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.     

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.     

可靠性分析的双加权响应面法

响应面法常用于极限状态函数为隐式的结构可靠度分析中,且结构的响应通常是通过有限元法求得.响应面法采用系数未知的多项式来代替隐式的极限状态方程,多项式通过一些样本点来拟合,拟合点的选取必须减少计算时间但不影响多项式近似值的质量.为了加快响应面的收敛速度,提出了一些改进,响应面采用加权拟合的方法,拟合点加权根据与真实响应面的距离和拟合点到设计点的距离来确定.这种方法的目的就是减少计算的时间而又能得到满意的结果.算例说明:这种方法具有较高的效率和准确性.     

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.     

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.     

边坡可靠度分析的响应面方法比较研究

系统地总结了多种响应面法(RSM)在不同类型边坡可靠度问题中的应用情况,通过文献分析总结出4类典型土坡可靠度问题:问题Ⅰ,单层土坡不考虑参数空间变异性;问题Ⅱ,单层土坡考虑参数空间变异性;问题Ⅲ,多层土坡不考虑参数空间变异性;问题Ⅳ,多层土坡考虑参数空间变异性.重点研究了基于多项式的4种响应面法(SQRSM、MQRSM、SSRSM和MSRSM)在解决4类土坡可靠度问题(问题Ⅰ~Ⅳ)中的有效性.分别从计算精度和计算效率两个方面系统地比较了4种响应面法在黏性土坡和c-土坡可靠度问题中的适用性.结果表明:对于不考虑土性参数空间变异性的单层土坡可靠度问题(问题Ⅰ),推荐SQRSM;当单层土坡考虑土性参数空间变异性时(问题Ⅱ),推荐MSRSM;对于不考虑空间变异性的多层土坡可靠度问题(问题Ⅲ),推荐MQRSM;对于考虑参数空间变异性的多层土坡可靠度问题(问题Ⅳ),推荐采用MSRSM方法.     

径向基函数随机响应面法

针对随机响应面法对非正态分布响应与标准正态分布输入之间的复杂非线性隐函数拟合不够理想的问题,基于径向基函数在杂散数据拟合方面的优异性能,提出使用径向基函数替换Hermite多项式来解决复杂非线性隐函数拟合问题.以若干个非线性解析函数和钢管混凝土肋拱极限承载力不确定性问题作为算例,验证该方法对非正态分布响应拟合的精确性和对工程问题的适用性.算例结果表明,基于径向基函数随机响应面法对高度非线性的响应与输入隐函数拟合较好;在多参数钢管混凝土拱极限承载力不确定性问题中,精度较高,且比Hermite多项式样本点数量少.     

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.     

基于随机响应面法的隔震桥梁抗震可靠性分析

利用ANSYS建立考虑桩土相互作用的隔震桥梁模型,假定场地土地基系数的比例系数m的取值具有随机性,运用基于正交多项式的随机响应面法对该类桥梁进行了抗震可靠性计算和分析。计算结果表明,桩基础中各层土性参数m的取值范围和方式对隔震简支梁桥的抗震可靠性有较大影响,在桥梁抗震设计中需得到高度重视。同时,计算结果也表明该桥的抗震设计满足规范要求。     

多元指数插值响应面方法分析复杂结构可靠度

引入多元指数型插值基函数,采用正交实验设计和有限元分析生成插值点,建立指数插值响应面函数,采用随机投点法和有限元分析生成校核样本点,以校核样本点原函数值与插值函数值距离最小为优化目标,求解多元指数插值函数的待定参数,并构造迭代求解格式控制求解精度,建立了复杂结构可靠度分析的多元指数插值响应面方法.算例分析结果表明,该方法对非线性程度较强的隐式功能函数具有较高的分析精度和效率.     

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.     

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.     

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。