基于ANSYS概率设计系统的边坡稳定概率分析

基于ANSYS概率设计系统,提出了利用ANSYS概率分析功能对边坡稳定性进行可靠性分析的方法.通过一个典型的边坡工程算例,利用蒙特卡洛法对边坡在多种随机变量作用下的稳定性可靠度进行了计算分析,得到在目标控制值下边坡的失效概率、可靠度变化等重要指标,较传统确定性安全系数更为客观合理.分析结果形象直观,提高了边坡稳定性及可靠度分析的效率,可与确定性安全系数法对比结合使用.     

结构可靠度分析的有限单元数值逼近法

结构可靠度分析中失效概率本质上是随机变量失效域的多维积分问题,针对蒙特卡洛法(MCS)处理小概率事件时工作量大、效率低且误差分析困难的不足,将有限单元法应用于该类问题,提出了结构可靠度计算的有限单元数值逼近法。该算法首先对计算结果预设误差限,在此误差限内利用随机分布的概率集中性,将基本变量的概率分布空间分为高概率区间和低概率区间。为提高计算效率,舍弃低概率区间保留高概率区间建立计算域。采用有限单元法将计算域均匀划分为有限个互不重叠的单元,经筛选、累加位于失效域内单元的概率计算近似失效概率。通过增加有限单元法划分精细度实现数值逼近的计算过程,得到满足预设误差范围的失效概率。使用MCS法做对照,验算了三个数值算例,结果表明:新算法在同精度下计算效率显著提高,且具有较强的鲁棒性;可获得计算结果的误差范围。     

基于ANSYS的可靠性分析

介绍了结构可靠性的基本原理和基本分析方法，利用ANSYS中的可靠性分析工具——Probabilistic DEesign，对框架结构的可靠性进行了分析，实例证明：该方法可得到比较精确的可靠度指标和失效概率，但是其效率不高，需要对其抽样方法进行改进。     

重力式挡土墙稳定性的结构体系可靠度分析

重力式挡土墙结构最主要的失稳模式是倾覆失稳和滑移失稳。为了计算重力式挡土墙稳定性的结构体系失效概率,首先分别建立重力式挡土墙结构抗倾覆稳定性和抗滑移稳定性的功能函数,然后引入结构可靠度分析一次二阶矩法中的验算点法(JC法)分别对两种失效模式进行计算,得出两个相应的可靠度指标。将两种失稳模式视为串联系统,由逐步等效平面法计算结构体系可靠度指标,最后由结构体系可靠度指标计算出该挡土墙稳定性的结构体系失效概率。根据上述方法,利用MATLAB程序计算了某挡土墙,得出了结构体系可靠度指标和结构体系失效概率。     

基于WUS概率密度权重法的边坡稳定系统可靠度分析

复杂边坡工程中由于边坡土体分层或土体参数的不确定性等因素,边坡失稳往往会发生在多个潜在失稳滑面,因此,采用单一临界确定性滑面或临界概率滑面对边坡系统可靠度进行分析会极大低估其失效概率。运用WUS(WeightedUniformSimulation)方法对边坡系统可靠度进行了概率分析,运用4个多层边坡算例演示WUS对于边坡系统可靠度分析的良好适用性。分析结果表明,该方法对高维、隐式极限状态方程下的多层土边坡问题分析精度较高的同时,可极大减少边坡模型计算样本数,例如,对于边坡可靠度分析MCS通常需要104以上的样本量,而WUS仅需500组左右即可满足精度要求。通过对原始WUS算法的修正,在样本量足够的情况下,修正WUS法能更加高效计算得到复杂边坡系统失效概率,并且可以自动摒弃冗余失效模式而得到较为准确的多失效模式所对应的多组可靠度参数设计点,即MPP(Most Probable Failure Point),进而高效识别出多层土复杂边坡的代表性滑动面,为边坡安全及失稳灾害防治提供重要的参考价值。     

基于ANSYS及Monte-Carlo法的边坡可靠度分析

介绍了可靠度分析的基本理论及方法,依据通用有限元软件ANSYS提供的概率分析功能,对边坡进行可靠度分析,并利用Monte—Cub法计算其可靠度,以具体算例验证了该法的可行性,从而实现了有限元分析与MonteCarb法的结合。     

基于子集模拟的边坡可靠度分析方法研究

边坡稳定受到诸多不确定性因素的影响,比如土体性质的空间变异性以及地层情况的不确定性。这些不确定性因素的影响可以通过蒙特卡洛模拟(Monte Carlo Simulation, MCS)进行定量地分析。MCS概念简单并具有广泛的适用性。但是,在小概率失效区域内,MCS计算效率很低,需要庞大的随机样本量来保证一定的计算精度。本文提出了一种实用的边坡可靠度分析方法。通过采用一种高级的MCS方法(Subset Simulation, 子集模拟)来提高小概率区域内的计算效率以及计算精度,并以EXCEL的表单环境为平台,联合使用Visual Basic Application(VBA)编写计算程序。在该程序中,子集模拟、边坡稳定的确定性分析和不确定性分析分别由三个相对独立的计算模块实现。最后,本文以James Bay 土坝为例,简明地说明了所提出方法的有效性,并探索了临界滑动面的不确定性对边坡可靠度分析的影响。     

基于时变结构可靠度的算子级数法及在结构耐久性问题上的应用

提出了时变结构可靠度分析的算子级数法。利用算子级数法来计算得出时变结构的功能函数随时间t变化的k阶原点矩,再转换为k阶中心矩。然后,用格拉马—沙尔勒叶级数拟合功能函数的概率密度函数,利用求积分的方法求出失效概率。该方法用于分析结构耐久性问题上,可以为基于可靠性的结构评估和寿命预测及剩余寿命预测提供依据。     

公路隧道初期支护可靠度分析

在分析公路隧道初期支护可靠性方面,蒙特卡罗法具有较高的精度。由于工程结构破坏概率通常较小,这就要求采用蒙特卡罗方法时必须要有足够大的抽样模拟总数才能给出正确的估计,利用方差减缩技术中的对偶抽样技巧可以迅速的降低抽样模拟次数。基于有限元模拟中隧道初期支护极限状态的功能函数的分析,依据公路隧道设计规范,确定了初期支护可靠度分析的极限位移的功能函数。并且利用APDL语言,编制了调用ANSYS建模求解模块分析隧道可靠度的程序,基于对偶抽样蒙特卡罗有限元模拟分析了深埋隧道初期支护的可靠性。     

基于神经网络的既有结构可靠性概率分析研究

利用人工神经网络强大的非线性映射功能来确定结构体系中某些变量的功能函数,根据该网络映射函数采用蒙特卡罗法进行概率分析,可以避免对结构本身的直接模拟计算,达到减少计算工作量的目的,为既有结构特别是大型、复杂结构的可靠性概率分析提供了一个新的思路。     

地震作用下钢框架结构竖向连续倒塌可靠度分析

通过建立典型钢框架的连续倒塌分析数值模型,使用拉丁超立方抽样方法抽取随机样本进行可靠度分析,考虑结构参数的不确定性影响,确定完好结构在地震作用下发生局部损坏的概率。以大震作用下可靠度指标最小的构件作为结构的失效构件,基于整体可靠度方法,采用拆除构件法对失效构件进行拆除并施加地震荷载进行分析,得到不同失效模式下受损结构发生连续倒塌条件可靠度指标和失效概率。最后结合失效构件的失效概率,研究结构在地震作用下的连续倒塌全概率可靠度。研究表明,运用可靠度理论对钢框架结构进行连续倒塌可靠度分析,可以直观地得到地震作用下钢框架结构发生连续倒塌的概率,为准确评价钢框架结构在地震作用下的抗连续倒塌能力提供依据。     

高效求解结构体系可靠度的新方法

传统的结构体系可靠度分析方法主要依赖于结构失效路径的分枝和约界技术,难以识别主要失效模式且结构体系失效概率计算工作量巨大。为了提高结构体系可靠度计算效率,以β-约界法和联合失效概率分枝约界法为基础,提出了一种快速求解结构体系可靠度分析方法。首先利用结构分析原理,推导出结构单元的安全余量函数并求出其对应的失效概率,拆除失效概率最大值对应的杆件并施以虚拟力形成新的结构,然后再对新的结构重新分析。循环上述步骤,直至结构形成机构为止,并利用构件的失效概率计算结构体系可靠度。算例对比研究表明,该方法计算过程简单、计算精度较高,可以获得结构的失效路径,适合于大型结构的体系可靠度计算。     

基于可靠度的CRTSⅡ型无砟轨道板在列车荷载作用下的失效研究

利用多重叠合梁模型对CRTSⅡ型无砟轨道板进行分析,确定了纵向失效和横向开裂失效2种失效模式的极限状态方程,建立了考虑多失效模式的CRTSⅡ型无砟轨道板结构可靠性的概率故障树分析模型,并采用蒙特卡罗抽样模拟求解。将轨道板混凝土弹性模量、弹性地基系数、轮载作为随机变量,分别计算了2种失效模式下的失效概率,并通过敏感性分析,得到随机变量的敏感性。结果表明:可靠度指标可以作为定量化的指标来反映无砟轨道结构失效概率,实现对各失效模式的路径识别,利用可靠度理论得出无砟轨道板在荷载作用下纵向失效会先于横向失效发生;通过因素敏感性分析,获得不同因素对CRTSⅡ型轨道板综合失效概率的影响,各因素影响程度从大到小依次为:弹性地基系数、轮载、混凝土弹性模量。     

基于可靠性分析的塔机结构系统优化设计

同时考虑塔式起重机结构设计中尺寸参数、材料性能及风载数据的随机性,采用Monte-Carlo法中的拉丁方抽样(LHS)技术计算结构系统的可靠度。通过概率敏感性分析确定优化变量,以塔机结构系统总质量为目标,利用有限元软件ANSYS进行优化分析,得到的新设计方案较原设计质量减少了17%,整体可靠度得到改善,避免了局部可靠度过剩的现象,使产品的使用性能和经济性能达到了较好的平衡。     

结构体系可靠度分析的自适应动态约界法

约界阈值是快速准确识别工程结构主要失效模式、进而开展结构体系可靠度分析的关键参数。针对传统β约界法主要依靠主观经验确定约界阈值所存在的缺陷,提出结构体系可靠度分析的自适应动态约界法。通过定义失效概率均匀度、基准失效概率和基准可靠指标,确定结构失效历程不同阶段的动态约界阈值和约界准则,据此可以合理反映结构中元件失效概率的分布状况,进而快速、准确地识别候选失效元件,并及时剔除发生概率很小的次要失效模式,实现结构失效路径的自适应动态分枝和约界。研究表明,该方法能够根据失效演化历程中元件失效概率的分布状况自动调整约界阈值,克服传统β约界法的缺陷,可以避免遗漏发生概率较大的主要失效模式,从而取得更高的计算精度。     

冗余系统可靠性的两种数学模型分析

可靠性设计的基本思想是按零(部)件或设备失效概率大小来衡量它的可靠性。可靠性预测是根据设计实现它的预期功能而不失效的可能性进行数学评估的措施。在设计的初期阶段，及时完成预测工作，可以了解设备中各零(部)件之间可靠度的相互关系，找出提高可靠性的途径。     

预应力锚杆复合土钉支护稳定可靠度分析

针对预应力锚杆复合土钉支护结构的稳定可靠性分析问题,以极限平衡理论为基础,建立了基坑稳定性分析安全系数求解公式和可靠性分析功能函数。以土体力学参数为作为随机变量,应用 Monte Carlo重要抽样法计算了基坑稳定性可靠度指标和失效概率,通过工程实例进行了分析。分析表明：该稳定性计算公式计算的安全系数符合工程要求并且通过可靠性分析,因而使用该方法对复合土钉支护结构稳定性计算是有效的;基坑可靠性分析中,可靠度指标β和失效概率 Pf受土体黏聚力、内摩擦角与摩阻力的变异系数的影响较大,前者随变异系数的增大而减小,后者随变异系数的增大而增大;对于土体力学参数分布选型参数 c 采用对数分布,φ、qsik采用正态分布对可靠度计算分析比较合理。     

基于功能的模板支架结构可靠性分析

本文介绍了基于功能的结构可靠性的概念,确定了钢管支架失效模式,在此基础上利用ANSYS软件对钢管支架结构进行计算机模拟试验分析,对钢管支架的可靠性变化规律进行了摸索与研究,以满足信息化施工的需要。     

大型LNG储罐的可靠度分析

以储液容积为16万m~3的大型LNG储罐为工程背景,采用ANSYS有限元分析软件建立分析模型,通过其可靠度分析模块(PDS)中的响应面法对储罐的单元失效概率进行分析,提出了失效单元相应的可靠指标;通过等效线性求交法逐步找出储罐的失效路径,提出了一种搜寻结构体系失效路径的新方法,根据结构体系的界限估计法求得储罐在地震作用下的体系可靠指标范围。同时指出,储罐体系的破坏是由罐壁顶部的强度破坏与罐壁底部的强度破坏两种主要失效模式所组成的串联系统的破坏。本文的研究可为完善大型LNG储罐可靠度分析理论和国产化设计提供参考。     

基于ANSYS的结构可靠性分析

对ANSYS中常用的蒙特卡罗法、响应面法等可靠度方法进行了简单介绍,指出了2种基于ANSYS的可靠度分析方法在工程应用中的适用范围。回顾了ANSYS处理结构可靠性分析的基本流程。结合算例说明了ANSYS在结构可靠性分析中的应用。