混合不確定性參數(shù)的結(jié)構(gòu)可靠性問題研究.pdf

1、針對工程結(jié)構(gòu)可靠性分析中的諸多復(fù)雜問題,本論文對其中結(jié)構(gòu)可靠性分析方法(如響應(yīng)面法的改進)、改進支持向量回歸機的結(jié)構(gòu)可靠性分析、結(jié)構(gòu)模糊隨機可靠性及可靠性靈敏度分析方法、隨機-區(qū)間-模糊混合參數(shù)結(jié)構(gòu)可靠性分析(靜態(tài)和動態(tài))、變幅載荷作用下疲勞可靠性分析等問題展開了研究,主要研究內(nèi)容如下:
　　1.一種新的改進響應(yīng)面法的結(jié)構(gòu)可靠性計算
　　針對經(jīng)典響應(yīng)面方法計算結(jié)構(gòu)的可靠度時計算量大,不夠精確,易產(chǎn)生奇異解等問題。首先通過計算

2、原來響應(yīng)面函數(shù)的梯度函數(shù)得到方位向量,由方位向量計算得到旋轉(zhuǎn)矩陣。然后按照該旋轉(zhuǎn)矩陣通過旋轉(zhuǎn)坐標軸得到新的坐標系,在該新的坐標系用新的樣本點構(gòu)造逼近函數(shù),所構(gòu)造的逼近函數(shù)和原來極限狀態(tài)函數(shù)在形式上接近。最后,通過反復(fù)迭代,得到極限狀態(tài)函數(shù)的最大失效點,從而可得到結(jié)構(gòu)的失效概率。算例表明,本文方法確實起到了對傳統(tǒng)響應(yīng)面法的改進作用,提高了計算精度,降低了計算次數(shù),是有效和可行的。
　　2.改進支持向量回歸機的結(jié)構(gòu)可靠性預(yù)測方法

3、>　　針對隱式功能函數(shù)較難直接利用經(jīng)典的可靠性分析方法的特點,鑒于支持向量回歸方法(SVR)出色的小樣本學(xué)習(xí)能力和良好的泛化性,將其應(yīng)用于時間相關(guān)的可靠性預(yù)測中,即動態(tài)可靠性模型。為了提高預(yù)測的精度,采用粒子群優(yōu)化算法對SVR的參數(shù)進行優(yōu)化,并利用優(yōu)化的參數(shù)訓(xùn)練出最佳的回歸函數(shù)。最后通過算例驗證了本文方法的可行性和有效性。
　　3.結(jié)構(gòu)模糊隨機可靠性及可靠性靈敏度分析方法
　　擴展了已有的模糊隨機可靠性統(tǒng)一模型的應(yīng)用范圍。通

4、過懸臂梁算例驗證了模糊隨機可靠性統(tǒng)一模型不但適用于線性功能函數(shù)可靠性問題的計算,而且適用于非線性功能函數(shù)可靠性問題的計算。在已有模糊隨機可靠性統(tǒng)一模型的基礎(chǔ)上,推導(dǎo)了模糊隨機可靠性及其靈敏度的通用數(shù)值模擬分析的計算表達式。在模糊隨機可靠性模型中隸屬函數(shù)不服從正態(tài)分布時,對于模糊數(shù)據(jù)的處理提出了一種高效且比較準確的等價正態(tài)化的轉(zhuǎn)換方法—中位法。最后通過工程結(jié)構(gòu)可靠性分析中的一個經(jīng)典算例,對數(shù)值模擬法、3σ法以及中位法三種方法的分析結(jié)果進行

5、比較,證明了中位法在計算精度要求不高的情況下的實用性和高效性。
　　4.隨機-區(qū)間-模糊混合參數(shù)結(jié)構(gòu)的可靠性分析
　　研究同時存在隨機、區(qū)間和模糊變量的結(jié)構(gòu)可靠性問題。利用廣義密度函數(shù)法將模糊變量轉(zhuǎn)化為當量隨機變量,基于隨機概率可靠性分析方法,從概率可靠性指標的表達式出發(fā),考慮可靠性指標的區(qū)間性,并以區(qū)間截斷法對所得可靠性指標區(qū)間進行重置,得到混合參數(shù)結(jié)構(gòu)可靠度的區(qū)間表達。通過算例驗證,并與其它模型計算結(jié)果的比較,表明本文方

6、法的可行性和有效性。
　　5.混合不確定參數(shù)結(jié)構(gòu)動態(tài)可靠性分析
　　針對結(jié)構(gòu)動態(tài)可靠性分析模型中參數(shù)可能具有的不確定性,如隨機性、區(qū)間性和模糊性,綜合利用概率可靠性分析方法、區(qū)間分析法和模糊-隨機信息熵轉(zhuǎn)化法,對具有混合不確定參數(shù)類型的動態(tài)可靠性模型進行了分析,其中動態(tài)可靠性模型選擇研究較為廣泛的 Schaff剩余強度模型,分別對其中參數(shù)可能具有的不確定性類型進行了研究,給出了4種分析模型,最后以45＃鋼為例計算了在疲勞載荷

7、作用下的動態(tài)可靠度,并給出了計算結(jié)果,討論了參數(shù)類型對動態(tài)可靠度的影響。
　　6.變幅載荷作用下結(jié)構(gòu)疲勞可靠性分析
　　利用非線性疲勞累積損傷理論預(yù)測變幅載荷下的疲勞壽命隨機性的預(yù)測問題。對于多級載荷作用下的結(jié)構(gòu)元件,利用剩余強度模型分析其疲勞可靠性問題。首先運用等強度退化量原理推導(dǎo)出多級載荷下的剩余強度模型公式,并從此公式出發(fā),利用矩法得到剩余強度隨載荷循環(huán)數(shù)下的均值和方差,其中考慮了等效作用次數(shù)的隨機性。最后利用得到的剩