基于均匀设计响应面法的钢框架结构抗震可靠度分析

针对地震作用及结构性能的随机性,通过分析抗震可靠度研究结构的抗震性能,将均匀设计与响应面法相结合,提出了结构可靠度的数值模拟新方法,包括基于均匀设计的响应面法、均匀设计响应面与蒙特卡罗抽样相结合的混合模拟法.结合钢框架结构的抗震可靠度问题,基于ANSYS实现了上述新方法,并与经典的可靠度数值模拟方法进行对比分析.分析结...     

基于响应面的三维随机有限元法在大型结构可靠度分析中的应用

工程中大型、复杂结构的极限状态方程与输入随机变量的关系往往是未知的,利用响应面法,用一个二次多项式来模拟结构的极限状态方程.首先利用中心复合设计技术获得有关输入随机变量的多组试验点,用这些试验点分别调用有限元程序,可得到相应的多组输出随机变量;然后由已获得的输入、输出随机变量,用最小二乘法来估计二次多项式的参数,即可得到极限状态方程的一个合理近似式;最后用结构可靠度分析中的几何法来计算可靠度指标.对一个重力坝的建基面抗滑稳定可靠度以及坝体单元的可靠度进行了研究,得到了一些重要的结论,指出了提高可靠度指标的途径.算例表明了该方法的有效性.     

结构可靠度分析的人工智能响应面法及程序

为了进行各种极限状态方程不明确的大型结构可靠度分析,提出了人工智能响应面法.利用BP网络来模拟响应面,基于遗传算法的优化法来进行可靠指标计算,确定性有限元分析采用ANSYS软件进行.综合VC与Matlab混合编程技术、基于VC和APDL的ANSYS二次开发技术及M atlab的遗传算法(GA)和神经网络(NN)工具箱函数,编制了可以适应各种复杂工程结构的可靠度分析程序.算例分析表明本文方法计算精度高.本文方法与程序适用于随机变量数目较多,功能函数为隐式时的复杂结构可靠度分析.     

基于LS-SVM的结构可靠度响应面分析方法

金伟良，袁雪霞 针对实际工程中常见的功能函数不能显式表达的可靠性分析问题，提出了一种基于最小二乘支持向量机（LS-SVM）的结构可靠度响应面分析方法.采用正交试验设计和有限元程序生成学习样本，并依据各随机变量的概率分布抽样得到检测样本;利用LS SVM的高度非线性映射能力，建立了结构响应量与随机变量之间的映射关系.进而结合Monte-Carlo原理，计算结构的失效概率.新方法可直接应用现有的有限元分析程序，对大型结构进行可靠性分析.通过典型工程结构的算例分析，结果表明该方法具有较好的效率和精度.     

基于概率充分因子的高效土质边坡可靠度优化设计

提出了基于概率充分因子的高效土质边坡可靠度优化设计方法.首先,采用拉丁超立方抽样法抽取设计空间中的设计样本;其次,利用子集模拟确定设计样本的概率充分因子,建立概率充分因子与设计变量(如边坡倾角)的设计响应面;最后,通过优化设计确定既满足目标可靠度水平又满足经济性要求的设计方案.通过一个土质边坡算例说明了算法的有效性.结果表明,概率充分因子可以有效地表征设计是否满足可靠度要求、建立较为准确的设计响应面,设计响应面解耦了可靠度优化设计中双循环过程,有效地提高了可靠度优化设计效率.     

伪蒙特卡罗法及其在边坡可靠度分析中的应用

在确定具有最小可靠度指标的滑动面（即临界可靠度滑动面）时,由于常规的蒙特卡罗法抽样耗时巨大,临界可靠度滑动面的获得较为耗时。对于均质边坡,利用简化Bishop法构建了可靠度分析的功能函数,设计了6种随机变量的标准差组合,假定了随机变量的4种抽样范围,利用抽样次数较小的蒙特卡罗法即伪蒙特卡罗法对随机生成的132组可行滑动面进行了伪可靠度指标的计算并与蒙特卡罗法计算得到的可靠度指标进行了比较分析,研究发现：只有一个随机变量的前提下,滑动面的伪可靠度指标与蒙特卡罗法计算的可靠度指标呈完全线性关系,在其它条件相同的情况下,伪蒙特卡罗法抽样范围越大,伪可靠度指标与蒙特卡罗法计算的可靠度指标之间的拟合直线斜率越小,反之亦然;伪蒙特卡罗法抽样次数越大,伪可靠度指标与蒙特卡罗法计算的可靠度指标之间的拟合直线斜率越大,反之亦然。对均质边坡,可应用伪蒙特卡罗法快速计算其临界可靠度指标。     

基于MATLAB的支持向量机结构可靠度分析方法

针对复杂结构极限状态方程一般难以显式表达的特点,提出了基于MATLAB的支持向量机结构可靠度分析方法.该方法利用MATLAB计算平台,采用均匀抽样法对随机变昔进行抽样,形成结构响应与随机变量的样本值.通过对支持向量机进行训练,利用其高度非线性映射能力,模拟结构极限状态方程,应用几何法计算结构可靠指标.研究表明,采用支持向量机能够很好地拟合结构极限状态方程,计算结构可靠指标具有很高的精度.     

响应面方法及其在桥梁体系可靠度分析中的应用

提出将响应面方法和非线性有限元分析结合起来对桥梁上部结构的体系可靠度进行分析的新方法.首先,在试验设计的基础上应用通用的非线性有限元分析程序对桥梁结构进行体系承载力极限分析,然后,利用响应面方法推求桥梁结构体系承载力的响应面,最后利用可靠度分析程序计算桥梁结构的体系可靠度指标和失效概率.通过对一单跨叠合桥梁进行算例分析,证明了所建议方法的有效性.     

考虑施工不确定性的斜拉桥张拉方案优化

为了有效解决在斜拉桥施工中各种不确定因素的影响,合理制定索力张拉方案.本文提出了一种基于统计回归和非线性优化的结构可靠度优化方法.利用统计回归拟合得到结构可靠度指标与设计变量之间的拟合函数关系,形成约束函数和目标函数,建立优化模型.为提高计算效率,在拟合之前对影响结果的随机变量进行了可靠度分析和灵敏度分析,筛选出拟合所需的最小样本容量和最小随机随机变量个数.通过对一个刚架模型的可靠度分析,比较了BP神经网络响应面法和多项式响应面法两种拟合方法的优劣性,并确定使用BP神经网络响应面法进行函数拟合,同时验证本文所述方法的可行性.并将该优化方法应用于一座带有水平索的双斜塔斜拉桥,通过优化张拉方案使边墩支座的脱空概率减小至可接受的范围.     

基于有限元法的岩土工程可靠度分析

将有限元法和蒙特卡罗法相结合,探讨了基于有限元法的岩土工程可靠度分析方法。首先对影响岩土工程结构行为的随机变量进行抽样,然后利用有限元法分析求解具体岩土结构的指定指标值,再运用蒙特卡罗法对多次抽样计算结果进行分析,从而求解岩土工程结构的可靠度。通过对实际筏板基础工程进行可靠度分析,表明该方法可方便地分析最大位移、最大剪应力等指标的变异性及其灵敏度问题,能显著提高岩土工程可靠度分析的效率与精度。     

基于帕德逼近响应面法的边坡可靠度分析

边坡工程在进行稳定性分析评价时,通常其功能函数呈现出高度非线性隐式特性,从而导致无 法直接求解其可靠度。因此,提出将数值分析中的帕德有理逼近与可靠度分析中的响应面法相结合,利用帕 德逼近有理多项式拟合响应面函数。并采用拉丁超立方试验构造样本,将样本数据代入简化 Bishop 算法中 得到边坡功能函数值,求解得到代理模型待定系数,从而实现隐式功能函数显式化。且基于 Matlab 程序语 言编制 JC 法可靠度指标计算程序,建立了基于帕德逼近有理多项式的边坡稳定可靠度分析新方法（PRSM）。 通过两个经典的边坡算例,验证了所提方法的可行性、计算的高效性及准确性。最后,将所提方法应用于某 实际边坡工程中,计算结果表明,该边坡工程失稳的可能性较低,与实际监测结果吻合。     

机构动作可靠性估计的自适应极值响应面法

针对存在随机-区间混合不确定性的机构动作可靠性估计问题,本文提出了一种基于自适应极值响应面的高效计算方法,将其转化为随机不确定性下的动作可靠度上下界求解问题。使用麻雀搜索算法优化的混合核极限学习机构建从混合不确定性变量到极限状态函数响应值的初始响应面和从随机变量到极限状态函数响应极值的极值响应面;利用结合主动学习与反向学习的自适应加点策略选取极限状态曲面附近的样本点更新极值响应面以提高其精度与效率;最后结合极值响应面和蒙特卡罗仿真算得到动作可靠度上下界的近似解。通过数值案例和回转链式输送机的工程案例对所提自适应极值响应面方法的高效性与准确性进行了验证,为随机-区间混合不确定性下的机构动作可靠性估计提供了一种参考。     

基于随机因子法的桁架结构有限元热分析

对随机参数桁架结构在随机外界温度场作用下的分析方法进行了研究.基于有限元方法,利用随机因子法建立了桁架结构的物理参数、几何参数和外界温度场分别或同时具有随机性时的结构有限元方程,应用求解随机变量函数统计矩的代数综合法对结构响应(位移和热应力)的数字特征计算表达式进行了推导.通过数值算例,分析了各种随机参数的随机性对结构位移和热应力响应的影响,并验证了文中模型和方法的合理性与可行性.     

覆冰、风荷载作用下南方某输电铁塔可靠度分析

对2008年年初由于冰雪天气发生倒塌的南方某输电铁塔的构件可靠度进行了分析.以覆冰厚度、覆冰时的风速以及材料的强度为基本随机变量,用响应面法来模拟我国杆塔设计技术规定中梁单元的极限状态方程,它是随机变量的解析表达式.然后利用几何法来计算每个梁单元的可靠度指标,计算结果显示,在结构设计条件下,该输电铁塔单元可靠性较低;如果再考虑由于导线、地线的不均匀覆冰所引起的不平衡张力,铁塔某些薄弱处的可靠度指标相当小,塔具有相当大的失效风险.计算结果与事故原因分析结论是相吻合的.     

基于神经网络的钢管混凝土拱桥可靠度计算

由于在大型复杂结构可靠度分析时存在的功能函数不能显式表达,因此采用基于神经网络的响应面法来研究大跨度钢管混凝土拱桥结构的可靠度.运用均匀设计方法确定试验样本点,进行确定性有限元分析,通过获得的训练样本进行神经网络训练,确定神经网络的结构和参数,并结合常规的可靠度分析方法在神经网络响应面上进行可靠度分析.计算结果表明,引入了均匀设计方法的神经网络可以很好地模拟复杂结构的真实响应,该方法运用于大跨度钢管混凝土拱桥结构的可靠度分析是可行的,且具有较高的效率和精度.     

边坡稳定可靠度分析的神经网络法

用常规可靠度分析方法进行边坡稳定的可靠度分析时,可靠度分析的主程序与用GEO-SLOPE软件求解安全系数的过程需交互进行,过程繁琐。为加快运行速度,本文采用了基于RBF神经网络的蒙特卡罗模拟法（RBF-MCSM）,此法在进行可靠度分析时,需在运行可靠度分析程序之前先用GEO-SLOPE软件来准备好所有样本。本文首先应用GEO-SLOPE软件中的Slope/w模块对皮园边坡四组剖面支护前后的安全系数进行求解,接下来采用基于径向基函数神经网络的蒙特卡罗模拟法（RBF-MCSM）拟合出功能函数,进而求解边坡的失效概率及可靠指标,并与常规的可靠度分析方法（中心点法、验算点法和响应面法）进行比较,由于RBF-MCSM法的计算结果与常规法中精度较高的验算点法和响应面法结果非常接近,说明RBF-MCSM法十分准确。     

可靠性分析的双加权响应面法

响应面法常用于极限状态函数为隐式的结构可靠度分析中,且结构的响应通常是通过有限元法求得.响应面法采用系数未知的多项式来代替隐式的极限状态方程,多项式通过一些样本点来拟合,拟合点的选取必须减少计算时间但不影响多项式近似值的质量.为了加快响应面的收敛速度,提出了一些改进,响应面采用加权拟合的方法,拟合点加权根据与真实响应面的距离和拟合点到设计点的距离来确定.这种方法的目的就是减少计算的时间而又能得到满意的结果.算例说明:这种方法具有较高的效率和准确性.     

用于火电厂减震的变质量MTMD基于可靠度的优化（特约稿）

提出了一种针对变质量的非传统多调谐阻尼器（MTMD）基于可靠度的优化设计方法。其中主结构部分考虑多阶模态,MTMD则考虑为集中质量。地震动激励采用金井清模型,利用状态空间法提高计算效率。地震危险性则依据地震动衰减关系和Gutenberg-Richter模型模拟。定义危险性、主结构与多调谐阻尼器相关参数均为随机变量,通过考虑结构多维输出及对应限值,并结合激励与结构随机性得到结构绝对失效概率,并进一步以绝对失效概率为目标函数形成优化问题,通过求解变质量MTMD最优解进行设计。本文将该方法应用于带多煤斗的火电厂房煤斗隔震设计。其中,煤斗隔震形成MTMD,而煤斗内部储煤量变化则形成变质量MTMD。采用拉丁超立方抽样法生成样本,研究确定了合适样本数。通过选取结构角柱位移角作为结构响应,采用规范限值计算失效概率。利用基因算法求解了该优化问题并得到了最优设计与对应的失效概率。本文进一步对比了平动隔震体系和摆隔震体系。研究表明,尽管摆体系的频率与质量不相关,其失效概率并未优于平动隔震体系;且摆体系摆动圆弧曲率的变异系数对结构失效概率影响不大,规律不明显。最后,将煤斗与主结构碰撞亦考虑为失效事件,考虑了煤斗碰撞问题。本文所提出的设计方法基于可靠度,直接以降低结构失效概率为目标,可同时考虑结构多维输出以及煤斗与主结构相对位移,并对应地考虑多个响应限值,将多个响应综合为一个失效概率,避免了计算量巨大的多目标优化。     

多元指数插值响应面方法分析复杂结构可靠度

引入多元指数型插值基函数,采用正交实验设计和有限元分析生成插值点,建立指数插值响应面函数,采用随机投点法和有限元分析生成校核样本点,以校核样本点原函数值与插值函数值距离最小为优化目标,求解多元指数插值函数的待定参数,并构造迭代求解格式控制求解精度,建立了复杂结构可靠度分析的多元指数插值响应面方法.算例分析结果表明,该方法对非线性程度较强的隐式功能函数具有较高的分析精度和效率.     

具有多随机因素结构系统的优化设计

提出了具有多随机因素的系统，即考虑结构元件面积，长度，弹性模量，结构强度和外载荷均为随机变量情况下，进行优化设计的方法，在这种结构中，极限状态方程是一个含有多随机变量的非线性函数，而且有些随机变量很难用显式表达，故采用随机有限元法进行可靠性分析，给出了系统可靠性指标的敏度表达式，用最佳矢量法求解系统可靠度约束下的最小重量设计问题，迭代过程中，采用梯度步和最佳矢量步进行计算，最后给出一个算例，表明该方法的有效性，该计教育处效率高，收敛稳定，适合工程应用。