大跨度斜拉桥结构系统可靠度评估

为实现桥梁结构系统可靠度的快速评估,将响应面法、有限元法、β约界法和条件概率乘积算法等方法各自优点相结合,提出了1种计算结构系统可靠度的近似方法.该近似方法采用响应面法和有限元法构造结构单元的极限状态方程,并计算可靠指标;采用β约界法和条件概率乘积算法建立结构系统,并计算失效概率.应用计算结构系统可靠度的近似方法进行了...     

基于响应面和蒙特卡罗法结构位移可靠度

为了研究结构位移可靠度,以门式框架为例,利用MATLAB软件编制基于蒙特卡罗法、响应面法、响应面—蒙特卡罗法的计算程序,采用数值模拟方法对结构进行可靠度分析。得到结构的失效概率、可靠指标、结构最不利点水平位移的概率分布情况。计算结果表明:这几种方法计算结构的失效概率与文献[5]结果接近,但蒙特卡罗法的计算工作量大、时间最长,响应面法的计算时间最短。响应面—蒙特卡罗法、响应面—重要抽样蒙特卡罗法在较少样本的情况下可以达到较高的精度要求,且计算效率较高。本文基于MATLAB编制的可靠度模拟分析程序为复杂结构可靠度分析提供了参考。     

基于随机响应面法和弹性模量缩减法的结构可靠度分析

结合随机响应面法和弹性模量缩减法,提出了一种基于随机极限承载能力的结构可靠度分析方法.首先根据极限分析理论和广义屈服准则,建立了确定性极限承载能力分析的弹性模量缩减法;然后基于逐步回归分析和线性无关原则,提出了结构随机响应分析的新型随机响应面法;最后结合弹性模量缩减法和随机响应面法确定了随机极限承载能力的展开式,进而提出了基于随机极限承载能力的可靠度分析方法.算例分析表明,该方法直接建立随机极限承载能力和结构功能函数的展开式,在结构可靠度分析中具有较高的计算精度和效率.     

参数不确定结构平稳随机响应虚拟激励摄动方法

基于虚拟激励法建立了平稳随机荷载作用下参数不确定结构随机响应分析的虚拟激励摄动方法.首先应用虚拟激励法将原复合随机问题精确地转化为单随机问题,进而推导了随机响应对不确定参数的灵敏度计算公式.随后由Taylor级数展开得到结构平稳随机响应对不确定性参数的摄动列武,并按数理统计方法得到响应的概率特征.最后应用建立的摄动方法...     

考虑SSI效应的输电塔-线耦合系统抗震可靠度分析

为研究输电塔在土结相互作用（Soil Structure Interactions， SSI）和塔-线耦合作用影响下的抗震可靠度，提出了考虑SSI效应的输电塔-线耦合系统抗震可靠度分析方法. 建立考虑SSI效应的输电塔-线耦合系统简化力学模型，推导其在随机地震作用下的运动方程. 基于随机函数-谱表示方法模拟随机地震动加速度时程，对耦合系统进行随机地震动力响应分析. 以基于GF-偏差点集的样本分数矩最大熵法估计随机地震响应极值分布，并求解耦合系统抗震可靠度. 选取工程中某特高压输电塔-线体系作为研究对象，对本文方法的有效性进行验证. 结果表明，当塔底地基土为软弱土时，考虑SSI效应后，塔顶位移响应极值增大约46.59%，加速度响应极值增大约17.43%，结构失效概率增加约70.32%. 考虑塔-线耦合作用后，塔顶位移响应极值减小约0.51%，加速度响应极值增大约1.74%，结构失效概率减小约15.71%. 对于考虑SSI效应的输电塔-线耦合系统，塔底地基土越软，塔顶位移与加速度响应极值越大. 与蒙特卡洛法相比，本文方法求解的结构失效概率最大误差仅为9.97%，具有较高的精度和计算效率.     

地震动非平稳性对大跨度空间结构随机地震响应的影响

为了进一步完善大跨度空间结构的随机地震响应分析理论,提出了一种简便的、近似计算非平稳地震激励下结构峰值响应均值的算法,数值模拟了某体育馆大型网壳结构在平稳和非平稳地震激励下的随机地震响应．研究表明,考虑地震动的非平稳性后,各杆件的峰值响应会有不同程度的减小,约7．51％～23．3％;同时考虑行波效应和地震动非平稳性时,在地震激励的初期阶段,结构响应方差会发生变化,但不会给结构的峰值响应均值带来明显差异;不同地面视波速时,峰值响应均值的减小程度不同．由此得出,所提出的近似算法能够大幅度地减少大跨度空间结构随机地震响应分析的计算量;对于大跨度空间结构的随机地震响应分析,尤其当结构的阻尼比和自振频率很低时应考虑地震动的非平稳性;在分析地震动非平稳性的影响时,应同时考虑地震动的行波效应．     

结构可靠度计算的Neumann展开响应面法

当结构功能函数无法表达为随机变量的解析表达式时,响应面法是一种有效的可靠度计算方法,但该法在进行有限元数值试验时需进行多次确定性有限元分析,效率较低。提出一种改进的响应面法,即Neumann展开响应面法,该法通过引入Neumann级数展开式,可以有效缩短有限元数值试验时间,从而提高响应面法的计算效率。数值算例表明,结构刚度矩阵规模越大,Neumann展开响应面法的计算效率越高。     

上承式拱桥阻尼支撑加固抗震性能分析

针对上承式拱桥抗震加固的工程需要，提出了加设阻尼支撑的减震控制方案，在结构中增加集中阻尼来减小地震响应．通过尼木大桥加固工程中采用加设粘弹性阻尼支撑方案的有限元地震响应分析，表明粘弹性阻尼支撑能够显著减小拱平面内的位移响应，是一种有效的减震控制方案．     

瞬态响应分析中的迁移子结构方法

本文将迁移子结构方法推广应用于结构的瞬态响应分析,提出了一种求解结构动力响应的新算法。文中详细阐述了该法的基本思想,推导了有关的递推公式,编制了计算机程序,并用算例验证了此方法的正确性和有效性。     

考虑随机变量相关性的桥梁地震易损性分析

引入Nataf变换,结合均匀设计响应面法,提出了一种综合考虑地震动和结构不确定性及结构参数相关性的桥梁地震易损性分析方法.以一多跨连续梁桥为研究对象,分别对算例桥梁在考虑与不考虑结构参数相关性情况下进行了地震易损性分析.同时,分析了考虑结构参数变量相关性对结构易损性分析和响应面模型精度的影响.结果表明:本文方法可以有效考虑结构参数之间的相关性,且考虑变量相关性后建立的响应面能够更好地拟合结构真实的极限状态函数曲面;桥梁结构在各个破坏状态下的失效概率均有一定程度的降低;忽略结构参数相关性的影响,可能会低估桥梁结构在地震作用下的抗震性能.     

基于响应面模型的结构疲劳寿命优化方法

针对基于疲劳寿命的结构优化耗时长的缺点,该文将抗疲劳设计方法和优化技术相结合,研究一种基于响应面模型的结构疲劳寿命优化方法.以飞机起落架为研究对象,采用动力学仿真获得子结构疲劳寿命分析的载荷谱.以拉丁超立方试验设计方法建立了疲劳寿命的二次响应面模型,实现了某型飞机起落架前撑杆结构疲劳寿命优化设计,使其疲劳寿命提高了5.4倍.优化结果验证了方法的有效性.     

基于极变换与稀疏响应面的滚动轴承游隙可靠性分析

基于极变换提出一种选点方法,并结合稀疏响应面对滚动轴承游隙进行可靠性分析.构建响应面时,根据极变换后安全与失效类样本点在平面内的聚集性与可区分性,每一步迭代时增加临界样本点并对其进行拟合.为了避免过拟合,根据误差预测标准以及交叉验证方法对多项式响应面中最重要的项进行筛选.在建立滚动轴承游隙可靠性问题的极限状态函数时,考虑过盈装配、温度变化和离心力因素的影响,并基于有限元方法计算工作游隙.最后根据显式化的极限状态函数计算了轴承游隙可靠度.研究内容不仅为滚动轴承的设计提供了理论依据,而且为多维隐式可靠性问题的分析提供了一种参考途径.     

基于正交回归试验法的煤矿剪式抓斗优化设计

煤矿剪式抓斗的挖掘过程是一个复杂的非线性动力学问题,由于动态平衡方程的不确定性使得该类问题的优化设计不易实现.建立了抓斗挖掘过程的数学模型,获得了不同设计参数下的挖掘性能数据样本点,然后构造了三因素五水平正交试验;构建了物料挖掘过程目标函数的二次多项式响应面模型,并采用最小二乘法求解响应面模型中的待定系数向量.利用多目标优化的理想点法对抓斗的几何参数进行优化,获得了一种性能更优的产品.与蒙特卡罗法的计算结果对比表明,该方法具有良好的预测能力,并大大减少了仿真计算的规模.     

响应面法优化混凝预处理垃圾渗滤液

采用基于中心组合设计(CCD)的响应面分析方法(RSM)研究了聚合氯化铝(PAC)投加量、聚丙烯酰胺(PAM)投加量对垃圾渗滤液中化学需氧量(COD)去除率、氨氮(NH3-N)去除率、经济性指标的影响.由Design-ex-pert7.1软件设计试验,进行回归方程求解和响应面分析,得到了二次多项式回归方程的预测模型.实验结果表明,所选取的自变量与响应值之间存在显著相关性,试验值与模型预测值拟合性良好.确定混凝试验的优化结果是:PAC加入量400mg/L,PAM的投加量10 mg/L,垃圾渗滤液COD去除率可达41.44%,氨氮去除率可达29.07%,此时经济性指标最好,达4.42 kg/元(以耗氧量计).     

基于非支配排序遗传算法的塔机有限元模型修正

为了建立一个能准确反映结构实际状态的有限元模型,提出了一种基于非支配排序遗传算法Ⅱ(NSGA-Ⅱ)的有限元模型修正方法.首先建立初始有限元模型,基于二次响应面法,得到有效的响应面替代模型,然后采用NSGA-Ⅱ对该模型进行修正,最终建立了满足工程精度要求的可靠的有限元模型.给出了某型塔机有限元模型修正的工程算例,将修正后的计算结果与实测数据相比较,说明了基于NSGA-Ⅱ多目标优化算法对于有限元模型修正具有理想的效果,修正后的有限元模型能准确反映结构力学特性.     

计算多层墙体响应系数的频域回归方法

基于墙体热传导的理论频率响应提出了计算多层墙体响应系数的频域回归方法,首先在所要关心的频率范围内计算出总的传导矩阵的频率响应。然后求解线性方程组得到墙体内外表面吸热及传热的简单的多项式ｓ－传递函数,该多项式传递函数与双曲型ｓ－传递函数在频率特性上是等价的,最后由多项传递函数计算出墙体的响应系数。实例验证表明,该方法非常简单高效,计算精度高,速度快。     

响应面方法在可靠性灵敏度计算中的应用

简要叙述了应用响应面方法获取极限状态函数(该极限状态函数具有二次多项式响应面函数的特点)的过程.提出了利用这种极限状态函数进行可靠性灵敏度分析的方法,举例证明该方法可用于极限状态函数未知的情况,并推导了相关计算公式.用响应面方法获取的极限状态函数天然地包括一、二次项和交叉项的信息,不仅使可靠性灵敏度的计算简单易行,而且使计算精度大大提高.最后以热疲劳裂纹为例,计算了其不发生失稳扩展的可靠度及各个随机变量的可靠性灵敏度.     

旋转柔性智能结构振动滑模控制方法研究

基于Hamilton原理和高阶模型理论,建立了旋转刚柔耦合智能结构的动力学模型,并通过滑模变结构控制(SMC)对结构的振动进行控制.通过一阶近似模型理论考虑了结构轴向、横向和转角相互间的耦合作用,即考虑了柔性梁和智能材料的几何非线性.利用有限元方法得到了考虑离心刚化效应的有限维模型.利用滑模控制方法对结构的振动进行抑制.滑模面通过最优化方法得到.数值仿真结果表明滑模控制方法有效地控制了带有参数扰动的旋转柔性智能结构振动.     

基于频响函数的模型修正方法

提出了一种新的基于频响函数的模型修正方法.该方法不但避免了模态分析过程,以设计参数为修正对象,而且不需要将有限元模型的频响函数与实验测得的频响函数进行匹配,仅需要少量实测的频响函数数据即可完成模型修正过程.通过桁架结构的模型修正算例表明,采用该模型修正方法在噪声的干扰下仍然能够获得理想的修正结果,证明了方法的有效性.     

基于响应面法的车身前端结构钢板匹配方法研究

为了合理匹配不同等级的钢板在汽车车身前端碰撞吸能结构件中的应用,提出了基于响应面方法的优化设计方法.通过拉丁方试验设计和二次多项式回归模型,采用优化软件LS-OPT和碰撞数值仿真软件LS-DYNA,对某轿车前端的6个吸能结构件的钢板,进行了8种不同材料的屈服强度的匹配优化,得出了最有利于正面碰撞的钢板组合.对优化前后的整车进行了正面碰撞的对比分析,验证了基于响应面方法进行材料匹配优化的可行性.