Stochastic dynamic analysis of a spatial flexible beam

The uncertainty dynamic response of a spatial flexible beam with large overall motion is investigated. The stochastic differential equations of a three-dimensional beam with large overall motion are derived by using the virtual work principle. The polynomial chaos method and monomial cubature rules are applied to derive a set of completely implicit differential equations. Then the polynomial coefficients are obtained by the variable order method and regression method so as to find the numerical characteristics of the response. As an illustrating example, dynamic modeling of a spatial flexible beam by considering the probabilistic of geometric and physical parameters is presented. The accuracy and efficiency of the method are verified by comparing the results with those given by the Monte Carlo simulation method. The results show that the probabilistic parameters have a significant effect on the dynamic response of the flexible beam and that the dynamic modeling with probabilistic parameters can objectively reflect the dynamic behavior of the objective systems.     

Motion function reliability analysis of a rotating flexible beam with random parameters

The assumed mode method and stochastic response surface method are combined to analyze the motion function reliability of a rotating flexible beam with random parameters. Firstly, based on Lagrange's equations and the assumed mode method, the rigid-flexible coupling dynamic model which takes the coupling term of the deformation in the expression of longitudinal deformation is studied. Then considering the physical and geometrical parameters under randomness, the probability analysis is made by the stochastic response surface method. The rationality and efficiency of the modeling and the method presented are verified by an example. The results demonstrate that the third order stochastic response surface method leads to good precision with acceptable time consumption compared with the Monte Carlo (MC) method, and that the randomness of density has a greater effect on the reliability of the system.     

Extremum response surface method of reliability analysis on two-link flexible robot manipulator

In order to present a new method for analyzing the reliability of a two-link flexible robot manipulator, Lagrange dynamics differential equations of the two-link flexible robot manipulator were established by using the integrated modal method and the multi-body system dynamics method. By using the Monte Carlo method, the random sample values of the dynamic parameters were obtained and Lagrange dynamics differential equations were solved for each random sample value which revealed their displacement, speed and acceleration. On this basis, dynamic stresses and deformations were obtained. By taking the maximum values of the stresses and the deformations as output responses and the random sample values of dynamic parameters as input quantities, extremum response surface functions were established. A number of random samples were then obtained by using the Monte Carlo method and then the reliability was analyzed by using the extremum response surface method. The results show that the extremum response surface method is an efficient and fast reliability analysis method with high-accuracy for the two-link flexible robot manipulator.     

结构可靠度分析的响应面法和随机响应面法的比较

从拟合功能函数方法、计算精度与效率、收敛性等方面对响应面法和随机响应面法进行了系统地分析.算例表明:与响应面法相比,随机响应面法实现了真正意义上的非侵入式分析.响应面法采用二次多项式响应面函数仅仅在验算点附近能较好地拟合真实功能函数,而随机响应面法采用高阶Hermite随机多项式,能在整个空间上很好地拟合真实功能函数.当随机变量个数较少时,随机响应面法的计算精度和效率均优于响应面法.并且随机响应面法可进行自身的收敛性分析,确定最优阶次的计算结果作为精确解,其收敛性也优于响应面法.     

Dynamic reliability analysis of supercavity vehicle with stochastic parameters under impact loads

With dynamic reliability problems of stochastic parametcrs,supercavity vehicle is subject to impact loads.The supercavity vehicle is modeled by using eight-node super-parametric shell elements.The tail...     

双连杆柔性机械臂Timoshenko梁动力学模型

研究双连杆柔性机械臂动力学行为中转动惯量与剪切变形的影响,建立了Timoshenko梁的高阶理论,从而为各种动力学模型的精度分析与使用范围打下基础.     

结构失效模式可靠度指标对随机变量的敏感性分析

首先用基于响应面的随机有限元法来获得失效模式上各个单元的极限状态方程,然后用逐步等效线性化法获得该失效模式的等效线性化极限状态方程,从而可以很方便地用失效模式的可靠度指标对随机变量的敏感性进行分析.对一个碾压混凝土重力坝的3个层面进行了分析,数值算例显示,应用Mohr-Coulomb准则时,失效模式的可靠度指标对抗剪断粘聚力最为敏感;抗滑稳定可靠度指标对抗剪断摩擦系数的变异系数非常敏感,而对于抗剪断粘聚力的变异系数不太敏感.算例表明该方法对于大型、复杂结构的随机变量的敏感性分析是有效的.     

基于响应面的三维随机有限元法在大型结构可靠度分析中的应用

工程中大型、复杂结构的极限状态方程与输入随机变量的关系往往是未知的,利用响应面法,用一个二次多项式来模拟结构的极限状态方程.首先利用中心复合设计技术获得有关输入随机变量的多组试验点,用这些试验点分别调用有限元程序,可得到相应的多组输出随机变量;然后由已获得的输入、输出随机变量,用最小二乘法来估计二次多项式的参数,即可得到极限状态方程的一个合理近似式;最后用结构可靠度分析中的几何法来计算可靠度指标.对一个重力坝的建基面抗滑稳定可靠度以及坝体单元的可靠度进行了研究,得到了一些重要的结论,指出了提高可靠度指标的途径.算例表明了该方法的有效性.     

空间随机土作用下的柔性桩沉降可靠性分析

针对柔性桩的沉降问题,结合分层的剪切位移法和摄动法提出了一种新的计算柔性桩沉降可靠度的方法,并用该法研究了土的空间变异性对柔性桩沉降可靠性指标的影响。指出采用简化的集中参数法计算柔性桩沉降的可靠性指标在某些情况下会得出不安全的结果。     

基于随机有限元的梁单元反应变异性分析

针对工程中由于不确定因素的影响而导致的结构反应的变异,利用随机有限元推导了在多个随机变量作用下梁单元结构反应变异的公式,以镗刀杆工作的位移变异为例,详细地介绍了其计算过程,并将其与解析法和Monte-Carlo法进行了对比,分析了各自的适用范围,为不确定性结构的可靠性分析奠定了基础。     

随机激励下随机参数超空泡结构的动力可靠度

针对具有随机参数的超空泡结构在随机激励下的动力可靠性问题,使用八节点超参数壳单元对超空泡航行体建模,将超空泡尾部受到的冲击载荷及滑行力简化成2个存在某一相位差的平稳随机过程,利用虚拟激励法将双随机问题精确地转化为单随机问题.应用Newmark法结合虚拟激励摄动法计算出随机结构的应力响应,进而求出随机参数超空泡结构动力可靠性所需的全部数字特征.由首次超越破坏准则的动力可靠度公式,求出随机参数超空泡结构动力可靠度的均值和方差的计算公式,解决了具有随机参数超空泡结构的动力可靠性问题.通过算例与Monte Carlo方法结果的比较,验证文中方法的可行性和有效性.     

抗震可靠性分析的一种实用方法

把响应表面法和有限元法引入抗震可靠性分析中 ,为工程中一直难以解决的复杂结构的抗震可靠性问题的研究提供了一种简便、可行的实用方法 .     

压弯构件稳定可靠性分析

由弹性稳定性分析,通过压弯构件的平衡微分方程得其最大应力,应用哈桑林德法计算可靠度;在弹塑性稳定可靠性分析中,作为应力强度模型中强度的极限承载力只能通过数值法得到,安全余量方程不存在显式表达,可靠性指标不能由安全余量方程直接导出.本文用MonteCarlo模拟配以各种降低方差技巧计算可靠度指标.作为算例,计算了一个两端铰接的压弯构件的可靠度,计算结果表明由于充分利用塑性,构件的可靠度大大增加.     

结构可靠性分析的随机边界元法

本文基于随机边界元法建立了随机结构可靠性分析的一般步骤。对于含有随机几何或材料参数的弹性体在随机外载及随机边界条件下可以用随机边界元法求出边界位移或面力的均值和协方差，并进一步可求出内部点位移和应力的均值和协方差。随机边界元法和一阶二次矩方法结合则可分析随机结构的可靠性。本文给出了矩阵形式的随机边界无法分析结构可靠性指标的具体步骤，通过两个数例的计算，验证了给出的步骤的有效性，得到了一些有益的结果，进行了相应的分析讨论。     

可靠性分析的改进加权响应面法

为了克服响应面法(Response surface method简称RSM)在计算大规模工程时效率低下和计算可靠性指标敏感度时偶尔误差大的问题,提出一个高效率的改进加权响应面方法.此方法首先构造一次响应面函数,然后在可能存在失效点的被缩小范围内采用轴向采样来得到样本点,构造二次响应面函数;通过从之前的样本组里增加新的样本点,给予靠近失效点的样本点更高的权重来更新响应面函数.通过几个算例表明:比较双加权响应面方法,此方法具有更高的准确性和计算效率.     

非惯性系下旋转柔性叶片的动力学分析

旋转柔性叶片是汽轮机关键零部件,针对叶片振动损伤问题,考虑经历大范围运动的柔性叶片刚性运动与弹性变形运动之间的相互耦合,应用哈密顿原理建立了旋转柔性叶片非线性动力学控制方程.考虑旋转离心惯性力的影响以及轴向变形与横向变形之间的耦合,基于假设模态法对方程进行离散,研究了不同转速下梁端部位移的响应.研究结果表明,刚性旋转运动对柔性叶片端部位移的响应具有明显的影响,并且由于离心力的存在,出现了动力刚化现象,文中所用方法及数值仿真结果可用于研究旋转柔性叶片的振动失效问题.     

基于LS-SVM的结构可靠度响应面分析方法

金伟良，袁雪霞 针对实际工程中常见的功能函数不能显式表达的可靠性分析问题，提出了一种基于最小二乘支持向量机（LS-SVM）的结构可靠度响应面分析方法.采用正交试验设计和有限元程序生成学习样本，并依据各随机变量的概率分布抽样得到检测样本;利用LS SVM的高度非线性映射能力，建立了结构响应量与随机变量之间的映射关系.进而结合Monte-Carlo原理，计算结构的失效概率.新方法可直接应用现有的有限元分析程序，对大型结构进行可靠性分析.通过典型工程结构的算例分析，结果表明该方法具有较好的效率和精度.     

多自由度体系在平稳随机反应下的动力可靠性分析

本文对最弱链环多自由度结构提出求解体系动力可靠度上、下限的计算方法。对于平稳反应体系的动力可靠性分析提出一种计算策略,并对单自由度动力可靠性计算的Poisson公式进行了简化改进。最后给出了一个工程算例。     

结构可靠度分析的人工智能响应面法及程序

为了进行各种极限状态方程不明确的大型结构可靠度分析,提出了人工智能响应面法.利用BP网络来模拟响应面,基于遗传算法的优化法来进行可靠指标计算,确定性有限元分析采用ANSYS软件进行.综合VC与Matlab混合编程技术、基于VC和APDL的ANSYS二次开发技术及M atlab的遗传算法(GA)和神经网络(NN)工具箱函数,编制了可以适应各种复杂工程结构的可靠度分析程序.算例分析表明本文方法计算精度高.本文方法与程序适用于随机变量数目较多,功能函数为隐式时的复杂结构可靠度分析.     

斜拉桥体系可靠度分析

针对大跨度斜拉桥体系可靠度分析中由于失效模式众多带来的困难,结合某独塔斜拉桥的工程实例,应用β约界法搜索对结构失效概率起关键作用的主要失效模式,研究了斜拉桥2级体系可靠度.在搜索主要失效模式的各失效历程中,采用梯度分析随机有限元法计算斜拉桥主塔、主梁和斜拉索各个单元的可靠度指标,应用β约界法确定失效候选单元,将斜拉桥结构体系的失效等效为一个由若干并联子系统构成的串联系统.计算结果表明,斜拉索的失效对整个斜拉桥结构体系的失效起控制作用.