线抽样可靠性灵敏度的方差分析

为判别线抽样可靠性灵敏度分析的收敛性,推导了线抽样可靠性灵敏度估计量的方差和变异系数的计算公式,近似计算了线抽样可靠性灵敏度在给定置信度下的置信区间。通过算例比较了线抽样可靠性灵敏度与Monte-Carlo可靠性灵敏度估计值的方差和变异系数。计算结果表明：线抽样可靠性灵敏度分析方法是一种高效率、高精度的方法。     

模糊可靠性灵敏度分析的线抽样方法

依据失效域具有模糊性时模糊失效概率的定义,提出了模糊可靠性灵敏度分析方法。推导了线性功能函数、独立正态基本变量和正态型隶属函数情况下,模糊可靠性灵敏度的解析表达式。给出了模糊可靠性灵敏度的Monte Carlo数字模拟方法,该方法结果在模拟次数趋于无穷时,收敛于真值,但效率较低,尤其是针对高维和小失效概率问题。为解决数字模拟法效率低的问题,提出了模糊可靠性灵敏度分析的线抽样方法。通过离散模糊失效概率积分区域,建立了模糊可靠性灵敏度与离散区域随机可靠性灵敏度的关系,进而利用随机可靠性灵敏度分析的线抽样方法求得模糊可靠性灵敏度。该方法的基本原理、计算公式及实现步骤被详细给出,适用于高维问题和小失效概率、精度高及收敛快等优点则由该文的算例进行验证。     

分布参数为随机变量情况下可靠性灵敏度求解的方向抽样法

针对工程中随机变量分布参数存在不确定性的情况,定义分布参数为区间内的随机变量情况下的可靠性灵敏度,并建立可靠性灵敏度求解的方向抽样法.在所建立的方向抽样法中,Monte Carlo法被用来模拟分布参数的样本,而对于每个分布参数样本点,方向抽样法被用来进行可靠性灵敏度分析,最后在整个分布参数空间上对可靠性灵敏度积分,以获得分布参数为区间内随机变量情况下的可靠性灵敏度的估计值,并对所推导的可靠性灵敏度估计值进行方差分析.通过算例比较方向抽样法与双重Monte Carlo数字模拟法,分析结果验证了方向抽样方法是可行和有效的.     

失效概率函数的可靠性度量及其求解的条件概率模拟法

结构失效概率为设计参数的函数的求解是可靠性优化中的关键问题。提出一种失效概率函数的高效求解方法及一种新的可靠性度量指标,它为失效概率函数在分布参数空间上的统计特征值。所提方法的主要思路是采用条件概率模拟及三阶最大熵法来求解失效概率函数。条件概率模拟法是引入中间失效域,将所求失效概率转化成条件概率比值与中间失效域的概率的乘积形式,并通过两次马尔科夫链模拟分别对失效域及中间失效域的模拟来得到条件概率的比值。中间失效域为线性形式,其失效概率可容易求得。此外还采用三阶最大熵法来得到失效域样本的条件密度分布,最终得到所求的失效概率函数。结合算例探讨所提方法的精度、效率和适用性,结果表明所提的求解方法在确保精度的情况下具有较高的效率,在工程上是可行的。     

模糊随机可靠性分析的迭代子集模拟法

针对同时存在随机基本变量和模糊基本变量的结构可靠性分析,提出一种模糊可靠度隶属函数求解的迭代子集模拟法。在模糊变量的某个给定的隶属度水平上,所提方法通过迭代策略求解使功能函数取极值的模糊基本变量的取值点及相应的收敛后的最可能失效点(也称设计点),再运用子集模拟法在缩减的随机变量空间内求得可靠度的上、下界,最后在每个隶属度水平上执行该分析过程,即可求得模糊可靠度的隶属函数。相比模糊随机可靠性分析的直接Monte Carlo法,所提方法在保证结果精度的同时大大减小了计算量,而且该方法对变量的分布形式、变量维数、极限状态方程的表达形式及非线性程度均没有限制,适用范围十分广泛。所提方法的优点在算例中得到验证。     

基于马尔可夫蒙特卡罗子集模拟的可靠性灵敏度分析方法

在小失效概率可靠性分析子集模拟法的基础上,提出基于马尔可夫蒙特卡罗(Markov Chain Monte Carlo,MCMC)子集模拟的可靠性灵敏度分析方法.在子集模拟的可靠性分析中,通过引入合理的中间失效事件将概率空间划分为一系列的子集,从而将小的失效概率表达为一系列易于模拟求解的较大条件失效概率乘积的形式,然后利用MCMC抽取条件样本点来估计条件失效概率.基于MCMC子集模拟的可靠性灵敏度分析,是将失效概率对基本变量分布参数的偏导数转化成条件失效概率对基本随机变量分布参数的偏导数.给出了偏导数通过MCMC模拟的条件样本点进行估计的原理和步骤,推导得出可靠性灵敏度分析的计算公式.利用简单数值算例和工程算例验证所提方法,算例结果表明:基于MCMC子集模拟的可靠性灵敏度分析方法有较高的计算效率和精度,对于高度非线性极限状态方程问题亦有很强的适应性.     

变量相关时多模式可靠性灵敏度分析的矩方法

针对变量相关情况下多模式系统可靠性灵敏度分析问题,给出一种通用数字模拟的方法,并将变量相关情况下单模式可靠性灵敏度分析的矩方法推广到多模式情况,得到串、并联多模式系统可靠性灵敏度分析的矩方法.在所提的方法中,首先将相关变量空间等效转化为不相关变量空间,并将系统多个失效模式的功能函数转化为不相关变量空间的功能函数,进而利用矩方法得到多模式系统失效概率对不相关变量空间基本分布参数的灵敏度,最后利用相关变量空间与不相关变量空间的等价关系及复合函数求导法则,求得多模式系统失效概率对相关变量空间中变量均值的灵敏度.并以数值算例说明所提方法的合理性.     

机翼气动弹性的随机不确定性分析研究

通过分析气动弹性状态方程的特征值来求解颤振临界速度,并建立颤振的安全裕度方程.针对带有操纵面机构的二元三自由度机翼颤振问题,分别采用重要抽样法和线抽样可靠性分析技术,在d维标准正态空间中对飞机机翼的气动弹性问题进行失效概率和灵敏性分析,推导得出反映随机参数对失效概率影响程度的灵敏度因子,在假设条件下的分析结果表明了模型尺寸、质量比等对颤振可靠性的影响很小,故在进一步的计算中认为它们是确定量.仅考虑固有频率为随机变量情况下的不确定性分析.以重要抽样法的结果为近似精确解,验证了线抽样不确定性分析方法的正确性和高效性.     

平稳随机激励下随机结构动力可靠度分析的多项式逼近法

针对平稳随机激励下随机结构动力可靠度分析问题,在分裂法和Hermite多项式逼近的基础之上,建立了一种新的计算随机结构动力可靠度的方法.所提方法运用分裂法的思想将多维动力可靠度响应函数转换成一维问题,并采用Hermite多项式逼近单随机变量的动力可靠度响应函数,最后利用Monte Carlo法求解显式化后的无条件动力可靠度,并通过两个算例考察了该方法的有效性和可行性.