结构体系隐式极限状态方程概率分析的改进响应面法

提出一种新的处理隐式极限状态方程概率安全分析的响应面法,在原响应面法的基础上,通过引入高阶修正项和概率等效变换,建立原隐式极限状态方程的等效显式极限状态方程,以利用已有的各种针对显式极限状态方程的可靠性分析方法,得到等效显式极限状态方程的失效概率。该方法被推广应用到所有极限状态方程均为隐式的结构体系的可靠性分析中去,依次建立每个失效模式的等效极限状态方程,并采用Monte Carlo法和重要抽样法计算具有多个极限状态方程的结构体系的失效概率。算例表明,文中方法不用差分方法计算隐式极限状态对基本随机变量的导数,适于解决隐函数的概率可靠性分析问题,由于采用了高阶项的修正,能够得到更高精度的结果。     

随机因素对疲劳裂纹扩展分散性影响的探讨

采用概率有限元和可靠性分析相结合的方法,将影响裂纹扩展的主要随机因素作为随机变量处理,研究裂纹扩展失效概率的计算问题。文中采用梯度投影方法,对各种主要随机因素作为随机变量时用于失效概率计算的可靠性指标进行了计算,在此基础上用一阶可靠性方法计算了疲劳裂纹扩展的失效概率。     

某型飞机翼身连接接头可靠性分析

首先将标准有限元程序与改进的均值法相结合，对某型飞机翼身连接接头处的刚度可靠性进行分析，结果表明在所给载荷和允许应变的情况下，该接头结构在外载变异系数为0．15，弹性模量和剪切模量的变异系数分别为0．05时仍具有较高的可靠度。然后又将标准有限元分析程序与响应面法结合，在假设接头的响应极限状态方程为一不包括交叉项的二次多项式的基础上，利用有限元分析确定响应极限状态方程，通过迭代运算，保证响应极限状态方程在最有可能失效点处与接头结构真实的隐式极限状态方程有很好的近似程度。两种方法的计算结果具有较好的一致性。最后基于弹塑性应变分析，给出大过载情况下低周疲劳寿命可靠性分析结果，得到在给定寿命要求下结构可靠度随疲劳寿命变异系数变化的曲线，并给出在要求可靠度情况下安全寿命随疲劳寿命变异系数的变化曲线，为该型飞机的设计定型提供依据。     

失效概率计算的快速马尔可夫链模拟方法

基于马尔可夫链对失效域样本的快速模拟，提出了一种快速计算非线性极限状态方程小失效概率的方法。将要求的失效概率转化为线性极限状态方程的失效概率与一个特征比例因子的乘积。线性极限状态方程是通过马尔可夫链模拟非线性极限状态方程失效概率中的样本而获得的，与非线性极限状态方程具有近似相同的设计点。特征比例因子反映了非线性极限状态方程失效概率与线性极限状态方程失效概率的关系。由于线性极限状态方程的失效概率可以由解析法精确求得，而特征比例因子可以由马尔可夫链快速模拟线性与非线性失效域中的样本分布而近似算得，因此所提方法具有较高的精度与效率，并通过算例给予了证实。     

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。     

推进剂贮存容器J积分安全评定与寿命预测

为了估计裂纹对推进剂贮存容器寿命可靠性的影响,基于J积分和按重要度原则的概率失效准则,结合材料的断裂韧性J1C和疲劳裂纹扩展速率试验,利用概率断裂力学方法PFM(Probability Fatigue Method),分别建立了推进剂贮存容器概率安全评定模型和寿命预测模型。最后以LD10贮存容器为例,说明推进剂贮存容器概率安全评定与寿命预测过程,并利用Rcakwitz-Skov和Mont-Carlo方法计算其可靠性与剩余寿命。     

使用疲劳裂纹扩展数据的疲劳裂纹扩展的可靠性分析方法

利用现有的疲劳裂纹扩展数据或疲劳裂纹扩展试验的不完全数据 ,对疲劳裂纹随机扩展的可靠性进行了研究。基于疲劳裂纹扩展的确定性模型 ,导出了疲劳裂纹扩展的随机公式。利用现有的疲劳裂纹扩展数据或疲劳裂纹扩展试验的不完全数据 ,对疲劳裂纹扩展随机公式中的随机变量的分布进行了估计 ,得到了其分布的数字特征 ,用Monte Carlo方法得到了疲劳裂纹扩展寿命的失效概率的点估计。实例分析表明了本文方法的实用性和可行性     

TBM刀座焊缝疲劳可靠性分析

刀座焊接处是全断面岩石隧道掘进机(Full face rock tunnel boring machine,TBM)刀盘上最易发生疲劳破坏的部分。基于线弹性断裂力学,以裂纹疲劳寿命为基本变量,建立裂纹扩展可靠性模型,通过JC法计算刀座正面焊缝在不同滚刀实验载荷下的疲劳可靠性,并分析了不同因素对失效概率的影响。结果显示:中心滚刀刀座焊缝的失效概率比正滚刀小,正滚刀的失效概率随着安装半径的增大而减小;刀座焊缝失效概率随着初始裂纹深度的增大而显著增大,而临界裂纹深度的变化对失效概率的影响不大;裂纹形状比越大,刀座焊缝的失效概率越小。     

齿轮弯曲疲劳强度与寿命及计算机辅助计算

齿轮因工作环境不同而失效形式也复杂多变。针对齿轮齿根疲劳断裂这一最主要的失效方式理论及预测进行研究,重点分析了直圆柱齿轮的弯曲疲劳强度、疲劳寿命、疲劳裂纹萌生和扩展的理论及计算。在此基础上通过计算机辅助计算,分析证实了理论计算的科学性和与实际情况的一致性。研究齿轮的疲劳强度和疲劳寿命在工业应用上有重要的意义和价值,疲劳试验成本较高,使用此理论计算方法对疲劳寿命和裂纹扩展进行模拟为实际应用和工业生产提供了重要参考。     

基于神经网络的可靠性分析新方法

对于大部分工程可靠性分析中的隐式极限状态方程,建立一种基于样本筛选的神经网络可靠性分析方法。该方法利用具有强大的非线性映射能力的神经网络,来近似隐式极限状态方程中的输入变量与输出变量的关系,从而使得隐式可靠性分析转化为显示可靠性分析问题,大大减少了计算失效概率的工作量。与已有的神经网络可靠性分析方法相比,所提方法选择近似极限状态方程而不是近似极限状态函数的策略,并通过筛选训练样本实现这一策略,从而提高可靠性分析的精度,算例结果充分显示所提方法的优越性。     

Reliability of structures by using probability and fatigue theories

Methodologies to calculate failure probability and to estimate the reliability of fatigue loaded structures are developed. The applicability of the methodologies is evaluated with the help of the fatigue crack growth models suggested by Paris and Walker. The probability theories such as the FORM (first order reliability method), the SORM (second order reliability method) and the MCS (Monte Carlo simulation) are utilized. It is found that the failure probability decreases with the increase of the design fatigue life and the applied minimum stress, the decrease of the initial edge crack size, the applied maximum stress and the slope of Paris equation. Furthermore, according to the sensitivity analysis of random variables, the slope of Pairs equation affects the failure probability dominantly among other random variables in the Paris and the Walker models.     

An improved radial basis function network for structural reliability analysis

Approximation methods such as response surface method and artificial neural network (ANN) method are widely used to alleviate the computation costs in structural reliability analysis. However most of the ANN methods proposed in the literature suffer various drawbacks such as poor choice of parameter setting, poor generalization and local minimum. In this study, a support vector machine-based radial basis function (RBF) network method is proposed, in which the improved RBF model is used to approximate the limit state function and then is connected to a reliability method to estimate failure probability. Since the learning algorithm of RBF network is replaced by the support vector algorithm, the advantage of the latter, such as good generalization ability and global optimization are propagated to the former, thus the inherent drawback of RBF network can be defeated. Numerical examples are given to demonstrate the applicability of the improved RBF network method in structural reliability analysis, as well as to illustrate the validity and effectiveness of the proposed method.     

C级铸钢重构S-N曲线模型的研究

给定若干概率水平的常规疲劳可靠性S-N曲线只能做相应概率水平的疲劳设计与寿命预测,要实现任意可靠性水平的疲劳设计、寿命预测和失效率分布规律估计,需要重构广义概率疲劳可靠性S-N曲线.首先应用Monte Carlo模拟技术在可接受的误差范围重构C级铸钢的疲劳极限和成组法S-N数据,然后应用广义极大似然法测定其中短寿命范围的可靠性S-N曲线,最后应用概率疲劳极限外推法获得该材料长寿命范围的合理疲劳概率S-N曲线.     

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。     

基于固定方差展开的提升机主轴装置可靠性优化设计

针对概率信息不完备条件下提升机主轴装置的可靠性优化设计问题,提出了一种基于固定方差展开的提升机主轴装置可靠性优化设计方法,首先,通过将提升机主轴装置强度失效的可靠性功能函数进行方差展开,获得了可靠性功能函数的前三阶矩;其次,采用基于矩的鞍点逼近方法,计算得到了主轴装置的失效概率;最后,结合优化设计方法,建立了以可靠度为...     

非正态变量可靠性灵敏度分析方法

基于极限状态函数矩估计的失效概率计算,提出一种非正态变量可靠性灵敏度分析的新方法.推导极限状态函数的矩对非正态基本变量分布参数的偏导数,并利用失效概率与极限状态函数矩的关系,推导失效概率对非正态基本变量分布参数的偏导数,从而得到非正态变量可靠性灵敏度.用文中方法和改进的一次二阶矩法同时分析对数正态变量的可靠性灵敏度,验证文中方法的正确性;最后运用其方法计算失效概率对指数和Weibull分布参数的灵敏度.     

估算谱载荷下疲劳寿命的累积破坏率法

提出一种新的估算谱载下疲劳寿命的方法,累积破坏率法。该广阔城对等幅度寿命统计分析的基础上,推导出任意应下下对数疲劳寿命的概率密度函数,从而利用累积破坏概率估算谱载下构件的疲劳寿命。本文利用１６Ｍｎ与车轮铸钢对该方法进行了验证,结果表明累积破坏概率法能较为准确地进行变幅疲劳寿命的可靠必骨较好的工程应用价值。