结构可靠度分析的响应面法和随机响应面法的比较

从拟合功能函数方法、计算精度与效率、收敛性等方面对响应面法和随机响应面法进行了系统地分析.算例表明:与响应面法相比,随机响应面法实现了真正意义上的非侵入式分析.响应面法采用二次多项式响应面函数仅仅在验算点附近能较好地拟合真实功能函数,而随机响应面法采用高阶Hermite随机多项式,能在整个空间上很好地拟合真实功能函数.当随机变量个数较少时,随机响应面法的计算精度和效率均优于响应面法.并且随机响应面法可进行自身的收敛性分析,确定最优阶次的计算结果作为精确解,其收敛性也优于响应面法.     

可靠性分析的改进加权响应面法

为了克服响应面法(Response surface method简称RSM)在计算大规模工程时效率低下和计算可靠性指标敏感度时偶尔误差大的问题,提出一个高效率的改进加权响应面方法.此方法首先构造一次响应面函数,然后在可能存在失效点的被缩小范围内采用轴向采样来得到样本点,构造二次响应面函数;通过从之前的样本组里增加新的样本点,给予靠近失效点的样本点更高的权重来更新响应面函数.通过几个算例表明:比较双加权响应面方法,此方法具有更高的准确性和计算效率.     

Extremum response surface method of reliability analysis on two-link flexible robot manipulator

In order to present a new method for analyzing the reliability of a two-link flexible robot manipulator, Lagrange dynamics differential equations of the two-link flexible robot manipulator were established by using the integrated modal method and the multi-body system dynamics method. By using the Monte Carlo method, the random sample values of the dynamic parameters were obtained and Lagrange dynamics differential equations were solved for each random sample value which revealed their displacement, speed and acceleration. On this basis, dynamic stresses and deformations were obtained. By taking the maximum values of the stresses and the deformations as output responses and the random sample values of dynamic parameters as input quantities, extremum response surface functions were established. A number of random samples were then obtained by using the Monte Carlo method and then the reliability was analyzed by using the extremum response surface method. The results show that the extremum response surface method is an efficient and fast reliability analysis method with high-accuracy for the two-link flexible robot manipulator.     

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.     

An improved adaptive response surface method for structural reliability analysis

The response surface method (RSM) is one of the main approaches for analyzing reliability problems with implicit performance functions. An improved adaptive RSM based on uniform design (UD) and double weighted regression (DWR) was presented. In the proposed method, the basic principle of the iteratively adaptive response surface method is applied. Uniform design is used to sample the fitting points. And a double weighted regression system considering the distances from the fitting points to the limit state surface and to the estimated design points is set to determine the coefficients of the response surface model. Compared with the conventional approaches, the fitting points selected by UD are more representative, and a better approximation in the key region is also observed with DWR. Numerical examples show that the proposed method has good convergent capability and computational accuracy.     

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Fourier正交基神经网络响应面法的结构可靠性分析

将Fourier正交基前向神经网络响应面法应用于估计结构失效概率。基于数值逼近原理,以Fourier正交多项式作为隐层神经元的激励函数,利用随机变量输入矩阵的广义逆矩阵形式计算权值,以Fourier正交基响应面代替传统多项式响应面,拟合其极限状态曲面,结合可靠性理论计算其失效概率。通过实例数值分析,证明了本文方法的正确性,同时具有公式简单、易于编程的优点,为解决结构可靠性分析问题提出了一种新方法。     

基于径向基函数神经网络响应面法的装载机动臂疲劳可靠性

采用解析法与有限元软件ANSYS相结合的方法对装载机的工作过程进行计算,根据雨流法建立工作过程中装载机动臂的应力及应变的时间历程,通过局部应力应变分析得到结构的疲劳寿命。运用神经网络响应面来拟合结构的极限状态函数及其偏导数,利用可靠度理论分析了装载机动臂的疲劳寿命可靠性。     

基于神经网络响应面法的汽轮机叶片强度可靠性分析

对叶片强度进行可靠性分析,当功能函数为随机输入变量的隐性函数时,就无法直接用常规可靠性分析方法得到叶片的可靠度,因此将有限元,神经网络响应面和一阶可靠性方法(FORM)相结合,针对某汽轮机振动实验台的等直叶片,考虑几何参数、材料参数和载荷参数的随机性,在合理构造神经网络结构的基础上,利用有限元数值计算获得神经网络训练样本,通过对样本的学习和训练,获得叶片功能函数与随机变量之间的映射关系;选择非线性S型函数作为网络隐含层的激励函数,利用该函数的一阶导数是其自身函数的特点,推导出了功能函数对随机变量的一阶偏导数,进而采用FORM方法得到了叶片可靠性指标β并完成叶片强度的可靠性分析。将计算结果与Monte-Carlo模拟法进行对比,证明了该方法的正确性和有效性。该方法为后续进一步研究多失效模式下叶片的可靠性分析提供了新的思路。     

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.     

Distributed collaborative extremum response surface method for mechanical dynamic assembly reliability analysis

To make the dynamic assembly reliability analysis more effective for complex machinery of multi-object multi-discipline （MOMD）,distributed collaborative extremum response surface method （DCERSM） was proposed based on extremum response surface method （ERSM）.Firstly,the basic theories of the ERSM and DCERSM were investigated,and the strengths of DCERSM were proved theoretically.Secondly,the mathematical model of the DCERSM was established based upon extremum response surface function （ERSF）.Finally,this model was applied to the reliability analysis of blade-tip radial running clearance （BTRRC） of an aeroengine high pressure turbine （HPT） to verify its advantages.The results show that the DCERSM can not only reshape the possibility of the reliability analysis for the complex turbo machinery,but also greatly improve the computational speed,save the computational time and improve the computational efficiency while keeping the accuracy.Thus,the DCERSM is verified to be feasible and effective in the dynamic assembly reliability （DAR） analysis of complex machinery.Moreover,this method offers an useful insight for designing and optimizing the dynamic reliability of complex machinery.     

基于响应面法的车行索道桥非线性随机静力分析

采用响应面法对某大跨径车行索道桥进行了非线性随机静力分析,考察了结构参数和活载等因素的随机性对桥梁结构的几何非线性力学行为的影响。研究表明,响应面法是索道桥非线性随机静力分析的有效方法。索道桥的主要构件及其材料特性、几何尺寸和外部荷载的随机变异性对其成桥状态的结构响应值都有不同程度的影响。而主索的弹性模量又是其中影响最大的因素,在施工阶段应对其采取预控措施以减少或避免其量值的随机波动所造成的不利影响。     

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.     

响应面法优化发酵菜籽蛋白的提取工艺研究

主要研究了自制发酵菜籽粕的蛋白提取工艺,旨在为菜籽粕及菜籽蛋白的开发利用提供理论依据。以微生物固态发酵脱毒后的菜籽粕为原料,采用碱提酸沉法研究各个单因素对发酵菜籽蛋白提取率的影响,并采用响应面法对各个影响因素进行优化。结果表明:在pH值12.4、温度55.7℃、料液比为1∶16.2时,发酵菜籽蛋白提取率的最大预测值为64.79%。     

浅基础可靠性设计中的贝叶斯统计方法及应用

在现场土工试验数据比较少的情况下，应用经验分布求得某工程指标的概率分布是一种可行的方法.应用贝叶斯统计基本原理，并对其进行了推广.应用此方法对沈阳地区的粉质黏土试验指标进行了统计检验，并推导出其概率分布模型和模型参数.对沈阳市区某工程，应用修正后的概率分布模型和模型参数进行了浅基础可靠性设计，并与标准正态分布的计算结果进行了对比分析，结果表明该方法应用于地基基础可靠性设计是可行的.     

正交分析法优化裂褶菌多糖的微波辅助提取工艺

采用响应曲面法优选和探讨微波提取裂褶菌多糖的最优工艺。在单因素试验的基础上采用SAS 8.2软件设计试验,用响应面分析优化提取时间、料液比、提取温度、微波强度各因素及其相互作用的最佳组合。结果表明,裂褶菌多糖的最优提取工艺条件提取时间为20 min,料液比为1∶28.5,提取温度为51℃,微波强度为548 W,此条件下,多糖实际提取率为1.765%。与其他方法比较,微波提取方法时间短,得率高,是裂褶菌多糖提取的一种优选方法。     

富水裂隙围岩隧道涌水量计算方法与规律分析

富水裂隙区隧道涌水量预测精度较差,涌水问题尚未得到较好的解决。针对此问题,视裂隙围岩及注浆区为非均质各向异性介质,初期支护及二次支护结构为均质各向同性介质,构建了裂隙围岩下隧道涌水简化计算模型,基于地下水力学理论及流体质量守恒定律推导了富水裂隙区隧道涌水量计算公式。通过退化分析及案例工程现场实测数据验证了构建富水裂隙区隧道涌水简化计算模型的合理性及涌水量计算式求解的正确性,最后基于解析解揭示了各特征参数对富水裂隙区隧道涌水的影响规律,探讨了富水裂隙区隧道涌水机制。结果表明：理论计算值与现场实测值最大相对误差为8.1%,验证了构建模型的合理性及公式推导的正确性;隧道涌水量随裂隙最大宽度的增加而增大,受堵水结构的联合制约,两者近似呈线性关系;注浆区厚度与隧道半径比值在2倍以内时,隧道涌水量受注浆区厚度的影响显著;富水裂隙区隧道涌水受裂隙分布规律及支护结构的制约,应重视对裂隙分布的调查。     

响应面分析法优化山楂叶中黄酮的提取工艺

响应面分析法优化山楂叶中黄酮的提取工艺,以黄酮粗提取率为指标,采用乙醇回流法提取。通过单因素试验及响应面分析,研究了提取温度、液固比、乙醇体积分数和提取时间4个主要因素对山楂叶中黄酮粗提取率的影响。采用Box-Behnken中心组合设计和响应面分析法,建立了回归方程的预测模型,确定最佳提取条件为液固比29 mL/g ,乙醇体积分数68％,提取温度64℃,提取时间34 min ,在此条件下黄酮粗提取率为3．07％。试验结果与模型预测值基本相符,因此,该工艺可应用于山楂叶中黄酮的提取。     

The improvement of Clausius entropy and its application in entropy analysis

The defects of Clausius entropy which include a premise of reversible process and a process quantity of heat in its definition are discussed in this paper. Moreover, the heat temperature quotient under reversible conditions, i.e. (δQ/T)_rev, is essentially a process quantity although it is numerically equal to the entropy change. The sum of internal energy temperature quotient and work temperature quotient is defined as the improved form of Clausius entropy and it can be further proved to be a state function. Unlike Clausius entropy, the improved definition consists of system properties without premise just like other state functions, for example, pressure p and enthalpy h, etc. It is unnecessary to invent reversible paths when calculating entropy change for irreversible processes based on the improved form of entropy since it is independent of process. Furthermore, entropy balance equations for internally and externally irreversible processes are deduced respectively based on the concepts of thermal reservoir entropy transfer and system entropy transfer. Finally, some examples are presented to show that the improved definition of Clausius entropy provides a clear concept as well as a convenient method for entropy change calculation. Supported by the National Basic Research and Development Program of China (Grant No. 2007CB206901)     

响应面法优化超声提取八角茴香油工艺

利用响应面法对超声提取八角茴香油的工艺进行优化,在单因素实验的基础上,根据中心组合设计原理,采用三因素三水平的响应面分析法,依据回归分析确定最优提取工艺条件。选取超声提取时液料比和温度为随机因子。结果表明,八角茴香油超声提取的最佳工艺条件为：提取时间45min,提取温度28℃,液料比（mL／g）为54：6。采用该工艺条件,八角茴香油的提取率可达到14．54％。验证试验值为14．40％,与理论值相对误差为0．96％。