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。     

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.     

一种基于改进一次二阶矩法的混合可靠性分析方法

提出了一种基于改进一次二阶矩法的混合可靠性分析方法,对于具有一定非线性程度的功能函数、变量存在不确定情况时有良好的收敛性和较高的计算效率.该方法在改进一次二阶矩法的基础上引入参数的不确定性和区间变量,得到了一种概率-区间混合不确定模型,基于此进行结构可靠性分析,并研究了参数不确定度和可靠指标之间的关系、区间变量对应的可靠指标边界取值问题.两个测试函数和一个工程实例验证了该方法的有效性.     

基于SVR的万向节机构可靠性及灵敏度分析

针对结构隐式极限状态函数的可靠性分析问题,将支持向量机回归理论应用到万向节机构可靠性分析中,提出了一种基于支持向量机回归的万向节机构可靠性分析方法.通过支持向量机回归与一次二阶矩法相结合,利用支持向量机的小样本学习能力,将隐式极限状态函数近似为显式极限状态函数.运用蒙特卡罗法计算出万向节机构的可靠性指标,然后由高精度的显式极限状态方程进行各随机变量的灵敏度分析.最后以某剪切机中万向节机构为对象,进行了机构的可靠性及灵敏度分析.结果表明:该方法具有高精度和高效率的优点,并对其他机械结构可靠性分析具有一定的参考意义.     

基于有限元的重力坝抗滑稳定静动力可靠度快速求解方法

重力坝的抗滑稳定是重力坝工程能够安全运行的关键,其抗滑稳定的可靠度研究是当前水利工程领域的重要研究课题.为了解决采用蒙特卡罗法求解可靠指标时计算效率低、采用响应面法时求解精度不高问题,本文提出一种基于有限元的改进一次二阶矩法进行重力坝抗滑稳定可靠度计算.首先,将坝基岩体抗剪断强度参数视为随机变量,定义功能函数为抗滑稳定极限平衡状态下阻滑力与滑动力的差值,在极限平衡状态条件下推导了功能函数中随机变量的偏导数;然后考虑地震荷载作用的随机性,采用基于全概率公式的数值拟合积分方法计算抗滑稳定静动力可靠指标并将此方法应用于某重力坝工程的抗滑稳定分析中.研究结果表明,该方法在保证计算精度的情况下具有更高的求解效率和收敛速度,故可为类似工程的抗滑稳定静动力可靠度分析提供方法借鉴.     

边坡抗滑稳定可靠性分析

为了利用一次二阶矩法计算边坡抗滑稳定的可靠指标，针对抗滑稳定分析中的条分法，提出了从极限条件出发，通过在边坡最上面一分条上施加一假想力，使得边坡整体处于极限平衡状态来构造用于Ｂｉｓｈｏｐ法进行可靠性分析的功能函数，并具体给出了基于Ｂｉｓｈｏｐ法进行可靠性的功能函数的推导过程，通过算例与用瑞典条分法、传递系数法进行可靠性分析的结果进行了比较。     

可靠度指标的等步长求法及其收敛性证明

针对现有一次二阶矩法进行可靠性指标求解不能保证收敛的情况,提出一个等步长迭代模式进行修正,克服了传统方法的不足,从而增大了二阶矩法求解可靠性指标的应用范围.给出了该方法的通用迭代过程,利用可靠度指标在标准正态空间中的几何意义,分别对极限状态面为凸、凹、平坦的情况,进行了该方法收敛性的证明,并提出了确定迭代步长的建议算法.通过实例,分析验证了该迭代方法的可行性.     

边坡抗滑稳定可靠性分析

为了利用一次二阶矩法计算边坡抗滑稳定的可靠指标，针对抗滑稳定分析中的条分法，提出了从极限条件出发，通过在边坡最上面一分条上施加一假想力，使得边坡整体处于极限平衡状态来构造用于Ｂｉｓｈｏｐ法进行可靠性分析的功能函数，并具体给出了基于Ｂｉｗｓｈｏｐ法进行可靠的功能函数的推导过程，通过算例与用曹典条分法，传递系数法进行了可靠性分析的结果进行了比较。     

管片衬砌可靠度分析实用方法研究

由于盾构隧道管片衬砌结构形式的特殊性,可靠度分析中仅采用截面承载力极限状态方程作为功能函数不够全面,故文中提出管片可靠度分析应采用双功能函数,即增选管片裂缝宽度控制方程作为第二功能函数.考虑到随机变量的非正态分布和功能函数的高度非线性,常规一次二阶矩法精度较低,提出采用映射变换和二次二阶矩相结合的方法进行管片衬砌可靠度分析.实例表明:双功能函数相互补充,可保证结构的安全可靠,映射变换和二次二阶矩结合分析法清晰简便,能较好地解决功能函数高度非线性、随机变量非正态分布等问题.     

采用MEA-AdaBoost-BP模型的工程结构可靠性分析方法

针对工程结构可靠性设计中算法和计算存在的问题,提出基于MEA-AdaBoost-BP神经网络算法模型的可靠性求解方法. 运用思维进化算法(MEA)求解训练集权值和阈值优化的BP神经网络,并构造为弱预测器函数.然后,运用AdaBoost算法将多个优化后的BP神经网络弱预测器函数迭代训练,形成MEA-AdaBoost-BP神经网络算法模型强预测器函数. 最后,利用逼近隐性功能函数求解可靠性指标,并将其与AdaBoost-BP算法和Monte-Carlo算法进行比较.研究结果表明:所提算法在计算中与Monte-Carlo算法相比,其迭代次数分别仅为16次和46次,效率高,计算精度与Monte-Carlo法接近;而和AdaBoost-BP法相比,其可靠性指标误差分别仅为1.59%和1.88%,计算结果更精确.     

可靠性逼近中次线性方程的计算方法

用线性极限状态方程逼近非线性极限状态方程是提高可靠性分析精度的一种有效方法,如何选择合适的线性极限状态方程及其数量是保证逼近精度的关键.文章提出了一种计算次线性方程的有效方法,即在已获得的主或次线性方程的基础上,通过迭代优化,根据相邻2个线性方程的相关系数来判断求得的次线性方程是否合适,从而得到下一个线性极限状态方程的...     

基于支持向量机回归的机械零件可靠性分析

针对机械零件中隐式极限状态方程的可靠性分析,提出了一种基于支持向量机回归的机械零件可靠性分析方法.将支持向量机回归作为隐式极限状态方程的重构工具,用训练后的支持向量机模型替代隐式极限状态方程,结合改进的一次二阶矩法,给出了基于支持向量机回归的机械零件可靠性分析流程,并用2个算例验证了该方法的可行性、正确性和计算精度.结果表明,该方法能够正确有效地解决机械零件可靠性分析问题,具有一定的工程实用价值.     

锚杆+微型桩复合土钉支护基坑稳定的可靠性

考虑预应力锚杆、微型桩与土钉的共同作用,应用边坡极限平衡理论与圆弧滑动条分法建立了预应力锚杆+微型桩复合土钉支护基坑内部整体稳定性分析的功能函数与最危险滑动面的计算模型。将土体的力学参数作为随机变量,推导了功能函数对各随机变量的偏导数。利用改进的一次二阶矩法计算了预应力锚杆+微型桩复合土钉支护基坑内部整体稳定的可靠性指标,并分析了土体力学参数的变异系数对可靠性指标的影响。     

复杂工程结构非概率可靠度分析的高斯过程动态响应面法

复杂工程结构非概率可靠度分析中,由于功能函数是隐式的,采用解析方法难以求解,针对这一问题提出基于粒子群优化的高斯过程动态响应面方法.该方法通过有限元生成少量训练样本,然后采用高斯过程回归模型重构隐式功能函数的响应面,实现小样本下隐式函数的显示表达,进而利用粒子群优化算法搜索设计点,并构造合理的迭代方式,利用各迭代步的设计点信息动态提升响应面对结构功能函数的重构精度.算例结果表明,该方法是可行的,与基于二次多项式的传统响应面法相比较,该方法的计算效率与计算精度均较高,易于与已有的有限元软件相结合,适用于具有隐式功能函数且计算代价较高的复杂工程结构非概率可靠度分析.     

岩土体结构失稳概率的二次二阶矩评估方法

常规二次二阶矩可靠性方法只适用于功能函数偏导数(一阶和二阶)能够简便地由解析法求解的工程,使得其难以解决复杂岩土体结构的稳定可靠度问题.针对这一局限,基于数值差分原理,导出功能函数在验算点处各阶导数近似表达式,结合随机变量在X空间和Y空间的变换,构建了基于差分方法的梯度矢量数值求解工具;以该工具置换Breitung二次二阶矩方法中的梯度计算准则,形成一种适用于任意形式功能函数的二次二阶矩可靠度算法,消除了经典方法的局限;利用所提方法解决了功能函数为隐式和未知形式的边坡可靠度问题,展示了该方法解决复杂岩土体结构概率稳定性问题的能力,并同时在基准Y空间内建议了具有普遍意义的合适步长系数值0.01.     

基于随机响应面法的斜坡基桩水平承载可靠性分析

斜坡效应和参数不确定性均会影响斜坡段桥梁基桩水平承载特性及安全可靠性.首先,建立考虑斜坡效应的基桩简化受力模型,推导其内力分析的有限差分解;其次,基于随机响应面法,建立斜坡基桩水平承载可靠性分析的极限状态函数,利用一次二阶矩法求解可靠度指标和失效概率,并对理论方法和程序的合理性进行对比验证;最后,结合工程实例探讨桩径、...     

求解隐式功能函数可靠度的一种新方法

实际工程可靠度分析中，经常遇到功能函数没有明确表达式的情况，响应面法是求解此类问题的一种有效方法。为解决响应面法需要用近似的二次曲面来模拟实际极限状态曲面的难题，以数值算法为基础，提出了一种新的方法，此方法不需进行极限状态曲面的模拟，而是在真正的极限状态面上进行求解。此方法计算过程简单，计算结果精度高，收敛快，尤其适合于大型工程结构的可靠度分析，并且可以很方便地扩展到二次二阶矩等其他可靠度求解方法中。     

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.     

基于粒子群算法和增广拉格朗日乘子法的混合可靠性分析

本文提出了一种基于粒子群算法和增广拉格朗日乘子法的混合可靠性分析方法.该方法通过引入参数的不确定性和区间变量,得到一种概率-区间混合不确定模型,充分利用增广拉格朗日乘子法将有约束优化问题转化为无约束优化问题,基于此进行求解和结构可靠性分析.数值算例和工程实例验证了该算法在计算结构可靠性问题时对于线性和非线性的功能函数有良好的收敛性和较高的计算效率.     

通用特征基函数法结合MBPE计算目标宽带RCS

通用特征基函数法是分析目标宽带电磁散射特性的有效方法之一,但传统通用特征基函数法在计算目标宽带雷达散射截面时,需要在每个频率点重新构造缩减矩阵,十分耗时。提出一种通用特征基函数法结合模型参数估计技术快速计算目标宽带RCS的有效数值方法。该方法在最高频率点建模,生成通用特征基函数,在应用模型参数估计技术计算目标整个宽带RCS时,每个采样频率点的特征基函数直接复用通用特征基函数,大大节省了每个采样点的计算时间。与传统方法相比,该方法显著提高了计算效率。数值结果证明了该方法的有效性和精确性。