基于梯度搜索法的非线性结构可靠性分析方法

很多工程结构具有非线性特征强且功能函数为隐式的特点,以往方法难以精确、高效地分析其可靠性,为此提出一种基于梯度搜索法的强非线性结构可靠性灵敏度分析方法.根据工程结构的隐式功能函数,利用差分法计算初始抽样点附近的梯度信息;基于验算点梯度搜索法,获得与抽样点对应的距极限状态曲面距离最小的极限状态点,过该点依据Taylor展...     

基于降维可视化技术的结构可靠性灵敏度分析

针对多维隐式结构可靠性问题,应用降维可视化技术进行可靠性灵敏度分析。基于iHLRF法求解设计点,根据模型计算精度确定有限差分步长。用一条直线将平面分为安全域和失效域两部分,通过计算直线初始位置附近数据点对应的响应量,来调整并确定直线的最终位置,根据直线上方数据点提供的信息计算可靠性灵敏度。提出的可靠性灵敏度分析方法的准确性不受维度以及非线性的影响,且效率较高。最后计算了两个结构系统的可靠度及各个变量的可靠性灵敏度,为结构设计提供了理论依据。算例表明了文中所给出的计算公式的正确性和有效性。     

基于神经网络的结构疲劳可靠性优化设计

研究了人工神经网络在结构疲劳可靠性分析和结构优化设计中的应用。结构的疲劳寿命与各影响因素之间呈高度的非线性关系,或隐函数关系,传统的结构可靠度分析方法计算困难。采用神经网络响应面法模拟结构的极限状态函数及其偏导数,从而进行疲劳可靠性分析,在此基础上采用神经网络法对结构进行疲劳可靠性优化设计,通过算例说明其适用性及可行性。     

结构可靠性分析的自适应共轭非线性近似方法

经典的1阶可靠性方法在求解非线性结构可靠性问题时,由于仅利用当前迭代设计点的局部信息,致使求解精度及效率无法满足要求,为此提出了一种自适应共轭非线性近似方法.基于两点自适应非线性近似方法,使用当前及上一迭代设计点的极限状态函数值及梯度值信息,构建真实极限状态函数的非线性近似模型;在两点自适应非线性近似方法的基础上,利用...     

水下航行器全动舵可靠性优化设计

利用基于中心复合采样的二阶响应面法得到AUV稳定度极限状态函数。综合考虑由于人为和客观造成的不确定性误差对极限状态方程的可靠度的影响,进行多次随机虚拟实验,计算AUV稳定度的可靠度,并根据求得的可靠度定量给出各设计变量关于极限状态函数的可靠度灵敏度。经判断,选择灵敏度较小的参数作为确定性变量,并对AUV全动舵进行可靠性优化设计,结果表明,减少不确定性量后,优化迭代次数大幅减少。     

基于极限状态函数响应面的可靠度置信限计算方法

针对武器装备可靠性计算中概率分布参数的不确定性评估问题,通过抽样方法构造极限状态函数的响应面,在标准正态空间中计算可靠性指标的置信限,再将其转化为可靠度置信限。导弹隔框蒙皮的可靠度置信限计算问题验证了这种方法的有效性、准确性,该方法可以应用于试验样本较少的复杂大系统。     

高等均值法和有限元法相结合计算穿甲弹的可靠性

高等均值法是在隐式极限状态函数下计算结构可靠性的有效方法.本文结合高等均值法和有限单元法对大长径比尾翼稳定脱壳穿甲弹进行了可靠性分析,考虑了载荷和材料性质的随机性、弹托和弹芯之间的配合间隙(或过盈),得出了合理结果,并提出了进一步提高强度、可靠性的建议.     

基于人工神经网络的结构可靠性分析

在结构可靠性分析中,通过人工神经网络拟合极限状态函数,借助神经网络的函数映射关系产生极限状态函数值。采用Mont。Carlo法随机抽样的思路,对大范围的数据进行概率分析,得到极限状态函数值的均值和标准差,求得结构系统的可靠性指标,该方法为极限状态函数无法显式表达的结构系统可靠性分析问题提供了一个可行方法。     

基于有限元和智能算法的结构稳健可靠性优化

在结构参数化有限元分析的基础上,获取结构随机设计变量与功能函数的关系,构建随机设计变量到功能函数的神经网络模型。由神经网络表达式得到功能函数和梯度显式表达式,进而计算可靠度以及可靠度对随机变量的灵敏度。以计算可靠度为非线性约束方程,以计算可靠度灵敏度为目标函数,采用遗传算法建立优化模型,得到灵敏度最小化的随机设计变量。导弹发射装置锁制钩优化设计实例表明,该方法在提高锁制钩概率可靠度的同时,能够降低可靠度灵敏度,为实施发射装置结构可靠性优化和稳健设计提供通用、有效的方法。     

基于复合函数的复杂机械系统分层响应面建模与可靠性分析

针对复杂机械系统可靠性问题,提出一种基于复合函数的分层响应面法(HRSM)。根据系统结构组成的层次和物理关系,建立基本变量到各零部件的响应函数,作为中间层节点;针对基本变量及中间层响应综合作用的系统性能,拟合其极限状态的响应面模型,作为顶层节点;采用一次2阶矩法及蒙特卡洛仿真法求解系统失效概率。以某双轴驱动机构为例,从误差逐级传递的角度,成功应用HRSM对其运动精度可靠性问题进行了建模分析。经对比可知,该方法输出的最大失效概率与蒙特卡洛仿真抽样结果基本一致,且不随样本点系数波动,充分验证了HRSM的稳健性和有效性。     

基于二参数寻优设计点的混合结构可靠性分析算法

针对机械结构中既含随机变量又含区间变量的混合可靠性问题,提出一种基于二参数的混合可靠性分析算法。区间变量使可靠性分析问题变为双层优化问题,为降低双层优化模型对计算效率的影响,将其解耦为概率分析和区间分析高效循环序列迭代模型;在概率分析时,引入两个调 整参数,分别控制搜索步长和搜索方向,以实现寻优设计点、保证收敛的稳定性及搜索效率;在区间分析时,将区间分析问题转化为方便求解的二次规划问题,并结合梯度投影法搜索区间最优点;通过两个案例分析,对所提算法的计算精度和效率进行验证。结果表明：该算法与蒙特卡洛抽样法相比,计算的最大失效概率相对误差均在5%以内,且函数调用次数在1 000次以内即可达到收敛;当功能函数非线性程度较高时,该算法同样具有较高的计算精度、效率及收敛稳定性。     

结构可靠性优化的通用生成函数-序列优化与可靠性评估方法

通用生成函数（UGF）法在处理随机变量为非正态、功能函数为高度非线性的概率分析问题时具有较大优势。为提高结构可靠性优化求解的精度，提出了一种基于通用生成函数的序列优化与可靠性评估方法。该算法引入高精度可靠性分析方法和偏移向量求解策略完成优化，将迭代过程分为3个环节完成：第1环节利用最小二乘法拟合偏移函数的响应面回归模型，根据模型和许可可靠指标求解偏移向量；第2环节根据所求偏移向量完成确定性优化，得到当前设计点；第3环 节利用UGF法进行可靠性分析和评估，并根据相关约束重新构建偏移函数。算例分析表明，所提方法在保证求解效率的同时提高了优化精度，并很好地解决功能函数为高度非线性时优化结果无法收敛的问题。     

基于MC-RSM的固体发动机药柱可靠性分析

随着人们对随机变量认识的深入和计算能力的提高,已形成了用于处理随机变量的结构可靠度设计与分析的方法与标准。针对固体火箭发动机药柱材料性能、载荷环境、几何尺寸等参数不确定性的影响,提出一种结合蒙特卡罗与响应面法计算随机载荷下固体发动机药柱可靠性的方法。通过建立固体发动机推进剂药柱的极限状态方程,采用响应平面法和蒙特卡洛模拟随机载荷和固体推进剂药柱初始强度来获取推进剂药柱的可靠度。该方法能有效地计算贮存、飞行等环境条件下固体推进剂药柱的结构可靠性。     

无迹Kalman滤波器及其目标跟踪应用

无迹卡尔曼滤波(UKF)算法在原先状态分布中按某规则取点,并使点的均值和协方差等于原状态分布的均值和协方差.将这些点代入非线性函数中,得到相应的非线性函数值点集,并通过点集求取变换后的均值和协方差.其应用步骤包括计算及传递取样点、利用预测取样点和权值计算预测均值和协方差、预测测量值和协方差,最后计算UKF增益,更新状态向量和方差.仿真表明该方法比EKF方法可用性更强.     

压缩机活塞杆虚拟可靠性试验方法研究

应力幅、应力集中和附加弯矩3因素是导致压缩机活塞杆发生疲劳断裂的主要原因。常规的理论计算不能有效解决多因素耦合作用条件下活塞杆的强度问题,因此提出了一种虚拟的可靠性试验方法。采用ANSYS软件和C++编程语言搭建虚拟试验平台;依据弹性力学的变形协调条件,推导出活塞杆螺纹的应力分布计算式,用来验证虚拟试验平台的有效性;根据中心复合法设计随机参数的试验样本点,通过VC窗口程序更改APDL编译的宏文件,自动完成虚拟试验过程,获得结构响应的一组样本点;基于响应面方法建立极限状态方程,分析可靠性灵敏度,为活塞杆的设计提供理论指导。     

基于响应面法的某火箭炮结构参数优化

为提高火箭炮的射击密集度和射击稳定性，对基于响应面法的某火箭炮结构参数进行优化。引入响应面法，建立以弹管间隙、发射时间间隔以及闭锁力为设计参数，高低、水平方向的中间偏差为多重响应目标的响应面近似模型。模拟设计参数与响应目标强非线性关系，对近似模型进行回归检验，确定近似模型的可行性。利用建立的近似模型结合满意度函数法优化高低、水平方向的中间偏差，使其综合最优。结果表明，该方法能大大缩短仿真优化时间，且误差非常小，能达到提高射击密集度的目的。     

帕累托最优在车辆底部防护结构设计中的应用研究

为了提升爆炸冲击环境下车辆的防护性能,针对其底部防护结构设计中大规模计算、强非线性和多优化目标的特点,利用多物质单元与流-固耦合算法仿真车辆的动态响应。通过灵敏度分析,筛选底部结构中钣金件的厚度、几何形状等设计参数,并利用实验设计建立该问题的数学优化模型,结合帕累托最优的多目标遗传算法,得到该优化问题的帕累托解集空间曲面和一个最优设计方案,该方案在不增加结构质量的情况下,能显著提高车辆底部防护性能。     

响应面法在圆柱壳体结构优化设计中的应用

以爆炸过程使金属圆柱壳体结构内层分离时所需炸药量最小为目标,其某些尺寸为设计变量,外层结构上最大值为约束,对圆柱壳体结构进行优化.利用有限元显式程序模拟圆柱壳体的高度非线性爆炸行为.采用中心对称试验方法选取样本点,运用响应面法建立优化模型.利用Matlab中QUADPROG优化模块得到该响应面的最优解.上述优化过程不断重复,直到圆柱壳体结构最优的一组几何尺寸得到为止.研究结果表明响应面法应用于在侧向爆炸冲击作用分离的圆柱壳体结构优化问题上是可行的,具有提高计算效率、缩短设计周期等优点.     

结构灵敏度分析的区间方法

以区间数学为理论基础,提出了结构灵敏度分析的区间方法。可以在不用进行求导数运算的条件下,通过区间运算即可获得结构响应（或其性能）随结构参数（或设计变量）的变化情况。在强非线性情况下,区间灵敏度分析方法对参数变化范围的选取比差分法或摄动法的要求要低。通过数值算例表明了用区间方法进行结构灵敏度分析的可行性和有效性。     

柔性机构动态可靠性分析的模糊响应面方法

结构静态模糊可靠性分析已经取得了许多成就,得到广泛应用,但在机构动态可靠性分析上还有待进一步深入探索,因此提出一种新的柔性机构动态可靠性模糊分析方法.该方法将柔性机构系统作为模糊随机系统,考虑柔性构件变形与运动的耦合,利用多柔体系统动力学分析方法求解模糊随机变量的动态响应,重构动态响应的模糊响应面,计算其动态可靠度.经过仿真分析证明该方法有效可行,具有计算速度快的优点,在空间站展开机构模糊可靠性分析中得到应用.