基于支持向量机和蒙特卡洛的结构可靠性分析方法及应用

将支持向量机作为极限状态函数重构的工具引入结构可靠性分析问题中,并结合蒙特卡洛方法,分别给出了模式识别型和函数回归型两种支持向量机（SVM）模型应用于结构可靠性分析的计算流程图。结合数值算例,对两种支持向量机模型在结构可靠性问题的应用方面进行了对比,并研究了训练样本数目、核函数类型、模型参数的取值以及随机变量数目等因素对可靠性分析结果的影响。最后以某自升式平台为工程对象,进行了考虑多个随机变量的结构可靠性评估。结果表明：在应用支持向量机方法进行极限状态函数重构时,无论是模式识别型SVM模型还是函数回归型SVM模型均可取得良好的效果,前者对模型参数的敏感程度大于后者;支持向量机理论作为极限状态函数重构工具与蒙特卡洛方法相结合,可有效解决大型复杂工程结构可靠性分析精度和效率问题。     

基于OpenSees的钢管混凝土柱-钢梁错层节点抗震性能有限元分析

为研究钢管混凝土柱-钢梁错层节点抗震性能,基于已有试验研究成果,利用OpenSees有限元软件,对钢管混凝土柱-钢梁错层节点进行数值模拟,将模拟结果与试验结果进行对比,两者较吻合。通过数值模拟,分析了轴压比、混凝土强度等级和钢材强度等参数对钢管混凝土柱-钢梁错层节点抗震性能的影响。结果表明:在轴压比为0.3～0.7范围内,随轴压比增大,结构承载力降低明显;随混凝土强度等级提高,试件极限承载力特征值增大较为明显,最大增幅达9.39%;通过对比发现,合理提高钢材强度可以有效增加结构承载力和延性,当模拟计算Q345钢材时,试件极限承载力增加了26.08%,破坏点位移值增加了8.41%。     

高层建筑悬挂式电缆桥架模拟地震振动台试验

电缆桥架是高层建筑中的一类典型的非结构构件。为研究其抗震性能，采用足尺模型进行了2组模拟地震振动台试验。第1组试验针对配置了3种不同类型抗震支架的电缆桥架；第2组试验针对一个带有水平弯通与竖向弯通的L形立体电缆桥架。输入了多组地震动，对悬挂在钢结构平台上的电缆桥架进行了试验，分析了电缆桥架的损伤与破坏情况、动力特性、位移反应和加速度反应。试验结果表明，悬挂式电缆桥架的地震损伤主要集中在电缆托盘主次梁连接节点上，该节点失效导致次梁掉落。安装不同类型抗震支架的电缆桥架位移响应和损伤情况差异较为明显，而加速度响应差异较小。拉杆式抗震支架的抗震性能优于型钢式抗震支架，抗震强化式支架的抗震性能最强。相比于直线段桥架，弯通段桥架的地震损伤较小。增加抗震支架横向刚度和提高抗震支架附近桥架主次梁节点的强度有助于改善桥架的抗震性能。     

单层足尺砖混结构的拟动力试验及分析

建立了一个单开间带圈梁构造柱的砖混结构足尺模型,应用拟动力试验技术,模拟了一个单层十开间砖混结构在地震作用下的反应;观测了结构在荷载作用下的破坏过程;编制了结构地震反应分析程序进行结构位移反应计算,并将计算结果与试验结果对比;采用现有的一些理论公式计算结构极限承载力,并与试验结果进行比较。结果表明:增设圈梁构造柱的该类单层砖混结构具有非常强的抗震性能,可以抵御地震动峰值加速度为1.6g的地震作用;设置圈梁构造柱结构的极限承载力比未设置圈梁构造柱结构的提高了20%～50%;增设抗震构造可以明显提高砌体结构的抗震性能.     

加筋路堤的双参数地震破坏模型研究

现阶段关于加筋土结构的抗震性能设计以及对震后的加筋土结构损伤程度还没有一个统一的评价标准。为完善加筋土结构的抗震性能设计理论,需要对加筋土结构在振动情况下的变形和能量以及极限滞回耗能进行分析。结合室内模型试验,计算试验模型的破损结果,确定模型理论参数,从而建立加筋路堤的双参数地震破坏模型。对完善加筋路堤的抗震性能设计以及对震后破坏的评价具有一定意义。     

酸性大气环境下RC剪力墙构件地震易损性分析

基于OpenSees平台中的SFI-MVLEM单元，考虑酸性大气环境对约束和非约束区混凝土与钢筋的力学性能、界面间黏结滑移效应和剪力墙抗剪机制等的影响，提出腐蚀RC剪力墙数值模拟方法．考虑主要设计参数与材料强度的变异性和腐蚀程度的不确定性，结合蒙特卡罗抽样与所提数值模拟方法建立了不同服役期下RC剪力墙分析模型并进行了拟静力模拟试验，捕捉了构件不同破坏状态下的层间位移角数据．基于最大似然估计方法对层间位移角数据进行了3种概率分布的参数估计，基于K-S和Lilliefors假设检验选取了威布尔分布作为层间位移角的最优概率分布并获得相应统计参数，建立了不同服役期下RC剪力墙的地震易损性模型．研究成果可为酸性大气环境下的RC结构灾害损失预测和抗震韧性评估提供理论支撑．     

体积配箍率对轴压比超限的钢筋混凝土框架柱抗震性能的影响

利用ABAQUS软件对试验原型结构的试验进行模拟,并根据试验原型结构的试验结果对ABAQUS软件中的模型参数进行修正.在此基础上创建5个体积配箍率不同的框架柱,在固定轴向荷载和低周反复荷载作用下进行模拟试验;通过分析构件的骨架曲线和滞回曲线,找出体积配箍率对轴压比超限框架柱抗震性能的影响规律.研究结果表明:随着体积配箍率的增加,框架柱荷载-位移曲线愈加饱满;位移延性系数和极限位移得到显著提高,并具有良好的延性及耗能能力.     

多元线性回归在矿体开采中的应用

运用正交有限元原理,对影响矿体开采的主要结构参数进行正交试验分析,用三维有限单元法求得矿体开采在数值模拟极限状态下的顶板极限厚度,并采用多元线性回归的方法推得矿体顶板极限厚度与主要开采结构参数之间的关系式,然后用工程实例验证了推得关系式的可靠性。     

基于位移的抗震设计与层间位移限值的不确定性

根据高层框架结构拟动力试验的P -Δ曲线 ,着重分析了极限位移中包含的各种成分 ,层间位移限值中不确定因素存在的原因及对结构垮塌破坏的影响。针对刚性设计和延性设计的特点 ,提出了增设抗震斜柱的设计思想。旨在实现基于位移的抗震设计 ,提高结构的抗震性能。     

边坡可靠性的蒙特卡洛分析

边坡稳定性研究是岩土工程的热点问题之一，本文在极限平衡理论基础上，引入了蒙特卡洛模拟方法，通过建立边坡状态函数，生成随机变量，对边坡的稳定性进行了可靠性模拟，求出边坡的可靠指标与破坏概率，为边坡稳定性增加一种判断方法，与确定性计算结果综合对比分析，保证边坡设计参数更为可靠。     

基于支持向量机回归的机械零件可靠性分析

针对机械零件中隐式极限状态方程的可靠性分析,提出了一种基于支持向量机回归的机械零件可靠性分析方法.将支持向量机回归作为隐式极限状态方程的重构工具,用训练后的支持向量机模型替代隐式极限状态方程,结合改进的一次二阶矩法,给出了基于支持向量机回归的机械零件可靠性分析流程,并用2个算例验证了该方法的可行性、正确性和计算精度.结果表明,该方法能够正确有效地解决机械零件可靠性分析问题,具有一定的工程实用价值.     

基于应变设计的长距离输送管道抗震可靠度评估方法*

根据QSY-GJX-0135-2008埋地管线穿越强震区管道应变设计方法,结合目前国内外工程可靠性设计规范,提出了一种基于应变设计的管道抗震可靠度直接计算方法。该方法综合考虑了地震荷载作用和管道材料本身材料性能的不确定性,建立了管道在地震作用下的应变极限状态方程,研究不同地震烈度下,不同管道径厚比的管道可靠度指标变化规律,给出管道可靠性评估。结果表明:管道径厚比的变化对管道的安全性有着显著影响,相同地震烈度下,管道可靠度指标随着管道径厚比的增加呈指数减小;地震烈度越高,地震效应越大,管道的可靠度指标越低;基于应变设计的管道抗震可靠度计算方法,实现了管道在地震作用下的管道可靠度定量描述,符合工程实际,能够为科学、合理地进行管道抗震设计提供一定的计算依据。     

基于高斯过程分类与蒙特卡洛模拟的岩土工程结构可靠度分析方法

岩土工程结构可靠度分析中,功能函数一般呈隐式且需借助有限元等数值计算来构建,采用传统蒙特卡洛模拟法求解时常遇到计算耗时大和计算效率低的问题,进而导致该方法在实际工程应用中受到极大限制。将结构可靠度求解问题转化为二元分类问题,把分类性能优异的高斯过程分类模型与蒙特卡洛法相结合,提出了岩土工程结构可靠度分析的高斯过程分类——蒙特卡洛法。根据所建立的隐式功能函数,采用岩土工程结构分析程序构造少量的学习样本,利用学习后的高斯过程分类模型重构极限状态方程,实现随机样本的安全或失效状态的准确识别,进而采用蒙特卡洛抽样模拟获得结构的失效概率与可靠指标。算例研究表明,方法简单易行,与传统蒙特卡洛模拟法相比较,计算效率明显较高,且易于与各种岩土工程结构分析程序或商业计算软件相结合。     

基于贝叶斯理论的大坝体系可靠度计算方法

提出了大坝体系可靠度的改进计算方法.首先,通过响应面法拟合极限状态函数,进而通过JC法求出大坝单元的失效概率.然后,通过设定失效模式,以复合极限状态函数为准则,搜索出相应的失效路径;基于贝叶斯公式和Cauchy-Schwarz不等式,通过推导得出大坝以某种失效模式失效时的失效概率的上限,从而得出大坝整个体系的可靠度.最...     

塔-梁纵向连接方式对多塔自锚式悬索桥抗震性能的影响规律

以福州市某在建的三塔自锚式悬索桥为工程背景,建立三维有限元模型,应用直接积分法进行非线性时程分析,分别研究纵向漂浮体系和约束体系下三塔自锚式悬索桥的抗震性能.计算结果表明:相对纵向漂浮体系而言,纵向约束体系中塔梁纵向约束可以有效地限制主梁的纵向振动,使得索鞍抗滑安全系数较大,边塔及中塔地震变形较小,主梁截面弯矩较小,梁端伸缩缝位移需求也较小.因此,从多塔自锚式悬索桥的抗震安全性角度考虑,建议采用塔-梁纵向约束体系.     

基于随机地震响应的大跨隔震结构性态设计方法

为实现基于性态的抗震设计理论在被动控制结构中的应用,以大跨度隔震结构为研究对象,提出了基于随机地震反应的结构设计框架。框架包括定义结构的性能水平、确定并量化性能目标、基于位移指标设计隔震层、计算结构随机地震响应、评估大跨度隔震结构可靠度这五部分内容;通过算例表明:提出的基于性能的抗震设计方法与可靠度理论相结合,能在给定的性能目标下有效地保证大跨隔震结构的安全,对指导大跨结构抗震设计实践具有一定的指导意义。     

改进的Rosenblueth方法及其在结构可靠度分析中应用

对Ｒｏｓｅｎｂｌｕｅｔｈ方法提出了改进措施，使改进后的Ｒｏｓｅｎｂｌｕｅｔｈ方法可以较精确求得功能函数的前四阶概率矩．应用最大熵法拟合功能函数的概率密度分布，从而求解极限状态方程的失效概率．本法对复杂不易求导和工程中常见的隐函数表达的极限状态方程的可靠度分析十分简便     

自锚式吊拉组合体系桥主缆线形计算方法

基于分段悬链线理论,考虑自锚式吊拉组合体系桥主缆锚固点位置及桥塔高度的变化,分别介绍了其成桥和空缆状态主缆线形及主缆无应力长度的计算原理和步骤．考虑索鞍的影响,编制了主缆线形计算程序．算例验证结果表明该方法是正确可行的,所编程序具有收敛速度快、计算精度高、便于工程应用等特点,对自锚式吊拉组合体系桥的设计和施工都具有很好的指导作用．     

往复式压缩机活塞杆可靠性设计方法研究

基于可靠性设计理论,提出了一种针对往复式压缩机活塞杆的疲劳强度可靠性设计方法。首先,依据热力学与动力学原理,分析了一个循环周期内压缩机传动机构的受力情况;而后,采用传统强度校核方法对活塞杆进行疲劳强度分析,找出造成其疲劳失效的"薄弱环节";然后,根据"薄弱环节"几何尺寸、加工工艺和材料强度等参数的随机性,利用应力-强度干涉模型建立活塞杆的极限状态方程,计算其疲劳强度可靠度。最后,综合考虑各参数对可靠度的影响及控制的难易程度,确定设计参数(尺寸、工艺、材料等信息),为活塞杆的设计提供理论依据。     

ANSYS/PDS风电齿轮箱收缩盘联接可靠性分析

笔者建立了某风电齿轮箱主轴收缩盘联接的轴对称参数化有限元模型,并结合主轴扭矩作用应用ANSYS非线性接触对该模型进行了强度分析。由于材料属性、制造过程、边界条件以及载荷等设计参数的不确定性会影响计算的精确性,应用ANSYS／PDS模块,根据失效模式确定整体功能函数并由此建立结构极限状态方程,采用蒙特卡罗超拉丁采样方法对收缩盘联接进行可靠性分析,得到整体联接的可靠度和失效率,并给出累积概率分布。研究结果表明：收缩盘传扭联接性能和结构件强度均满足设计要求,其联接的可靠度达到94．8％,达到了工程设计要求,对风电齿轮箱收缩盘联接的可靠性设计具有一定的指导意义。