二元机翼颤振可靠性研究

机翼气动弹性模型参数一般具有不确定性,为了定量分析参数不确定性对二元机翼颤振可靠度的影响,采用响应面法结合确定性颤振分析对其进行了研究。通过v-g法求解气动弹性运动方程的特征值,获得确定性颤振临界速度,建立描述机翼颤振可靠度的隐式极限状态函数,利用响应面法进行函数拟合。采用验算点法计算颤振可靠度指标,获得设计验算点以及失效概率,分析颤振可靠性灵敏度,从而确定参数变化对机翼颤振的影响程度。最后通过算例分析,得出考虑参数随机性影响的可靠度比确定性分析的可靠度提高了4%,证明本方法切实可行,为机翼结构的颤振分析与优化设计提供理论依据。     

结构可靠性分析中含交叉项的改进响应面法

针对非线性隐式功能函数的可靠性分析问题,提出一种基于试验设计技术含交叉项的改进响应面法。该方法首先采用基于试验设计的矩估计得到试验点并拟合响应面函数,然后通过计算拟合重要度得出最大贡献试验点并进行补充抽样,选择最佳交叉项,获得了隐式功能函数的更好近似,从而提高了失效概率的计算精度。算例表明该方法应用的广泛性和优越性。     

基于加权响应面的支持向量回归机可靠性分析方法

针对非线性隐式功能函数的可靠性分析问题,提出一种基于加权线性响应面法的支持向量回归机可靠性分析方法.由于设计点周围区域对失效概率的贡献最大,所以所提方法首先采用加权线性响应面法确定设计点,然后在设计点周围进行补充抽样,把加权线性响应面法用到的样本及补充样本作为支持向量回归机的训练样本.通过有效的组合加权线性响应面法和支持向量回归机,所提方法在设计点周围获得更好的非线性隐式功能函数的近似,从而提高了非线性隐式功能函数失效概率的估计精度.算例表明该方法具有广泛的应用前景和一定的优越性.     

基于双点加点策略的改进Kriging响应面可靠度计算方法

针对经典响应面法中多项式模型在拟合高度非线性结构功能函数时能力不足的问题,采用Kriging模型代替真实结构功能函数,提出了一种基于双点加点策略的改进Kriging响应面可靠度计算方法。根据双点加点策略,通过内插公式和评价函数选出最佳样本点,与一次二阶矩法产生的验算点一起加入到每次迭代的样本库中以更新Kriging模型,利用遗传算法对Kriging模型的重要参数进行优化,并用优化后的模型拟合结构功能函数,再结合重要抽样法修正可靠度计算结果。算例分析结果表明,所提方法可以兼顾计算精度和计算效率,验证了所提方法的适用性和高效性。     

响应面的移动最小二乘法结构可靠性计算

针对目前在结构可靠性计算中被广泛应用的传统响应面法存在计算量大,精确度不高,容易产生奇异解,必须知道功能函数才能计算等问题.首先根据最小二乘原理,在只需知道设计验算点对应的功能函数值的情况下,利用权函数的紧支性、非负性、光滑性、递减性等性质,在影响域内应用选取的设计验算点,提出了用移动最小二乘法通过迭代生成响应面函数,然后结合一阶可靠性方法,计算结构的最大失效点与可靠性指标.通过反复迭代,直到计算的相邻两次的可靠性指标满足所给的误差为止.给出了切实可行的算法,该算法不需要知道功能函数,甚至不需要知道功能函数的类型就可以进行计算.算例表明,文中方法以较少的迭代次数,可以获取高精度的最大失效点与可靠性指标.     

基子区间模型的响应面法

提出了基于区间模型的响应面法，它基于区间分析的结构非概率可靠性指标的特性，使得该法无需迭代搜寻抽样中心点及设计验算点，仅需一次抽样的有限次有限元试验便能得到结构功能函数的足够精度的逼近。证明了非概率可靠性指标只可能存在于标准区间向量张成的凸域及其扩展空间中，通过原点和凸域顶点的有限条超射线与失效面的某个交点处，且在数值上等于某一特定支点坐标和绝对值。因此，在结构功能函数逼近完成后，可通过求解有限个一元二次方程，得到结构非概率可靠性指标。算例验证了该法的有效性。     

基于数论方法的结构可靠性分析

提出一种基于数论理论多元分布代表点的结构可靠性分析方法。利用均匀散布理论基于F-偏差准则得到均匀散布点集合,进而求解得到多元分布的代表点集合。之后将代表点作为随机变量通过循环迭代的方式计算失效函数,应用近似分布函数计算系统可靠度。作为数值仿真算例,应用此方法,对一具有非线性和变量相关性的梁的失效函数进行可靠性分析,并与JC法和Monte Carlo方法进行了比较。JC法计算速度快,但对于非线性方程计算精度一般。Monte Carlo方法计算精度高、稳健性好,但计算成本相当高。相比而言,数论代表点方法不需要巨量的样本点,有较好的计算效率,有较高的计算精度,而且可以简单的应用于与结构可靠性相关的各类问题,便于应用。     

结构可靠性分析的响应面方法比较研究

针对隐性功能函数下结构可靠性分析问题,将有限元数值分析(FEM)、响应面方法(RSM)和蒙特卡洛随机模拟(MCS)相结合,实现了隐性功能函数下结构可靠度的计算,其中响应面方法包括多项式响应面法(MRSM)和神经网络响应面法(ANN).以简支梁为例,阐明了该方法的具体实现过程,并以直接MonteCarlo模拟法计算结果作为相对精确解,对不同响应面法支持下的FEM-MRSM-MCS和FEM-ANN-MCS的计算结果进行了对比分析,得出两种响应面法均可满足工程要求,但在泛化能力和精度方面,神经网络响应面均优于多项式响应面,且神经网络响应面可以一次实现从多维空间向另一多维空间的映射,为多失效模式下隐性功能函数下复杂结构的可靠性分析提供了新的思路.     

动车组电机吊架多目标可靠性优化设计

为提高高速动车组电机吊架的承载能力,考虑几何参数的随机性,将响应面法和多目标遗传算法相结合对其进行可靠性优化设计.首先,对电机吊架进行静强度和位移灵敏度分析,找出设计变量;其次,对设计变量进行中心组合试验设计,根据试验设计点来拟合静强度和位移的多项式响应面模型;然后,将几何参数的随机性转化为可靠度,运用最小二乘法拟合可靠度函数方程作为约束条件;最后,运用多目标遗传算法对电机吊架进行可靠性优化设计.研究结果表明:响应面法与结构可靠性优化方法相结合,可以简化求解过程,提高优化结果的可靠度.     

基于联合验算点和PNET法失效相关机械系统可靠性分析

针对JC法(一次二阶矩法)不适于求解高度非线性功能函数结构的可靠性问题。结合最大熵原理,在求解联合验算点的基础之上,对机械系统各失效模式功能函数进行线性转化,并进行了相关性分析。根据相关程度的大小,由概率网络估算技术(Probabilistic Network Estimation Technique,PNET)法的有关原则,找出系统主要失效模式,用主失效形式代替系统所有失效形式,给出了一种精确的可靠度分析的方法。最后结合算例,进一步验证了该方法的精确性和可行性。     

机械可靠性分析与设计的一种显式迭代算法

基于改进的一一次二阶知釜对机械可靠性分析和单一设计变量的机械可靠性设计问题，本文提出了计算结构可靠度和确定结构可靠性参数的一种显式迭代算法。与有关文献相比较，这种方法优点是无需解域变换、无需人工计算功能函数的偏导数和无需解结构失效的极限状态方程具有较为简便的计算形式和较高的计算效率，可方便地算出结构的可靠度和结构可靠性参数。本文方法具有一阶计算精度。     

基于改进响应面法的桁架结构的可靠性分析

在对现有结构可靠度计算方法进行深入研究的基础上,文中提出了一种结构可靠度计算方法,以便能将桁架结构可靠度分析更加高效。这种分析方法是通过改进的响应面法进行的,旨在减少桁架结构可靠度计算中涉及的计算工作量,并利用APDL命令流对桁架结构进行建模。在不能或难以获得功能函数与其变量之间明确表达式的复杂结构中,应用Matlab-Ansys数据交互寻找一个合适的、能够近似等于原始功能函数的显式功能函数式(RSF)代替原始的、近似隐式的功能函数(LSF),获得显式功能函数式(RSF)后分别使用Ansys中PDS模块的蒙特卡洛法-响应面分析法（MCS-RSM）混合模拟法和遗传算法(GA)进行迭代计算可靠性指标和设计点,并以桁架结构为算例进行分析比较。结果表明：使用Matlab-Ansys数据交互较易获得显式功能函数式(RSF),遗传算法（GA）可将计算效率提高95%以上。     

基于模糊支持向量机的结构非概率可靠性分析方法

论述了基于模糊支持向量机的结构非概率可靠性分析方法,通过非线性模糊支持向量分类机得到显性的最优分类面函数,并通过构造回归集的方式回归拟合得到最优分类面函数的隶属度函数,采用基于面积比的结构非概率可靠性计算模型,基于蒙特卡洛算法计算出近似的结构可靠度。这一方法可以解决模糊失效状态下的结构非概率可靠性问题,适用于现代大型复杂工程的可靠性分析。     

隐式极限状态方程可靠性分析的加权响应面法

针对隐式极限状态方程的可靠性分析,提出加权回归响应面法,该方法采用线性响应面来拟合隐式极限状态方程。所提方法的策略可以归结为三点,一是选取极限状态函数绝对值更小的实验抽样点;二是根据每个实验抽样点的极限状态函数绝对值的大小,构造每个点在回归分析中的权数,增强极限状态函数绝对值小的实验抽样点对响应面函数确定的作用,削弱极限状态函数绝对值大的实验抽样点对响应面函数确定的作用;三是采用与传统响应面法一样的向设计点收敛的迭代方法。这三点策略保证了所得到的线性响应面函数能够在设计点附近更好地拟合真实隐式极限状态函数值为零的表面,从而达到高精度计算隐式极限状态方程可靠度指标的目的,算例结果充分显示所提方法的优越性。文中所提方法与组合响应面法结合,可以发展成为非线性高变异性隐式极限状态方程失效概率计算的高精度方法。     

基于中心点精确响应面法的板壳结构优化

对响应面方法中两个最为关键的概念——近似函数及试验设计做了简单描述,选择线性函数作为约束条件的近似函数形式,并对位移和应力约束作不同处理,位移约束不合常数项,而应力约束含常数项。提出了一种适合建立一阶形式响应面并使结构分析次数最少的试验设计方法——中心扩展法。求解响应面时在最小二乘法的基础之上作了改进,提出中心点精确响应面法,使拟合的响应面中心点处的响应值精确等于有限元分析值。最后通过数值算例说明改进后的响应面法对于板壳结构优化的可行性和优越性。     

基于高阶矩最大熵方法的结构混合可靠性分析

针对随机-区间变量混合模型可靠性分析问题,提出一种基于高阶矩最大熵法的结构混合可靠性分析方法.对于区间变量采用区间Taylor展开方法得到功能函数的下界表达式,对于随机变量首先采用最大熵方法确定功能函数概率密度表达式,然后利用Taylor展开和Pearson曲线族方法确定功能函数标准化后的六阶矩,利用Matlab求解概率密度函数的参数,并拟合概率密度曲线,最后积分求解功能函数的最大失效概率.该方法应用于一个数值算例和一个工程结构算例,数值算例计算结果与区间蒙特卡洛方法对比,验证了该方法具有较好的精度和效率,工程结构算例以旋压设备旋轮座体在某典型产品旋压过程中的退让量为目标建立功能函数,结合有限元分析软件得到了最大失效概率,为工程结构可靠性分析提供了理论支持.     

考虑参数不确定性的转向架构架结构强度分析

考虑工程实际中设计参数的不确定性,基于D-最优试验设计和可靠性理论对转向架构架进行结构强度分析。根据UIC 510-3-1994标准对构架进行结构强度分析,确定受力较大部位的设计参数。运用APDL语言建立构架的参数化模型,并对设计参数进行D-最优试验设计,进而计算构架的结构强度。利用最小二乘法对试验数据进行拟合,建立多项式响应面函数,并对其进行方差分析,检验响应面的精度。基于高精度响应面函数,采用Monte-Carlo拉丁超立方抽样方法对构架进行结构强度的可靠性分析。研究结果表明：设计参数的变化对结构强度的影响较大,且各设计参数的交互作用较小。转向架构架的结构可靠度为0.984 3,表明了不确定参数对构架结构强度和安全性的影响程度。基于D-最优试验设计的响应面法工作效率高,可为其他复杂结构的不确定性分析提供参考。     

响应面法在可靠性灵敏度分析中的应用

可靠性灵敏度分析在可靠性设计和修改、可靠性优化设计、可靠性维护等方面均有重要的应用。但由于最大可能点摄动法、JC法、几何法等方法进行结构可靠度的计算时无法将可靠性指标函数表示为随机变量的显式,给可靠性灵敏度分析带来困难,该文基于响应面法将可靠性指标函数表示为随机变量的显式,从而较好地解决问题。通过实例计算,说明文中方法在工程实际中的应用。实例结果表明响应面法在获得在某区域内的可靠度及该区域内的可靠性灵敏度时是一种实用、快速、有效的方法。     

基于高斯函数和信赖域更新策略的Kriging响应面法

为建立拟合效率高且能够满足工程精度要求的响应面近似模型,在分析已有响应面建模方法基本特性的基础上,提出一种基于高斯函数和信赖域更新策略的Kriging响应面法.该方法将高斯函数作为设计点之间的相关函数,并在优化过程中采用信赖域更新策略对试验设计的取样区域进行动态修正.通过在四个典型数值算例和某涡轮盘的热-结构优化设计中的应用,验证了所提方法的有效性.     

基于继承拉丁超立方采样与局部Kriging近似的可靠性设计优化EI北大核心CSCD

针对基于Kriging近似的可靠性设计优化样本最优配置问题,提出基于继承拉丁超立方采样与局部Kriging近似的可靠性设计优化方法。采用继承拉丁超立方样本构建Kriging近似,并求解最大可能失效点作为局部序列采样中心。针对有效概率约束构建基于Kriging近似误差、功能函数非线性度量及目标可靠度的局部序列采样区域。以重要抽样策略计算失效概率及灵敏度,并采用序列近似规划求解最优设计点。通过3个算例及机床横梁设计优化应用验证了所提方法的有效性。