伪蒙特卡罗法及其在边坡可靠度分析中的应用

在确定具有最小可靠度指标的滑动面（即临界可靠度滑动面）时,由于常规的蒙特卡罗法抽样耗时巨大,临界可靠度滑动面的获得较为耗时。对于均质边坡,利用简化Bishop法构建了可靠度分析的功能函数,设计了6种随机变量的标准差组合,假定了随机变量的4种抽样范围,利用抽样次数较小的蒙特卡罗法即伪蒙特卡罗法对随机生成的132组可行滑动面进行了伪可靠度指标的计算并与蒙特卡罗法计算得到的可靠度指标进行了比较分析,研究发现：只有一个随机变量的前提下,滑动面的伪可靠度指标与蒙特卡罗法计算的可靠度指标呈完全线性关系,在其它条件相同的情况下,伪蒙特卡罗法抽样范围越大,伪可靠度指标与蒙特卡罗法计算的可靠度指标之间的拟合直线斜率越小,反之亦然;伪蒙特卡罗法抽样次数越大,伪可靠度指标与蒙特卡罗法计算的可靠度指标之间的拟合直线斜率越大,反之亦然。对均质边坡,可应用伪蒙特卡罗法快速计算其临界可靠度指标。     

基于移动最小二乘法的隧道支护稳定可靠度分析

提出了一种基于移动最小二乘法(MLSM)的隧道开挖可靠度分析方法,该方法利用MLSM构建功能函数的代理模型,解决了实际工程中功能函数需借助数值方法求解的问题;通过均匀设计构造MLSM函数,在此基础上,采用一阶可靠度方法(FORM)计算不同极限状态的可靠度指标和失效概率.以一个存在3种不同失效模式的隧道开挖支护稳定问题为例,通过与多项式响应面法和直接FORM法比较,验证了该方法的精度和效率.讨论了不同失效模式下参数的敏感性以及隧道支护安装位置和参数相关性对不同模式下隧道失效概率的影响规律.     

基于OELM重构极限状态函数的可靠度计算方法

针对工程可靠度计算中极限状态函数不解析、非线性、计算量大这一问题,提出基于优化极限学习机高效重构极限状态函数的可靠度计算方法.该方法确定可靠度重要影响区域,在该区域内利用优化极限学习机泛化性能好的优点,按照一定的策略高效循环重构极限状态函数,最大限度地减少极限状态函数的计算次数.基于该重构极限状态函数进行重要抽样可靠性计算.通过实例分析证明,该方法的效率极高,既减少了极限状态函数的计算次数,又能够保证可靠度的计算精度.     

起重机双钩危险区域强度可靠性分析

在起重吊装作业中常有因吊钩强度不足而导致事故发生的问题,概率有限元法能清楚地模拟实际问题的真实行为特征,利用该方法可以实现吊钩极限工况下的危险区域强度可靠性分析,并确定敏感性因素,给出可靠性分析结果.运用通用有限元分析软件,首先根据吊钩的极限载荷工况,对其进行静应力分析,确定其危险区域和最大应力值,然后利用软件提供的概率分析系统模块,根据应力-强度干涉理论,建立极限状态函数,生成概率分析文件,选用蒙特卡罗方法和拉丁抽样法对吊钩进行可靠性分析.分析结果表明,在置信度为95%时,吊钩可靠度达94.1%,其可靠度在可以接受的范围内.     

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.     

基于蒙特卡罗法的大跨钢管混凝土拱桥结构可靠度分析

以一座大跨钢管混凝土拱桥为例,采用Midas/civil程序建立了桥梁有限元模型,分析了大跨钢管混凝土拱桥拱肋、吊杆等主要构件承载能力极限状态下的作用组合值,并建立了各主要构件的功能函数表达式;基于MATLAB程序,采用蒙特卡罗法对大跨钢管混凝土拱桥各主要构件可靠度进行了分析。结果表明:在正常使用条件下,该大跨钢管混凝土拱桥拱肋、吊杆等主要构件承载能力极限状态下的可靠度指标均大于5.2,满足规范目标可靠度要求;相比而言,吊杆可靠度指标最低,拱肋次之,而横梁、立柱和桥面板的可靠度较高。     

Monte-Carlo随机有限元结构可靠度分析新方法

基于条件抽样、对偶抽样及Neumann展开技术,同时,为试图一定程度地解决"计算模型的不确定性"问题,考虑到岩石、混凝土等材料的单轴抗压强度σc和双轴等压强度σcc不同的特性,将3参数统一强度理论引入随机有限元程序,建立了Monte-Carlo三维非线性随机有限元结构可靠性分析模型.模拟成果表明,采用该模型的模拟收敛性良好,模拟效率较高、成本较低,可靠指标β值精度满足实用要求,在大型复杂结构的设计及可靠度分析研究中具有实用价值.     

边坡稳定可靠度分析的神经网络法

用常规可靠度分析方法进行边坡稳定的可靠度分析时,可靠度分析的主程序与用GEO-SLOPE软件求解安全系数的过程需交互进行,过程繁琐。为加快运行速度,本文采用了基于RBF神经网络的蒙特卡罗模拟法（RBF-MCSM）,此法在进行可靠度分析时,需在运行可靠度分析程序之前先用GEO-SLOPE软件来准备好所有样本。本文首先应用GEO-SLOPE软件中的Slope/w模块对皮园边坡四组剖面支护前后的安全系数进行求解,接下来采用基于径向基函数神经网络的蒙特卡罗模拟法（RBF-MCSM）拟合出功能函数,进而求解边坡的失效概率及可靠指标,并与常规的可靠度分析方法（中心点法、验算点法和响应面法）进行比较,由于RBF-MCSM法的计算结果与常规法中精度较高的验算点法和响应面法结果非常接近,说明RBF-MCSM法十分准确。     

基于均匀设计响应面法的钢框架结构抗震可靠度分析

针对地震作用及结构性能的随机性,通过分析抗震可靠度研究结构的抗震性能,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,包括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.结合钢框架结构的抗震可靠度问题,基于ANSYS实现了上述新方法,并与经典的可靠度数值模拟方法进行对比分析.分析结...     

基于有限元法的岩土工程可靠度分析

将有限元法和蒙特卡罗法相结合,探讨了基于有限元法的岩土工程可靠度分析方法。首先对影响岩土工程结构行为的随机变量进行抽样,然后利用有限元法分析求解具体岩土结构的指定指标值,再运用蒙特卡罗法对多次抽样计算结果进行分析,从而求解岩土工程结构的可靠度。通过对实际筏板基础工程进行可靠度分析,表明该方法可方便地分析最大位移、最大剪应力等指标的变异性及其灵敏度问题,能显著提高岩土工程可靠度分析的效率与精度。     

基于R-L定义的分数微分对流-弥散方程有限元解

分数微分对流-弥散方程(Fractional Advection-Dispersion Equation,FADE)是一种用于模拟多孔介质中溶质非费克迁移的新模型,然而由于分数微分定义的复杂性,仅能够获得特定的定解条件下FADE模型解析解.推导出了基于Riemman-Liouville(R-L)定义的FADE模型有限元解,当分数阶微分算子α=2时,该解与传统对流-弥散方程的有限元解相同.与Meerschart和Tadjeran(2004)的有限差分解及FADE模型的解析解的模拟结果相比,本文的有限元解在很大程度上能降低数值弥散现象,但当空间离散节点数目较大时(N>100),都会产生质量不守恒的现象.通过模拟结果和相关文献的分析比较得出,FADE模型的这种质量不守恒问题是由于R-L定义本身所引起的,解决该问题需要对FADE模型的数值解做进一步的研究.     

地下钢筋混凝土岔管三维有限元分析

以我国某大型抽水蓄能电站工程为实例,利用大型通用有限元软件ABAQUS对该电站尾水钢筋混凝土岔管洞段围岩及衬砌的变形和应力状况进行三维有限元分析,根据计算结果对衬砌进行了配筋计算,提出了在实际工作中应做好围岩的固结灌浆、衬砌和锚固的建议.     

隧道衬砌抗弯承载能力概率劣化模型

提出同时考虑时间效应与参数不确定性的隧道衬砌可靠度分析框架. 考虑衬砌受环境侵蚀引起的钢筋截面面积减少以及钢筋-混凝土黏结力下降,得到其抗弯承载能力时变模型. 考虑模型中参数不确定性,建立时变概率模型. 采用蒙特卡洛模拟（MCS）方法对理论模型的准确性以及计算效率进行验证. 分析模拟结果,对抗弯承载能力的分布进行讨论. 通过有限元分析,使用反转应力荷载释放法得到可靠度分析的荷载模型. 采用当量正态化（JC）法,构建隧道衬砌抗弯承载能力劣化可靠度分析框架. 通过算例对地下水氯离子侵蚀下衬砌抗弯承载能力的时变概率特征进行研究. 结果表明,随时间增长抗弯承载力的均值和标准差均减小;当初始计算变量同时存在正态变量与对数正态变量时,抗弯承载力计算结果更服从对数正态分布;衬砌负弯矩区域可靠度远高于正弯矩区域.     

输水隧道流-固耦合地震反应研究

目的为了研究在考虑介质的辐射阻尼的情况下，穿越软土地区的浅埋大管径输水隧道在内水作用下。其水体晃动、阻尼系数、地震激励方向、内水压力、围岩种类、围岩和衬砌的非线性以及衬砌的厚度对衬砌的地震响应的影响．方法根据流固耦合原理建立内水-衬砌-围岩三者的运动方程。以一穿越河底的输水隧道为例，采用三维流固耦合有限元程序对其进行地震反应分析．其中管内水体采用基于势的流体单元．结果经分析得出其中水体晃动、地震激励方向、高内水压力、围岩种类，围岩非线性及衬砌的厚度都对衬砌的地震响应的影响很大．结论采用有限元理论分析了对衬砌的地震响应有影响的几个因素，为工程设计与施工提供了可靠的理论依据．     

转炉炉壳热弹塑性有限元分析

利用ANSYS有限元分析程序,考虑炉衬和炉壳材料力学性能依赖于温度变化,对复合结构的转炉炉壳进行热弹塑性有限元分析.按照实际结构,炉衬和炉壳之间采用接触单元模拟.计算方法拓宽了转炉炉壳的强度分析内容.     

基于遗传模拟退火算法的结构可靠性分析

为了克服一次二矩法在迭代求可靠性指标时可能不收敛或收敛于局部验算点的缺点以及现有遗传算法局部搜索效率不高的问题,提出了采用混合模拟退火与遗传算法计算结构可靠性的新方法.先采用遗传算法开始随机搜索,通过选择、交叉、变异等遗传操作产生新的个体,再对这些个体分别进行模拟退火,以其结果作为下一代群体中的个体.结合有限元计算,给出了船舶三维空间梁板结构的功能函数,并采用遗传模拟退火算法求结构可靠性指标.算例分析表明该方法计算精度高,为求解结构可靠性指标提供了一种新的思路.     

SPH耦合FEM模拟弹丸撞击对表面形貌的影响

为消除有限元法(finite element method, FEM)处理切屑分离及大变形问题的局限,使用光滑粒子流体动力学法(smooth particle hydrodynamics, SPH)耦合FEM模拟此类问题。工件使用SPH建模,弹丸使用FEM建模,二者通过接触算法实现耦合,通过仿真实验研究锐边弹丸在不同入射条件下撞击工件时,弹丸的翻转效应对工件表面弹坑深度、切屑堆积高度的影响。结果表明:当前倾角较大时,弹丸向前翻转,对工件表面产生碾压作用,形成尖锐的弹坑,切屑堆积在弹坑前部边缘不与工件分离;当前倾角较小时,弹丸向后翻转,对工件表面产生铲削作用,切屑与工件分离,弹坑横截面光滑而平缓。通过与相关实验及理论数据的比较,验证了仿真模型及结果的正确性,为锐边弹丸侵蚀工件表面的仿真研究提供新的手段。     

空滤器滤芯声学特性的仿真方法

通过实验测量装有滤芯的滤芯安置装置的消声量,结合声学有限元仿真方法,确定滤芯的声学特性参数.结果显示,采用有限元法可以用来分析滤芯声学特性.应用计算流体动力学（CFD）法计算不带滤芯和带滤芯时滤芯安置装置及空滤器的消声量,不带滤芯时采用CFD法得到的计算结果与测量结果吻合良好,带滤芯时采用CFD法得到的计算结果比有限元法计算结果误差更大.研究采用有限元法和CFD法分析滤芯声学特性时的特点,提出基于CFD法的提取和设置滤芯声学特性参数的工程方法.     

水下爆炸载荷作用下圆筒的可靠性研究

为了研究板壳结构系统在爆炸载荷作用下的可靠性问题,基于响应面法(RSM)和有限单元法(FEM)计算了圆筒结构在水下爆炸载荷作用下的可靠性指标.将炸药参数和结构材料参数作为基本随机变量,然后利用有限元数值模拟得到试验点上的结构动响应;通过回归分析拟合出结构动响应函数,并在此基础上建立了圆筒结构功能函数;最后以验算点法计算了圆筒结构的可靠性指标.最终的可靠度计算结果表明了该方法的可行性,并为工程应用提供了有益的参考价值.