结构可靠性分析的多平面组合近似方法研究

应用AFOSM法获得最大可能概率失效点和最大可能失效区域,对最大可能失效区域边界进行了近似界定.采用超单位超球坐标构造搜索方向,利用黄金分割法快速求得线性化点,提出一种新的多近似平面的构造方法,避免了构造近似平面的盲目性和无序性.针对多近似平面组成系统的特性,提出基于AFOSM的逐次等效主近似平面方法计算结构的失效概率.算例结果表明,本方法可行有效且效率高,是一种精度较高的结构可靠性近似分析方法.     

针对非线性极限状态方程的时变可靠度分析

提出了一种针对一般非线性极限状态方程的时变结构可靠度分析方法. 该方法首先将时变功能函数中的随机过程进行离散,获得多个不同时间段的静态功能函数. 之后,将各功能函数在最大可能点处进行线性化,并运用全概率公式将其化简为一新的静态可靠度分析模型,该模型可运用传统的一次二阶矩方法进行高效求解.最后通过管状悬臂梁、十杆桁架、汽车发动机主轴3 个算例验证了该方法的有效性.      

结构动力可靠度的重要抽样法

重要抽样法是蒙特卡洛数值模拟方法中的一种重要的方差缩减技术,目前重要抽样法在工程结构可靠度计算中的应用主要集中于静力问题。本文分析了动力可靠度蒙特卡洛方法的特点,提出了在结构动力可靠度问题中应用重要抽样法的方法,并针对白噪声荷载,给出了选择重要抽样函数的方法和重要抽样函数的具体表达式。理论和数值分析表明,本文所提出的重要抽样法应用于结构动力可靠度计算是可行的。     

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。     

结构可靠性优化的三阶段解耦方法

为提高基于可靠性的结构优化效率,提出一种三阶段解耦分析方法。第一阶段利用可靠性安全因子进行确定性优化,并将确定性优化结果作为初始样本点;第二阶段利用可靠性灵敏度和重量因子对样本点进行调整,获取目标函数与失效概率的数据集合;第三阶段利用目标函数与失效概率的关系,曲线获取可接受失效概率对应的目标函数,并求解最终优化设计变量。本文方法只需一次确定性优化,且现有结构可靠性求解算法均可使用,适应性强。算例分析结果表明,本文方法可以明显减少失效概率评估次数,且计算结果对可靠性安全因子与重量因子不敏感。     

基于方向向量模拟技术的结构系统可靠性评价

对结构系统可靠性分析中的方向向量模拟方法进行了研究,指出一般方向向量模拟方法的不足,给出一个精度较高的结构失效概率近似积分公式,对示性函数I[g(r)]的几何意义进行了阐述,提出了一种生成服从n(n≥2）维单位球面上均匀分布的随机方向向量样本而不依赖于分布的方法,该方法简单易行,从教学上给出了严格证明。数值算例表明了该方法的有效性和广泛的适用性。     

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。     

杆系结构静强度和疲劳失效机理及可靠性分析

根据疲劳载荷造成的疲劳累积损伤对结构极限承载力的影响情况,讨论了结构系统承载能力的可靠度计算方法,分析了结构系统中每一个单元在静载和疲劳载荷作用下的两种失效模式,并考虑了二者之间的相关性对该单元可靠性的影响,具体分析了结构系统在这两种载荷作用下的失效机理,给出了在这两种载荷作用下结构系统的可靠性分析方法. 算例表明,在不同的使用年限内,静载和疲劳载荷对结构系统可靠性的影响是不同的;在结构系统主要失效路径中既有单元静强度失效又有单元疲劳失效,这是符合结构系统使用真实情况的.     

A new three-phase algorithm for computation of reliability index and its application in structural mechanics

Computation of reliability index or probability of failure in practical problems is still a challenge. In this paper, an efficient three-phase non-gradient-based algorithm is proposed to be used in structural reliability analysis. Like approximation methods, the purpose in the proposed algorithm is to locate the position of design point. However, for this purpose, at the iterations of the phases random samples are generated based on a moving sampling density function, like what is done in adaptive importance sampling. At each phase, by representing an updating criterion, the position of the candidate of design point is updated to approach the real design point. Two criteria of the first and second phase are to reduce the initial relatively large distance between the candidate of design point and the real one. In the third phase, after introducing a new effective fitness function, the third updating criterion is represented to take the final smaller steps of approaching design point. Through various numerical examples, the accuracy and efficiency of three aforementioned phases have been shown.     

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.     

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.      

RELIABILITY ASSESSMENT OF STRUCTURAL SYSTEMS BASED ON DIRECTIONAL VECTOR SIMULATION TECHNIQUE

The new improved directional vector simulation method for analyzing the reliability of structural systems failure probability is researched. This paper also points out the defects of general directional vector simulation, and gives rise to a new higher accuracy approximate integral formula of structural systems failure probability. A new geometric meaning of characteristic function is obtained. A new simple method of generating uniformly distributed random vector samples inn-dimensional unit hyper-spherical surface is put forward and strictly proved. This method is easy to put into practice. Numerical examples are given to show the applicability and effectiveness of the suggested approach to structural systems reliability problems. Supported by Chinese Postdoctor Fund([1998]6, 23).     

基于大偏差理论的随机动力学研究

本文介绍了大偏差理论的基本思想、基本概念以及大偏差理论在离出问题研究中的应用.本文评述了有关离出问题的三个重要指标:平均首次离出时间、离出位置分布和最优离出路径相关研究的思路和方法,而其中对最优离出路径的刻化是结构性的难题. 针对平均首次离出时间,本文介绍了它与拟势的关系,并应用平均首次离出时间的结论分析了随机共振以及自诱导随机共振中的时间匹配机制.对于离出位置分布, 本文介绍了提高蒙特卡罗模拟速度的相关算法,并重点评述了其中的概率演化算法和相关的算例. 最后,对于最优离出路径的研究, 本文讨论了几类计算方法,分析了最优路径满足的辅助哈密尔顿系统轨线由于非线性多值性形成的拉格朗日流形拓扑结构的奇异性及其动力学含义,并进一步给出了有限噪声强度激励条件下的作用量修正方法. 最后,给出了大偏差理论应用发展的一些开放性问题的展望.      

基于降维积分的结构系统可靠性分析研究

复杂结构系统一般具有多个失效模式. 传统系统可靠性分析模型是在假设各失效模式相互独立的条件下建立的. 而在工程实际问题中,由于结构系统的组成单元之间紧密联系,系统的失效模式大多是相互耦合的. 简单地在失效模式相互独立的假设条件下进行系统可靠性分析与评价常常会导致过大的误差,甚至得出错误的结论. 提出一种相关失效模式结构系统可靠性分析方法. 利用降维法和Gauss-Hermite数值积分技术计算随机参数结构系统极限状态函数的统计矩,采用极限状态函数的前四阶累积量拟合其累积量生成函数,通过鞍点逼近方法拟合结构系统极限状态函数的概率密度函数和累积分布函数,进而获取结构系统的可靠度(或失效概率).数值算例表明该方法具有较高的计算精度和效率,通用性强.     

Combined use of SHMS and finite element strain data for assessing the fatigue reliability index of girder components in long-span cable-stayed bridge

The design of long-span cable-stayed bridge involves a large number of loads, geometric and material parameters, all of which can interact in a random fashion. It is desirable to have a total measure of the operational reliability and safety of the structural components. Based on the box-girder component strain history data of the Runyang Cable-stayed Bridge (RYCB) in China, a computer algorithm is developed to evaluate the fatigue damage that is assumed to occur in increments, according to a lognormal distribution. The corresponding probability density function is then found to obtain a fatigue reliability index β for ranking the integrity of the girders. Emphases are placed on the overall scheme of structural reliability evaluation such that the different fatigue damage criteria, probability density functions, and strain measurement techniques can be made. Finite element calculations are also used to provide strain data at locations that are not conducive for installing strain gauges, while the compatibility of measured and calculated data is made empirically. Each of the subroutine in the fatigue reliability algorithm can be altered for improvement. The flexibility allows up-dating the prediction as the monitored strains are changed by the environmental conditions. Preliminary results are first obtained to test the selected damage increments in relation to the probability function and fatigue damage criterion. Particular attention has been given to test the sensitivity of the combined governing parameters. The highly non-linear behavior of numerical calculations related to fatigue failure necessitates an in-depth understanding of the physical model. The condition under which fatigue damage accumulation is needed in contrast to the linear sum of fatigue cycles will be left for the future. Justification should be given to include the more complex issues. The aim here is to seek a simple, and yet reliable index that can account for the fatigue damage of box-girder of long cable-stayed bridges.     

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...     

疲劳剩余强度的可靠性研究

利用断裂力学，疲劳和可靠性分析方法，对疲劳过程中的剩余强度进行了研究，．通过七组试样的试验，得到了发动机连杆材料１８ＣｒＮｉＷＡ钢的Ｐ Ｒ Ｓ Ｎ曲线（即失效概率 剩余强度 疲劳应力 循环寿命曲线）．本文的分析方法对其他承受疲劳载荷的零部件和材料，具有重要的推广应用价值．     

露天矿边坡破坏概率计算混合遗传算法

将数值优化中的Powell法引入遗传算法中 ,提出了一种新型的混合遗传算法 ,并针对新疆雅满苏露天铁矿上盘边坡 ,提出了一种新的露天矿边坡破坏概率分析方法 ,计算结果表明本文方法准确可靠 ,克服了传统方法易陷于局部最优解的缺点。     

基于BP神经网络和Laplace渐进积分法的结构可靠性计算

传统基于代理模型的可靠性研究大多将抽样方法与代理模型相结合,并假定随机变量相互独立,且没有考虑到代理模型的不确定性对失效概率的影响。本文将反向传播(BP)神经网络和Laplace渐进积分法相结合,提出一种结合代理模型和高次阶矩的可靠性计算方法,称之为BP-Lap法。采用Latin超立方抽样技术,结合学习函数选取样本点,基于函数逼近原理,利用BP网络代理极限状态方程及其梯度向量和Hessian矩阵。利用训练好的BP网络通过Laplace渐进积分法求解失效概率,基于十折交叉验证思想,得到失效概率取值区间。通过四个算例,分别在随机变量相关和不相关的条件下,验证了BP-Lap法的有效性。研究表明：BP-Lap法可以衡量代理模型的不确定性对失效概率的影响,得到失效概率的上、下界;BP-Lap法同时适用于显示和隐式的极限状态方程,对相关随机变量的可靠性问题具有较高精度。     

基于广义Lambda分布逼近的结构可靠度计算方法

提出了基于广义Lambda分布逼近的结构可靠度计算方法。首先利用功能函数抽样数据,估计功能函数的前4阶矩信息。通过点估计法获得功能函数概率密度函数广义Lambda分布近似表达式,并根据工程结构可靠性的定义计算结构失效概率,进行可靠性分析。数值算例表明,广义Lambda分布对各种经典分布曲线具有良好的适应性。通过两个工程算例与Monte-Carlo模拟结果进行对比,验证了所提可靠度计算方法的正确性和实用性。