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.     

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．     

结构动态非概率可靠性预测模型

研究了当载荷区间变量随时间变化且结构强度区间变量随时间退化情况下的结构动态非概率可靠性问题,给出了结构强度退化的变化区间及其均值、离差的计算表达式;根据应力-强度干涉理论和区间理论,建立了在结构强度随时间退化时,结构所承受的载荷分别为阶梯型、等幅交变型和任意时变型3种情况下的结构动态非概率可靠性预测模型,并通过3个算例说明文中所建模型的合理性．     

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。     

含裂结构脆性断裂的失效概率计算

采用随机有限元法研究结构脆性断裂的失效概率问题借助于能描述裂尖奇异应变场的裂尖元,将随机有限元法扩展到概率断裂力学的研究领域,简化了应力强度因子对各随机变量的求导过程,针对各随机变量的不确定性,计算了应力强度因子的统计矩,并利用优化确定了可靠性指标,采用一阶可靠性方法给出脆性断裂的失效概率,I型断裂的算例表明了计算模型和方法的有效性。     

粘钢加固受弯构件非概率可靠性分析

粘钢加固混凝土梁,因其施工简便,性能好,在桥梁加固改造工程中广泛使用,《公路桥梁加固设计规范》JTG/T J22-2008也给出计算公式和构造措施.基于概率理论的可靠性分析需要充足的参数样本,且对参数取值的变化极为敏感.混凝土桥梁加固的参数不足,概率可靠性分析存在不合理性.非概率可靠性分析不需要概率分布,只需参数的取值范围.本文运用非概率可靠性理论,依据粘钢结构的失效准则,建立极限状态方程,对受弯构件进行非概率可靠性分析,说明加固的有效性和可靠性,使粘钢加固结构可靠性分析也能建立在合理的可靠度理论基础之上.     

高超声速飞行器的非概率可靠性分析

为探究高超声速飞行器整体结构可靠性及其可靠性的影响因素，确保飞行器执行任务时的结构安全，将应力-强度干涉模型与区间数相结合，提出了子域子区间新方法分析高超声速飞行器结构强度可靠性。首先，分析高超声速飞行器在不同飞行状态下各受力面的力矩；其次，将飞行器结构近似为等效悬臂梁，考虑其所受力矩、宽度和飞行高度的不确定性，并表示为区间数；然后，考虑飞行器结构强度随时间退化，基于应力-强度干涉模型进行非概率可靠性分析，建立飞行器结构动态可靠性模型；最后，提出子域子区间法分析结构强度的指数退化特性和飞行动态对结构可靠性的影响。仿真结果表明，子域子区间法相比于传统蒙特卡罗法，在相同采样点数情况下，精确度会更高，验证了所提方法的可行性和有效性；飞行器可靠性随着飞行器结构强度指数递减而逐渐减小；飞行器的飞行动态会对结构可靠性产生主要影响，其中随着飞行高度的升高飞行器可靠性会逐渐增加，随着速度以及迎角的增大而逐渐减小。     

超空泡运动体强度与稳定性的非概率可靠性分析

超空泡运动体在水下高速运动时,所受的轴向力非常大.考虑到结构自身参数的不确定性,有必要对运动体结构进行强度和稳定性可靠性分析.给出运动体圆柱薄壳结构强度和失稳安全余量方程,并将结构的可靠性分析由强度和稳定性两失效模式组成的串联系统来模拟.针对运用结构非概率集合可靠性模型计算非概率失效度时的复杂性,提出运用Monte-Carlo法计算多维非线性安全余量方程及串联系统的失效度.分析了不同空化器锥角时的圆柱薄壳结构强度、稳定性和串联系统非概率失效度随速度的变化趋势及它们三者之间的关系,并且验证了在结构样本数据缺乏的情况下,非概率区间可靠性算法所得的结果要比概率可靠性的结果安全.     

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.     

概率灵敏度在结构加固决策中的应用

探讨了钢筋混凝土框架结构截面约束的概率重要度及概率灵敏度概念 ,利用失效相关性及结构体系可靠度方面的研究成果 ,给出了钢筋混凝土框架结构中各个截面效应约束分别在弱灾害和强灾害环境下的概率灵敏度与概率重要度的计算方法 ,所得结论可以为在役结构在地震前的预防性维修加固决策及震后结构的维修加固决策提供科学依据 ,从而提高了在役结构加固决策的可靠性 .     

Response-surface-based structural reliability analysis with random and interval mixed uncertainties

Traditional reliability analysis requires probability distributions of all the uncertain parameters. However, in many practical applications, the variation bounds can be only determined for the parameters with limited information. A complex hybrid reliability problem then will be caused when the random and interval variables coexist in a same structure. In this paper, by introducing the response surface technique, we develop a new hybrid reliability method to efficiently compute the interval of the failure probability of the structure due to the probability-interval hybrid uncertainty. The present method consists of a sequence of iterations. At each step, a response surface model is constructed for the limit-state function by using a quadratic polynomial and a modified axial experimental design method. An approximate hybrid reliability problem is created based on the response surface model, which is subsequently solved by an efficient decoupling approach. An updating strategy is suggested to improve the quality of the response surface and whereby ensure the reliability analysis precision. A computational procedure is then summarized for the whole iterations. Four numerical examples and also a practical application are provided to demonstrate the effectiveness of the present method.     

面向推荐多样性改进的概率传播模型

针对基于二部图的概率传播( ProbS)模型以优化推荐列表的精确度为目标,而忽略了推荐多样性的问题,提出了改进的概率传播( iProbS)模型。 iProbS将项目得分预测过程分解为资源的3步传播过程,每步传播包含传播概率和传播损耗。设计传播概率时,考虑的因素是用户评分;设计传播损耗时,则分别考虑了项目的度、用户熵和邻居项目。通过在2个常用数据集MovieLens和Netflix上的大量不同实验,证明了iProbS算法在推荐准确率、推荐整体多样性、推荐个体多样性以及销售平衡4个方面均比ProbS模型性能更好。最后按不同的推荐步骤分析了iProbS算法的计算复杂度。     

薄膜结构抗风性能概率评估方法

为研究薄膜屋盖结构不同抗风需求的超越概率评估方法,以重庆地区为例,借鉴PEER基于性能的抗震设计方法,考虑风场随机性,统计重庆地区近十年每月最大风速样本概率分布特征,获得由多项式拟合的设计风速危险性曲线.用Davenport谱表示水平风速谱,推导出风速谱危险性曲线,并用五次多项式进行拟合.考虑薄膜屋盖结构的非线性特征,近似将屋盖结构抗风需求(竖向位移限值)的平均值与风速谱值关系采用幂函数表示,推导出薄膜屋盖结构风载下不同法向变形需求值的年平均超越概率表达式.以平坦薄膜屋盖为例,采用自回归模型的线性滤波器法(AR法)模拟生成30条对应不同风压的脉动风速时程,对屋盖进行动力响应分析,通过计算,获得不同变形需求下薄膜屋盖风振响应的超越概率及最大响应重现期.结果表明:多项式拟合对于薄膜屋盖抗风需求的年平均超越概率表达式推导有较好的简化效果;基于性能的薄膜屋盖结构抗风概率评估方法通过少量结构分析可以得到结构不同位移需求的超越概率评估值.     

Probabilistic and interval reliability design of the composite pressure vessel

Considering the randomness or interval character of physical parameters and applied loads of composite pressure vessels (COPV), the COPV reliability-analyzing model is built. And then the computational expressions for the mean value, standard deviation and deviation of fiber stress are deduced by the random factor method. The probabilistic and interval reliability designs on COPV are implemented by utilizing the probabilistic method and interval method combined with the improved particle swarm optimization (PSO) algorithm, respectively. The influence of fluctuation of structure uncertain parameters on COPV design thickness is inspected. Finally, examples are given to demonstrate that both probabilistic and interval reliability methods can satisfy the safety requirement and both are of higher rationality than the traditional safety factor method. And probabilistic method has a lower relative error but a higher computational complexity contrasted with the interval method.     

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。     

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.     

稀疏混合不确定变量优化方法及应用

针对复杂产品设计中稀疏混合不确定变量导致的设计边界识别困难、计算结果失真等问题,提出一种基于Chebyshev逼近的稀疏混合不确定变量优化方法. 首先采用极大似然估计方法构造稀疏混合不确定变量在给定分布下的概率密度函数,初步确定其在给定分布下对应的分布参数;其次基于贝叶斯信息准则计算对应分布的信息损失,进一步确定稀疏混合不确定变量的最合适的分布及分布参数. 再次,为解决传统区间分析方法中区间扩张导致的计算失真问题,采用Chebyshev逼近优化目标函数并利用改进的HL-RF算法求解,获取可靠性指标及失效概率,在满足设计需求的同时,有效实现产品轻量化、刚度保持的设计目标. 最后,以数值算例及高速压力机滑块的优化设计验证了所提方法的有效性.     

概率粗糙集Ⅲ型与Ⅳ型之研究

经典粗糙集理论在解决系统不确定性知识时有明显的不足,对于不协调的决策表的规则提取存在很大的局限性.因此许多学者从不同的角度如变精度、概率论、模糊集来拓展其研究领域.概率粗糙集是从概率论出发,充分利用近似边界区域提供的统计信息,能提取带有确定因子的决策规则.概率粗糙集Ⅲ型与Ⅳ型是其后两种形式.论文推导了概率Ⅲ型与Ⅳ型的若干定理及重要性质,并予以证明;把最小风险Bayes决策转化为概率Ⅲ型与Ⅳ型下的问题来解决,最后用一个实例说明了其有效性.     

应变能约束下多随机参数连续体结构的拓扑优化

研究几何和物理参数均为随机变量的平面连续体结构在结构总应变能约束下的拓扑优化设计问题．以结构总质量均值最小化为目标函数,以结构的形状拓扑信息为设计变量,以结构总应变能概率可靠性指标为约束条件,构建了随机结构的拓扑优化设计数学模型．利用代数综合法,导出了应变能响应的均值和均方差的计算表达式．采用双方向渐进结构优化的求解策略．通过两个算例验证了本模型及求解策略的合理性和有效性．     

反应谱离散性对梁桥概率地震需求预计的影响

以一座三跨非规则钢筋混凝土连续梁桥为例,选择2组实际地震波作为输入地面运动,通过IDA分析探讨地震波反应谱的离散度对于梁桥结构概率地震需求预计的影响,得到以下结论：实际地震波的反应谱离散度与桥梁结构概率地震需求预计的离散度密切相关;针对基于概率理论的PBEE和PBSD,合理的选择实际地震波进行动力分析,可以使地震需求的概率分布更加符合实际情况,提高概率地震需求预计、易损性曲线等计算结果的精确性和计算效率。