响应面法在结构体系可靠度分析中的应用

一个失效模式由许多的失效单元构成,它是一个并联系统;而所有的失效模式构成一个串联系统.整个结构体系可看成是许多并联系统(失效模式)组成的一个串联系统.首先,利用基于响应面的随机有限元法来获得失效模式中各个单元的极限状态方程,这些方程都是二次多项式;第二步,利用结构可靠度分析中的几何法得到这些方程的等效线性化方程从而可逐步得到该失效模式的等效线性化方程;第三步,计算各失效模式间的相关系数;最后,由Ditlevsen界限法来计算结构的体系可靠度.算例表明,利用该方法来获得大型、复杂结构的体系可靠度具有高效、实用的特点.     

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。     

基于神经网络响应面法的随机结构动力可靠度分析

在对神经网络响应面法的原理和算法进行研究的基础上，建立了基于神经网络响应面法的随机结构动力可靠度分析方法。首先，基于首次超越破坏准则，参照静力可靠度的功能函数模式，建立了随机结构的动力可靠度功能函数；然后引入响应面法，以三层BP神经网络作为拟合函数，推导了功能函数的拟合表达式；最后结合一次二阶矩方法求解可靠指标。算例分析表明了本文方法有较好的计算精度和计算效率，在复杂结构的动力可靠度分析中有较强的实用价值。     

结构可靠度分析的均匀设计响应面法

均匀设计和正交设计在试验次数相近的情况下,前者所选试验点均匀性更好,也更具代表性。该文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：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;介绍了利用均匀设计选取试验点构造响应面方程,求解可靠度的流程。结合一个门式框架的可靠度问题,基于AN...     

基于响应面法的复式钢箱提篮拱地震可靠度分析

地震可靠度是桥梁抗震研究中的重要问题。基于随机分析的响应面理论和规范反应谱法,提出了一种分析具有随机结构参数的桥梁地震可靠度的方法,研究了复式钢箱提篮拱桥在地震激励下,结构设计基准期内的可靠度。分析时考虑了结构参数和场地土的随机性,分别计算了钢箱提篮拱桥主、副拱肋在多遇地震、设防地震和罕遇地震作用下的失效概率,得到了主、副拱肋在设计基准期内,按规范“三水准设防标准”条件下的地震可靠度。计算结果表明,该桥设计满足抗震规范要求。     

偏最小二乘回归在响应面法可靠度分析中的应用

针对目前多维变量可靠度问题中广泛应用的均匀设计响应面法,分析了采用最小二乘法拟合样本数据回归模型时存在的局限性,并在已有方法的基础上提出了一种改进的方法。该方法将均匀设计与偏最小二乘回归技术相结合来回归响应面模型,从而计算结构的失效概率,有效的解决了变量间多重相关性及小样本条件下建立回归模型的问题。通过算例验证了该方法的适用性,尤其对于高维变量的可靠度问题,与最小二乘拟合响应面相比,计算结果更加精确。     

钢筋混凝土桥梁构件正常使用极限状态可靠度分析

正常使用极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性的某项规定极限值,控制结构的外观。本文分别从最大裂缝宽度和挠度两方面分析了钢筋混凝土桥梁构件正常使用极限状态的可靠度,正常使用极限状态下桥梁可靠度的分布范围。     

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。     

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。     

基于Kriging改进响应面法的桥梁地震动力可靠度研究

鉴于桥梁结构对地震响应的非线性和复杂性等问题,提出了基于Kriging改进响应面法的桥梁结构地震动力可靠度分析方法。首先利用Kriging模型的优越模拟性能,将其作为响应面函数,并采取自适应策略加以改进,而后采取线性过滤器脉冲响应法对地震随机激励荷载进行了离散,并基于首次超越问题的定义建立了动力可靠度极限状态方程,最后对桥梁结构的地震可靠度问题进行了分析。计算分析结果表明:提出的基于Kriging模型的改进响应面法能有效完成桥梁地震动力可靠度的计算分析(包括结构参数随机性对桥梁动力可靠度的影响),且结果具有较高的准确性和高效性。     

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。     

改进的结构系统可靠度的条件边缘乘积法

分析了结构系统可靠度计算与多维正态积分之间的转化关系, 以及原有的用于多维正态积分计算的条件边缘乘积法的不足之处, 从条件正态分位数计算和相关系数矩阵修正两方面给出改进措施, 形成一种改进的条件边缘乘积法。该方法采用数值积分方法进行二维正态分布函数的计算, 提高原有方法中条件正态分位数计算的精度, 并在此基础上对各相关系数矩阵进行修正, 从而有效提高了原有方法在串联系统可靠度计算中的精度。同时, 将这一改进方法与单失效模式下的结构可靠度显式迭代算法相结合, 提出从单元到系统的结构系统可靠度分析流程。数值算例表明了这一改进方法的有效性和实用性。     

结构动力可靠度计算的区域分解法和重要抽样法

Lambros Katafygiotis提出的区域分解法和S.K.Au提出的重要抽样法,被用来计算受高斯随机过程作用的线性动力体系的失效概率.在以上两种方法的基础上,给出了非平稳随机地震作用下,单自由度线性体系动力可靠度的区域分解法和重要抽样法的计算步骤,对以上两种方法补充给出了选取失效域下标的措施;其中区域分解法将结构反应用离散脉冲响应函数表示,补充给出了极限状态函数系数的具体确定方法.通过算例对比分析了区域分解法和重要抽样法的计算效率,结果表明当计算小失效概率时,区域分解法的计算效率同重要抽样法一样高效,而对比Monte-Carlo法有显著提高,且两种方法的计算精度接近.     

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。     

基于状态空间响应面方法的结构系统可靠度分析

提出一种在有限元分析中判定结构系统是否失效的准则。实例验证该准则具有较高的可信度。依据该准则经有限元分析可确定样本点所在的状态空间。建立起一种重构结构功能函数的统一方法:状态空间响应面方法,解决了一般响应面方法不能求解输出变量不连续分布的问题。该方法以样本点距离失效空间和可靠空间的距离之差作为样本点的输出变量。数值仿真实例表明该方法有一定的广泛性并具有较高的精度。     

结构可靠性灵敏度分析的低偏差抽样方法

由于蒙特卡罗(MC)方法具有程序结构简单,收敛速度与问题维数无关等优点,故其在结构可靠性及可靠性灵敏度分析中得到了广泛应用。但是计算效率低这一主要缺点限制了该方法的应用范围。通过引进单位超立方体中不同的低偏差点集代替伪随机数序列,并结合重要抽样技术建立了结构可靠性灵敏度分析的低偏差抽样方法。该方法不但可以大幅度减少抽样点数目,还能够得到确定性的估计值避免传统MC方法只能得到概率意义下误差的缺陷。通过数值算例可以看出该方法具有较高的计算精度和效率。