基于支持向量回归的响应面可靠度计算

 针对可靠度计算问题中极限状态函数比较复杂或为隐式的情况,提出了一种基于支持向量回归的响应面可靠度计算方法。该方法通过支持向量回归来拟合极限状态函数,所得函数偏导数计算简单,便于进一步采用常规的一次或二次可靠度方法进行求解。该方法首先用拉丁超立方抽样方法产生训练所需样本,通过支持向量回归构造极限状态函数的替代函数,然后用可靠度计算中比较常用的梯度优化法计算其可靠指标或失效概率。算例结果证明了本文方法的可靠性和有效性。     

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.     

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.     

一种新的改进响应面法的结构可靠性计算方法

针对经典响应面方法计算结构的可靠度时计算量大、不够精确、易产生奇异解等问题,首先通过计算原来响应面函数的梯度函数得到方位向量,由方位向量得到旋转矩阵;然后,按照该旋转矩阵通过旋转坐标轴得到新的坐标系,在该新的坐标系用新的样本点构造逼近函数,所构造的逼近函数和原来极限状态函数在形式上接近;最后,通过反复迭代,得到极限状态函数的最大失效点,从而得到结构的失效概率.研究结果表明:本文方法改进了传统响应面法,提高计算精度,降低计算次数,是有效和可行的.     

基于响应面和MCMC的齿轮接触疲劳可靠性

针对齿轮接触失效,建立带有安装与制造误差的齿轮参数化模型,通过大变形显式动力学仿真软件来模拟齿面动态接触应力.然后,根据应力-强度干涉模型,建立齿轮响应面状态函数.为了提高齿轮响应面功能函数的拟合精度,提出了一种基于响应面和Markov chain Monte Carlo(MCMC)的可靠性分析方法,并进行可靠性灵敏度分析,以定量概率反映安装误差、制造误差及外载荷等随机因素对齿轮传动可靠性的影响程度.最后,将Monte Carlo模拟100 000次的计算结果与所提方法的结果进行比较,验证了可靠性分析方法的正确性.     

神经网络与响应面法相结合分析既有混凝土桥梁的可靠性

响应面有限元的可靠度计算是采用有限元数值模拟来解决功能函数不能明确表示的结构可靠度计算问题的一类方法,对于大型复杂结构的可靠度分析有重要的意义.提出了基于BP神经网络与响应面法相结合的结构可靠度计算的几何分析方法,通过得出的可靠指标对一座既有桥梁进行了可靠性分析.数值试验表明,该方法建立的神经网络模型可以很好地拟合真实的极限状态函数,在既有桥梁可靠性分析中具有广阔的应用前景.     

神经网络与响应面法相结合分析

响应面有限元的可靠度计算是采用有限元数值模拟来解决功能函数不能明确表示的结构可靠度计算问题的一类方法,对于大型复杂结构的可靠度分析有重要的意义.提出了基于BP神经网络与响应面法相结合的结构可靠度计算的几何分析方法,通过得出的可靠指标对一座既有桥梁进行了可靠性分析.数值试验表明,该方法建立的神经网络模型可以很好地拟合真实的极限状态函数,在既有桥梁可靠性分析中具有广阔的应用前景.     

高精密滚动轴承游隙的可靠性保障

以滚动轴承为研究对象,以可靠性理论为指导对轴承游隙进行设计.首先根据弹性力学理论推导工作游隙计算公式,得到过盈配合量、转速等随机因素对游隙的影响规律,并基于Monte-Carlo法实现了原始游隙分布与工作游隙分布之间的相互转换.在研究最佳工作游隙区间时,基于滚动轴承拟动力学分析,计算得到了不同工作游隙下轴承内部载荷分布情况,并基于非线性振动的分岔理论,绘制了轴承-转子系统的分岔图,得到不同工作游隙对非线性系统稳定性的影响规律.基于确定的最佳工作游隙区间,实现了对原始游隙区间的控制,为保障高精密轴承游隙的可靠性提供了理论依据.     

基于Kriging和MCMC的结构可靠性主动学习算法

在进行机械结构可靠性分析时，由于很多工程问题的性能函数较为复杂，计算成本很高，所以常采用代理模型拟合隐式性能函数来降低计算成本.为了能够利用较少的样本信息，获得较高的可靠度计算精度，将Kriging代理模型与学习函数相结合，提出一种主动学习可靠性分析计算方法.该方法找出学习效果最好的样本点对Kriging模型进行更新，提高了模型的拟合精度.用马尔科夫链蒙特卡洛(MCMC)方法对结构的可靠性进行了评估，加快了样本点的收敛速度，节约了样本空间.通过分析4个算例的结果表明与其他方法相比，该方法能通过较少的样本点得到精度更高的计算结果，降低了计算成本.     

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...     

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.     

基于最大熵原理与最优化方法的隧道衬砌结构可靠度分析

针对隧道衬砌结构参数的随机性、分布的多样性与极限状态功能函数高度非线性的特征,运用最大熵原理对隧道衬砌结构参数进行估计,得到符合实际的参数估计值;然后,根据隧道衬砌结构稳定的极限状态方程,从结构可靠度指标的几何涵义出发,建立其可靠度指标计算的优化数学模型,并运用Microsoft Excel工作表中的规划求解功能得到其可靠度指标.结合工程实际,给出具体算例,且指出提高隧道衬砌结构可靠度的途径.研究结果表明:该方法用于计算工程结构可靠度指标无需将状态函数线性化,不受基本变量维数限制,收敛速度快,计算效率高,且与蒙特卡罗100万次直接抽样法计算结果相比,具有很高的精度,能广泛适用于隧道及地下工程领域的可靠度计算和分析.     

基于改进响应面法的在役PC桥梁承载力可靠性

提出改进响应面法研究在役PC桥梁承载力可靠性问题。利用神经网络模型拟合功能函数,采用JC法计算出桥梁结构构件的可靠指标,并进行了可靠性分析。工程实例分析表明：该方法建立的神经网络模型能够显示化表示复杂的桥梁承载力功能函数;随着使用年限的增长,桥梁上部结构的可靠指标计算值逐渐减小,说明上部结构抗力出现衰减;应用改进响应面法对在役PC桥梁承载力的可靠性计算是可行的。     

结构可靠度计算的Gauss-Hermite积分方法

高精度的可靠度计算方法是结构可靠度研究的基本内容之一，根据结构失效概率取决于失效面上验算点区域局部特性的特点，应用高效的Gauss-Hermite积分，研究了结构失效概率的计算问题，分析方法为在标准正态空间内对坐标轴进行旋转，使第n个坐标轴通过验算点且正交于极限状态曲面，然后在新的坐标系内布置Gauss-Hermite积分的节点并进行计算，由于Gauss-Hermite积分的高效性，一般情况下每一个坐标轴只需布3或5个点即能获得较好的计算结果，通过两个算例说明了上述方法的可行性，该方法既可用于精确计算结构的失效概率，也可用于其他各种可靠度近似方法计算结果的校核。     

求解结构可靠指标的线性可行方向算法

为克服当极限状态曲面方程非线性程度较高时应用一次二阶矩法求解可靠指标可能不收敛的问题,提出一种求解结构可靠指标的线性可行方向算法.该算法采用求解约束极值问题的可行方向策略,在迭代过程中综合考虑了目标函数和极限状态曲面方程的影响.算法在每步迭代中先计算极限状态曲面在前步迭代点处的切平面,然后在此切平面上选定一个点,使该点和原点的连线与极限状态曲面的交点满足可行方向和收敛的要求.数值算例表明,无论极限状态曲面方程非线性程度如何,该算法都具有较高的精度和效率.这为结构可靠指标的计算提供了新的方法.     

基于椭球凸模型的结构模糊可靠性分析

结构工程中不仅存在随机不确定性,还存在模糊不确定性。针对结构模糊可靠性问题,本文提出了一种基于模糊分解定理的超椭球凸模型响应面法,适用于隐式结构功能函数的模糊可靠性求解问题。首先,通过在置信水平[0,1]內遍历隶属度值确定结构可靠度的可能性分布函数,将模糊变量转化成在置信水平[0,1]下的区间变量;其次,建立超椭球凸集模型,同时将超椭球转换为单位超球体,得到非概率可靠度指标——表示为从原点到极限状态曲面的最短距离;最后,利用响应面法求解结构非概率可靠度,采用中心复合设计生成试验点,通过多次迭代找到原点到极限状态曲面的最短距离点求得可靠度指标,得到遍历置信水平的结构模糊可靠度。算例仿真表明了本文方法的有效性和精确性,为结构模糊可靠性分析与计算提供了一种可行途经。     

轻型可移动房屋结构可靠性分析

为了完善轻型可移动房屋结构的设计理论与方法,通过灾后恢复重建实际调查及野营房屋的使用情况调查,划分了轻型可移动房屋的设计使用年限。基于可靠度设计方法,依据概率理论极限状态设计准则,运用校准法得到不同设计使用年限房屋的目标可靠指标,在此基础上建立了移动房屋承载能力极限状态的分项系数设计表达式。运用蒙特卡罗方法和响应面模拟分析方法,对正常使用极限状态下可移动房屋适用性变形进行分析,给出了基于目标可靠指标下的可移动房屋主要受力构件的变形限值,为轻型可移动房屋结构设计与分析提供了可靠的理论依据。