结构可靠度计算的近似重要性抽样方法及其应用

本文提出一种近似重要性抽样方法来计算结构可靠度。该方法将结构可靠度计算中的重要性抽样方法与结构优化中的近似重分析技术相结合，并引入误差带的技巧，显著减少了蒙特卡罗方法的计算量。运用该方法于结构正常使用极限状态可靠度分析的实例，表明了该方法用于复杂结构可靠度计算的有效性     

结构可靠度计算的近重要性抽样方法及其应用

本文提出一种近重要性抽样方法来计算结构可靠度，该方法将结构可靠度计算中的重要性抽样方法与结构优化中的近似重分析技术相结合，并引入误差带的技巧，显著减少了蒙特卡罗方法的计算量。运用该方法于结构正常使用极限状态可靠度分析的实例，表明了该方法用于复杂可靠度计算的有效性。     

基于等概率近似变换的 向量型层递响应面法分析结构可靠度

基于正交变换和等概率近似变换,研究建立了随机变量为非高斯互相关的工程结构可靠度分析的向量型层递响应面法。首先利用正交变换将非高斯互相关随机变量变换为互不相关的非高斯标准随机变量,建立结构总体刚度矩阵和荷载列阵,据此定义预处理器并形成预处理随机Krylov子空间,进而利用该空间的层递基向量将结构总体节点位移向量近似展开,建立关于互不相关非高斯标准随机变量的层递响应面;然后根据等概率近似变换,将独立标准正态空间的样本点转换为层递响应面在非高斯空间中的概率配点;最后通过回归分析确定层递响应面待定系数,并利用层递响应面建立极限状态方程求解结构可靠度。分析表明:该文提出的等概率近似变换方法不仅成功地将层递响应面法拓展到非高斯互相关随机变量下的结构可靠度分析,而且方法简便、适用范围广、计算精度和效率较高,具有良好的全域性。     

基于HLRF法与修正对称秩1方法的改进可靠度方法EI北大核心CSCD

一次可靠度方法简单、高效,但在处理强非线性功能函数时存在较大误差;已有的二次可靠度方法在提高精度的同时往往降低了效率。为此,该文中在发展改进一次可靠度方法的同时提出了更好地兼顾精度与效率的改进二次可靠度方法。将修正对称秩1方法与HLRF法的步长确定策略相结合,提出了具有较好收敛性的改进一次可靠度方法,且在基本不增加计算量的前提下获得了功能函数的近似Hessian矩阵;结合坐标旋转、单变量降维近似和非中心卡方分布,提出了与改进一次可靠度方法同效率但具有更高精度的改进二次可靠度方法;通过数值算例和工程算例验证了建议方法的广泛适用性以及精度或效率上的优势。     

基于自适应点估计和最大熵原理的结构体系多构件可靠度分析

准确而高效地求解结构体系中多个构件的可靠度水准对结构维护和优化具有重要意义,目前已有学者将蒙特卡洛法和响应面法用于此类可靠度分析。然而,蒙特卡洛法所需结构分析次数取决于失效概率的量级,通常计算成本较高。而响应面法的所需结构分析次数取决于杆件数量,当其数量较多时同样有较高的成本。鉴于此,该文提出了一种基于自适应点估计和最大熵原理的结构体系多构件可靠度分析方法,其所需的结构重分析次数上限与杆件数量无关,计算过程简便无需迭代。首先,通过引入自适应交叉项判定和双变量降维近似模型求解各杆件的前四阶矩;然后,根据各杆件的前四阶矩,采用最大熵原理求解各杆件的可靠度指标;最后,通过多个算例对比了蒙特卡洛法、响应面法和建议方法的精度和效率。结果表明建议方法所需的结构重分析次数远少于蒙特卡洛法和响应面法,实现过程简便,且精度能够满足工程要求。     

随机结构在随机载荷下的动力可靠度分析

提出了综合考虑动载荷和结构参数双重随机性的动力可靠度分析方法.首先基于随机振动的首次超越破坏准则,参照随机变量功能函数模式,建立了随机结构动力可靠度功能函数;然后引入序列响应面法,对功能函数进行拟合;最后用JC法求解可靠指标.算例分析验证了本文方法具有较好的计算精度和计算效率,尤其在复杂工程结构的动力可靠度分析中有广阔的应用前景.     

基于改进统计矩点估计法和最大熵原理的结构整体可靠度分析

结构整体可靠度评估一直以来是结构可靠度领域研究的热点与难点。该文将结构整体可靠度分类,并给出其对应功能函数的统一描述;结合提出的有效维度两步分析法和共轭无迹变换法,发展了改进统计矩点估计法;结合最大熵原理和改进统计矩点估计法,提出了适用于两类结构整体可靠度的统一分析方法;通过2个数值算例对该文方法进行了验证。算例分析结果表明:同一精度水平下,该文方法的计算效率较传统的三变量降维近似统计矩点估计法高2.3倍~2.6倍;该文方法具有高的精度水平,其最大相对误差低于2%,适用于结构整体可靠度评估。     

基于Epsilon算法的不确定性结构二阶区间优化方法

该文提出一种求解不确定性结构模态的二阶区间优化算法,首先应用拉格朗日乘子法将带有约束条件的模态优化问题转化为非约束优化,再用区间扩展的二阶泰勒展开式近似表述不确定性结构的模态区间函数。由于其二阶常数项(海森矩阵)的计算十分繁琐,这里采用DFP方法(Davidon and Fletcher-Powell method)近似迭代计算该常数项,同时计算满足约束条件和优化目标的结构参数和参数不确定性区间。在结构重分析中采用Epsilon算法,从而在保证计算精度的同时节省了计算时间。通过算例计算进一步证明该方法对于板壳加筋不确定结构的优化是有效的。     

基于二项级数近似的结构概率分析

结构稳健优化设计中,一个关键的环节是分析结构响应量的概率特性,即计算响应的均值和方差。常用的方法主要有泰勒级数法、蒙特卡洛法以及数值积分法等。其中泰勒级数法精度较差,不适用于参数方差较大的随机结构,而蒙特卡洛法和高斯积分法计算量又过大。为了提高结构稳健性分析的计算效率,将结构位移的二项级数近似技术引入到高斯积分方法之中,提出一种结构位移均值及方差的计算方法。同时,用伴随向量法推导了相关的灵敏度计算公式。通过一个算例与已有的方法进行了比较,表明该方法较大程度上减少了高斯积分法的计算量,而与泰勒级数法相比,该方法又具有较高的计算精度,并且其灵敏度计算不再需要重分析,计算量较少。     

复合随机振动系统的动力可靠性矩独立重要性测度及态相关参数解法

针对激励与结构参数同时存在不确定性的复合随机振动系统,由随机结构无条件动力可靠度表达式出发,利用条件概率密度函数解析变换给出衡量基本随机变量对动力可靠性影响的矩独立重要性测度指标。该指标可表征不确定性随机变量对动力可靠度响应量分布的平均影响程度,可全面反映随机变量对响应分布影响。基于状态依存参数模型,提出求解矩独立重要性测度指标的态相关参数(SDP)法。利用算例分析结构动力可靠性参数的矩独立重要性测度,并与直接Monte-Carlo法对比。所提方法可在保证计算精度同时大幅度提高计算效率,适用于分析复合随机振动系统非线性可靠性响应。     

某类半无限规划的一个近似方法

本文利用极大熵原理，提出了一种求解目标函数含有参数的半无限规划的近似方法，并给出该法可具有的收敛性分析。     

多支撑桩墙的简化计算

本文介绍了基坑支护结构的两种简便计算方法－山肩邦南近似法和ｍ法，并根据中山七路车站的土层和支撑情况做了较详细的计算，将计算结果与有限元法及设计院计算值做了比较，验证了简便计算方法的可行性。     

重分析方法研究进展及展望

重分析方法作为一种能够根据初始计算结果快速估计修改后结构的快速计算方法,近几十年来得到了广泛研究,并取得了一系列具有理论价值和工程意义的成果,在机械、土木等结构设计领域得到了广泛的应用。随着复杂产品设计对数值计算性能要求的不断提升,重分析方法必将在各个学科领域起到重要的作用。为此,该文从静态和动态的角度出发,分别对重分析理论的两类主要方法:直接法和近似法展开了深入地讨论,通过对目前主要重分析方法的发展现状和主要成果的分析和研究,对未来重分析方法的发展方向提出了几点建议。     

桥梁结构时变可靠度计算的新方法

为提高桥梁结构时变可靠度的计算效率,该文提出了新的计算方法。该方法基于结构时变可靠度分析的基本理论,利用Taylor级数展开,将可靠度计算从传统的积分运算形式转换为代数运算的形式,从而简化计算过程,提高计算效率。为了考虑桥梁初始承载力和衰减过程的不确定性,该文基于全概率方法,给出了计算劣化结构时变可靠度的显式公式。通过将该文方法应用于某钢筋混凝土桥梁进行时变可靠度分析,并与Monte Carlo模拟方法进行对比,表明了该文方法的准确性和高效性。     

基于神经网络响应面法的随机结构动力可靠度分析

在对神经网络响应面法的原理和算法进行研究的基础上，建立了基于神经网络响应面法的随机结构动力可靠度分析方法。首先，基于首次超越破坏准则，参照静力可靠度的功能函数模式，建立了随机结构的动力可靠度功能函数；然后引入响应面法，以三层BP神经网络作为拟合函数，推导了功能函数的拟合表达式；最后结合一次二阶矩方法求解可靠指标。算例分析表明了本文方法有较好的计算精度和计算效率，在复杂结构的动力可靠度分析中有较强的实用价值。     

地震作用下基础隔震框剪结构竖向连续倒塌可靠度分析

在引入隔震支座地震损伤模型的基础上,运用整体可靠度理论对基础隔震框剪结构进行竖向连续倒塌可靠度分析。首先,利用隔震支座的地震损伤模型,得到罕遇地震作用下最易失效的隔震支座;然后,在考虑损伤结构不确定性参数的基础上,利用竖向随机动力增量分析（IDA）方法,得到损伤结构竖向连续倒塌荷载系数;以荷载系数为整体性能指标,进行易损性分析;利用基于最大熵原理的二次四阶矩法,计算损伤结构发生倒塌的概率,最后,以一基础隔震框剪结构为例,利用该方法计算损伤结构竖向连续倒塌的可靠度指标及失效概率。研究表明,该方法可直观地得到结构抗竖向连续倒塌的能力,为评估结构在地震作用下产生损伤提供量化依据。     

改进的结构系统可靠度的条件边缘乘积法

分析了结构系统可靠度计算与多维正态积分之间的转化关系, 以及原有的用于多维正态积分计算的条件边缘乘积法的不足之处, 从条件正态分位数计算和相关系数矩阵修正两方面给出改进措施, 形成一种改进的条件边缘乘积法。该方法采用数值积分方法进行二维正态分布函数的计算, 提高原有方法中条件正态分位数计算的精度, 并在此基础上对各相关系数矩阵进行修正, 从而有效提高了原有方法在串联系统可靠度计算中的精度。同时, 将这一改进方法与单失效模式下的结构可靠度显式迭代算法相结合, 提出从单元到系统的结构系统可靠度分析流程。数值算例表明了这一改进方法的有效性和实用性。     

MTMD控制下随机结构的动力可靠度分析

考虑到实际工程结构的不确定性,基于遗传优化的神经网络响应面法,进行了MTMD控制下随机结构的动力可靠度分析,并对TMD及MTMD控制下结构的动力可靠度进行对比。该方法不仅具有传统神经网络响应面法的特性,而且引进了遗传算法的全局随机搜索的优点,可以精确地逼近随机结构的功能函数表达式,有效地减少用JC法求解可靠度指标的迭代次数,节省时间。算例分析表明了本文方法的有效性和准确性,对于随机结构,MTMD比TMD能更好地提高结构的动力可靠度。     

考虑抗力退化的在役结构可靠度验证荷载法

本文探讨了在役结构的整个“生命过程”中可靠度的变化过程,提出了目前的在役结构可靠度评估方法中存在的问题,并建议了评估在役结构可靠度的条件概率方法,根据实际情况,建议了考虑抗力退化时在役结构可靠度的验证荷载法,并对一实例进行了计算与分析。     

弯折裂纹尖端应力强度因子值的近似计算方法EI北大核心CSCD

工程结构中存在着大量分布不均的弯折裂纹,对结构稳定性有较大影响。为了能够简单快速地得到弯折裂纹尖端应力强度因子(K)值,应用近似方法,将弯折裂纹近似为等效直裂纹,通过计算等效直裂纹尖端K值得到弯折裂纹尖端K值。在已有近似方法 (水平投影法)的基础上,提出了三种新的近似方法,分别为:垂线投影法、中心旋转法和连线法。新提出的三种近似方法与已有近似方法对比可知:优化了得到等效直裂纹的近似过程;修正和扩大了近似计算方法的适用范围。计算弯折裂纹的主裂纹尖端K时,当主裂纹与荷载方向垂直且次裂纹与荷载所在方向的夹角小于45°时,垂线投影法为最优近似方法;但当次裂纹与荷载所在方向的夹角大于45°时,中心旋转法为最优近似方法。计算弯折裂纹的次裂纹尖端K_(Ⅰ)时,水平投影法为最优近似方法,当计算弯折裂纹的次裂纹尖端K_(Ⅱ)时,在弯折裂纹主次裂纹长度比b/a<0.3范围内,垂线投影法、中心旋转法均优于水平投影法。与水平投影法相比,连线法更适用于计算主裂纹与荷载所在方向的夹角较小情况下的K_(Ⅱ)值。