基于响应面重构的一种可靠度计算方法

大型复杂结构的可靠度分析中,极限状态方程往往无法显式表达。针对这种情况,文章采用二次多项式函数重构响应面来寻求设计验算点;然后在设计验算点附近,采用BP神经网络重构响应面,拟合极限状态函数;在此基础上,采用基于最优化原理的蒙特卡罗方法求解结构的可靠性指标。与其他单一的响应面重构方法相比,文中方法具有计算简便及精度高的特点;工程计算语言Matlab采用矩阵操作,并提供了包括优化、统计、神经网络在内的大量工具箱,而且语言简单,使得编程效率大大提高,能快速方便地实现可靠度计算程序的编制。     

改进移动最小二乘法及其在结构可靠性分析中的应用

基于移动最小二乘法的响应面法对结构可靠性问题进行分析.在确定样本点权重时,将样本点与中心点、响应面的距离同时作为判断其权重大小的依据,并考虑每次迭代得到的响应面函数对下一迭代的影响域的影响,由此提出改进移动最小二乘法.结果表明,改进方法可有效提高计算精度.     

响应面与强度折减有限元耦合的方法研究边坡可靠度

用响应面法分析复杂结构的可靠性问题时,在不降低计算结果精度的前提下,通过对传统响应面法的样本点选取进行改进,以减少在迭代求解近似响应面过程中所需样本点的个数,达到减少结构分析次数的目的.在此基础上将响应面与强度折减有限元耦合,借用响应面(RSM)思想重构边坡稳定极限状态方程,进行边坡稳定可靠度分析.算例分析表明:响应面与强度折减有限元耦合的方法研究边坡可靠度是有效和准确的,将有着广阔的应用前景.     

求解黑箱全局优化问题的一种改进的随机算法

提出了一个改进的随机算法求解黑箱全局优化问题,算法中使用的径向基函数插值是昂贵的目标函数的近似.算法在可靠的信赖域内通过简单而有效的方法选择下一个迭代点.在早期的迭代过程中,算法倾向于在响应面模型的全局最优值附近改善响应面模型的局部逼近精度.它可能暂时陷入局部最优,但它有能力在之后的迭代中探索可行域中的其他区域并改善响应面的全局逼近精度.数值实验结果说明了该算法的有效性.     

基于神经网络的蒙特卡罗可靠性分析方法

在结构可靠性分析中,蒙特卡罗(MC)是最准确的方法,但是对大量样本点的精确计算限制了它在工程实际中的应用.为了减少分析次数,以BP(Back Propagation)神经网络技术为基础,提出了一种改进的MC方法(BP-MC).该方法通过进行实验设计(DOE)构建BP模型,以权重因子和到失效面的距离作为筛选准则,从MC样本点中筛选出失效面附近的点添加至训练集,重新训练BP模型直至满足收敛准则.随后以该BP模型识别样本点是否处于失效域,从而计算结构的失效概率.最后,以数学模型和加筋板极限强度可靠性计算为例,验证了BP-MC算法的准确与高效.     

一种改进的结构可靠度分析中响应面法

在实际工程结构的可靠度分析中,极限功能函数通常很难用明确的表达式表达,响应面法因其自身的优点得到了广泛的应用.为进一步提高求解效率,提出了一种改进措施,在迭代求解过程中,不同于通常的每次都在插值点处展开2n 1个样本点,而是用插值点逐步替代距离极限状态曲面最远的点,直至收敛到给定的精度要求.通过算例进行的对比分析证明,改进的响应面法在没有降低计算精度的前提下,使有限元分析次数显著减少.该方法尤其适用于大型复杂结构的可靠度分析.     

基于Kriging改进响应面的挂篮可靠度分析

将Kriging改进响应面法推广到挂篮使用可靠度分析中,研究了范和港大桥牵索挂篮的可靠度问题。通过拉丁超立方抽样选取少量均匀分布的样本点,快速拟合出接近极限状态方程的响应面,进而计算结构的可靠度。计算结果表明,Kriging改进响应面法是可行且有效的,范和港大桥挂篮在使用中具有较高可靠度。     

SVR响应面与进化多目标优化在结构设计中的应用

针对复杂结构优化设计中常出现的低效率、低精度问题,提出支持向量回归机(SVR)响应面与进化多目标优化算法相耦合的优化系统。基于结构风险最小化推导SVR响应面建立原理,采用具有异点预测值可对比特色的正交旋转组合设计作为样本点选取法,以获得最优试验区。基于NSGA-Ⅱ范式原理建立区间偏好进化优化算法并构建优化系统框架。以45 t门机主梁为研究对象,指定5个几何参数为设计变量,对最大位移、应力进行约束,以轻量化及首阶固有频率为双目标,利用所构建的优化系统进行优化求解。研究结果表明:主梁总质量减少15.9%,首阶固有频率减少9.2%。通过不同响应面模型的效果对比、灵敏度分析及优化方案检验,验证出优化系统的高效可行性。     

沥青路面结构早期破坏的动力特性分析

为了研究沥青路面结构早期破坏问题,采用三维有限元模型模拟沥青路面结构在动载作用下的响应情况,分析了弯沉、应力的变化规律.结果表明:在动载作用下,轮载中心处的弯沉和应力均较静载作用时小,但弯沉值的变化具有显著的波动性,轮载中心以外的其他任何点的弯沉值均可能出现大于静载作用时的弯沉;结构层表面拉应力和压应力交错出现,上面层的轮载边缘附近所产生的拉应力数值相对静载明显增大,沥青表面极易产生拉裂破坏, 与规范所规定的拉应力验算点有一定差异.建议在拉应力验算时,增加车轮边缘附近验算点,以保证路面结构表面不产生开裂破坏.     

飞机多学科设计优化中改进的径向基神经网络法

用径向基神经网络方法构造近似模型常常难以满足精度要求,提出了一种把二次响应面与径向基神经网络相结合的算法。该方法在样本点相同的情况下减小了近似模型的推广误差,提高了近似精度,增加了适应性。通过2个算例表明该算法提高了近似模型的精度,可在多学科设计优化中提高设计效率和质量。     

基于ANSYS的桥梁桁架概率设计

针对桥梁桁架实际设计中,零件结构尺寸、外部载荷的不确定性对结构设计的影响,采用概率设计与有限元技术相结合,通过参数化建模,运用响应面法构造了近似函数,对桥梁桁架弯曲应力和挠度进行了概率设计.与传统的确定性设计结论相比,表明采用概率法对桥梁桁架进行设计,其设计结果更符合实际情况.图3,表1,参8.     

响应面法在晶体生长控制参数优化中的并行计算

响应面法对提拉单晶生长参数进行数值模拟优化时,要通过单晶提拉的数值模拟计算获得响应面函数拟合所需要的试验数据,这些数据的获得占据整个响应面法优化求解的大部分时间。为提高优化效率,本文应用响应面方法的并行化算法对直拉单晶生长参数进行了优化。在Windows环境下搭建并行运算平台,采用C语言编制,以MPI消息传递方式的并行响应面优化并行程序。通过对串行和并行程序的优化所需时间进行对比,可以使并行后的优化效率提高80%以上。采用并行化的响应面法优化方法对提拉单晶生长向着更高的方向发展提供了更迅捷的途径。     

沥青路面结构在非均布荷载作用下的三维有限元分析

轮胎与路面的接地形状更接近于矩形 ,且对路面的作用力也呈现出非均匀分布。采用三维有限元分析工具 ,分析了不同的沥青路面结构在不同车型及其不同荷载量、不同作用力分布形式下的力学响应分析。结果表明 :荷载的非均布特性对沥青路面结构的力学影响 ,要远大于均匀分布 ;从受剪特性来看 ,轻型货车对路面结构的影响 ,特别是当其超载时 ,是不容忽视的 ;路面结构的弯沉值并不能反映出路面结构的抗剪能力 ,相反 ,当路表弯沉越小 ,表现出路面整体强度越强时 ,其面层所承受的最大剪应力可能更大。     

基于响应面法的几何非线性结构概率响应分析

将响应面法、有限元法和蒙特卡罗法各自的优点相结合，提出一种新的结构概率响应分析方法——集成化响应面法．通过对几何非线性桁架结构的概率性响应分析，验证了该方法的有效性和准确性．选取五种响应面分析模型，比较它们的计算结果，得出一些有益的结论．     

基于ANSYS的钢框架结构可靠性数值模拟

介绍了蒙特卡罗法和响应面法两种数值分析方法各自的特点,再以有限元程序ANSYS为计算平台,利用ANSYS所提供的APDL(参数化设计)模块进行可靠性计算与分析.分别运用蒙特卡罗法、响应面法对一多层钢框架结构进行了结构整体可靠性的计算与对比分析,从计算结果可得基于响应面的蒙特卡罗法的计算精度和计算效率都要优于传统的蒙特卡罗法.     

复杂地质条件下地下洞室曲面块体地震响应分析

近年来我国兴建了大批大型地下洞室群,许多地下工程因地震而遭到破坏,因此地震作用下地下洞室的动力响应及工程安全问题越来越受到重视.局部块体是控制洞室稳定的关键问题,对块体进行地震响应分析具有十分重要的意义.针对洞室区域存在大量复杂地质曲面的情况,在曲面块体的快速识别方法的基础上提出了曲面块体的地震响应分析理论与方法,研究了基于三维地质模型的随机裂隙面生成及动态校核技术,运用改进的Newmark法——Hilber-Hughes-Tayor算法对复杂地质条件下曲面块体的地震响应进行了分析研究,并将其应用于我国西南某水电工程实例中.     

用于结构可靠度分析的多响应面法

在分析单响应面法精度的影响因素基础上 ,提出了改进的多响应面法 .然后以两个因子功能函数为例 ,推导了多响应面的设计与估计公式 ,并通过算例比较了多响应面法与JC法、Monte Carlo法及单响应面法的计算精度 .结果表明多响应面法的精度好于单响应面法 .     

桥梁结构基于高维模型拟合响应面的参数识别

为提高响应面法在桥梁结构参数识别中的计算精度,提出了基于高维模型拟合响应面的参数识别方法.即采用HDMR响应面法拟合结构响应面,并基于该响应面进行结构参数的识别.研究了HDMR响应面的基本构造方法,阐述了在响应面基础上通过有约束最小二乘优化实现参数识别的一般过程.以一座连续梁及一座独塔斜拉桥为算例进行分析,探讨了该方法在结构参数识别中的计算精度及效率.结果表明,相比传统响应面法,该方法在计算精度上具有显著优势.同时也验证了该方法在大型桥梁结构参数识别中的可靠性和适用性.     

基于球谐变换及负荷响应解算地表三维形变

地表水储量发生大幅度迁移时会引起周边区域的地表形变,严重时导致地质灾害的发生,因此,对地表形变的监测预测具有重要意义。针对该现象提出一种基于球谐变换及负荷响应理论解算由于水体大幅变化引起的地表三维形变的方法。模拟以水体为质量中心的载荷模型时,基于研究区域的数字高程模型(digital elevation model, DEM)数据创建平均水厚栅格矩阵,其空间分辨率可精确至1.1 km左右。基于负荷响应理论将平均水厚栅格矩阵进行球谐展开,通过保留更高阶次的谐波信息,解算出更精确的地表三维形变及其时间序列。以三峡水库为实例进行方法验证,反演过程中等效水高的误差率可降低至0.742%,且垂直形变时间序列的趋势与负荷格林方法的解算结果具有较好的一致性。     

最大差值极小化的响应面函数拟合方法

 为了满足实际工程问题中响应函数与样本值最大距离极小化的需求,本文提出一种新的响应面函数的拟合方法。该方法将样本点的响应面函数拟合问题转换为求解一类线性规划问题。建立数学模型,采用数值方法拟合出一次和二次响应面函数的表达式。通过多个数值算例,与K-S函数法实现最大差值极小化拟合的响应面函数结果以及最小二乘法拟合响应面结果进行比较,本文方法均得到较小的最大离差值,结果表明该方法的可行性和有效性,丰富了响应面的构造方法。