结构随机分析的向量型层递响应面法

结构随机分析的传统响应面法通常用于显化表示某一随机响应量在结构特定点的涨落,属于标量型响应面法。为克服传统响应面法的局限性,提出了结构总体节点位移向量显化表示的层递响应面法,属于向量型响应面法。首先利用Karhunen-Loève级数线性展开随机刚度矩阵和节点荷载向量,并定义随机场均值处的刚度矩阵作为预处理器,进而生成预处理Krylov子空间;然后将结构总体节点位移向量在该空间中层递展开,建立向量型的层递响应面,有效保持了节点位移之间的协调性;最后分析了层递响应面与混沌多项式之间的关系,给出了样本点选取原则,建立了节点位移向量的均值和协方差计算公式。通过算例分析,验证了层递响应面法的高精度、全域性和快速收敛性。     

一种高效的结构可靠度近似分析方法

本文简要讨论了结构的可靠度计算的数值模拟方法,如Monte-Carlo法、响应面和两点近似法;结合结构分析的确定性有限元法及可靠度计算的一次二阶矩法,提出了一种结构可靠度分析的近似方法;算例表明,当荷载的不确定性远大于结构的不确定性时,本文提出的方法满足工程精度要求,从而大大简化了结构可靠度分析过程。     

二次序列响应面法分析重力坝的动力可靠度

提出了用二次序列响应面法分析重力坝可靠度的方法。该方法用界面元法对重力坝进行确定性计算,在适当的区间内用统计的方法确定各变量的样本点,经过若干次重复计算,由界面元法的计算结果可以得到该结构的响应面函数,然后由这一函数算出重力坝可靠度的近似值。用同样方法可得第二、第三个响应面函数,并使可靠度计算结果逐渐达到良好的精度要求。这一方法与统计可靠度分析方法相比可以减少大量的计算工作量。对于包含混凝土特性和坝上游水位等随机变量的重力坝,本文用上述方法计算了一些关键时刻重力坝抗裂的动力可靠度,并据此分析了在整个地震过程中该坝抗裂可靠指标β（t）随时间t的变化规律。     

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。     

结构可靠度分析的均匀设计响应面法

均匀设计和正交设计在试验次数相近的情况下,前者所选试验点均匀性更好,也更具代表性。该文将均匀设计与响应面法相结合,提出了结构可靠度的数值模拟新方法：基于均匀设计的响应面法、均匀设计响应面与蒙特卡罗抽样相结合的混合模拟法;介绍了利用均匀设计选取试验点构造响应面方程,求解可靠度的流程。结合一个门式框架的可靠度问题,基于AN...     

非线性隐式极限状态方程失效概率计算的组合响应面法

提出组合响应面的新方法,用以计算设计点附近非线性程度较大的隐式极限状态方程的失效概率。该方法用主响应面和多个次响应面近似对失效概率贡献较大的区域,其响应面函数形式为不含交叉的二次多项式。主响应面依据传统响应面法通过选择适当的插值点和迭代运算获得,其设计点为主设计点。延坐标轴正负方向偏移主设计点得到拟均值点。以拟均值点为基础得到一组次响应面和次设计点。通过主次响应面在各自设计点处的切平面建立组合响应面近似原隐式极限状态方程,并计算其失效概率。算例结果说明所提方法具有较高精度。     

基于线性化Nataf变换的一次可靠度方法

首先引入等概率边缘变换的基本原理,证明了常用的Rackwitz-Fiessler变换是等概率边缘变换的一次近似形式,将当量正态化原理和线性变换相结合,提出了扩展的Rackwitz-Fiessler变换,并指出其存在的缺点。然后针对Nataf变换的非线性特征,提出了线性化Nataf变换,并将该变换与改进的HLRF算法相结合,给出了基于线性化Nataf变换和iHLRF算法的一次可靠度方法。将Nataf变换、线性化Nataf变换和扩展的Rackwitz-Fiessler变换通过算例进行了对比分析,结果表明:采用线性化Nataf变换的结构可靠度分析结果收敛于采用Nataf变换的计算结果,而采用扩展的Rackwitz-Fiessler变换的计算结果则有较大的误差。     

基于概率统计方法的隔震结构可靠度

该文用概率统计的方法分析隔震结构的抗震可靠度。对两个实际的隔震结构建立三维有限元模型并进行时程分析,求得层相对加速度、层间位移角、隔震支座剪应变和压应力等结构的动力响应参数,同时,收集隔震支座力学性能的实验数据并结合数值模拟,用假设检验方法,明确了隔震结构的各动力响应参数和隔震支座的抗力参数均服从对数正态分布,再用最大似然估计法,得到了隔震结构各动力响应和隔震支座抗力的概率特征参数。给定隔震结构的失效模式,建立以结构抗力和反应为变量的功能函数,采用一次二阶矩法,分析隔震体系的抗震可靠度,结果发现：按目前《建筑抗震设计规范》的隔震结构,与非隔震结构相比,即使上部结构的水平地震作用减小60%~70%,也不一定能达到“中震不坏”和“极大震不倒”的抗震性能目标,说明在编的《建筑隔震设计规范》对隔震建筑提出更高的要求。     

基于响应面法的复式钢箱提篮拱地震可靠度分析

地震可靠度是桥梁抗震研究中的重要问题。基于随机分析的响应面理论和规范反应谱法,提出了一种分析具有随机结构参数的桥梁地震可靠度的方法,研究了复式钢箱提篮拱桥在地震激励下,结构设计基准期内的可靠度。分析时考虑了结构参数和场地土的随机性,分别计算了钢箱提篮拱桥主、副拱肋在多遇地震、设防地震和罕遇地震作用下的失效概率,得到了主、副拱肋在设计基准期内,按规范“三水准设防标准”条件下的地震可靠度。计算结果表明,该桥设计满足抗震规范要求。     

基于响应面法的层间隔震结构地震易损性分析

考虑地震动和结构物理参数不确定性,提出一种基于响应面法的层间隔震结构地震易损性分析方法。以中心复合设计方法建立地震动-层间隔震结构样本,对系统样本模型进行非线性动力时程分析,分别建立层间隔震结构各子结构的响应面模型,在此基础上采用蒙特卡洛模拟获得易损性曲线。分析结果表明,提出的方法计算量少、精度高,有效提高了易损性分析作为层间隔震结构性能评估的时效性,具有较大的工程应用前景。     

基于加权线性响应面法的支持向量机可靠性分析方法

针对估算非线性隐式极限状态函数的失效概率问题,提出了一种基于加权线性响应面法的支持向量机可靠性分析方法。首先采用加权线性响应面确定设计点,在线性响应面迭代的同时获得一定数量的样本,然后在这些样本和设计点附近补充抽取样本的基础上,采用具有良好小样本学习能力的支持向量机方法来训练样本,保证了在设计点周围获得更好的非线性极限状态函数的替代。这种方法既保证了对设计点的精确近似,又保证了对设计点附近非线性极限状态函数的良好近似,大大提高了失效概率的计算精度,为非线性隐式极限状态的可靠性分析提供了一种合理可行的方法。     

基于状态空间响应面方法的结构系统可靠度分析

提出一种在有限元分析中判定结构系统是否失效的准则。实例验证该准则具有较高的可信度。依据该准则经有限元分析可确定样本点所在的状态空间。建立起一种重构结构功能函数的统一方法:状态空间响应面方法,解决了一般响应面方法不能求解输出变量不连续分布的问题。该方法以样本点距离失效空间和可靠空间的距离之差作为样本点的输出变量。数值仿真实例表明该方法有一定的广泛性并具有较高的精度。     

基于响应面法和Morgenstern-Price法土坡可靠度计算方法

基于响应面法,建立了一种高效的边坡可靠度指标和失效概率近似计算方法。该法在构造响应面函数时,抽样点计算采用Morgenstern-Price法取代传统费时的有限单元法,大大降低了计算工作量。利用Monte-Carlo随机抽样原理,提出了一种能同时确定边坡最危险非圆弧滑动面和最小可靠度指标的随机搜索新算法。该文给出的两个算例验证了方法的实用性和可靠性,其计算结果同时表明:当分别以最小可靠度指标和最小中值安全系数为目标函数时,搜索到的边坡最危险滑动面相差较大。最后,探讨了土性指标(c,φ)的分布概型及相关性对边坡可靠度计算结果的影响。     

结构可靠度分析中的改进响应面法及其应用

在以响应面法分析结构可靠度中,提出了一种区别于通常以插值点为中心展开生成样本点组的新方法:在求解过程中,用插值点逐步替代初始样本点组中距离验算点较远的点,目的是使所选取的样本点集中于真实极限状态曲面上的验算点附近,重新构成下一轮迭代所需的一组样本点,直至满足收敛条件。算例表明,采用新方法可使结构的分析次数显著减少,并改善了对非线性程度较高的极限功能函数求解可靠指标的收敛性。同时,将该方法应用于一座拟建自锚式斜拉-悬吊体系桥正常使用极限状态下的可靠度分析中。     

偏最小二乘回归在响应面法可靠度分析中的应用

针对目前多维变量可靠度问题中广泛应用的均匀设计响应面法,分析了采用最小二乘法拟合样本数据回归模型时存在的局限性,并在已有方法的基础上提出了一种改进的方法。该方法将均匀设计与偏最小二乘回归技术相结合来回归响应面模型,从而计算结构的失效概率,有效的解决了变量间多重相关性及小样本条件下建立回归模型的问题。通过算例验证了该方法的适用性,尤其对于高维变量的可靠度问题,与最小二乘拟合响应面相比,计算结果更加精确。     

利用矩点估计法简化响应面可靠度指标的计算

针对响应面可靠度指标计算方法的缺陷,将罗森布鲁斯统计矩点估计法引入到经典响应面方法中对其进行改进。改进后响应面方法,考虑基本随机变量偏态情况,改变了模拟试验中随机变量抽样值的计算方法;直接采用了统计矩计算可靠度指标,使可靠度指标的计算在真实极限状态曲面的某些特殊点上进行;在计算过程中不需拟合近似极限状态曲面和对非线性方程进行线性化处理,不产生迭代误差和累积误差,计算过程简洁明了。最后分别利用改进的响应面方法和经典响应面方法分析了某一矿山大型工程的稳定可靠性,并以蒙特卡洛法计算结果作为准精确解进行了比较,计算结果满足工程要求。     

结构动力可靠度计算的修正条件反应法

基于反应时程分解的子集模拟法是计算受随机激励作用的结构小失效概率的高效算法,该法将失效域划分为子集序列,通过分解反应时程来生成子集计算所需的样本。条件反应法计算动力可靠度时,通过线性反应来估计非线性反应,或通过单自由度结构的反应来估计多自由度结构的反应。该文将基于反应时程分解的子集模拟法用于条件反应法中,提出修正的条件...     

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。