区间干涉模型下的非概率可靠性应用研究

针对可靠性分析中不确定参数的分布类型难以精确获得的情况,采用非概率方法进行可靠性分析.用区间模型描述不确定参数,结合应力-强度非概率集合干涉理论,建立了不同情况下的非概率可靠性指标,分析了某传动轴在概率模型和区间模型下的可靠性指标以及不确定参数的离差与非概率可靠性之间的关系.结果表明:当传动轴外径为50mm时,二者均认为结构可靠,外径为48mm时,概率可靠度为0.999 803,非概率可靠度为0.982 110,两种结论是一致的,但非概率方法更保守,同时传动轴的非概率可靠度随着不确定参数离差的增加而逐渐减低,其中强度离差对可靠度影响最大,扭矩离差最小.说明增加壁厚以及减小不确定参数的离差可以提高传动轴的可靠度,表明非概率可靠性分析方法的工程适用性.     

基于非概率模型的星载天线展开机构可靠性分析

对某周边桁架式大型星载天线的展开运动机理进行了研究，建立了展开机构的力学分析和非概率运动可靠性的分析模型，综合考虑尺寸误差和太空环境因素的影响，将运动功能函数视为区间变量函数，利用优化算法推导出非概率可靠性计算公式，对机构在整个展开过程中的运动可靠性进行预测，并和将运动功能函数中的变量视为正态分布的概率模型下的可靠度相比较，概率可靠性指标约为非概率可靠性指标的3倍，两者的变化趋势相同，而且与试验过程比较吻合。     

Non-probabilistic fuzzy reliability analysis of pile foundation stability by interval theory

Randomness and fuzziness are among the attributes of the influential factors for stability assessment of pile foundation. According to these two characteristics, the triangular fuzzy number analysis approach was introduced to determine the probability-distributed function of mechanical parameters. Then the functional function of reliability analysis was constructed based on the study of bearing mechanism of pile foundation, and the way to calculate interval values of the functional function was developed by using improved interval-truncation approach and operation rules of interval numbers. Afterwards, the non-probabilistic fuzzy reliability analysis method was applied to assessing the pile foundation, from which a method was presented for non- probabilistic fuzzy reliability analysis of pile foundation stability by interval theory. Finally, the probability distribution curve of non- probabilistic fuzzy reliability indexes of practical pile foundation was concluded. Its failure possibility is 0.91%, which shows that the pile foundation is stable and reliable.     

改进Kriging的热结构耦合梁共振非概率可靠性分析

针对梁结构在热结构耦合作用时其极限状态函数为隐式形式且难以求解的问题,基于振动可靠性理论,将改进的Kriging模型与有限元方法相结合,提出了热结构耦合梁共振非概率可靠性分析方法.首先利用Kriging法构建热结构耦合梁可靠性功能函数的近似模型,并利用主动学习法改进了选取新增样本点的方式,使得改进后的Kriging近似模型更加逼近于真实极限状态函数.在此基础上,考虑结构参数的不确定性,对梁结构的不确定变量用区间变量进行描述,建立了含有超椭球凸集的梁结构共振非概率可靠性模型,最后结合优化方法求解出梁结构共振非概率可靠性指标.算例结果表明了该方法的合理性以及计算精度高的特点,为热结构耦合梁的共振非概率可靠性分析提供了可行的途径.     

Structure buckling and non-probabilistic reliability analysis of supercavitating vehicles

To perform structure buckling and reliability analysis on supercavitating vehicles with high velocity in the submarine,supercavitating vehicles were simplified as variable cross section beam firstly.Then structural buckling analysis of supercavitating vehicles with or without engine thrust was conducted,and the structural buckling safety margin equation of supercavitating vehicles was established.The indefinite information was described by interval set and the structure reliability analysis was performed by using non-probabilistic reliability method.Considering interval variables as random variables which satisfy uniform distribution,the Monte-Carlo method was used to calculate the non-probabilistic failure degree.Numerical examples of supercavitating vehicles were presented.Under different ratios of base diameter to cavitator diameter,the change tendency of non-probabilistic failure degree of structural buckling of supercavitating vehicles with or without engine thrust was studied along with the variety of speed.     

基于椭球模型的岩坡稳定非概率可靠评价研究

在考虑影响因素的不确定性条件下, 快速有效地评价岩坡的稳定状态成为目前研究的热点。传统概率可靠方法评价要求数据充足且服从某种概率分布, 工程中难以实测大量数据支持, 从而阻碍了该方法的推广应用。本文针对以上不足, 结合平面滑动型岩坡在只需确定变化范围的前提下应用椭球模型表达不确定影响因素的变异性质, 采用相应的非概率可靠指标评价了岩石边坡的稳定状态, 与蒙特卡洛模拟法计算结果的对比显示两种评价结果一致。基于椭球模型的非概率可靠评价方法所需数据量小, 计算简便快捷, 在岩坡稳定问题的评价中具有一定的适用性。       

结构安全系数和非概率可靠性度量研究

研究了用区间变量描述不确定参数时,结构安全系数和非概率可靠性度量及其相互关系．讨论了中心、非概率及区间三种安全系数的关系．对可靠性指标、集合可靠度两种非概率可靠性度量进行了对比分析．最后建立了安全系数和非概率可靠性度量的函数关系．研究结果拓展了结构非概率设计理论．     

桥梁工程可靠度2020年度研究进展

由于自身固有属性的不确定性以及所处环境的复杂性,桥梁在设计、施工、运营等不同阶段都需要具备足够的可靠性。为了解2020年桥梁工程可靠度研究与应用的最新动态,查阅文献并对相关理论方法、不同阶段或环节的科研内容和成果进行归纳。在桥梁可靠度理论和方法方面,引入GPR模型、径向基神经网络等方式得到隐式结构功能函数,引入Copula理论把握多失效模式概率的关系;采用概率可靠性和非概率可靠性方法、蒙特卡罗数值模拟、时变可靠度理论等进行可靠性评估。既有桥梁的技术状况及可靠度仍然是桥梁工程领域研究的热点,自然环境条件下桥梁抗力与外荷载的时变模型是桥梁时变可靠度分析与寿命预测的重点。可靠度理论及分析方法在桥梁工程设计中得到逐步的发展,考虑动态荷载作用随机性与结构参数随机性的动力可靠度研究与应用越来越多。     

基于非概率稳健可靠性的桁架结构优化设计

在结构非概率集合可靠性模型的基础上,考虑影响结构系统性能的荷载、材料弹性模量、材料抗拉强度等不确定参数,提出了桁架中压杆与拉杆的优化方法。将不确定量设定为区间,通过区间运算得到结构的非概率可靠度,使静定桁架中的杆件达到同一可靠度水平实现优化目标。并运用非概率可靠性方法对一桁架结构做了优化设计,算例证明此方法可行。     

非概率稳健可靠性理论及其发展趋势

从非概率可靠性理论出发,综述了该理论的发展过程以及其数学基础和常用的凸集模型,指出该理论是针对随机可靠性的局限性和不合理性而提出的,进而阐述该理论的核心思想和评价标准.通过对非概率稳健可靠性理论研究热点的分析,指出非概率稳健可靠性设计的发展趋势.     

Residual Mechanical Properties and Explosive Spalling Behavior of Ultra-High-Strength Concrete Exposed to High Temperature

In order to explore the characteristics of ultra-high-strength concrete exposed to high temperature,residual mechanical properties and explosive spalling behavior of ultra-high-strength concrete( UHSC) and high strength concrete( HSC) exposed to high temperatures ranging from 20 ℃ to 800 ℃ were determined. The microstructure of the specimens after exposure to elevated temperature was analyzed by means of scanning electron microscope( SEM) and mercury intrusion porosimetry( MIP). The residual compressive strengths of UHSC and HSC were first increased and then decreased as temperature increased. After exposure to 800 ℃,the compressive strengths of UHSC and HSC were 24. 2 % and 22. 3 % of their original strengths at 20 ℃,respectively. The residual splitting tensile strengths of both UHSC and HSC were consistently decreased with the temperature increasing and were approximately 20% of their original strengths after 800 ℃. However,the residual fracture energies of both concretes tended to ascend even at 600 ℃. The explosive spalling of UHSC was more serious than that of HSC. Moisture content of the specimens governs the explosive spalling of both concretes with a positive correlations,and it is more pronounced in UHSC. These results suggest that UHSC suffers a substantial loss in load-bearing capacity and is highly prone to explosive spalling due to high temperature. The changes in compressive strength are due to the changes in the density and the pore structure of concrete. The probability and severity of explosive spalling of UHSC are much higher than those of HSC due to the higher pore volume in HSC.     

Review:Recent Developments in the Non-Probabilistic Finite Element Analysis

饮用水余氯衰减的理论模型与分析

齐少英¹,鲁金凤^2,3

(1.美国伊利诺伊大学香槟分校 土木与环境工程系;

2.南开大学 环境科学与工程学院,天津 300071;

3.环境污染过程与基准教育部重点实验室(南开大学),天津 300071）

创新点说明：

本文的理论工作消除了两个当前研究领域的障碍：通过数学变换和积分求解了GBDM;通过解析解深入洞察GBDM,促进了参数化和灵敏度分析。

研究目的：

一个准确的氯衰减模型是必要的,以确保饮用水在水处理厂和整个管网供水过程中都符合微生物和化学安全性。在现有的数学模型中,综合二阶氯衰减模型（GBDM）从基础角度来看是不错的. 然而, GBDM的应用却由于其众多的虚拟参数和缺乏解析解而被阻碍。

研究方法：

通过数学变换和积分求解GBDM

结果：

通过解析解可以深入洞察GBDM,同时促进了参数化和灵敏度分析。天然有机物（NOM）本底的官能团分布可以用概率分布表征,它揭示了官能团的平均分布是与初始氯衰减速率常数（k0）成正相关的。开发了一个简单的直接计算该初始氯衰减速率常数的公式。理论处理将虚构参数减少到了最少状态。对常规对数正态分布而言,GBDM只需要三个参数,即初始需氯量x0,中值速率系数和不均匀指数σ。对于更复杂的情况,复合分配通过个体分布的叠加构造。一个突出的例子是在不同的水混合后预测氯衰减。

结论：

理论和数学模型的发展,使GBDM可以有效地应用于任何反应体系中的任何反应背景物质。

关键词：余氯;饮用水;天然有机物;衰减模型

     

应用非概率凸集模型的框架结构抗震性能分析

为解决结构抗震性能分析结果会因地震动记录选择上的差异产生较大变异性问题,采用非概率凸集模型来考虑地震作用的不确定性,以结构最大层间位移角作为抗震性能指标,通过能力谱方法对一钢筋混凝土框架结构进行非概率性抗震性能评估,与基于概率随机模型的抗震性能分析结果进行比较.结果表明,采用非概率凸集模型进行结构抗震性能分析,在减少变异性的同时,还具有一定的合理性和适用性.     

非概率稳健可靠性理论及其发展趋势

从非概率可靠性理论出发，综述了该理论的发展过程以及其数学基础和常用的凸集模型，指出该理论是针对随机可靠性的局限性和不合理性而提出的，进而阐述该理论的核心思想和评价标准．通过对非概率稳健可靠性理论研究热点的分析。指出非概率稳健可靠性设计的发展趋势．     

RC偏压构件精细抗力概率模型

现行可靠度统一标准给出的RC偏压构件抗力统计参数较为粗糙,对其随偏心距值的变化考虑不够充分.针对此不足,采用Monte Carlo抽样方法并结合已有的各种抗力因素的概率模型,得到了不同偏心距和配筋率下的改进抗力概率模型.结果表明采用正态分布变量来拟合RC偏压构件抗力的分布具有较好的精度.在此基础上,对此改进模型应用于随机偏心距下RC偏压构件可靠度计算的适用性进行了实例分析.结果证实,当偏心距设计值接近或者大于界限偏心距值时,采用现行标准中的抗力概率模型来计算可靠度均会产生较大的误差,而采用文中建议的抗力概率模型则具有较高的精度;且现行可靠度统一标准因对抗力随偏心距值增大而减小的效应考虑不够而使得RC大偏压构件的设计偏于不安全.     

基于证据理论和代理模型的QMU分析

针对结构可靠性或性能评估中的随机和认知不确定性同时存在的情况,根据性能裕量与不确定性量化的概念,提出了基于证据理论和Kriging代理模型的性能裕量与不确定性量化分析计算方法。该方法首先对随机变量进行抽样并通过优化求解证据焦元内结构性能响应极值分布并生成训练样本空间,通过最大置信水平期望提高加点准则构建并更新Kriging代理模型,提高裕量与不确定性量化分析过程中不确定性传播的效率和精度,在此基础上通过计算置信因子实现结构可靠性或性能评估度量。最后通过算例比较研究了基于置信因子度量结构可靠性和结构非概率可靠性之间的差异。     

Hybrid reliability model for fatigue reliability analysis of steel bridges

A kind of hybrid reliability model is presented to solve the fatigue reliability problems of steel bridges. The cumulative damage model is one kind of the models used in fatigue reliability analysis. The parameter characteristics of the model can be described as probabilistic and interval. The two-stage hybrid reliability model is given with a theoretical foundation and a solving algorithm to solve the hybrid reliability problems. The theoretical foundation is established by the consistency relationships of interval reliability model and probability reliability model with normally distributed variables in theory. The solving process is combined with the definition of interval reliability index and the probabilistic algorithm. With the consideration of the parameter characteristics of the S-N curve, the cumulative damage model with hybrid variables is given based on the standards from different countries. Lastly, a case of steel structure in the Neville Island Bridge is analyzed to verify the applicability of the hybrid reliability model in fatigue reliability analysis based on the AASHTO.     

隧道衬砌抗弯承载能力概率劣化模型

提出同时考虑时间效应与参数不确定性的隧道衬砌可靠度分析框架. 考虑衬砌受环境侵蚀引起的钢筋截面面积减少以及钢筋-混凝土黏结力下降,得到其抗弯承载能力时变模型. 考虑模型中参数不确定性,建立时变概率模型. 采用蒙特卡洛模拟（MCS）方法对理论模型的准确性以及计算效率进行验证. 分析模拟结果,对抗弯承载能力的分布进行讨论. 通过有限元分析,使用反转应力荷载释放法得到可靠度分析的荷载模型. 采用当量正态化（JC）法,构建隧道衬砌抗弯承载能力劣化可靠度分析框架. 通过算例对地下水氯离子侵蚀下衬砌抗弯承载能力的时变概率特征进行研究. 结果表明,随时间增长抗弯承载力的均值和标准差均减小;当初始计算变量同时存在正态变量与对数正态变量时,抗弯承载力计算结果更服从对数正态分布;衬砌负弯矩区域可靠度远高于正弯矩区域.     

MPSoC核协调可靠性和性能的形式化验证

为了在早期发现片上多核处理器（MPSoC）设计缺陷,本文提出了一种对核协调进行结构建模和性质刻画的形式化方法。在标记变迁系统中引入多项式函数替代动作表达核协调过程中对数据的改变,加入物理元器件发生故障的概率属性,形成用以描述核协调可靠性和性能的混杂马尔科夫决策过程模型。采用随机时序逻辑刻画系统性质,通过模型检测工具验证分析,以银行数据脱敏MPSoC为例,分析系统可靠性和时间延迟与能耗等性能指标。这些验证结果对于早期MPSoC设计人员具有较强的指导作用。     

浅析概率可靠性模型的优缺点

中国结构设计规范大多采用了概率可靠性模型作为结构设计理论,该模型和其它数学模型一样,都有其优点及缺点;阐述了概率可靠性模型的概念,采用比较法和计算分析的方法对该模型自身进行了研究,分析了其具有的优缺点,并指出了改进的方向．