随机结构动力特征的统计矩及灵敏度分析研究

结构参数的不确定性会导致结构的动力特征(如自振频率、振型等)等具有不确定性,如果采用确定性分析方法进行结构设计可能会使结构处于比较危险的状态,因此对随机结构的动力特性分析是十分有必要的.由于统计矩反映了随机结构动力特征的统计特性,由这些统计矩就可以进一步掌握可靠性分析所需要的动力特征的分布规律.统计矩的灵敏度分析能够判...     

并联系统可靠性分析的马尔可夫链线抽样方法

为了使并联系统失效概率估计值的方差大大减小, 依据并联系统重要方向的定义和单 模式线抽样方法的基本原理,建立了适用于并联系统可靠性分析的马尔可夫链线抽样方法,给 出了并联系统马尔可夫链线抽样方法失效概率估算的具体实现步骤.所提方法采用马尔可夫 链模拟系统失效域的条件样本来获取重要方向,并同时利用这些条件样本进行线抽样分析 估计并联系统的失效概率.由于所提方法将重要方向的求解与线抽样估计失效概率所需的 样本合二为一,充分利用了马尔可夫链条件样本所提供的分布信息,因而计算效率得到明显提 高,尤其针对小失效概率问题.文中算例对所提方法进行了验证,结果表明所提方法是合理可行的.     

一种基于响应面的翼型鲁棒优化设计方法

针对不确定因素引起的翼型气动性能波动现象,探讨了翼型几何形状随机不确定波动对翼型气动特性的影响,并进行了减小此影响的鲁棒优化设计。引入类别形状函数变换(CST)方法可以大大降低设计变量自由度数目,以NACA0012翼型为例,进行了考虑翼型几何形状随机扰动的气动不确定性分析,发现几何形状的微小波动对升力特性影响很小。发展了一种基于响应面和遗传算法的鲁棒优化设计方法,能够高效的减小阻力及其波动的影响。计算结果显示尽管相对于确定性优化结果鲁棒优化阻力略有增加,但波动更小,气动性能具有更好的鲁 棒性。     

模糊可靠性灵敏度分析的线抽样方法

依据失效域具有模糊性时模糊失效概率的定义,提出了模糊可靠性灵敏度分析方法。推导了线性功能函数、独立正态基本变量和正态型隶属函数情况下,模糊可靠性灵敏度的解析表达式。给出了模糊可靠性灵敏度的Monte Carlo数字模拟方法,该方法结果在模拟次数趋于无穷时,收敛于真值,但效率较低,尤其是针对高维和小失效概率问题。为解决数字模拟法效率低的问题,提出了模糊可靠性灵敏度分析的线抽样方法。通过离散模糊失效概率积分区域,建立了模糊可靠性灵敏度与离散区域随机可靠性灵敏度的关系,进而利用随机可靠性灵敏度分析的线抽样方法求得模糊可靠性灵敏度。该方法的基本原理、计算公式及实现步骤被详细给出,适用于高维问题和小失效概率、精度高及收敛快等优点则由该文的算例进行验证。     

基于马尔可夫蒙特卡罗子集模拟的可靠性灵敏度分析方法

在小失效概率可靠性分析子集模拟法的基础上,提出基于马尔可夫蒙特卡罗(Markov Chain Monte Carlo,MCMC)子集模拟的可靠性灵敏度分析方法.在子集模拟的可靠性分析中,通过引入合理的中间失效事件将概率空间划分为一系列的子集,从而将小的失效概率表达为一系列易于模拟求解的较大条件失效概率乘积的形式,然后利用MCMC抽取条件样本点来估计条件失效概率.基于MCMC子集模拟的可靠性灵敏度分析,是将失效概率对基本变量分布参数的偏导数转化成条件失效概率对基本随机变量分布参数的偏导数.给出了偏导数通过MCMC模拟的条件样本点进行估计的原理和步骤,推导得出可靠性灵敏度分析的计算公式.利用简单数值算例和工程算例验证所提方法,算例结果表明:基于MCMC子集模拟的可靠性灵敏度分析方法有较高的计算效率和精度,对于高度非线性极限状态方程问题亦有很强的适应性.     

机翼气动弹性的随机不确定性分析研究

通过分析气动弹性状态方程的特征值来求解颤振临界速度,并建立颤振的安全裕度方程.针对带有操纵面机构的二元三自由度机翼颤振问题,分别采用重要抽样法和线抽样可靠性分析技术,在d维标准正态空间中对飞机机翼的气动弹性问题进行失效概率和灵敏性分析,推导得出反映随机参数对失效概率影响程度的灵敏度因子,在假设条件下的分析结果表明了模型尺寸、质量比等对颤振可靠性的影响很小,故在进一步的计算中认为它们是确定量.仅考虑固有频率为随机变量情况下的不确定性分析.以重要抽样法的结果为近似精确解,验证了线抽样不确定性分析方法的正确性和高效性.     

可靠性灵敏度分析的降阶积分法

运用降阶积分法对结构进行可靠性灵敏度分析,提出了2种基于降阶积分的可靠性灵敏度分析方法,推导了单模式和多模式系统基于降阶积分的可靠性灵敏度计算公式.通过数值和工程算例说明:文中所提的2种基于降阶积分的可靠性灵敏度分析方法是一种精度较高的方法.     

截断正态分布情况下结构可靠性分析的方向抽样和方向重要抽样估计及其方差分析

针对工程中普遍存在的截断分布问题,首先将截断分布情况下的可靠性模型转化为非截断分布情况下的多模式并联系统的可靠性模型,然后采用方向抽样法和方向重要抽样法两种方法对可靠性模型进行求解。所提方法不仅适用于单个失效模式情况下截断分布可靠性分析,也适用于多模式串、并联系统截断分布情况下的可靠性分析。推导基于方向抽样和方向重要抽样的截断分布可靠性估计值的方差分析公式。在给出所提模型的基本原理和实现过程后,数值算例用来比较方向抽样、方向重要抽样法和直接Monte Carlo数字模拟法的效率和精度,结果表明在满足精度的条件下,所提的两种方法具有较高的效率,且与方向抽样法相比较,方向重要抽样法具有更高的计算效率。非截断和截断情况下机翼模拟算例的分析结果表明,忽略实际中存在的截断可能带来较大的计算误差。     

系统可靠性灵敏度分析方法及其应用研究

基于已有的单个失效模式可靠性灵敏度分析,建立多模式串、并联系统失效概率对基本变量分布参数的灵敏度分析方法,着重研究多模式并联系统可靠性灵敏度分析的近似方法.该方法以数字模拟为基础,根据样本点对系统失效概率的贡献,对计算失效概率的所有样本点进行筛选,并由筛选出的样本点线性回归模拟并联系统失效域,得到等价的单个线性极限状态方程,从而将多模式并联系统的可靠性灵敏度分析等价转换为单个模式的灵敏度分析.对于多模式串联系统的可靠性灵敏度分析,文中采用的方法是将串联系统的失效概率精确转换成单个模式失效概率与多个模式并联系统失效概率的代数和,然后逐项进行灵敏度分析,进而得到串联系统的可靠性灵敏度.对于结构系统的极限状态方程含有复杂综合随机变量的灵敏度分析问题,提出一种基于二次回归分析的近似处理方法,通过推导的综合随机变量分布参数对基本变量分布参数的偏导数公式和复合函数求导法则,最终得到复杂多模式系统失效概率对基本变量分布参数的灵敏度.文中用理论数值算例验证所提算法的精度与可行性,并将所提方法推广应用到工程算例中,验证其工程应用价值.     

基于马尔可夫链样本模拟的线抽样方法研究

针对工程中常见的多变量、小失效概率的隐式非线性极限状态方程的可靠性分析问题,提出马尔可夫链样本模拟与线抽样相结合的高效数字模拟法.所提方法采用马尔可夫链快速得到失效域中的样本,并依据这些样本获取线抽样的重要方向,然后再采用线抽样技术在重要方向上进行抽样,进而得到失效概率的高效估计.与传统的有限差分法相比,基于马尔可夫链的重要方向获取方法具有结果准确和稳定的优点.将文中方法用于分析多级循环载荷作用下某发动机涡轮盘的低周疲劳寿命的可靠性,结果表明所提方法对于高维、小失效概率的可靠性分析是有效可行的.