构非平稳随机响应的新方法。从结构非平稳随机响应的表达式出发，同时考虑桁架结构的物理参数、几何尺寸的随机性，利用求解随机变量函数矩的方法和求解随机变量数字特征的代数综合法，导出了随机桁架结构在非平稳随机激励下位移响应均方值和应力响应均方值的均值、方差和变异系数的计算表达式。通过算例，分析了结构物理参数和几何尺寸的随机性对结构位移响应均方值和应力响应均方值随机变量随机性的影响。本文方法具有对随机结构进行一次动力分析便可求得动力响应的数字特征，且可以考察结构任一参数的随机性对结构非平稳随机响应分析结果的影响之优点。     

转子系统随机支撑刚度参数的识别

基于Riccati摄动随机传递矩阵方法建立的转子系统特征值与随机参数变量间的函数关系,给出了转子系统随机参数的识别方法和详细步骤,可用于识别随机参数的均值和方差。以改装的Bently实验转子为研究对象,通过大量测试,识别出了转子系统的随机支撑刚度参数,建立了该转子系统的随机参数动力学模型。该模型可用于研究转子系统的随机参数动力学问题。     

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 (generalized polynomial 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.     

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Monte-Carlo方法的结构系统可靠度计算及敏度分析

基于可靠性分析理论,将结构失效概率对随机变量均值的敏度表示成失效概率与正则化随机变量在失效域上期望的乘积,并利用敏度分析的结果给出了结构线性等效安全余量的表达式.通过等概率转换,使得该方法可以应用于服从任意分布的随机变量.该方法在给出失效概率的同时,能够给出失效概率对随机变量均值的敏度,而无需重新对结构进行计算,提高了...     

弯曲梁随机刚度有限元法

弯曲梁的随机材料参数和随机几何参数可结合为一个随机参数-弯曲刚度。以位移的均值和协方差函数的变分原理为基础,根据基本方程推导出具有随机刚度的静定弯曲梁的有限元法。这种方法不再采用摄动技术,可直接建立位移的均值和协方差函数。     

An interval perturbation method for exterior acoustic field prediction with uncertain-but-bounded parameters

This paper proposes two interval analysis methods, called the first-order interval parameter perturbation method (FIPPM) and the modified interval parameter perturbation method (MIPPM), for use in exterior acoustic field prediction when there are uncertainties in both the material properties and the external load. Interval variables are used to quantitatively describe the uncertain parameters in the face of limited information. The conventional first-order Taylor expansion and perturbation terms are employed in the FIPPM, while the MIPPM introduces modified Taylor series to approximate the non-linear interval matrix and vector. The high-order terms of the Neumann expansion are retained to calculate the interval matrix inverse. A numerical example is given by comparing the results with a Monte Carlo simulation to demonstrate the feasibility and effectiveness of the proposed methods at evaluating the sound pressure ranges in an exterior acoustic field.     

An efficient 3D stochastic finite element method

Real life structural systems are characterized by their inherent or externally induced uncertainties in the design parameters. This study proposes a stochastic finite element tool efficient to take account of these uncertainties. Here uncertain structural parameter is modeled as homogeneous Gaussian stochastic field and commonly used two-dimensional (2D) local averaging technique is extended and generalized for 3D random field. This is followed by Cholesky decomposition of respective covariance matrix for digital simulation. By expanding uncertain stiffness matrix about its reference value, the Neumann expansion method is introduced blended with direct Monte Carlo simulation. This approach involves decomposition of stiffness matrix only once for the entire simulated structure. Thus substantial saving of CPU time and also the scope of tackling several stochastic fields simultaneously are the basic advantages of the proposed algorithm. Accuracy and efficiency of this method with reference to example problem is also studied here and numerical results validate its superiority over direct simulation method or first-order perturbation approach.     

Parameter identification of dynamic models using a Bayes approach

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＡｃｏｍｍｏｎｐｒｏｂｌｅｍｉｎｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｓｔｏｐｈｙｓｉｃａｌｐｈｅｎｏｍｅｎａｉｓｔｈｅｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｆｍｏｄｅｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｆｒｏｍｏｂｓｅｒｖｅｄｄａｔａ .Ｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓｐａｒａｍｅｔｅｒｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｈａｖｅｂｅｇｕｎｔｏｏｆｆｅｒａｖｅｒｙｐｏｗｅｒｆｕｌｂｒｉｄｇｅｂｅｔｗｅｅｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌａｎｄａｎａｌｙｔｉｃａｌｗｏｒｋ .Ｂｅｆｏｒｅｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｏｎｔｈｅ…     

边界约束刚度不确定的结构振动特征值

利用摄动法 ,将随机的微分方程和边界条件化为一系列的确定性微分方程和边界条件。运用有限元离散方法 ,推导了统计特征值的二阶摄动近似表达 ,用算例对本文方法进行了说明并和 Monte-Carlo模拟法结果进行了比较     

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.     

Large Scale Mixing for Immiscible Displacement in Heterogeneous Porous Media

We derive a large scale mixing parameter for a displacement process of one fluid by another immiscible one in a two-dimensional heterogeneous porous medium. The mixing of the displacing fluid saturation due to the heterogeneities of the permeabilities is captured by a dispersive flux term in the large scale homogeneous flow equation. By making use of the stochastic approach we develop a definition of the dispersion coefficient and apply a Eulerian perturbation theory to determine explicit results to second order in the fluctuations of the total velocity. We apply this method to a uniform flow configuration as well as to a radial one. The dispersion coefficient is found to depend on the mean total velocity and can therefore be time varying. The results are compared to numerical multi-realization calculations. We found that the use of single phase flow stochastics cannot capture all phenomena observed in the numerical simulations.     

Stochastic homogenization analysis on elastic properties of fiber reinforced composites using the equivalent inclusion method and perturbation method

This paper describes a methodology for evaluation of influence of microscopic uncertainty in material properties and geometry of a microstructure on a homogenized macroscopic elastic property of an inhomogeneous material. For the analysis of the stochastic characteristics of a homogenized elastic property, the first-order perturbation method is used. In order to analyze the influence of microscopic geometrical uncertainty, the perturbation-based equivalent inclusion method is formulated. In this paper, an analytical form of the perturbation term using the equivalent inclusion method is provided.As a numerical example, macroscopic stochastic characteristics such as an expected value or variance of the homogenized elastic tensor of a unidirectional fiber reinforced plastic, which is caused by microscopic uncertainty in material properties or geometry of a microstructure, are estimated with computing the first order perturbation term of the homogenized elastic tensor. Compared the results of the proposed method with the results of the Monte-Carlo simulation, validity, effectiveness and a limitation of the perturbation-based homogenization method is investigated.     

STUDY ON THE PARAMETER VALUE DOMAIN OF MACRO-MICRO CONSTITUTIVE MODEL

宏微观耦合本构模型的参数识别往往通过反分析方法进行,为了使参数识别结果具有高的置信度,需要确定合适的参数取值范围. 基于动态再结晶过程的微观机理以及相应本构方程的数学特征,提出一个确定参数取值范围的方法. 首先详细给出考虑动态再结晶的黏塑性本构模型,并根据模型构造物理机理,提出通过6 步确定该模型参数取值范围的方法;其次,对300M 低合金钢进行不同温度、应变速率下的热变形试验,测试宏观的流动应力-应变数据及微观的组织数据;然后应用提出的方法,依据试验数据,确定参数取值范围;最后,基于确定参数取值范围中获得的知识,对模型进行局部修改,使模型模拟结果更接近实验结果.     

宏微观耦合本构模型参数识别取值范围研究

宏微观耦合本构模型的参数识别往往通过反分析方法进行,为了使参数识别结果具有高的置信度,需要确定合适的参数取值范围. 基于动态再结晶过程的微观机理以及相应本构方程的数学特征,提出一个确定参数取值范围的方法. 首先详细给出考虑动态再结晶的黏塑性本构模型,并根据模型构造物理机理,提出通过6 步确定该模型参数取值范围的方法;其次,对300M 低合金钢进行不同温度、应变速率下的热变形试验,测试宏观的流动应力-应变数据及微观的组织数据;然后应用提出的方法,依据试验数据,确定参数取值范围;最后,基于确定参数取值范围中获得的知识,对模型进行局部修改,使模型模拟结果更接近实验结果.