结构可靠性的概率设计法综述

摘 要：【目的】概率设计法是结构可靠性设计法的核心。【方法】结构可靠性设计法按其提出时基于的表述方式可以分为非概率设计法,概率设计法。【结果】概率设计法具备可靠高效地满足工程实际需求的能力,因而倍受研究人员青睐。【结论】综述了目前国际上结构可靠性设计法领域现有的概率设计法,讨论了具有代表性的概率设计法的形式、优缺点和适用范围,展望了概率设计法的发展趋势。     

基于非概率可靠性的离散变量结构优化设计

目的针对工程结构设计中因材料供应规范限制使得设计变量不能连续取值以及材料性能波动、外界载荷偏差等不确定性问题,探索研究非概率可靠性在离散变量结构优化设计中的应用。方法以桁架结构杆件截面直径为设计变量、结构质量极小化为目标,考虑材料强度极限与外部载荷的不确定性,建立具有非概率可靠性指标约束的离散变量结构可靠性优化模型,并采用遗传算法求解离散变量结构优化设计问题。结果求解获得了三杆、十杆超静定桁架杆件截面直径最优组合,得到的优化结果相较确定性优化结果更具鲁棒性。结论非概率可靠性模型对于解决工程中设计变量具有离散性和不确定性的优化设计问题具有可行性。     

基于多元随机效应Wiener过程的某弹用弹簧可靠性评估

目的 解决某弹用弹簧可靠性评估中存在的不确定性问题。方法 对某弹用弹簧进行加速退化试验,试验过程中发现其具有多个性能退化参数,并且其退化过程具有非线性、随机性及样本差异性的特征。为了对其退化过程进行数学表征,提出一种基于多元随机效应Wiener过程的退化模型。采用基于时间尺度变换的非线性Wiener过程,描述弹簧退化过程中的非线性与随机性。基于随机效应模型,对样本的差异性进行表征,利用Copula函数描述多元性能参数之间的相互作用关系。最后推导弹簧失效寿命的概率密度函数、可靠度函数。结果 在贮存条件为25 ℃、可靠度为0.9时,基于构建的多元随机效应Wiener过程模型,当考虑性能间的相关性时,得到某弹用弹簧的贮存寿命为12 a;不考虑性能间的相关性时,得到其贮存寿命为11.5 a。结论 构建的多元随机退化模型为该弹药健康状态管理提供了相应的理论依据。     

基于典型冗余结构的安全仪表系统可靠性对比分析

安全仪表系统的冗余结构对安全仪表系统的可靠性影响较大,其通过两个重要指标进行衡量:要求时的平均失效概率和误停车率.采用简化方程式法,对比分析了4种典型冗余结构的可靠性,对于技术人员设计和改造安全仪表系统具有一定的指导作用.     

基于网络模拟的岩体边坡稳定性概率分析

介绍了基于网络模拟的岩体边坡潜在滑动面随机搜索及其破坏概率计算的基本原理和实现过程。首先通过统计分析得到岩体边坡结构的统计性质参数及分布的密度函数,应用蒙特卡洛方法,采用随机参数模拟生成边坡岩体的结构面网络模型;然后以结构面网络模型为基础,在研究岩体边坡断裂失稳问题中,结合优势面理论,并考虑岩桥破坏机理,建立了新的使用动态规划方法寻求潜在滑动面及破坏概率计算的随机模拟技术,完成了相应计算程序。     

造纸废水处理过程的高斯过程回归软测量建模

针对造纸废水处理系统的时变性、非线性和复杂性等特点,本文提出一种基于高斯过程回归的软测量模型.基于平方指数协方差、线性协方差和周期性协方差函数组合构建了7种高斯过程回归模型,分别对出水化学需氧量和出水悬浮固形物浓度进行回归预测.此外,还对比了多元线性回归模型、主成分回归模型、偏最小二乘模型、人工神经网络模型和高斯回归模型的预测效果.对比计算结果表明无论是对输出变量的训练拟合还是预测,高斯过程回归模型的拟合效果均优于非高斯过程回归模型.高斯过程回归模型的预测结果表明：对于出水化学需氧量,线性协方差函数与周期性协方差函数的组合模型可以取得最好的预测结果;对于出水悬浮固形物,平方指数协方差函数与线性协方差函数组合模型可以取得最好的预测结果.     

三峡库区长江水位变化条件下滑坡稳定性二元指标体系研究

安全系数是边坡稳定性评价中的常用方法,在长期的工程实践中积累了丰富的经验,其最大的缺点是不能考虑边坡岩土体中实际存在的不确定性。可靠性理论可有效地考虑边坡系统内实际存在的不确定性和相关性,但是缺乏丰富的工程实践经验,因此,将工程实践经验丰富的安全系数与先进的可靠性理论相结合,建立安全系数与可靠性相耦合的二元评价体系具有重要的理论意义和应用价值。以巴东县东壤口镇宋家屋场滑坡为实例,计算了长江水位从135 m至175 m变化过程中的平均安全系数(最大可能安全系数)和相应的可靠性。将最大可能安全系数与边坡可靠性相乘,对最大可能安全系数进行折减,得到边坡可靠的安全系数。设折减后安全系数的临界值为1．05,由此计算出不同最大可能安全系数的临界变异系数和临界破坏概率。根据不同的最大可能安全系数及它的临界破坏概率,绘制出边坡稳定性分区图。用均值安全系数和可靠性二元指标对宋家屋场滑坡的稳定性进行了评价,结果是可靠的安全系数为1．068,略大于临界值,处于基本稳定状态。文中论述了边坡稳定性二元指标体系的建立方法。     

中国人为源VOC排放清单不确定性研究

针对采用"排放因子法"构建的中国人为源VOC排放清单,开展了不确定性研究工作.基于排放清单输入信息的准确性和可靠性,构建了活动水平和排放因子的不确定度评估系统,获得了清单输入信息概率密度分布函数.利用Monte Carlo模型将输入信息的不确定度传递到清单的输出值,计算了2005年我国人为源VOC排放概率密度分布函数....     

右江地震带潜在震源区空间分布函数不确定性对地震危险性的影响

以右江地震带中部4个潜在震源区为例,利用综合概率地震危险性分析方法,研究了潜在震源区空间分布函数值的不确定性对50年超越概率63%、10%、2%水准下自由基岩地震动峰值加速度(PGA)的影响程度和范围,揭示了不同震级档空间分布函数对50年超越概率63%、10%、2%水准下地震动峰值加速度的影响规律,为工程场地地震危险性分析结果的综合选取提供借鉴,有助于提高右江地震带工程场地地震危险性分析结果的可靠性。     

湖泊水体富营养化评价的随机模拟与三角模糊数耦合模型

根据湖泊水环境系统的不确定性,建立了基于随机模拟和三角模糊数的湖泊水体富营养化评价耦合模型,采用三角模糊数表征各营养因子监测值,运用随机模拟方法模拟三角模糊数,得到各变量的随机模拟序列,由综合营养状态指数法确定湖泊的营养等级概率水平。以宁夏沙湖为例,运用此耦合模型对水体的富营养化程度进行评价。结果表明:该方法将水体富营养评价中水环境状态的不确定性以确定性方法融入评价模型,直观表征了水体在各营养状态隶属度的复杂性,评价结果更加全面、合理。     

基于概率物理模型的贮存可靠性评估方法

针对小样本高截尾试验信息贮存可靠性评估问题,提出了基于概率物理模型的贮存可靠性评估方法.通过对概率物理模型与传统指数模型的贮存可靠性评估方法进行对比分析,分别利用2种评估方法进行模型参数拟合、无失效数据可靠性评估和系统可靠性评估,发现无论是从拟合精度,还是小样本数据评估方面,概率物理模型评估方法都更符合工程实际.该模型...     

零秒脱落连接器可靠性设计及指标验证

目的 实现零秒脱落连接器高可靠的要求。方法 在产品设计中系统地开展可靠性设计与分析工作,进行设计方案优选以及设计方案优化,提高连接器的固有可靠性水平。通过分析确定连接器的薄弱环节及其可靠性特征量,并据此制定可靠性试验方案,验证连接器可靠性水平。结果 通过对可靠性试验数据进行评估,在规定的试验条件下,零秒脱落连接器发射任务可靠度的单侧置信下限值满足规定的可靠性指标要求。结论 通过将可靠性设计与分析工作融入产品工程设计过程中,在设计阶段有效地确保了连接器固有可靠性的实现。可靠性试验方案合理、可行,有效地降低了样本数量及试验成本。为相似产品的可靠性设计验证工作积累了工程经验。     

基于参数不确定性的地下水污染治理多目标管理模型

引入随机Pareto控制排序和随机小生境技术,提出基于参数随机变化的改进小生境Pareto遗传算法,用于求解不确定性条件下地下水污染治理多目标管理模型.同时,利用顺序高斯条件模拟的蒙特卡罗方法,结合不确定性分析和风险评估,分析不同渗透系数条件点数对污染物运移结果不确定性和污染风险评价的影响.最后将该方法应用于一个考虑渗透系数为随机变量的二维地下水污染修复算例中.结果分析表明,该方法可为地下水污染治理提供变异性较小的Pareto管理策略,是一种稳定可靠的多目标随机优化方法.     

基于应力分析法的士兵系统电子器件可靠性研究

目的 提高士兵系统元器件可靠性,提出一种可应用于士兵系统电子装备可靠性设计的方法。方法 以士兵某探测器设计过程为研究对象,依据军用电子元器件标准和规范对2种可靠性保证要求表征方法进行分析,采用应力分析法针对士兵电子器件进行可靠性设计。结果 该探测器的MTBF值为90 345.56 h,达到了该设备基本可靠性要求。当产品工作到2 a时,探测器任务可靠度为0.833,达到了该设备任务可靠性要求。结论 提出的方法可为士兵系统电子装备可靠性设计提供技术支撑。     

污水处理系统工程可靠性问题探讨

根据系统工程的方法,应用概率知识探讨了工程可靠性的理论基础,对污水处理系统的可靠性问题作了定性的讨论。     

单兵信息系统装备可靠性评估方法研究

首先介绍了士兵系统在环境适应性、信息安全、作战适应性、使用寿命等方面的需求,提出了一种可靠性设计方法,可有效解决单兵多模块信息系统可靠性评估问题,大幅提升士兵信息系统的设计效率。同时以典型士兵信息系统为例,进行了士兵结构可靠性、电气可靠性设计。     

可靠性强化试验技术在某型伺服作动器研制中的适用性探索

目的探索可靠性强化试验技术在典型机电液一体化产品伺服作动器研制过程中的适用性。方法以某型伺服作动器为研究对象,从故障激发的角度对可靠性强化试验技术的应用进行可行性分析,在响应调查和应力分析的基础上,结合产品的工作特点设计适用于该类伺服作动器的可靠性强化试验方案,包含低温步进应力试验、高温步进应力试验、快速温度循环试验10个循环、振动步进应力试验(包含气锤式三轴向六自由度超高斯随机振动方式及电磁振动台随机振动方式)及综合环境应力试验5个循环,并依此进行试验。结果在快速温度循环试验及综合环境应力试验过程中,均有效地激发出了产品的漏油故障,与相似产品外场暴露的漏油故障模式相吻合。结论可靠性强化试验技术可有效地应用于典型机电液一体化产品伺服作动器的研制过程,设计的可靠性强化试验方案可有效地激发外场出现频率较高的故障,可作为该类产品研制的试验手段之一。     

装备可靠性工程实施过程的量化评估研究及实践

目的 为装备可靠性工程实施过程探索一种量化评估方法,改变现有可靠性工作要求不能通过量化评估直观反映装备可靠性工程完成情况的现状。方法 首先对装备可靠性工程中的可靠性管理、可靠性设计与分析、可靠性试验与评估、使用可靠性评估四个方面内容如何实施量化评估开展研究,解决评估工作的主要问题;其次明确评估基本要求,制定量化评估工作流程;最后以典型装备为评估对象,采用上述评估方法和流程为其开展可靠性工程实施过程量化评估工作。结果 通过本次量化评估,反映出该装备在可靠性工程实施过程较为完整和规范,同时也发现该装备可靠性工程实施过程中还需进一步提高和改善的工作项目。结论 通过对典型装备可靠性工程实施过程开展量化评估工作,可更直观地反映该装备可靠性工程实施成效,有针对性地提升型号装备整体质量与可靠性水平,以点带面,也可为同类型装备的可靠性工作提供更好的参考。     

不确定性条件下地下水污染监测井网优化设计——基于XGBoost替代模型

在地下水污染监测井网优化设计中,应用模拟优化方法时客观存在的模型参数不确定性往往会影响到设计监测井网的可靠性.针对该问题,重点考虑了渗透系数和污染源释放强度的不确定性,应用模拟优化方法和蒙特卡罗方法求解上述不确定性参数影响下的最优监测井布设方案.为缓解蒙特卡罗方法多次调用模拟模型所产生的巨大计算负荷,本研究建立了XGBoost替代模型,代替模拟模型与优化模型进行耦合.为提高监测井网对实际污染羽的监测精度,污染监测井网优化模型以监测空间矩误差极小化为优化目标.此外,本次研究还考虑了监测井网设计中污染源释放强度的动态变化过程.最后,以抚顺市某煤矸石堆放场地为基础建立假想例子,验证所提方法的有效性.结果表明:1.XGBoost能够有效近似模拟模型的输入输出关系,显著降低了计算负荷.2.空间矩能够有效评估监测井网插值污染羽和实际污染羽的逼近程度,优化设计后的监测井网能够较为准确地捕捉到实际污染羽的状态.3.模拟优化方法结合蒙特卡罗方法能有效求解不确定性条件下最优监测井网的设计问题.本文为地下水污染监测井网设计提供了一种稳定可靠的方法.     

CVM在中国资源环境价值评估中的应用

条件价值评估法（CVM）是获取资源环境等公共物品或服务全部价值的有效方法.我国引入CVM时间较短,仍处于应用相关理论、模仿各种评估方法的阶段,在问卷设计、情景描述、价值引导技术选择、模型应用及可靠性和有效性论证等方面缺少科学指导.本文从理论、方法及实践视角对CVM进行了系统梳理和总结,尤其补充了考虑受访者不确定性偏好的随机价值理论及价值引导技术选择问题.未来研究中,我国应加强CVM理论和方法体系的改进、进行多地区大规模调查、开展不同价值引导技术的比较研究、重视不确定性偏差的影响及结果的可靠性和有效性验证.