随机桥梁地震可靠度分析的改进最大熵方法

为了对复杂非线性桥梁结构进行随机地震作用下的动力可靠度分析,基于最大熵原理,构建了一种高效的桥梁非线性地震可靠度分析方法。首先阐述了桥梁结构地震可靠度分析与极值分布估计的关系,将桥梁结构的地震可靠度分析转化为对应的极值分布估计;然后建立了复杂桥梁结构非线性地震响应极值分布估计的最大熵方法,针对现有的最大熵分布求解过程受初值影响较大、不容易收敛等问题,提出一种基于似然函数的最大熵分布求解方法,从而实现了桥梁结构地震响应极值分布和地震可靠度的高效求解;最后以一座典型的高墩大跨连续刚构桥为例,通过蒙特卡洛模拟验证所提方法的精度和效率,并将结果与核密度估计和对数正态分布拟合的计算结果进行对比分析。结果表明:基于似然函数的最大熵分布求解方法不仅能够获得全局最优解,而且求解过程不受初值的影响、具有较好的数值稳定性,所提方法能够对随机地震作用下桥梁结构地震响应的极值分布和动力可靠度进行精确估计;核密度估计和对数正态分布无法对小失效概率水平下结构地震响应的极值分布进行估计,建议采用最大熵方法对桥梁结构进行地震可靠度分析。     

大跨钢斜拉桥实测结构温度场分析

为掌握大型钢斜拉桥的温度分布特点以及确定结构温度效应分析的作用形式,以南京长江三桥温度监测数据为基础,研究大跨钢斜拉桥温度场的特点.首先介绍温度传感器的布置形式,然后分析构件温度随时间的变化规律及考虑太阳辐射条件下其与大气温度的相关关系,随后研究钢箱梁竖向、横向以及索塔的温度梯度特征,最后利用广义帕累托分布模型对100 a重现期的温度作用极值进行预测.研究结果表明:钢箱梁温度与大气温度线性相关,且斜率参数随辐射强度的增强而增大;钢箱梁竖向温差的最大值出现在夏季,其分布形式与BS 5400的规定较为接近;钢箱梁顶板横向温差最大值出现在冬季,其温度分布为多折线形式;塔柱的最大温差出现在冬季,数值为9.94℃;除了钢箱梁竖向温度梯度,其他温度作用极值估计的结果均大于规范的规定.南京长江三桥温度场的分析结果为钢箱梁斜拉桥温度效应分析提供了依据,同时也为桥梁设计规范修编和养护管理提供数据支撑.     

极值概率分布参数估计方法的比较研究

针对常用的3种极值分布,即：极值Ⅰ型分布、威布尔分布和广义越界分布模型,介绍了各种参数估计方法,比较分析了不同参数估计方法的优缺点．通过对产生的大量极值样本的参数估计,分析不同参数估计方法的适用性,得到了不同极值概率分布的优选参数估计方法．     

结构极值响应估计方法的有效性研究

基于广义极值分布和移位广义对数正态分布的加速模拟方法能够有效估计随机荷载作用下结构响应的极值分布.为了调查这两种加速模拟方法在结构极值响应尾部分布估计中的效率,详细讨论了基于响应样本的广义极值分布和移位广义对数正态分布的参数估计过程,对比分析了这两种加速模拟方法在估计随机变量极值分布的尾部、线性结构随机响应极值分布的尾部和非线性结构随机响应极值分布的尾部中的计算费用和数值精度,给出了这两种加速模拟方法的相对特点和适用范围,为结构极值响应的估计提供方法选择方面的建议.     

储油罐底腐蚀深度统计的极值理论应用

为准确了解储油罐底的腐蚀状态,掌握储油罐在长期服役过程中罐底最大腐蚀深度的统计规律,更科学有效地评估储油罐的剩余使用寿命,采用广义极值分布(GEV)作为统计模型,对罐底腐蚀深度的最大值进行极值统计,构造相应的统计模型,并采用L-矩法计算模型的参数值,分析罐底腐蚀深度的统计规律.采用该方法对胜利油田某联合站内的3个储油罐底腐蚀深度进行统计分析, 结果表明:罐底腐蚀最大深度符合极值Ⅲ型分布(Weibull分布),而不是极值Ⅰ型分布(Gumbel分布),并均通过柯尔莫哥洛夫检验.极值Ⅲ型分布较极值Ⅰ型分布能更好地拟合罐底腐蚀最大深度的统计规律.     

基于长期监测的车辆荷载效应时变极值预测

为建立准确合理的车辆荷载效应极值的概率模型,基于现有的车辆荷载效应极值理论和极值模型,提出一种新的预测模型——区组超阈值模型。首先,采用阈值模型,充分利用已有的监测信息建立相应的超阈值模型;其次,研究超阈值模型和区组最大值模型之间的参数关联,通过点过程构建2种模型之间转换的桥梁,由已建立的阈值模型推导区组最大值模型,进而得到任意使用年限内车辆荷载效应的最大值模型;最后,检验所建立的区组超阈值模型,并结合桥梁的设计使用年限,利用模型外推了10、40、70、100 a车辆荷载应变的概率密度。对某斜拉桥跨中截面5个钢纵向传感器所采集的数据进行建模分析,结果表明：模型诊断图中的P-P图和Q-Q图都具有非常良好的线性,经验重现水平所描绘的点均在重现水平的置信度为95%的置信区间内,经验概率密度直方图也与相应的GP分布完美拟合,均证明模型能够很好地模拟和预测实际车流作用下的车辆荷载效应极值。     

具有模型参数不确定性的高超声速飞行器动态特性分析及控制律设计

大范围机动、质量分布快速变化、气动特性复杂,以及飞行器结构、气动、推力的相互耦合,使得高超声速飞行器动力学呈现出强不确定性,给其动态特性分析和控制器设计提出了挑战。文章针对高超声速飞行器模型参数不确定性问题,首先分析各种可能造成模型不确定性因素的物理本质,确定其主要影响因素;在此基础上建立了能够反映这些主要影响因素带来的具有参数不确定性问题的动力学模型;并分析每一个单独不确定性参数变化对飞行器特征根分布的影响;在考虑高超声速飞行器参数不确定性的情况下,针对刚体-弹性体模型,采用修正的反馈线性化方法设计控制律。研究结果对高超声速飞行器的动力学特性分析、总体设计、控制系统设计、准确度分析等提供具有重要参考价值的依据。     

基于极值理论的核电站随机地震响应可靠性分析

为求解核电站在随机地震动激励下的动力可靠度,发展了基于线性矩确定最大反应极值分布的动力可靠度分析方法.首先,根据目标反应谱生成相应的地震动时程样本,结合核电结构有限元模型,采用基于时域显式方法进行随机振动分析得到节点位移响应时程样本;然后,统计各位移响应时程样本的最大值,确定最大响应的前三阶线性矩;进而,根据线性矩匹配识别最大反应极值分布——三参数广义极值分布的参数;最后,根据所确定的最大反应极值分布,估计结构响应在不同阈值下的可靠度.计算结果表明:当核电站在地震加速度峰值为0.3 g时,以轻微破坏为界,结构有良好的可靠性;以中等破坏为界,结构仍具有一定的可靠度.通过核电站动力可靠度分析表明:该方法与蒙特卡洛方法相比,在保证计算精度的情况下,大幅缩减了所须的最小样本量,提高了模拟尾部的计算效率,同时对于其他结构的动力可靠度求解也具有广泛的适用性.     

机构动作可靠性估计的自适应极值响应面法

针对存在随机-区间混合不确定性的机构动作可靠性估计问题,本文提出了一种基于自适应极值响应面的高效计算方法,将其转化为随机不确定性下的动作可靠度上下界求解问题。使用麻雀搜索算法优化的混合核极限学习机构建从混合不确定性变量到极限状态函数响应值的初始响应面和从随机变量到极限状态函数响应极值的极值响应面;利用结合主动学习与反向学习的自适应加点策略选取极限状态曲面附近的样本点更新极值响应面以提高其精度与效率;最后结合极值响应面和蒙特卡罗仿真算得到动作可靠度上下界的近似解。通过数值案例和回转链式输送机的工程案例对所提自适应极值响应面方法的高效性与准确性进行了验证,为随机-区间混合不确定性下的机构动作可靠性估计提供了一种参考。     

基于证据理论和代理模型的QMU分析

针对结构可靠性或性能评估中的随机和认知不确定性同时存在的情况,根据性能裕量与不确定性量化的概念,提出了基于证据理论和Kriging代理模型的性能裕量与不确定性量化分析计算方法。该方法首先对随机变量进行抽样并通过优化求解证据焦元内结构性能响应极值分布并生成训练样本空间,通过最大置信水平期望提高加点准则构建并更新Kriging代理模型,提高裕量与不确定性量化分析过程中不确定性传播的效率和精度,在此基础上通过计算置信因子实现结构可靠性或性能评估度量。最后通过算例比较研究了基于置信因子度量结构可靠性和结构非概率可靠性之间的差异。     

极值分布参数的Dehaan矩估计

极值理论是研究极端现象及极端事件的有力工具之一。对极值分布的参数,给出了Deha肌矩估计。并对基金净值样本数据建立了极大（小）值模型,对其参数给出了Dehaan矩估计,预测结果与实际相符。     

极值-I型风速预测的Bayes方法

为提高极值-I型风速预测精度,在Jeffreys准则的基础上,采用Bayes估计中的Lindley近似方法推导极值-I型风速预测表达式.采用Monte Carlo法产生服从极值-I型分布的伪风速母样,基于伪风速母样分别采用基于Bayes理论和最大似然估计理论的极值-I型风速预测方法进行风速预测,并与伪风速母样的理论值进行对比分析.结果表明:与最大似然估计法相比,采用基于Bayes理论建立的极值-I型风速预测模型进行风速预测的精度更高,且精度随着伪风速母样样本量的增加而提高,位置参数先验样本数量的增加以及先验方差的增大对计算精度没有影响.     

钢箱梁竖向温度梯度模式研究——以武汉市某高架桥钢箱梁为例

对武汉市某钢箱梁桥进行温度监测，基于2018年7-9月的实测气象数据计算了钢箱梁的温度场，采用TAITHERM软件建立了其温度场模型，发现计算值与温度监测值变化趋势基本一致。结果表明:日最大竖向温度梯度分布为非线性分布，与《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60—2015）中的线性分布存在一定差异；日最大竖向温度梯度分布在距顶板50 cm范围内变化明显，分布曲线呈指数形式。通过极值理论发现广义极值分布可以很好的拟合最大温差值，进而确定了设计基准期内武汉地区钢箱梁竖向温度梯度的分布模式。文中的研究方法可用于分析其他地区桥梁结构的温度梯度分布。     

Application of profile likelihood function to the uncertainty analysis of hydrometeorological extreme inference

Profile likelihood function is introduced to analyze the uncertainty of hydrometeorological extreme inference and the theory of estimating confidence intervals of the key parameters and quantiles of extreme value distribution by profile likelihood function is described. GEV (generalized extreme value) distribution and GP (generalized Pareto) distribution are used respectively to fit the annual maximum daily flood discharge sample of the Yichang station in the Yangtze River and the daily rainfall sample in 10 big cities including Guangzhou. The parameters of the models are estimated by maximum likelihood method and the fitting results are tested by probability plot, quantile plot, return level plot and density plot. The return levels and confidence intervals of flood and rainstorm in different return periods are calculated by profile likelihood function. The results show that the asymmetry of the profile likelihood function curve increases with the return period, which can reflect the effect of the length of sample series and return periods on confidence interval. As an effective tool for estimating confidence interval of the key parameters and quantiles of extreme value distribution, profile likelihood function can lead to a more accurate result and help to analyze the uncertainty of extreme values of hydrometeorology.     

城市雨水池设计雨量公式的统计方法

基于北京市53 a的日降雨量资料,分别采用年最大值、年超大值、年超定量和年多个值法进行选样对比,并用频率曲线(对数正态分布、皮尔逊Ⅲ型分布、对效皮尔逊Ⅲ型分布、耿贝尔分布)进行拟合.理论频率曲线的参数估计采用矩法.各种分布的拟合优度检验采用x~2检验法和K-S检验法.拟合准则采用离差平方和最小的原则.拟合各种选样方法数据,皮尔逊Ⅲ型分布函数拟合误差最小.在资料年数不长或需要计算小于1a重现期的情况下,建议采用年多个值法,否则采用年最大值法、皮尔逊Ⅲ型分布拟合最佳.     

应用GPD模型评估实时通信系统WCET

随着软件规模和硬件复杂性的不断增长,由确定性分析方法评估的最坏情况执行时间( WCET)越来越悲观,大大降低了系统的资源利用率。为提高实时系统的运行效率,应用极值统计方法评估软件的WCET,建立了WCET的广义Pareto分布统计模型。通过实验验证了该模型,证明了这种方法的可行性与有效性。     

MIMO系统中基于野值剔除的最大多普勒频移估计

针对多入多出(MIMO)系统中的最大多谱勒频移估计，运用单因素试验的方差分析法对多组估计值进行建模和假设检验，提出了基于最大距离判决和置换均值原则的野值剔除方法. 研究表明，该方法可以有效检测并删除估计值中的不合理数据，提高MIMO系统中最大多普勒频移估计的精度.     

大型冷却塔风致响应极值现场实测和有限元对比

通过现场实测数据分析发现冷却塔局部加速度响应呈现显著的非高斯分布,而基于高斯假定的风致响应极值估算方法已不能完全适用.为研究考虑非高斯特性的风致响应极值分布,以西北地区某179 m高大型冷却塔为研究对象,通过现场实测获取环境激励下塔筒典型部位的加速度振动信号,首先结合随机减量法和自然激励技术对信号进行预处理,再采用ARMA、ITD和STD三种模态识别方法获取了冷却塔前10阶自振频率和阻尼比,并与有限元动力特性结果进行对比验证,再借鉴振型组合思路提出结构等效综合阻尼比.采用两种极值估算方法(峰值因子法和Sadek-Simiu法)计算了不同样本的峰值因子和加速度响应极值,并给出了实测响应极值单一取值.最后基于完全瞬态时域法进行了实测阻尼比2%和规范阻尼比5%下的风振响应分析,并将有限元与实测响应极值进行对比和误差分析.实测和有限元分析对比研究表明:实测和有限元分析的结构前10阶自振频率结果较为一致,最大相差9%;两种极值估算方法获得的实测加速度响应极值最大相差32.02%;局部测点在实测阻尼比下的有限元风振响应极值与实测极值较为一致.     

局部同质性测度的平滑式图像噪声估计

提出一种基于局部同质性测度的静止图像平滑式加性噪声估计方法。为增强图像中各像元的同质性测度值差异,以柯西分布函数作为核函数,提出一种图像同质性测度的新方法。为提取图像的真实边缘,采用各向异性扩散平滑算法。在去除包含图像真实边缘的子图像的基础上,根据所设定的同质性测度阈值,选取具有较高同质性的子图像,并计算这些子图像的标准方差。最后。将这些各子图像标准方差的中值作为图像噪声的估计值。本文所提出的图像噪声估计算法可自动化实现,无需任何人工参与。试验结果表明,与其它滤波式噪声估计方法比较,本文所提出的方法具有更高的估计精度和更好的鲁棒性。