非线性时变结构动力可靠性分析的包络过程法

研究非线性时变结构的振动模型,提出了非线性时变结构时变动力可靠性分析的包络过程法。     

罕遇地震下钢混组合结构损伤时变特性

面向复杂钢混组合结构,依据动力弹塑性时程分析法获得罕遇地震下结构的动力响应,分别利用基于整体法和加权组合法的地震损伤时变模型,研究了罕遇地震下结构的损伤时变特性.考虑到结构刚度和阻尼等参数在计算时必须为常量,而在整个服役期间又具有变量特征,因此将其作为拟变量处理.通过研究一典型钢混组合算例发现:罕遇地震下结构损伤值呈现显著的时变特性,甚至可能超出相应性能限值;刚度变化会引起抗侧向力能力和地震传导能力的改变,使得时变损伤值呈现波动性,其中前者占主导作用.地震作用越大,地震传导能力变化对损伤影响越大,导致时变损伤值波动越显著,结构振动形态也发生显著变化.通过对比服役期内结构时变损伤与不考虑材料时变特性的设计值的差异可以发现,材料的时变特性对于抗震设计和评估的准确性有重要影响.     

复杂高层钢-混凝土结构地震损伤时变特性研究

复杂高层结构抗震性能化设计尚未考虑服役期内材料性能劣化所引起的损伤的非线性演化过程.本文面向复杂高层钢-混凝土组合结构,考虑不同服役期内混凝土材料性能劣化所引起的局部构件和结构整体力学性能的变化,建立了组合结构地震损伤时变分析模型.针对结构刚度、阻尼等参数在服役期内具备"变量"的特征,同时在遭遇地震时又具有"常量"的特点,提出将此类参数作为"拟变量"处理,分析了结构的弹塑性动力响应;依据动力响应结果,分别基于层间位移的整体法和基于构件损伤的加权组合法建立了结构损伤时变模型,研究了复杂高层钢-混组合结构的抗震性能.结果表明:服役期内结构性能呈现显著的时变特性,多遇地震下结构损伤可能超出限值;刚度变化引起抗侧向作用力和地震作用传导能力的共同变化.对比分析了基于地震损伤时变模型和常规模型的结构参数设计值的差异,发现材料时变特性对结构抗震设计和评估的精确性具有较大影响.     

基于离散小波变换的时变结构物理参数识别

利用离散小波变换将时变结构的时变参数在多尺度上展开为概貌信号和细节信号,忽略高频细节信号,仅由低频概貌信号估计时变参数,将时变结构识别问题转化为时不变结构识别问题。基于时变结构的输入和输出信号用最小二乘法识别低频尺度展开系数,从而重构得到原始时变参数。对于噪音引起的方程不适定性问题,采用Tikhonov正则化方法减小其影响。通过1个具有时变刚度和阻尼的2层框架结构的数值模拟验证该方法的有效性。识别结果表明:该方法可以有效识别结构时变刚度,时变阻尼识别结果对噪音较敏感。     

基于时变可靠度的梁桥性能退化研究

通过分析混凝土结构耐久性退化原理,得到钢筋和混凝土材料性能的时变过程,进一步建立抗力与荷载的随机过程.通过将设计基准期等分成N段,求得每段内的可靠度,根据可靠度的概率意义得到时变可靠指标.比较了JC法与蒙特卡罗抽样法的计算精度,结果表明可以用JC法代替蒙特卡罗法计算时变可靠度指标.研究了混凝土保护层厚度和荷载变化对时变可靠指标的影响.     

随机参数时变齿轮副的动力响应分析

研究基于概率的齿轮副动力响应问题.考虑齿轮副的时变刚度,从Duhamel积分关系式出发利用随机因子法导出齿轮副的物理参数、几何参数和作用荷载幅值同时具有随机性时齿轮副动力响应的数字特征计算表达式.通过算例考察齿轮副的物理参数、几何参数和作用荷载幅值的随机性对其动力响应的影响,研究结果表明:几何参数的随机性对系统位移响应的随机性影响较大,系统的时变刚度对系统响应有冲击作用.     

退化结构时变可靠度分析

退化结构的检修问题都涉及时变结构可靠度的计算.对退化结构的时变可靠度,抗力必须表为随机过程.该文考虑退化结构功能函数随机过程,并考虑活载为连续随机过程、 Poisson过程以及Bernoulli过程,由之导出一个时段内的时变可靠度公式.以混凝土碳化引起的主筋锈蚀的公路桥T型梁为例,计算了这3种活载过程下的时变可靠度.算例表明,对相同的初始抗力,退化结构在设计使用年限的时变可靠度明显低于目标时不变可靠度.用作用和抗力的均值和方差在t时刻的瞬时值代入Cornell可靠度指标而计算的"时变可靠度指标"不反映可靠度.     

时变啮合刚度作用下直齿与斜齿圆柱齿轮的振动特性分析

作为传递动力与能量的关键部件,齿轮系统在石油石化装备中有着十分广泛的应用。针对常用的直齿与斜齿齿轮传动系统,分别利用能量法与累计积分能量法建立了直齿与斜齿圆柱齿轮齿的变截面悬臂梁模型,对比分析了直齿与斜齿圆柱齿轮系统时变啮合刚度的基本特性。利用集中参数法,分别建立直齿与斜齿圆柱齿轮齿的弯扭耦合振动模型。利用Nemark-β数值积分法对模型进行了仿真求解,对比分析了时变啮合刚度作用下直齿与斜齿圆柱齿轮系统的振动特性。结果表明:直齿圆柱齿轮时变啮合刚度存在阶跃性突变,而斜齿圆柱齿轮时变啮合刚度波动较为平稳。由于直齿圆柱齿轮时变啮合刚度的阶跃性突变,直齿圆柱齿轮的振动幅值与冲击响应要远远大于斜齿圆柱齿轮。本文阐明了直齿与斜齿圆柱齿轮在时变啮合刚度及振动响应上的异同点,从动力学分析的角度揭示了斜齿圆柱齿轮系统传动平稳的内在机理,可为齿轮传动系统的减震降噪及结构优化提供理论基础。     

时变不确定性机械设计方法

针对机械零件的应力和强度在不确定因素作用下的时变性,基于含有时变和随机因素的时变可靠度计算模型,提出了包含时变和随机因素的时变不确定性机械设计方法. 该方法以当前时刻为时间分析起点,不但考虑应力和强度受到随机因素的影响,而且考虑了在某一时刻t应力和强度的分布,讨论了其求解方法. 该方法是基于时变可靠度计算模型的时变概率设计方法,它同样可以应用于其他领域如结构工程领域.     

Galerkin法求解非线性随机振动的FPK方程

本文利用Ｇａｌｅｒｋｉｎ法求解了三类典型的ＦＰＫ方程。     

考虑安全性的桥梁主梁体系可靠性动态藤Copula预测

为合理预测考虑安全性的在役桥梁主梁体系动态可靠性,利用危险监测点的动态极值应力信息,建立藤Copula技术与动态线性模型(DLM)贝叶斯递推过程相融合的贝叶斯动态藤Copula模型(BDVCM),并结合一次二阶矩(FOSM)方法,实现危险监测点失效时变非线性相关的在役桥梁主梁体系动态可靠性预测。采用某桥主梁5个截面的动态监测极值应力数据进行验证分析,研究表明,考虑安全性的监测点失效时变非线性相关的桥梁体系动态可靠性预测值较不考虑监测点失效相关性所得结果大,说明不考虑失效动态非线性相关性所得结果偏保守。     

驱动桥时变不确定性设计

针对驱动桥在使用过程中会受到随时间变化的不确定性因素的影响,建立了基于随机微分方程的驱动桥时变设计数学模型,并结合多元随机变量的分布参数,提出了考虑不确定性因素的驱动桥零件时变设计方法,并以半轴的时变设计作为算例进行了说明.该方法考虑驱动桥零件强度和应力的动态演化,使驱动桥产品的可靠性得到动态安全评价.算例设计体现了时间尺度对设计的影响,并在满足性能要求的前提下有效地减少了零部件的尺寸.     

基于ESPN的制造系统多任务可靠性研究

以一个有三台机床并同时进行多个加工任务的制造单元为例,采用扩展随机Petri网对其进行多任务可靠性建模,该模型不仅可以适应任意分布的制造系统,同时克服了传统的可靠性建模方法无法兼顾制造系统生产过程的时间动态特性.在此基础上基于Petri网行为表达式,并将矩母函数思想引入其中,则不必生成可达标识图就可通过计算模型的传递函数,进而得到整个系统的多任务可靠度,由此可以更直观地反映具有多种加工任务的整个制造系统的运行性能.     

服役框架结构增层可靠性评估

基于服役结构荷载和抗力水平的时变性,提出了服役结构增层改造项目必须要考虑时间因素影响的观点·通过对混凝土碳化、钢筋锈蚀、截面几何尺寸的损伤以及钢筋与混凝土的黏结强度的降低等多因素影响机制下,服役结构增层动态可靠度分析,给出了建筑物增层可行性的时变结论·并与框架空间程序TAT的计算结果进行对比,表明了所提方法的正确性·     

整体式转向机构的时变可靠性分析与综合

转向梯形机构的运动精度直接影响到汽车的转向性能。考虑转向机构中存在的不确定性因素,采用机构运动时变可靠性理论对整体式转向机构进行运动分析与综合,提出一种考虑不确定性因素影响下高精度真实转向机构的设计方法。在机构运动分析的基础上,建立了考虑机构构件尺寸为随机性变量的机构运动误差概率模型,推导了转向机构运动时变可靠度分析的解析模型,并由此建立了机构时变可靠度概念下的可靠性综合模型。最后给出数值实例验证了基于机构时变运动可靠性优化综合方法的有效性和稳健性。     

一个改进的NHPP类软件可靠性增长模型框架

针对现有的NHPP类软件可靠性增长模型,提出一个既考虑关联故障和构件结构,又考虑软件的不完美测试、故障检测率和故障改正效率随时间变化的NHPP类软件可靠性增长模型框架.许多经典的软件可靠性增长模型以及基于软件故障类型和构件结构的NHPP类模型都可以从这个框架中推导出来.     

基于效能分析的网络可靠性评估模型

为了实时有效地评估现实网络的可靠性,针对目前可靠性分析方法大多基于静态模型的问题,提出了一种基于效能的网络可靠性评估模型.在使用Weibull函数表示故障率模型的基础上建立了链路和节点效能的时变模型,并根据求解全网可靠性的一般方法得到整个网络的时间效能模型,通过网络效能的变化动态评价网络的可靠性.实验仿真结果表明,该网络效能模型在可修复系统与不可修复系统中能够客观描述网络效能随时间的变化.随着时间的增长,对于故障率时不变系统,网络效能将趋于稳定值;而对于故障率时变系统,网络效能将趋于0.时变故障系统模型更加适合于实时的网络效能分析,为网络可靠性的分析提供了更加有效的方法.     

考虑不确定性因素的时变可靠度计算方法

针对机械设备在使用过程中受到的时变不确定性因素(如荷载、环境及材料自身等因素)影响,建立了基于随机微分方程的时变可靠性预测模型,提出了考虑不确定性因素的时变可靠度计算方法.该方法考虑了机械零件强度和工作应力的演化过程,能够计算出机械零件在任意时刻的可靠度,解决了用概率设计方法设计的机械零件仅知道其设计可靠度而不知道零件在使用期间任意时刻可靠度的问题,可以对复杂不确定性因素作用下的设备进行时变可靠性评估,进而对使用期的可靠性指标变化趋势进行预测,为设备的维修和维护提供参考.     

基于长期监测数据的桥梁局部时变可靠度分析

本研究提出了一个基于长期监测数据的桥梁局部时变可靠度分析方法。首先,对原始监测应变数据进行预处理,滤掉电磁干扰导致的异常数据;然后,考虑到季度温度效应对监测应变数据统计特征的影响,基于年温度监测数据,采用聚类分析法,对桥梁局部位置的监测数据进行统计时间段划分,实现了统计时间段内荷载效应数据对应统计特征的提取;进而,结合结构抗力经时变化模型,对桥梁结构考虑抗力衰减的抗力时变概率分布进行分析;最后,对在役桥梁局部监测点位置进行了全期局部时变可靠度分析。通过实桥数据分析,验证了所提方法的合理性和有效性,为桥梁结构局部时变可靠度分析提供了理论基础和应用方法。