平稳随机激励下随机桁架结构动力可靠性分析

研究了随机桁架结构在平稳随机激励下的动力可靠度求解方法。同时考虑结构物理参数、几何尺寸的随机性,利用求解随机变量数字特征的代数综合法和矩法,从结构随机响应的频域表达式出发,导出了随机桁架结构在平稳随机激励下的位移、应力及其导数响应均方值的数字特征,再由动力可靠性的Poisson公式导出了结构动力可靠度的计算公式。通过算例分析了各参数的随机性对结构动力可靠度的影响,验证了该方法的可行性和有效性。     

平稳随机激励下耦合Newmark滑移系统的可靠性分析

基于随机激励的离散形式,对耦合Newmark系统的动力可靠度问题进行解析分析。平稳随机激励下,耦合Newmark系统初始滑移极限状态方程可以写成n个标准正态随机变量的显式线性函数,并能给出可靠度指标的理论解。对于以相对滑移量为临界状态的情况,极限状态方程是n个标准正态随机变量的隐式函数,可借助静力可靠度方法进行求解。算例表明,系统初始滑移的设计点激励是以潜在滑动体自振频率为主频,振幅渐增的谐振时程;后者的失效概率与摩擦系数成非线性关系,存在合适的摩擦系数使失效概率最小。     

DYNAMIC RESPONSE OPTIMIZATION DESIGN FOR ENGINEERING STRUCTURES BASED ON RELIABILITY

IntroductionTheoptimumdesignofstructuraldynamicresponseisoneoftheimportantcontentsinthestructuraloptimizationdesign ,inwhichtherespondedphysicalquantityofstructuresunderdynamicexcitationaretakenasobjectorconstraintfunctions.Fortheproblemcomesdownsimultaneouslytothedynamiccharacteristicanalysisandthedynamicresponseanalysisaswellastheoptimumdesign ,itismoredifficultandcomplicatedthantheproblemofstructuralstaticoptimumdesign[1].However,therestillcomeoutsomeresearchproductionsinpastyears.Forexampl…     

Probability of random events of inspection and repair and maintaining reliability of structures

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＦａｔｉｇｕｅｆｒａｃｔｒｕｅｉｓａｐｒｉｍａｒｙｍｏｄｅｏｆｆａｉｌｕｒｅｆｏｒｍｅｔａｌｌｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｓｓｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏｖａｒｉｏｕｓｄｙｎａｍｉｃｌｏａｄｓ.Ａｔｔｈｅｂｅｇｉｎｎｉｎｇｏｆｓｅｒｖｉｃｅ,ｓｏｍｅｉｎｈｅｒｅｎｔｄｅｆｅｃｔｓｓｕｃｈａｓｍｉｃｒｏｃｒａｃｋｓ,ｗｅｌｄｉｎｇｄｅｆｅｃｔｓ,ｎｏｔｃｈｅｓ,ｖｏｉｄｓｅｔｃ.ｅｘｉｓｔｉｎｍａｎｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｒｅｌｅｍｅｎｔｓ.Ｔｈｅｓｅｄ…     

考虑车辆随机停放的停车楼减震设计与可靠度分析

在停车楼的设计中通常将车辆荷载以活荷载的方式均匀分布到结构上,实际上受车辆随机停放的影响,停车楼结构整体质量中心偏移,一旦结构遭遇罕遇地震时,车辆的随机停放可能造成停车楼结构发生扭转破坏.本文在传统减震设计方法的基础上考虑车辆活荷载的随机性,并从可靠度的角度验算减震结构在大震作用下的倒塌概率.结果表明,相同的减震设计布...     

结构多点随机地震响应分析及拟静位移计算

给出了大跨度结构多点随机地震响应虚拟激励算法的若干实施细节,并讨论了将拟静位移项用自振振型和广义坐标来表达的做法。表明将拟静位移用自振振型和广义坐标来表达时,可能导致结构位移和内力响应非常大的误差,在实际应用时应予重视。     

一种结构响应预测策略与新可靠度分析方法

工程结构在服役期不可避免地遭受各种不确定因素的侵害,为客观科学地描述不确定因素的影响,可靠度理论得以产生和发展。但传统的可靠度分析方法囿于精度和效率等原因,难以应用于实际工程结构。近年来基于概率守恒原理,概率密度演化理论提出并得到发展。但对复杂的工程结构,效率低下等问题依然有待解决。鉴于此,本文提出两级剖分概率空间的概念,以粗剖分获得的少量代表样本构成训练集,训练Kriging模型;然后细剖分概率空间,通过训练的Kriging模型预测加密样本响应提高分析效率。基于此,结合以概率密度演化理论为基础的物理综合法,提出了一种新的可靠度分析方法。通过对一解析系统和一幢钢筋混凝土框架结构的响应预测与可靠度分析,证明了新提出方法的精度和效率。     

λ-PDF AND GEGENBAUER POLYNOMIAL APPROXIMATION FOR DYNAMIC RESPONSE PROBLEMS OF RANDOM STRUCTURES

A bounded, mono-peak, and symmetrically distributed probability density function, called λ-PDF, together with the Gegenbauer polynomial approximation, is used in dynamic response problems of random structures. The λ-PDF can reasonably model a variety of random parameters in engineering random structures. The Gegenbauer polynomial approximation can be viewed as a new extension of the weighted residual method into the random space. Both of them can be easily used by scientists and engineers, and applied to a variety of response problems of random structures. The numerical example shows the effectiveness of the proposed method to study dynamic phenomena in random structures.     

考虑T-stress的非正态随机参数疲劳裂纹扩展寿命的可靠性分析

基于断裂力学的疲劳裂纹扩展寿命问题的研究常常将裂纹尖端应力展开项的高次项忽略,引起了裂纹扩展模拟的误差,本文考虑高次项T-stress对裂纹扩展角的影响,对裂纹扩展过程做了数值模拟,结果显示相同裂纹扩展长度下,考虑T-stress会延长裂纹扩展寿命。文章首先采用修正的Paris-Erdogan 公式计算了两端承受均布拉伸载荷的边缘斜裂纹板的疲劳裂纹扩展寿命,裂纹扩展方向采用两参数修正的最大拉应力准则。由于结构尺寸,材料特性和载荷等因素具有不确定性,导致疲劳裂纹扩展过程带有一定的随机性,本文以材料属性和载荷为随机变量,在随机有限元法的基础上,结合计算可靠度的四阶矩法,Edgeworth级数展开方法,提出随机参数服从任意分布时的结构疲劳裂纹扩展寿命可靠度的计算方法。分析了参数为非正态分布时的平板裂纹扩展寿命可靠度随裂纹扩展的变化过程。本文方法可预测工程中板裂纹的扩展行为,以及预测裂纹板的可靠度。     

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。     

基于主动学习Kriging模型与序列重要抽样的随机-区间混合可靠性分析

针对随机-区间混合可靠性分析中复杂功能函数的高非线性和多设计点问题,本文提出了一种结合主动学习Kriging模型与序列重要抽样方法的混合可靠性分析方法.在序列重要采样方法中采用高斯混合分布作为提议分布进行逐级采样,逐步逼近最优重要抽样函数的采样样本;结合序列重要抽样方法的特点,提出了主动学习Kriging模型的两步学习...     

DYNAMIC CHARACTERISTIC ANALYSIS OF FUZZY- STOCHASTIC TRUSS STRUCTURES BASED ON FUZZY FACTOR METHOD AND RANDOM FACTOR METHOD

A new fuzzy stochastic finite element method based on the fuzzy factor method and random factor method is given and the analysis of structural dynamic characteristic for fuzzy stochastic truss structures is presented. Considering the fuzzy randomness of the structural physical parameters and geometric dimensions simultaneously, the structural stiffness and mass matrices are constructed based on the fuzzy factor method and random factor method; from the Rayleigh's quotient of structural vibration, the structural fuzzy random dynamic characteristic is obtained by means of the interval arithmetic; the fuzzy numeric characteristics of dynamic characteristic are then derived by using the random variable's moment function method and algebra synthesis method. Two examples are used to illustrate the validity and rationality of the method given. The advantage of this method is that the effect of the fuzzy randomness of one of the structural parameters on the fuzzy randomness of the dynamic characteristic can be reflected expediently and objectively.     

线性随机结构的平稳随机响应

对于不仅结构参数具有随机性,而且外载是平稳随机激励的问题,给出了随机响应变异系数的计算方法。应用虚拟激励法先将随机荷载转化为确定性的简谐荷载,使双随机问题得以精确地转化为单随机问题进行分析。求解过程显著简化,而且包含了二种随机因素之间的耦合效应。用数值模拟法对方法的精度作了估计。     

遗传算法在随机参数刚架结构概率优化设计中的应用

对随机参数刚架结构在随机荷载作用下基于概率的优化设计进行了研究。同时考虑结构的物理参数和作用荷载等的随机性;建立以杆截面积为设计变量、结构质量均值极小化为目标函数、具有刚度和强度可靠性约束的优化设计数学模型;通过可靠性约束等价显式化处理和引入罚函数,将原概率约束优化问题转化为无约束优化问题,利用遗传算法求解。算例表明：文中提出的模型和方法是合理有效的。     

结构的能度可靠性方法和随机可靠性方法的比较

对能度可靠性方法和传统的随机可靠性方法，在不确定性的处理、模型结构和基于可靠性的结构优化设计等方面进行了比较研究。得到了一些有益的结论。说明了能度可靠性方法的有效性和优越性．由于结构的能度可靠性模型对已知数据的要求较低，计算过程较为简便。从而可使结构可靠性分析和设计中获取数据的难度大大降低，并有效降低计算工作量,具有较好的适用性。     

基于Nataf变换的层递响应面法分析结构可靠度

针对现有的随机响应面法(SRSM)和层递响应面法(CRSM)存在的局限性,本文结合预处理随机Krylov子空间法,建立了基于Nataf变换的向量型层递响应面法,并应用于含非高斯型互相关随机变量的结构可靠度分析。首先,利用预处理随机Krylov子空间的层递基向量近似展开结构的总体节点位移向量,建立向量型层递响应面;然后,根据Nataf变换建立非高斯型互相关随机变量与独立标准正态随机变量之间的关系式,将独立标准正态空间内由Hermite多项式的根组合形成的概率配点变换成非高斯空间内的概率配点,并通过回归分析确定层递响应面的待定系数。计算结果表明,本文建立的CRSM属于向量型响应面法,能较好地处理含非高斯型互相关随机变量的结构可靠度分析问题,计算精度和效率均较高,且具有良好的全域性。     

粘滞阻尼器减震结构非线性随机振动的时域显式降维迭代随机模拟法

粘滞阻尼器在大型复杂结构减震设计中应用广泛。由于粘滞阻尼器的非线性阻尼力特性,粘滞阻尼器减震结构非平稳随机地震反应分析是一个典型的局部非线性随机振动问题。利用减震结构动力响应时域显式表达式的降维列式优势,仅针对与粘滞阻尼器相关的局部自由度进行非线性迭代计算,提出了局部非线性随机振动问题的时域显式降维迭代随机模拟法,为设置粘滞阻尼器的大型复杂减震结构非线性地震反应分析提供一种高效的随机振动方法。以安装了四个纵桥向粘滞阻尼器的某主跨1200m悬索桥为工程实例,开展E2水准地震激励下的非线性随机振动分析。计算结果显示,设置阻尼器后,主梁的纵桥向位移得到明显控制,降幅达到80%,大桥的关键截面内力也有5%左右的降幅。     

关于虚拟激励法与结构随机响应的注记

虚拟激励法自发表以来，引起了学术界和工程界的较大关注。特别是在处理大型复杂结构受多点随机激励时，该法自动计及了参振振型的互相关以及激励之间的互相关，在理论上是精确解。而且该法对于处理非经典阻尼矩阵很方便，在一般具有简谐振动／时程分析功能的有限元程序上进一步开发计算位移，内力，应变等各种平稳／非平稳响应量的自谱互谱计算功能都十分方便，所以获得了较多应用。对该算法的适应性和计算效率与传统算法明确地给出对比，将对其理解与推广应用有很大好处。本文将对此作一些说明。     

结构动力分析的随机变分原理及随机有限元法

将结构动力系统的参数及激励的随机性直接引入结构的动力泛函变分表达式中，基于瞬时最小势能原理，应用小参数摄动法，建立了随机结构动力分析的随机变分列式及相应的确机有限元法。算例表明，应用此法分析随机结构动力响应，具有程序实施简便，计算效率高的优点。     

海上平台结构疲劳与疲劳可靠性分析程序设计

本文介绍了作者开发的适用于固定式导管架海上平台结构系统疲劳与疲劳可靠性分析程序系统的设计原理、结构及功能特点。最后，以一固定式导管架平台作为算例验证了程序系统的可靠性与实用性。