二次序列响应面法分析重力坝的动力可靠度

提出了用二次序列响应面法分析重力坝可靠度的方法。该方法用界面元法对重力坝进行确定性计算,在适当的区间内用统计的方法确定各变量的样本点,经过若干次重复计算,由界面元法的计算结果可以得到该结构的响应面函数,然后由这一函数算出重力坝可靠度的近似值。用同样方法可得第二、第三个响应面函数,并使可靠度计算结果逐渐达到良好的精度要求。这一方法与统计可靠度分析方法相比可以减少大量的计算工作量。对于包含混凝土特性和坝上游水位等随机变量的重力坝,本文用上述方法计算了一些关键时刻重力坝抗裂的动力可靠度,并据此分析了在整个地震过程中该坝抗裂可靠指标β（t）随时间t的变化规律。     

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。     

考虑交叉项的自适应响应面法

“精度”和“效率”是近似方法的重要评价指标。传统的二次多项式响应面法,无论是不含交叉项的二次多项式还是完全二次多项式均不能兼顾“效率”和“精度”。为此,该文中提出了一类可在两者之间达到较好平衡的自适应响应面法。一方面,为确保响应面形式更具合理性,通过严格的数学推导给出了极限状态曲面中交叉项是否存在的判断准则,将该准则与完全二次多项式相结合即可确定合理的、自适应的响应面形式;另一方面,针对该判断准则,构造了与之对应的实现算法,并结合可靠度问题的特点,将算法进一步完善;为克服此算法选点中心位于均值点的特性,引入了样本点选取的迭代方案对其改进。最后,该文中通过一个数学算例和一个工程算例分别对建议方法及算法进行验证,结果表明:1) 交叉项存在的判断准则准确、有效;2) 对于较为简单的二次极限状态曲面,建议方法可以真实还原;3) 对于涉及一般极限状态曲面的可靠度问题,建议方法具有颇为理想的精度和较高的效率。     

基于单变量分析的自适应响应面法

由于简便易行,响应面法在结构可靠度分析中获得了众多关注,其中尤以不考虑交叉项的二次响应面应用最为广泛。然而,对于与强非线性相对应的复杂极限状态曲面,二次响应面的近似精度显然不够,从而引起可靠度估计的较大误差。虽然理论上高次响应面法可以解决这一问题,但待定系数的急剧增长导致计算效率降低甚至无法实现。为此,该文以多变量函数的单变量分析为基础,提出了一种合理确定高次响应面形式的算法,可以有效地减少响应面中待定系数的数量,降低了计算的困难,并且针对可能出现的问题提出了改进措施;此外,基于数论选点策略,发展了一类适用于响应面法的数论选点方案。最后,通过算例分析对建议算法进行验证,结果表明该算法具有较好的精度和效率。     

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。     

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.     

改进响应面法计算钢筋混凝土框架体系可靠度

钢筋混凝土框架结构体系可靠度是评定结构抗震性能的重要指标,也是对既有结构进行加固的评估基础。以框架底层柱端极限弯矩承载力作为参考变量可有效评估框架结构体系可靠度,该方法采用Pushover静力推覆分析,通过研究框架结构底层柱端极限弯矩承载能力对Pushover曲线的影响规律,由Pushover曲线上的基准点推广得到结构失效响应面,从而计算出结构体系可靠度。应用该方法对一榀钢筋混凝土框架进行了体系可靠度计算,计算结果与直接响应面法和蒙特卡洛法分析结果进行对比,结果表明,该方法计算快捷,且能够很好地评估出框架体系抗震可靠度。     

基于随机函数-谱表示的高阶矩结构动力可靠度分析方法

基于随机函数-谱表示模型,提出了结构响应极值前四阶矩的计算方法 ,发展了非高斯随机激励下的结构动力可靠度分析的高阶矩方法:(1)修正了随机函数单个基本随机变量的离散点集表达式;(2)根据修正的离散点集生成少量的非高斯加速度时程样本并进行结构时程分析,从而估计得到结构响应极值的前四阶矩(均值、标准差、偏度、峰度);(3)提出了四阶矩可靠指标的完整表达,并应用于计算在非高斯随机激励下的结构动力可靠度。最后,以双自由度系统及八层框架结构的动力可靠度分析为算例,验证了本文方法的精确性与高效性:在样本数量明显减少的情形下,本文方法计算的前四阶矩与Monte Carlo模拟结果相比最大相对误差为5.54%,且动力可靠度分析结果几乎一致。     

基于极限状态法的岸桥结构抗震可靠性分析

针对集装箱码头岸边装卸桥(简称岸桥)在地震作用下的安全可靠性问题,对岸桥在极限状态下的抗震可靠性开展了研究。通过对地震参数与材料力学性能的随机性描述,获得了地震作用下各随机变量的概率分布规律和统计参数;采用有限元软件ANSYS建立了岸桥结构的力学模型,用时间历程法对地震作用下岸桥承载能力进行了计算;根据可靠性理论建立了地震作用下岸桥的可靠度计算模型,用 Monte-Carlo法计算了岸桥在极限状态下的抗震可靠度。结果表明在8级烈度地震作用下,岸桥结构整体上比较安全,但门框横梁与陆侧立柱的连接处的可靠度指标比较低,存在失效可能性;与许用应力法相比,极限状态法更具合理性。     

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。     

基于逆响应面法的有限元模型修正

基于响应面法（RSM）的有限元模型修正是以若干设计参数（如密度、弹性模量等）为自变量,以若干特征参数（如固有频率、振型等）为因变量,通过回归分析方法来拟合特征参数关于修正参数的显式表达式。提出的逆响应面法（IRSM）则是以特征参数作为自变量,设计参数作为因变量。利用此法的有限元模型修正可直接根据特征参数的目标值得到设计参数的修正量,而不需要经过迭代计算,有效地提高计算速度和精度。介绍逆响应面法及其应用,讨论使用响应面法和逆响应面法进行有限元模型修正的优缺点和适用范围,分析适合于逆响应面法的逆响应面函数、实验设计方案和回归精度检验的方法。利用逆响应面法对一简支梁进行有限元模型修正的结果表明,逆响应面法能高效准确地修正设计参数,对于输出变量少于输入变量的情况更能显著减少有限元计算次数,适用于复杂的工程结构。     

An efficient response surface method using moving least squares approximation for structural reliability analysis

The response surface method (RSM) is widely adopted for structural reliability analysis because of its numerical efficiency. However, the RSM is time consuming for large-scale applications and sometimes shows large errors in the calculation of the sensitivity of the reliability index with respect to random variables. In order to overcome these problems, this study proposes an efficient RSM applying a moving least squares (MLS) approximation instead of the traditional least squares approximation generally used in the RSM. The MLS approximation gives higher weight to the experimental points closer to the most probable failure point (MPFP), which allows the response surface function (RSF) to be closer to the limit state function at the MPFP. In the proposed method, a linear RSF is constructed at first and a quadratic RSF is formed using the axial experimental points selected from the reduced region where the MPFP is likely to exist. The RSF is updated successively by adding one new experimental point to the previous set of experimental points. Numerical examples are presented to demonstrate the improved accuracy and computational efficiency of the proposed method compared to the conventional RSM.     

导弹折叠展开机构工作可靠性的Monte Carlo模拟计算方法研究

针对导弹折叠展开机构工作可靠性计算精度较差的问题,应用力矩状态函数和功状态函数相结合的可靠性分析方法,以导弹翼面上的力矩和功作为可靠性特征变量,建立导弹折叠展开机构工作可靠性计算模型,提出了机构可靠性的Monte Carlo模拟计算方法,并对某型导弹的翼面折叠展开机构工作可靠性进行了分析计算,所得可靠度比仅仅基于力矩的计算结果提高24.34%,比仅仅基于功的计算结果提高11.74%．计算结果表明,采用所提出的方法计算得到的机构可靠度,与仅仅基于力矩或功的计算结果相比较,更接近于工程实际．     

基于响应面法和Morgenstern-Price法土坡可靠度计算方法

基于响应面法,建立了一种高效的边坡可靠度指标和失效概率近似计算方法。该法在构造响应面函数时,抽样点计算采用Morgenstern-Price法取代传统费时的有限单元法,大大降低了计算工作量。利用Monte-Carlo随机抽样原理,提出了一种能同时确定边坡最危险非圆弧滑动面和最小可靠度指标的随机搜索新算法。该文给出的两个算例验证了方法的实用性和可靠性,其计算结果同时表明:当分别以最小可靠度指标和最小中值安全系数为目标函数时,搜索到的边坡最危险滑动面相差较大。最后,探讨了土性指标(c,φ)的分布概型及相关性对边坡可靠度计算结果的影响。     

A contribution to the SFE-based reliability assessment of nonlinear structures under dynamic loading

This paper presents a procedure which allows for a stochastic finite element (SFE)-based reliability analysis of large nonlinear structures under dynamic loading involving both structural and loading randomness with relatively little computational effort when compared to traditional Monte Carlo methods. The analysis is based on the identification of important random variables by means of a transformation of the vector of original random variables to the uncorrelated space and subsequent sensitivity analyses. Only few nonlinear computations using the most important identified random variables are performed to determine points on the limit state surface. Subsequently, the response surface method (RSM) is employed to estimate the reliability of the structure.     

非线性隐式极限状态方程失效概率计算的组合响应面法

提出组合响应面的新方法,用以计算设计点附近非线性程度较大的隐式极限状态方程的失效概率。该方法用主响应面和多个次响应面近似对失效概率贡献较大的区域,其响应面函数形式为不含交叉的二次多项式。主响应面依据传统响应面法通过选择适当的插值点和迭代运算获得,其设计点为主设计点。延坐标轴正负方向偏移主设计点得到拟均值点。以拟均值点为基础得到一组次响应面和次设计点。通过主次响应面在各自设计点处的切平面建立组合响应面近似原隐式极限状态方程,并计算其失效概率。算例结果说明所提方法具有较高精度。     

Reliability analysis of structures using neural network method

In order to predict the failure probability of a complicated structure, the structural responses usually need to be estimated by a numerical procedure, such as finite element method. To reduce the computational effort required for reliability analysis, response surface method could be used. However the conventional response surface method is still time consuming especially when the number of random variables is large. In this paper, an artificial neural network (ANN)-based response surface method is proposed. In this method, the relation between the random variables (input) and structural responses is established using ANN models. ANN model is then connected to a reliability method, such as first order and second moment (FORM), or Monte Carlo simulation method (MCS), to predict the failure probability. The proposed method is applied to four examples to validate its accuracy and efficiency. The obtained results show that the ANN-based response surface method is more efficient and accurate than the conventional response surface method.     

考虑状态模糊性时广义失效概率计算的矩方法

针对失效状态和安全状态具有模糊性的广义可靠性分析问题,提出了一种广义失效概率计算的矩方法。所提方法首先将广义失效概率的积分区域依据功能函数的取值离散化,在离散化的积分区域中,极限状态函数对模糊失效域的隶属函数近似保持为常数,从而将模糊可靠性问题转化为一般的随机可靠性问题,进而可以利用近似的矩方法求得广义失效概率。该文给出了所提方法的实现步骤和原理,算例结果表明所提方法对于中低维问题具有很高的精度和效率。