強(qiáng)度退化分析的結(jié)構(gòu)非概率動(dòng)態(tài)可靠性模型

基于非概率集合理論,給出了非概率可靠性指標(biāo)的定義,闡述了不確定結(jié)構(gòu)的區(qū)間分析和凸集合模型兩種非概率可靠性的計(jì)算方法,并分析了兩種方法獲得非概率可靠性指標(biāo)之間的關(guān)系。將不確定參數(shù)用區(qū)間和凸集合兩種方式進(jìn)行定量化描述,利用非概率可靠性指標(biāo)的計(jì)算方法,對(duì)結(jié)構(gòu)可靠性進(jìn)行預(yù)測(cè),通過(guò)比較兩種方法對(duì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)函數(shù)的響應(yīng)范圍,判斷兩種方法的合理性。通過(guò)兩個(gè)算例進(jìn)行分析,并與montecarlo方法比較,驗(yàn)證了凸集合方法用于結(jié)構(gòu)可靠性分析的可行性與優(yōu)越性。

工程實(shí)際中的構(gòu)件或材料由于不可避免地存在缺陷或裂紋,其強(qiáng)度大大低于理想模型的強(qiáng)度.考慮含裂紋結(jié)構(gòu)的性能參數(shù)、幾何參數(shù)及作用載荷、缺陷特征等的不確定性的可靠性分析具有重要的工程實(shí)際意義.針對(duì)大型、貴重構(gòu)件或材料樣本數(shù)據(jù)少、統(tǒng)計(jì)信息缺乏的情況,提出了含缺陷結(jié)構(gòu)斷裂失效的非概率可靠性分析方法.對(duì)非概率可靠性度量方法進(jìn)行了分析、比較,由于以斷裂判據(jù)建立的功能函數(shù)往往為多維非線性方程,針對(duì)非概率集合可靠性模型的計(jì)算困難,提出用monte-carlo模擬方法計(jì)算非概率可靠度具有易實(shí)現(xiàn)、精度高的特點(diǎn).本文方法克服了概率斷裂力學(xué)(pfm)方法需要大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的局限性,具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值.實(shí)例分析對(duì)本文方法的可行性和有效性進(jìn)行了驗(yàn)證.

結(jié)構(gòu)非概率可靠性模型在斷裂力學(xué)分析中的應(yīng)用研究——工程實(shí)際中的構(gòu)件或材料由于不可避免地存在缺陷或裂紋，其強(qiáng)度大大低于理想模型的強(qiáng)度．考慮含裂紋結(jié)構(gòu)的性能參數(shù)、幾何參數(shù)及作用載荷、缺陷特征等的不確定性的可靠性分析具有重要的工程實(shí)際意義．針對(duì)大型...

結(jié)構(gòu)非概率可靠性分析中,結(jié)構(gòu)的可靠性是通過(guò)非概率可靠性指標(biāo)度量的。文中研究結(jié)構(gòu)非概率可靠性的度量方法,對(duì)比分析基于區(qū)間的非概率可靠性模型和基于凸集合模型的非概率可靠性模型兩種情況下的非概率可靠性指標(biāo),證明它們之間存在著確定的函數(shù)關(guān)系,揭示兩種指標(biāo)之間的差異是由不確定因子所決定的本質(zhì),并對(duì)其進(jìn)行定性解釋。同時(shí)得到一些有用的結(jié)論。

當(dāng)不確定性信息量不足以精確確定概率模型時(shí),基于凸模型的非概率可靠性理論為工程結(jié)構(gòu)安全性提供一種有效的評(píng)估方法.論文基于材料、幾何及荷載大小等不確定性因素?cái)_動(dòng)界限的多橢球模型描述,運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)化變換和標(biāo)準(zhǔn)空間廣義無(wú)窮范數(shù)度量,給出定義非概率可靠性指標(biāo)的極小極大優(yōu)化數(shù)學(xué)模型.該非概率可靠性指標(biāo)可理解為結(jié)構(gòu)所能容許的參數(shù)不確定范圍與實(shí)際不確定范圍的相對(duì)\"長(zhǎng)度\"比值.通過(guò)對(duì)極限狀態(tài)方程的線性化近似,推導(dǎo)優(yōu)化問(wèn)題的顯式迭代公式,實(shí)現(xiàn)非概率可靠性指標(biāo)的簡(jiǎn)便求解.數(shù)值算例驗(yàn)證了論文迭代算法的正確性和有效性.

考慮到不確定性因素,將機(jī)床主軸設(shè)計(jì)中的參數(shù)看作區(qū)間變量,應(yīng)用非概率可靠性理論,建立了機(jī)床主軸基于區(qū)間分析的非概率可靠性模型,給出了多區(qū)間變量非線性函數(shù)的非概率可靠性度量方法,提出了基于主軸扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和撓度的可靠性度量指標(biāo)。對(duì)xh2320/4機(jī)床主軸進(jìn)行分析結(jié)果表明:所提出的區(qū)間分析方法在實(shí)際工程中的可行性。

根據(jù)巖土參數(shù)的區(qū)間性特點(diǎn),引入?yún)^(qū)間分析方法,把巖土力學(xué)參數(shù)以及由此得到的響應(yīng)量當(dāng)作區(qū)間變量,建立基于區(qū)間分析的巖土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定非概率可靠性分析模型.針對(duì)區(qū)間四則運(yùn)算方法當(dāng)輸入變量的個(gè)數(shù)較多或輸入變量的區(qū)間較寬時(shí),常常會(huì)過(guò)寬地估算響應(yīng)量變化區(qū)間,引入改進(jìn)區(qū)間截?cái)喾▽?duì)其進(jìn)行求解,解決了區(qū)間運(yùn)算結(jié)果擴(kuò)張問(wèn)題,在此基礎(chǔ)上采用優(yōu)化法解決了非概率可靠性指標(biāo)的求解.將該方法應(yīng)用于工程實(shí)例,分析結(jié)果表明了該方法的可行性.

當(dāng)?shù)貌坏阶銐虻慕y(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)信息時(shí),將結(jié)構(gòu)的不確定參數(shù)描述為區(qū)間變量,結(jié)合區(qū)間變量的性質(zhì),定義一種結(jié)構(gòu)非概率可靠性度量指標(biāo),并對(duì)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)非概率可靠性進(jìn)行了深入的研究,在區(qū)間有限元基礎(chǔ)上,提出了結(jié)構(gòu)系統(tǒng)失效模式識(shí)別和體系非概率可靠性分析的一種有效途徑。

將支持向量機(jī)回歸技術(shù)引入隱式極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)的非概率可靠性分析,基于未確知信息的分段均布描述模型,設(shè)計(jì)了訓(xùn)練樣本抽取策略.為了統(tǒng)一樣本尺度,根據(jù)分段均布模型與標(biāo)準(zhǔn)化區(qū)間均布模型的雙射關(guān)系,將基本變量區(qū)域中的樣本數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間變量域中的樣本數(shù)據(jù),保證了支持向量機(jī)訓(xùn)練的穩(wěn)定性.給出了svr預(yù)測(cè)模型算法,并實(shí)現(xiàn)了在標(biāo)準(zhǔn)化區(qū)間變量域中直接抽取訓(xùn)練、測(cè)試及預(yù)測(cè)樣本,使得樣本抽取和蒙特卡羅模擬計(jì)算更便于實(shí)現(xiàn).通過(guò)算例對(duì)方法的精度和可行性進(jìn)行了驗(yàn)證,結(jié)果表明:該方法可解決隱式極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)的非概率可靠性分析問(wèn)題,且應(yīng)用簡(jiǎn)便.

將基于分段描述的結(jié)構(gòu)非概率可靠性模型引入含缺陷結(jié)構(gòu)的可靠性分析,結(jié)合斷裂判據(jù),并用分段描述模型刻畫(huà)未確知變量,實(shí)現(xiàn)了非概率的斷裂力學(xué)分析,克服了概率斷裂力學(xué)方法對(duì)原始數(shù)據(jù)要求高的局限和未確知信息區(qū)間均勻分布模型過(guò)于保守的缺陷,有效解決了含裂紋結(jié)構(gòu)在小樣本、貧信息場(chǎng)合的可靠性評(píng)定問(wèn)題。通過(guò)算例,對(duì)文中方法的可行性和有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。

基于概率分布理論,建立了截尾概率分布分析模型;為便于截尾概率分布可靠性分析,提出了計(jì)算可靠指標(biāo)的新優(yōu)化模型,該模型無(wú)需對(duì)概率分布進(jìn)行當(dāng)量正態(tài)化,也無(wú)需知道概率分布類(lèi)型信息;給出了截尾概率分布在給定子區(qū)間內(nèi)產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)的方法,使得montecarlo抽樣成為可能。算例結(jié)果表明,截尾概率分布更符合實(shí)際情況,并且會(huì)使可靠指標(biāo)提高,其影響不容忽視。

基于不確定參量的凸集合描述,研究了考慮非概率可靠性約束時(shí),結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型的求解問(wèn)題。由于非概率可靠性指標(biāo)是用一個(gè)極小極大模型來(lái)定義的,故以該指標(biāo)作為設(shè)計(jì)約束,將得到一個(gè)嵌套的二級(jí)優(yōu)化模型。為了求解該模型,提出了一種序列線性化的計(jì)算方法。利用非概率可靠性分析的拉格朗日乘子,逐步構(gòu)造可靠性指標(biāo)的一階近似,通過(guò)序列線性規(guī)劃法求解二級(jí)優(yōu)化問(wèn)題。該算法可用于區(qū)間變量和超橢球凸集模型并存的情形,具有較好的適用性。論文給出了主要的敏度計(jì)算公式,并通過(guò)簡(jiǎn)單算例對(duì)所提算法進(jìn)行了驗(yàn)證。

將結(jié)構(gòu)的不確定參數(shù)描述為區(qū)間變量,基于非概率可靠性模型研究結(jié)構(gòu)可靠性的兩種計(jì)算方法。一種方法是先優(yōu)化得到結(jié)構(gòu)功能函數(shù)的最大和最小值,再計(jì)算功能函數(shù)均值和離差的比值;另一種是將功能函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化,并構(gòu)造一種有約束優(yōu)化模型,最優(yōu)解分量的絕對(duì)值即非概率可靠性指標(biāo)。算例表明,兩種算法對(duì)于任意功能函數(shù)都是可行的;對(duì)于線性功能函數(shù),兩者等效;對(duì)于非線性功能函數(shù),兩者略有差異。計(jì)算的差異來(lái)源于兩種非概率可靠性定義的不同。

在非概率可靠性理論和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上,考慮機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)具有的區(qū)間不確定性,建立了機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)的非概率可靠性模型,提出了機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)的非概率可靠性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)方法。工程算例及其結(jié)果表明文中的模型和方法具有一定的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

巖體地下結(jié)構(gòu)圍巖穩(wěn)定非概率可靠性的凸集合模型分析方法——在巖體地下結(jié)構(gòu)圍巖穩(wěn)定可靠性分析中，由于巖體的物理力學(xué)參數(shù)本身的特點(diǎn)，通常只能在巖體分類(lèi)的基礎(chǔ)上給出其變化的區(qū)間，要得到其概率密度分布函數(shù)和隸屬函數(shù)是非常困難的。采用傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)概率和模糊...

電路元件在工作時(shí)很容易受到外界信息的干擾,如電磁、噪聲、輻射等,在設(shè)計(jì)電路信號(hào)最初階段有必要計(jì)算出電路信號(hào)的可靠性概率。傳統(tǒng)的計(jì)算方法為故障注入方法與解析模型方法,但是這兩種方法在投入成本和計(jì)算精度上都不能滿(mǎn)足人們的要求?；趀ptm模型提出了一種新的電路信號(hào)可靠性計(jì)算方法,介紹了計(jì)算步驟,并對(duì)每一步進(jìn)行了具體解析,實(shí)踐證明給出的方法能夠精確且快速地實(shí)現(xiàn)對(duì)電路信號(hào)可靠性的概率評(píng)估,提高設(shè)計(jì)階段電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的效率,降低故障發(fā)生的概率,值得推廣使用。

通過(guò)分析膨脹螺紋的失效位置,建立了o圈槽所在軸向截面拉應(yīng)力的靜強(qiáng)度可靠性模型,并計(jì)算幾種設(shè)計(jì)的可靠性,在膨脹試驗(yàn)中進(jìn)行了驗(yàn)證。

電路元件在工作時(shí)很容易受到外界信息的干擾,如電磁、噪聲、輻射等,在設(shè)計(jì)電路信號(hào)最初階段有必要計(jì)算出電路信號(hào)的可靠性概率。傳統(tǒng)的計(jì)算方法為故障注入方法與解析模型方法,但是這兩種方法在投入成本和計(jì)算精度上都不能滿(mǎn)足人們的要求?；趀ptm模型提出了一種新的電路信號(hào)可靠性計(jì)算方法,介紹了計(jì)算步驟,并對(duì)每一步進(jìn)行了具體解析,實(shí)踐證明給出的方法能夠精確且快速地實(shí)現(xiàn)對(duì)電路信號(hào)可靠性的概率評(píng)估,提高設(shè)計(jì)階段電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的效率,降低故障發(fā)生的概率,值得推廣使用。

通過(guò)對(duì)高等級(jí)公路土工結(jié)構(gòu)物基于區(qū)間分析的非概率研究,解決土工結(jié)構(gòu)物非概率度量、方法等關(guān)鍵理論問(wèn)題,可供同行參考、借鑒。

針對(duì)碳化耐久性概率可靠性評(píng)估需大量統(tǒng)計(jì)樣本、實(shí)施中較為困難的問(wèn)題,基于區(qū)間模型建立了鋼筋混凝土碳化耐久性非概率可靠性評(píng)估模型,采用示例通過(guò)與規(guī)范中表達(dá)式結(jié)果對(duì)比,初步驗(yàn)證了所建模型及方法的有效性。基于碳化試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)概率與非概率可靠度指標(biāo)臨界值分別取1.25和1.0時(shí),二者具有相同的碳化耐久期限。在相同計(jì)算精度條件下,與概率可靠性評(píng)估相比,非概率可靠性評(píng)估不確定參數(shù)取值易于確定,實(shí)用性強(qiáng)。進(jìn)一步通過(guò)對(duì)不確定參數(shù)的區(qū)間特性進(jìn)行靈敏度分析,發(fā)現(xiàn)與溫度和濕度相比,保護(hù)層厚度的區(qū)間特征對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)碳化耐久年限影響最為明顯。建議在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)所處環(huán)境人為無(wú)法干預(yù)的狀況下,施工中嚴(yán)控保護(hù)層厚度可以有效提升結(jié)構(gòu)碳化耐久年限。

結(jié)構(gòu)模糊可靠性理論研究主要是建立僅考慮失效準(zhǔn)則模糊性的結(jié)構(gòu)模糊可靠性分析模型.在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)模糊可靠性分析理論研究的基礎(chǔ)上,同時(shí)考慮工程中結(jié)構(gòu)參數(shù)的隨機(jī)性和區(qū)間模糊性,提出了模糊概率密度函數(shù)的概念,并推導(dǎo)相應(yīng)的模糊概率密度函數(shù)公式,給出了反映隨機(jī)參數(shù)區(qū)間模糊性的隸屬函數(shù)的類(lèi)型和選取方法.建立了同時(shí)考慮隨機(jī)參數(shù)區(qū)間模糊性和失效準(zhǔn)則模糊性的結(jié)構(gòu)模糊可靠性分析模型.討論了模糊可靠性分析模型與常規(guī)的隨機(jī)可靠性分析模型的相容性.并給出算例進(jìn)行驗(yàn)證,研究結(jié)果表明,采用該結(jié)構(gòu)模糊可靠性分析方法更能全面地利用結(jié)構(gòu)參數(shù)信息.

為了對(duì)led燈具的可靠性進(jìn)行快速評(píng)估,評(píng)估專(zhuān)家提出了基于加速性能退化進(jìn)行燈具可靠性評(píng)估的方法。該方法主要是針對(duì)燈具的使用壽命來(lái)進(jìn)行評(píng)估,在評(píng)估的過(guò)程當(dāng)中,通過(guò)溫度以及電應(yīng)力恒定加速退化實(shí)驗(yàn),來(lái)進(jìn)行以性能退化為基礎(chǔ)的led燈具可靠性評(píng)估工作。