基于神经网络响应面法的随机结构动力可靠度分析

在对神经网络响应面法的原理和算法进行研究的基础上，建立了基于神经网络响应面法的随机结构动力可靠度分析方法。首先，基于首次超越破坏准则，参照静力可靠度的功能函数模式，建立了随机结构的动力可靠度功能函数；然后引入响应面法，以三层BP神经网络作为拟合函数，推导了功能函数的拟合表达式；最后结合一次二阶矩方法求解可靠指标。算例分析表明了本文方法有较好的计算精度和计算效率，在复杂结构的动力可靠度分析中有较强的实用价值。     

平稳随机激励下随机结构动力可靠度分析的多项式逼近法

针对平稳随机激励下随机结构动力可靠度分析问题,在分裂法和Hermite多项式逼近的基础之上,建立了一种新的计算随机结构动力可靠度的方法.所提方法运用分裂法的思想将多维动力可靠度响应函数转换成一维问题,并采用Hermite多项式逼近单随机变量的动力可靠度响应函数,最后利用Monte Carlo法求解显式化后的无条件动力可靠度,并通过两个算例考察了该方法的有效性和可行性.     

随机激励下随机结构动力可靠性灵敏度分析

对于随机激励下随机结构动力可靠性的灵敏度分析问题,在加权非线性响应面法的基础之上建立了随机结构动力可靠性灵敏度分析方法.所提方法从随机结构无条件动力可靠度的表达式出发,首先将随机结构的动力可靠性分析问题转化成传统的静力可靠性分析问题,然后采用基于加权非线性响应面法的Monte-Carlo可靠性灵敏度分析方法求解动力可靠性灵敏度值.算例表明该方法的计算结果是合理的,并且由于加权非线性法具有较高的效率和精度,因而所提方法具有一定的工程意义.     

MTMD控制下随机结构的动力可靠度分析

考虑到实际工程结构的不确定性,基于遗传优化的神经网络响应面法,进行了MTMD控制下随机结构的动力可靠度分析,并对TMD及MTMD控制下结构的动力可靠度进行对比。该方法不仅具有传统神经网络响应面法的特性,而且引进了遗传算法的全局随机搜索的优点,可以精确地逼近随机结构的功能函数表达式,有效地减少用JC法求解可靠度指标的迭代次数,节省时间。算例分析表明了本文方法的有效性和准确性,对于随机结构,MTMD比TMD能更好地提高结构的动力可靠度。     

非平稳地震作用下随机结构动力可靠度计算

对非平稳地震作用下的含随机参数结构,建议了一类结构体系动力可靠度的数值模拟求解方法.把结构动力方程写成状态方程形式,采用精细积分法对状态方程进行数值求解,将结构响应表达为一系列随机系数和离散时刻处随机激励乘积的和形式.随机系数为结构随机参数的函数,反映结构随机参数对随机响应的影响.在确定性结构非平稳随机响应时域分析方法的基础上,采用不含交叉项的二次多项式对该随机系数进行重构,获得了结构响应关于结构随机参数和离散时刻处随机激励的显式表达式.基于该显式表达式,利用数值模拟技术可以方便地进行首次超越失效准则下结构体系动力可靠度的求解.对一榀非平稳地震作用下的含随机参数框架进行了结构体系动力可靠度分析,并在计算精度和计算效率上与传统蒙特卡罗法进行了比较,结果显示所提出的方法具有理想的精度和相当高的效率.     

随机结构动力可靠度分析的概率密度演化方法

基于随机结构动力反应分析的概率密度演化方法，提出了一类新的随机结构动力可靠度分析方法。在随机结构动力反应概率密度演化方程的基础上，对于首次超越问题，根据所给的首次超越破坏准则施加相应的吸收壁边界条件，求解具有吸收壁边界条件的概率密度演化方程并在安全域内积分．给出结构的动力可靠度。结合精细时程积分方法和具有TVD性质的差分格式，讨论了计算结构动力可靠度的数值方法。以八层框架结构为例进行了动力可靠度分析并与随机模拟分析结果进行了比较。     

一座现有拱桥面内失稳的可靠度随机有限元分析

用基于一次可靠度方法的可靠度随机有限元对一座现有的钢筋混凝土拱桥面内稳定性进行剩余可靠度计算,并对影响稳定性可靠度的主要参数进行了灵敏度分析。以随机变量和随机场表示现状荷载(汽车荷载、人群荷载、桥面二期恒载和结构自重)及结构参数(主拱圈弹性模量)。用作者提出的基于线性回归的随机场离散方法离散上述随机场,以有限元稳定分析的解作为复杂结构的隐式功能函数。上述功能以及失稳特征值对基本变量的梯度计算均已包含在作者开发的可靠度随机有限元程序RESFEP中。分析给出此桥稳定性可靠度值。灵敏度分析表明:在各随机变量中,拱肋弹性模量随机场离散变量对拱桥可靠度指标影响最大,汽车荷载随机场离散变量次之;在各随机变量的均值和标准差中,拱肋弹性模量随机场离散变量均值和标准差对拱桥可靠度影响最大,汽车荷载随机场离散变量的均值和标准差次之。     

基于Kriging改进响应面法的桥梁地震动力可靠度研究

鉴于桥梁结构对地震响应的非线性和复杂性等问题,提出了基于Kriging改进响应面法的桥梁结构地震动力可靠度分析方法。首先利用Kriging模型的优越模拟性能,将其作为响应面函数,并采取自适应策略加以改进,而后采取线性过滤器脉冲响应法对地震随机激励荷载进行了离散,并基于首次超越问题的定义建立了动力可靠度极限状态方程,最后对桥梁结构的地震可靠度问题进行了分析。计算分析结果表明:提出的基于Kriging模型的改进响应面法能有效完成桥梁地震动力可靠度的计算分析(包括结构参数随机性对桥梁动力可靠度的影响),且结果具有较高的准确性和高效性。     

随机结构动力可靠度计算的条件概率方法

针对复合随机可靠度问题,基于动力响应跨越过程的Markov假设基础上,建立了条件概率求解的两种方法:一是基于泰勒展开法推导了随机结构动力可靠度计算的2阶近似表达式;二是基于数理统计概念建立了基于Kriging模型的数值抽样法。其中,Kriging抽样法通过Kriging插值模型来拟合动力可靠度与结构随机参数间的非线性关系,因此可以直接利用有限元结果分析随机结构参数对动力可靠度的影响,避免了理论推导的繁琐和困难。数值算例结果表明,基于Kriging模型的数值抽样法不仅对变异系数大小不敏感,在计算精度和计算效率方面也更具优势。     

基于结构响应极值前四阶矩的桥墩抗震可靠度

为研究桥墩非线性地震响应下的抗震可靠度,引入随机函数-谱表示模型与高阶矩法,提出了基于结构响应极值前四阶矩的桥墩抗震可靠度分析方法。考虑三线型恢复力模型,建立了桥墩的单墩模型;利用随机函数-谱表示模型生成非平稳地震加速度时程样本并对桥墩进行非线性时程分析,在此基础上,建立了结构响应极值前四阶矩(均值,标准差,偏度和峰度)的计算框架;最后,考虑桥墩位移界限,给出了桥墩位移的功能函数,进而利用高阶矩法计算桥墩抗震可靠指标。通过对桥墩结构分析,验证了该方法的高效性与精确性;计算结果表明:与Monte Carlo模拟结果相比,该方法计算的前四阶矩、抗震可靠指标(失效概率)的最大相对误差分别为0.28%,1.92%(4.92%),该方法为桥墩抗震可靠度评估提供了一种有效的途径。     

结构动力可靠度计算的基于反应功率谱的重要抽样法

提出了受随机地震作用的结构动力可靠度计算的基于反应功率谱的重要抽样法。为了提高动力可靠度计算的效率,利用反应功率谱峰值点对应频率处输入激励幅值的变化对失效概率的影响,提出了利用反应功率谱增大输入激励幅值的方差,达到重要抽样的目的;根据随机振动理论,平稳随机反应功率谱曲线与频域内反应绝对值平方曲线的期望值是相似形,而频域内反应绝对值平方曲线的期望值可以通过Fourier 变换很方便的求出,所以也可利用频域内反应绝对值平方曲线的期望值增大输入激励幅值的方差;重要抽样密度函数可表示为幅值分量概率密度函数连乘的形式,其所采用的输入激励幅值的方差可通过少量的结构分析次数得出。通过对三自由度线性结构及十自由度随机结构的计算,表明该文算法是提高动力可靠度计算效率的有效途径,也是求解随机结构动力可靠度的有效途径。     

地震作用下基础隔震框剪结构竖向连续倒塌可靠度分析

在引入隔震支座地震损伤模型的基础上,运用整体可靠度理论对基础隔震框剪结构进行竖向连续倒塌可靠度分析。首先,利用隔震支座的地震损伤模型,得到罕遇地震作用下最易失效的隔震支座;然后,在考虑损伤结构不确定性参数的基础上,利用竖向随机动力增量分析（IDA）方法,得到损伤结构竖向连续倒塌荷载系数;以荷载系数为整体性能指标,进行易损性分析;利用基于最大熵原理的二次四阶矩法,计算损伤结构发生倒塌的概率,最后,以一基础隔震框剪结构为例,利用该方法计算损伤结构竖向连续倒塌的可靠度指标及失效概率。研究表明,该方法可直观地得到结构抗竖向连续倒塌的能力,为评估结构在地震作用下产生损伤提供量化依据。     

基于贝叶斯理论的非线性结构模型修正及其动力可靠度分析EI北大核心CSCD

提出一种基于贝叶斯推理的非线性结构模型修正方法,同时考虑激励的随机性,建立了复合随机振动系统的动力可靠度分析方法。利用实测结构动力响应主分量的瞬时特征参数作为非线性指标构建似然函数,结合拒绝延缓自适应(Delayed Rejection and Adaptive Metropolis,DRAM)算法和高斯过程替代模型实现了非线性结构模型修正及其参数的不确定性量化。根据首次超越破坏准则,利用广义概率密度演化方法,分别对仅考虑激励随机性的确定性模型和同时考虑结构参数与激励不确定性的复合随机振动模型进行动力可靠度分析,并利用蒙特卡洛随机抽样方法验证了计算结果的准确性。研究结果表明:基于振动响应瞬时特征参数的贝叶斯推理方法能够快速、准确地实现结构的非线性模型修正及其参数的不确定性量化。与具有初始设计参数名义值的确定性模型相比,考虑参数不确定性的复合随机模型的动力可靠度总体偏低,因此,在结构安全评估中应考虑非线性模型参数不确定性的影响,使评估结果更加安全、可靠。     

复合随机振动系统的动力可靠度分析

建议了一类新的复合随机振动系统动力可靠度分析方法。基于复合随机振动系统反应分析的密度演化方法,根据首次超越破坏准则,对密度演化方程施加相应的边界条件,进而求解密度演化方程,在安全域内积分给出结构的动力可靠度。结合精细时程积分方法与具有TVD性质的差分格式,研究了基于密度演化方法求解结构动力可靠度问题的数值方法。以受到随机地震作用、具有随机参数的八层层间剪切型结构为例,进行了结构动力可靠度分析并与随机模拟结果进行了比较。研究表明,建议的方法具有较高的精度和效率。     

车辆荷载作用下的大跨旧桥动力可靠度分析研究

本文基于多自由度体系的随机过程分析的振型分解法,首先推导了结构动力可靠度分析相关参数的计算公式,据此采用Fortran程序设计语言,编制《PMDK动力可靠度分析程序》,其次采用无约束的规划求解方法,推导了车辆荷载概率分布模型的参数求解方法,并结合某大跨旧桥实际车辆分布具体观测数据,得到了本文计算的概率模型。最后运用《PMDK动力可靠度分析程序》计算了该桥在实际车辆荷载作用下的可靠度,研究了动力可靠度与位移之间的关系,以及不同截面位置的动力可靠度的变化规律,研究了阻尼和弹性模量变化对大跨旧桥动力可靠度的影响,研究了时间变化对其的影响、结构单侧及双侧可靠度的变化规律,并且通过蒙特卡罗法的分析,验证了上述结论的准确性。     

Adaptive surrogate model coupled with stochastic configuration network strategies for time-dependent reliability assessment

Time-dependent reliability assessment is crucial in enhancing product development economics and product performance sustainability throughout the lifecycle. It is still a challenge to accurately and efficiently evaluate the time-dependent reliability of engineering systems. This paper proposes a novel adaptive surrogate model method combining stochastic configuration network (SCN) and Kriging strategies to evaluate time-dependent reliability. SCN has accurate approximation ability and learning efficiency for strongly nonlinear systems that can overcome the conventional time-dependent reliability calculation, which is time-consuming and characterized by low accuracy. The proposed method first applies SCN to establish the response model of the performance function with respect to time and obtain the extreme value of the performance function. Then, Kriging is used to establish the extreme value model of the performance function with respect to the random variables based on the extreme value of performance function. The adaptive process considering the characteristics of random variables samples is adopted to update the extreme value model until the model meets the confidence target. Lastly, Monte Carlo simulation is employed for time-dependent reliability assessment based on the established extreme value model. Three example studies are used to demonstrate the effectiveness of the proposed approach for time-dependent reliability assessment.     

Reliability analysis of excavator boom considering mixed uncertain variables

There are differences among sampling data and representation types of uncertain interval, fuzzy and random variables, which increases the complexity of structure reliability analysis. A α, β-Cut-FORM is proposed to analyze structure reliability considering the mixed uncertain variables. Fuzzy variables are optimized on the interval under two cut sets (α, β) based on the theory of cut set optimization. Interval variables are modeled with probability using a uniformity method. The proposed method involves the nested probabilistic analysis and interval analysis. The first-order reliability method (FORM) is used for probabilistic analysis and nonlinear optimization is used for interval analysis. The excavator boom performance function is established for reliability analysis considering the mixed uncertain input variables, which verifies the effectiveness and advantages of the proposed method. And it has great application for safe and reliable design of excavator boom.     

含运动副间隙的平面函数机构运动点可靠性分析

运动副间隙是影响机构运动与动力性能的一类最重要的不确定性.为精确估计含运动副间隙的机构运动可靠度,建立机构运动间隙合理、有效的概率模型是关键．为此,以含运动副间隙的函数生成机构为例,在其运动误差函数中综合考虑机构的结构误差和随机误差,应用截尾混合降维法对运动副间隙变量进行处理并建立机构运动误差的概率等效模型,采用一次二阶矩法实现等效模型的求解．数值实例验证了截尾混合降维法在考虑结构误差和随机误差含运动副间隙的函数机构运动可靠性分析中的有效性．