具有隐式功能函数的结构可靠指标计算的改进矩法

针对经典JC法不能求解隐式功能函数的问题,提出了改进的一次二阶矩方法.改进方法采用差分法求偏导数,将迭代过程中验算点的功能函数值考虑到可靠指标求解中,使其更符合实际情况.通过对该方法计算过程推导和几何意义分析,可知该方法计算过程简单、物理意义明确,同时算例表明该方法计算效率高,计算精度高,能合理考虑材料非线性对功能函数影响的可靠指标计算问题.因此本方法更加完善了一次二阶矩方法,拓展了其应用前景.     

计算结构可靠指标的循环逼近法

基于几何原理,建立了可靠指标的新优化模型.对于任何类型变量,该模型均无需计算其当量正态分布的平均值和标准差.将循环筛滤思路引入到该优化模型中,提出了循环逼近法.经算例验证,该算法简便实用,可以快速逼近并确定验算点、求解可靠指标,且具有令人满意的计算精度,为结构可靠指标计算提供了新的有效途径.     

同时算出结构可靠指标和验算点值的快速收敛蒙特卡罗法

基于结构可靠指标的几何涵义，本文提出一种用蒙特卡罗法计算结构可靠指标及验算点的方法．该法通过数学处理，使随机抽样只限于在失效边界上进行，并在此基础上寻找出坐标原点到失效面的最短距离以及相应点的坐标值，从而获得可靠指标和验算点值．算例表明，该法收敛快、精度高、模拟次数与失效概率大小无关，完全可用于各种工程结构的可靠度计算．本文对某重力坝段进行了可靠度计算，获得满意的结果．     

工程结构可靠度指标的计算方法

利用验算点法（即JC法）求解可靠指标时,由于设计验算点与可靠指标之间的相互耦合、制约,给求解带来一定的难度。利用最大似然原理,在满足极限状态方程的条件下,提出了确定可靠性指标和验算点的最大似然方法,该方法相对比较简洁,求解速度快,能够满足目前工程上的需要。利用加权最小二乘法,提出了一种求解可靠性指标的新方法。通过文中给出的工程算例可以看出,方法在求解可靠性指标及与其相对应的验算点方面是可行的,大大简化了求解过程,避免了传统方法繁琐的迭代,新的可靠性指标更精确,更安全。     

边坡稳定的有限元可靠度分析

在边坡的有限元分析中引入强度折减法求边坡的整体安全系数，在此基础上进行边坡的整体可靠度分析．这种方法不需对定值法的有限元分析程序作任何修改，无论是线性有限元问题还是非线性有限元问题都适用，且无需对各有限单元求单元的可靠指标，能一次性得出边坡的整体可靠指标，方便易用．并讨论了求导方法及可靠度分析方法对可靠指标计算结果的影响，指出了中心点法中功能函数型式选择的重要性，提出了验算点法中考虑参数间相关性时新的迭代方法．     

基于人群搜索算法和增广乘子法的混合可靠性分析

针对传统优化算法在处理具有一定非线性功能函数的结构可靠性分析问题时出现迭代次数较多或精确度不够的问题,提出了一种基于人群搜索算法和增广乘子法的混合可靠性分析方法.该算法以可靠指标最小为目标函数,以影响结构可靠指标的随机变量构成的极限状态方程为约束条件建立结构可靠性优化数学模型,并使用增广乘子法将有约束优化问题转换为无约束优化问题,最后使用人群搜索算法进行寻优计算.通过数值算例和工程算例验证了所提算法的稳定性和有效性,并讨论了参数不确定性以及参数存在相关性时对可靠指标的影响.     

DY共轭梯度法在工程可靠度分析中的应用

基于可靠度指标的几何涵义,建立可靠度指标优化模型的目标函数;应用DY共轭梯度法在标准Wolf线搜索条件下全局收敛的特点,计算可靠度指标和验算点;该方法解决了传统方法容易陷入局部最小值的缺点.算例采用自行编制的Matlab程序,并与其他方法的计算结果作了对比.实例表明该方法有效可行.     

正常使用极限状态下隐式功能函数结构可靠度计算

提出了一种适用于具有复杂隐式功能函数的钢桁架结构可靠度计算方法.采用神经网络逼近正常使用极限状态下隐式功能函数,基于可靠度指标的几何意义,运用新改进的遗传算法搜索钢桁架可靠度指标最优解及验算点.通过两个算例,分别使用JC法和蒙特卡洛重要抽样法验证了新改进的遗传算法的准确性和有效性.结果表明,新改进的遗传算法与蒙特卡洛法计算的钢桁架可靠度指标相对误差仅为0.23%;且对于小概率失效结构,引入的自适应随机变量能有效改善传统方法中初始种群基因不良的问题.该方法在计算复杂隐式功能函数结构可靠度指标时,具有计算速度快、计算简单、精度高等优点.     

用几何法求构件的可靠指标

本文所介绍的计算结构可靠指标的几何法既适用于随机变量为正态分布、对数正态分布及极值Ⅰ型等分布情况,也适用于基本随机变量相关的情况.该法将各种分布的随机变量转化成标准正态变量,然后用迭代法求解.几何法与过去常用求可靠指标的一次二阶矩法相比,具有迭代次数少、收敛快、精度高的优点,并在计算出可靠指标的同时,求出设计验算点值.当进一步研究随机有限元和结构系统的可靠度时,需对结构反复进行分析,有时需多次求可靠指标,这时,用几何法求解将更合适.     

基于对分区间抽样法的结构可靠性灵敏度分析

针对工程结构系统的极限状态方程通常为隐式,且计算工作量较大的情况,提出一种基于对分区间抽样法的结构可靠性灵敏度分析方法.所提方法综合结构可靠性分析验算点法和对分区间抽样法思想,先根据Taylor公式将初始点附近的状态方程线性展开,依据梯度信息确定最优步长;之后,采用对分可靠度指标β抽样步长区间的方法来确定新的抽样点;最后,经过若干次迭代找出满足结构系统精度要求的设计验算点(MPP),计算可靠度,并根据抽样路径信息算得各影响参数对应的灵敏度.给出了数值算例和工程算例,通过与以往解决隐式结构的可靠性分析方法比较,结果显示所提方法具有收敛可靠、抽样次数少的优点,尤其适用于分析大型复杂隐式结构系统可靠度问题.     

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.     

采用增广乘子法和模拟退火法的结构可靠性分析

为避免一次二阶矩法的雅可比矩阵计算和罚函数法的罚因子选取,提出了一种采用增广乘子法和模拟退火法的结构可靠性分析方法。利用优化理论,以可靠指标最小为目标函数,以极限状态方程为等式约束条件,建立结构可靠性分析数学模型。采用增广乘子法将上述有约束优化模型变换为无约束优化模型,并用模拟退火法求解,从而避免了雅可比矩阵的计算以及初始罚因子的选取。采用一次二阶矩法、本文方法、蒙特卡罗模拟法分别对数值算例及悬臂梁工程算例进行了可靠性分析,结果表明:较一次二阶矩法,本文方法更接近于蒙特卡罗模拟法的结果,更精确;较蒙特卡罗模拟法,本文方法迭代次数较少,效率较高。     

变量相关时悬臂桩支护结构可靠性分析

运用优化设计理论,提出了变量相关时结构可靠指标的新的计算方法．该方法将结构可靠指标β的计算转化为在等式约束条件（极限状态方程）下求目标函数（可靠指标表达式）的极小值问题,运用牛顿法迭代求解．作为算例,用该方法对在匀质土中的高层建筑深基坑悬臂桩支护结构进行了可靠性分析．     

重要性抽样法模拟的迭代计算

本文在探讨将原分布函数平移适当距离后作为重要性函数，提出了重要性抽样的Ｍｏｎｔｅ一Ｃａｒｌｏ模拟的迭代计算方法。依据前次迭代模拟计算中失效点的中值与重要性函数之间距离应保持合适的距离来确定本次迭代计算中原分布函数应平移的距离。经迭代多次后即可获得最佳的平移距离与精确计算结果。本方法在算例中被证实是有效的。     

钢结构弹塑性分析的样条有限点法

介绍钢结构弹塑性分析的样条有限点法.首先用混合参数法构造了样条基函数,在此基础上将梁单元进行单样条离散,建立了梁单元的样条离散化总势能泛函,利用最小势能原理,最终得到薄梁的挠度及弯矩.根据上述方法并结合FORTRAN语言的矩阵运算优势,编制了样条有限点法的FORTRAN程序.通过典型算例分析,结果表明此方法计算简便,精度高,经济有效.     

一种基于外罚函数法的结构可靠性分析方法

针对含不确定性可靠性设计优化问题,提出了一种基于外罚函数法的结构可靠性分析方法.该方法通过惩罚因子,构建增广可靠性优化设计目标函数,将可靠性优化问题转化为一系列无约束优化问题,然后利用惩罚因子逐步迭代求解可靠性指标.数值算例和工程算例表明该方法对于具有一定非线性程度的功能函数具有良好的收敛性以及较高的计算效率.     

基于代理模型的工程结构可靠性分析

在实际工程结构的可靠性分析中,功能函数一般是复杂的非线性程度较高的隐式函数,给常用的一次二阶矩等传统可靠性分析方法带来效率低、求解难度大等困难,针对这一问题,可以使用代理模型代替原隐式功能函数进行可靠性分析.通过多个数值算例对比了基于二次多项式响应面法(RSM)和Kriging方法进行可靠性分析时的计算效率和精度,同时研究了多次拟合近似代理模型过程中的样本全部累积和选择累积策略.算例表明,RSM难以对非线性程度高的极限状态曲面作出较好的拟合,Kriging方法有良好的预测能力,无论是在计算效率还是精度上都要优于RSM.因此继续基于Kriging方法对3个工程结构进行可靠度分析,算例结果表明若未进行样本累积,有可能迭代过程振荡不能收敛到最终的可靠指标值;迭代过程中采用样本累积能显著改善收敛性能,通常样本选择累积在计算效率和精度上都要优于样本全部累积.     

JC法在结构可靠度计算中的改进和应用

运用JC法求解结构可靠指标．综述适用于不同结构可靠度计算的各种改进JC法：改进可靠指标初始值的设定方法求解线性结构,以保证迭代的收敛性并提高收敛速度;将JC法与数值方法相结合,解决非线性隐式功能函数的结构可靠度问题——采用差分法求随机变量的偏导数、用线性逼近法代替解非线性方程的常规代数方法求可靠指标,突破用JC法求解结构可靠指标．必须具有显式功能函数的限制;在结构抗力中引入时间参数t,将JC法的应用范围拓展到时变结构．研究表明：在一般工程结构的可靠度计算问题都能采用不同的JC法改进方法来解决．参10．     

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。     

基于有限元法的结构可靠度分析优化算法的实现

为快速、高效地进行基于随机有限元法的结构可靠度分析,从结构可靠性指标的几何意义出发,提出了在ANSYS平台上采用有限元法和梯度优化算法相结合的方法进行可靠度分析的构想,对ANSYS进行二次开发实现了该方法.算例结果表明,该方法与Monte-Carlo法的计算精度基本一致,但需要的计算量比验算点法还要少.因而,该方法能用较少的有限元计算次数得到较精确的可靠度和验算点值.