二维联合概率分布函数构造方法对结构串联系统可靠度影响分析

简要介绍了两种构造联合分布函数近似方法：基于Pearson相关系数的近似方法P和基于Spearman相关系数的近似方法S。推导了基于直接积分方法的串联系统失效概率计算公式,提出了两构件功能函数间负相关时串联结构系统失效概率上限值的计算公式。以理论联合概率分布函数是二维极值分布为例研究了两种近似方法在串联系统可靠度计算中的精度。结果表明,两种近似方法能够有效地计算串联结构系统可靠度,且精度很高,为不完备概率信息条件下串联结构系统可靠度分析提供了一条有效的途径。当两构件的功能函数正相关时,两种近似方法误差随串联系统失效概率的减小而增加,但近似方法与精确方法系统失效概率的差别最大也不会超过2倍;当两构件的功能函数负相关时,两种近似方法误差随系统失效概率的减小而减小,但两种近似方法的失效概率几乎与精确解一样。此外,两种近似方法误差不是随构件间相关性的增加而单调增加,而是存在一极大值。     

基于合理子域的改进响应面方法

基于结构可靠性分析理论,给出了合理子域概念.合理子域能够明确在设计点附近对失效概率起主要贡献区域尺寸,且能够保证失效点以一定概率落在其内,解决了对失效概率起主要贡献区域尺寸难以量化问题.基于合理子域概念,给出了一种改进响应面方法.该方法能够保证响应函数在设计点处是无误差的、且在合理子域内对极限状态函数具有较好近似.采取蒙特卡罗重要抽样方法求解失效概率,结合抽样点位置采取分区域评估方法以提高失效概率求解精度.算例表明,所提方法在处理具有显式和隐式极限状态函数的可靠性分析时,均具有较好的计算精度和较高的计算效率.      

AN IMPROVED RESPONSE SURFACE METHOD BASED ON THE RESONABLE SUBDOMAIN

基于结构可靠性分析理论,给出了合理子域概念.合理子域能够明确在设计点附近对失效概率起主要贡献区域尺寸,且能够保证失效点以一定概率落在其内,解决了对失效概率起主要贡献区域尺寸难以量化问题.基于合理子域概念,给出了一种改进响应面方法.该方法能够保证响应函数在设计点处是无误差的、且在合理子域内对极限状态函数具有较好近似.采取蒙特卡罗重要抽样方法求解失效概率,结合抽样点位置采取分区域评估方法以提高失效概率求解精度.算例表明,所提方法在处理具有显式和隐式极限状态函数的可靠性分析时,均具有较好的计算精度和较高的计算效率.     

一种基于混合遗传算法优化的截断重要抽样法

针对并联系统失效概率的计算,提出一种基于混合遗传算法的截断重要抽样法.所提算法中,基于十进制编码的混合遗传算法被用来寻找并联系统最可能失效点x*和系统近似可靠度指标β.以β为半径建立以坐标原点为球心的截球,并以x*为抽样中心构造重要抽样概率密度函数,从而建立针对并联系统可靠性分析的β球截断重要抽样法.通过算例分析,比较了几种不同并联系统失效概率计算的方法,结果表明本文方法比连续顺序近似法、一次二阶矩法具有更高的计算精度,比蒙特卡洛法具有更快的收敛速度,尤其是针对小失效概率问题;与β球截断抽样法和重要抽样法相比,计算效率也进一步提高.     

体系可靠度计算中改进的等价平面法

具有多个失效模式的结构体系可靠度计算是一个复杂的多维积分问题,很难直接得到结果,往往需要采用近似计算。在失效模式间的相关性较弱时一些近似计算方法可以得到较好的估计值,但是当各失效模式相关性较强时这些近似方法的误差较大。最初的等价平面法是用来计算并联体系失效概率的,但是需要进行迭代求解,而且其误差较大。本文推导了串联体系的等价平面法(EPM法)的解析公式,在此基础上提出了改进的等价平面法(IEPM法),该方法既可以计算串联体系也可以计算并联体系的失效概率,解决了体系可靠度在各失效模式相关性较强时近似计算误差较大的问题。经大量的算例验证,说明该方法在失效模式相关性较强时具有较高的计算精度。     

考虑状态模糊性时广义失效概率计算的鞍点逼近方法

针对状态具有模糊性的广义可靠性分析问题,提出了一种广义失效概率计算的鞍点逼近方法.所提方法首先将广义失效概率的积分区域依据功能函数的取值离散化,在离散的积分区域中,功能函数对模糊失效域的隶属函数近似保持为常数,从而将模糊可靠性问题转化为随机可靠性问题,进而利用近似的鞍点逼近方法求得广义失效概率.该文给出了所提方法的实现步骤和原理,并用算例验证了所提方法的合理性和可行性.由于基于鞍点逼近的考虑状态模糊性时广义失效概率的计算方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.     

一种高效的概率-证据混合可靠性分析方法An efficient structural reliability anslysis method with both probability variable and evidence variable

针对同时包含概率变量和证据变量的混合不确定性问题,提出了一种高效的结构可靠性分析方法,在保证精度的前提下大幅提高了计算效率。借助证据变量均匀化手段,将传统概率可靠性分析中的最可能失效点（M PP）概念引入概率‐证据混合模型,基于M PP建立线性近似功能函数,并进行高效可靠性分析。最后通过三个工程算例验证了该方法的有效性。     

区间模型非概率可靠性全局最优解

考虑到实际工程中大量存在不确定性因素,将结构中不确定参数描述为凸集变量的一种特殊情况－区间变量,根据区间模型可靠性指标的定义,采用解析方法进行非概率可靠性全局分析。为避免可能失效点遗漏,解析分析从二、三维开始,对平面和空间进行区域划分,根据极限状态函数的形式,指出了可能失效点依赖于极限状态函数的极值点和根植点。通过简单的量值比较,即可确定最可能失效点,进一步可求得可靠性指标。将低维分析方法推广到n维情况,给出了n维空间中用于计算极值点和根植点方程的数量,能够有效避免发生可能失效点遗漏现象,对优化搜索具有指导意义。针对两类算例进行求解,并与已有结果比较,验证了本文解析方法的正确性。     

一种高效的概率-证据混合可靠性分析方法

针对同时包含概率变量和证据变量的混合不确定性问题,提出了一种高效的结构可靠性分析方法,在保证精度的前提下大幅提高了计算效率。借助证据变量均匀化手段,将传统概率可靠性分析中的最可能失效点(MPP)概念引入概率-证据混合模型,基于MPP建立线性近似功能函数,并进行高效可靠性分析。最后通过三个工程算例验证了该方法的有效性。     

基于Voronoi结构的无网格局部Petrov-Galerkin方法

基于自然邻结点近似位移函数提出了一种用于求解弹性力学平面问题的无网格局部局部Petrov-Galerkin方法。这种方法在结构求解域Ω内任意布置离散的结点，并且利用需求结点的自然邻结点和Voronoi结构来构造整腐朽 求解的近似位移函数，对于构造好的近似位移函数，在局部Petrov-Galerkin方法建立整体求解的平控制方程，这样平衡方程的积分可在背景三角积分网格的形心上解析计算得到，而采用标准Galerkin方法的自然单元法需要三个数值积分点。该方法能够准确地施加边界条件，得到的系统矩阵是带状稀疏矩阵，对软件用户来说，这它学是一种安全的，真正的无网格方法，所得计算结果表明，该方法的计算精度与有限元四边界单元相当，但计算和形成系统平衡方程的时间比有限元法四边界单元提高了将近一倍，是一种理想的数值求解方法。     

基于凸模型和伪概率分布的不确定性结构响应分析

针对传统基于凸模型的方法分析不确定性结构时仅能给出结构响应边界的局限性, 本文结合基于体积比的伪概率度量和一次二阶矩提出一种结构响应不确定性量化的新方法. 该方法在精确求解不确定性结构响应上下界的同时, 给出了结构响应在上下界内的伪概率分布. 首先利用椭球凸模型对结构不确定性进行建模, 结构响应关于不确定性参数的状态方程将椭球分割成两个区域, 则分割区域体积与椭球域总体积之比可作为伪概率来度量结构响应的不确定性; 其次, 用一次二阶矩法序列求解结构响应不确定性传播方程, 获得最可能展开点及相应分割区域的近似体积. 最后, 通过一个典型的六杆桁架结构算例与传统凸模型方法和蒙特卡洛法进行比较, 验证该方法对不确定性结构响应分析和量化的有效性和优越性.     

改进的非概率可靠性全局最优解方法

对于非概率可靠度的求解,改进的一维优化算法计算简便但仅能搜索到部分可能失效点,全局最优解法可搜索所有可能失效点但计算量过大。鉴于此种情况,本文将改进的一维优化算法与全局最优解法相结合,吸收两种方法的优点提出改进的全局最优解法。提出的方法通过变量的单调性来确定变量的取值,在不遗漏可能失效点的前提下,减少根值方程组的数目,从而降低计算量,提高计算效率。通过算例分析,证明了提出的改进的全局最优解法的有效性和可行性。     

Stochastic jump and bifurcation of a slender cantilever beam carrying a lumped mass under narrow-band principal parametric excitation

A detailed theoretical investigation into the single-mode approximate response of a slender cantilever beam carrying a lumped mass subjected to base narrow-band random excitation is presented for the first time. The method of multiple scales is used and the stochastic jump and bifurcation have been investigated for the principal parametric resonance of the system using the stationary joint probability. Results show that stochastic jump occurs mainly in the region of triple-valued solution. For the frequency-response domain, if the excitation central frequency is a variable and others keep constant, the basic phenomena imply that the higher the frequency, the more probable the jump from the stationary non-trivial branch to the stationary trivial one once the frequency exceeds a certain value. If the bandwidth is a variable and others keep constant, the basic phenomena indicate that the most probable motion is around the non-trivial branch when the bandwidth is smaller, whereas the most probable motion gradually approaches the trivial one when the bandwidth becomes higher. For the force-response domain, there is a region of excitation acceleration within which the joint probability density has two peaks: an outer flabellate peak and a central volcano peak. Results show that the outer flabellate peak decreases while the central volcano peak increases as the value of the excitation acceleration decreases.     

结构可靠性分析方法——AFOSM的进一步精确化

给出了结构可靠性分析方法－改进一次二阶矩法（AFOSM）一套新的计算公式，并以纤维增强复合材料层合板结构为研究对象，运用随机有限元法（SFEM）数值计算方法分析各单层板的可靠性指标β。文中算例计算结果表明，本文给出的计算公式是合理的和有效的，而且用它所得计算结果比用原AFOSM所得结果更加精确。     

The Effect of the Walls of an Arbitrary Tank in the Problem of Separation–Free Impact on a Floating Body

An algorithm for constructing an asymptotic power series for large depths is proposed. It allows one to use the well–known solution of the problem of impact on a rigid body floating on the surface of a fluid half–space to obtain an approximate solution of the impact problem for the same body floating on the surface of a fluid in a bounded basin. The case where the domain occupied by the fluid has two perpendicular planes of symmetry is considered. Asymptotic expressions are given for the velocity potential on the wetted part of the body surface and for the added mass. Examples of solutions are considered.     

A univariate approximation at most probable point for higher-order reliability analysis

This paper presents a new univariate method employing the most probable point as the reference point for predicting failure probability of structural and mechanical systems subject to random loads, material properties, and geometry. The method involves novel decomposition at the most probable point that facilitates a univariate approximation of a general multivariate function, response surface generation of the univariate function, and Monte Carlo simulation. In addition to the effort of identifying the most probable point, the method requires a small number of exact or numerical evaluations of the performance function at selected input. Results of four numerical examples involving elementary mathematical functions and structural/solid-mechanics problems indicate that the proposed method provides accurate and computationally efficient estimates of probability of failure. Finally, the fatigue failure of lever arm in a wheel loader has been evaluated, demonstrating the ability of the new method in solving industrial-scale fatigue reliability problems.     

基于贝叶斯方法的模态参数识别的不确定度分析

振动模态分析和模态参数识别是动态测试的一个重要研究方向。模态参数在模型的修正、响应的预测、系统的健康检测及控制等方面有着重要的作用。但动态测试的不确定度分析,尤其是模态参数的不确定度的研究还十分缺乏。本文主要基于贝叶斯方法,通过傅立叶变换(FFT)建立时域数据和频域数据之间的对应关系。根据共振频带内的多个模态的响应数据得到相对应的模态参数,优化得到模态参数的最佳估计值,评定模态参数识别的不确定度。在固支梁的模态实验中,加速度传感器采集环境激励中的振动数据,运用贝叶斯法进行处理得到模态参数的最佳估计值。在此基础上,通过模态参数的最佳估计值,以及仪器的检定报告数据,结合合成不确度分析方法,系统分析了模态参数识别的不确定度。     

Theoretical analysis of non-probabilistic reliability based on interval model

The aim of this paper is to propose a theoretical approach for performing the nonprobabilistic reliability analysis of structure.Due to a great deal of uncertainties and limited measured data in engineering practice,the structural uncertain parameters were described as interval variables.The theoretical analysis model was developed by starting from the 2-D plane and 3-D space.In order to avoid the loss of probable failure points,the 2-D plane and 3-D space were respectively divided into two parts and three parts for further analysis.The study pointed out that the probable failure points only existed among extreme points and root points of the limit state function.Furthermore,the low-dimensional analytical scheme was extended to the high-dimensional case.Using the proposed approach,it is easy to find the most probable failure point and to acquire the reliability index through simple comparison directly.A number of equations used for calculating the extreme points and root points were also evaluated.This result was useful to avoid the loss of probable failure points and meaningful for optimizing searches in the research field.Finally,two kinds of examples were presented and compared with the existing computation.The good agreements show that the proposed theoretical analysis approach in the paper is correct.The efforts were conducted to improve the optimization method,to indicate the search direction and path,and to avoid only searching the local optimal solution which would result in missed probable failure points.     

动力可靠度计算的概率简单叠加法则法

首先给出了基于计算单元失效域的重要抽样法和区域分解法的计算步骤,随后利用基于计算单元失效域的重要抽样法的思想,引入构成总失效域的由持时内的时间点划分出的单元失效域;利用区域分解法的思想,引入构成总失效域的互斥的单元失效域,最后根据两种单元失效域的关系和概率简单叠加法则计算总失效概率.其中关键问题是计算结构反应时单位脉冲...