工程結(jié)構(gòu)不確定性區(qū)間分析方法及其應用研究.pdf

1、通常的結(jié)構(gòu)分析模型是建立在確定性物理意義上的，即把分析過程中各種因素作為確定性物理量來進行處理。但是，實際工程結(jié)構(gòu)分析中存在各種各樣的不確定性，如果硬將這些不確定性因素作為確定性信息來處理，有時會得出矛盾的或很不合理的結(jié)果。隨機分析方法、模糊分析方法是已經(jīng)廣泛使用的工程結(jié)構(gòu)不確定性分析方法，近年來區(qū)間分析方法逐漸為人們所熟知并成為一種新的工程結(jié)構(gòu)不確定性分析方法，它主要用來研究具有區(qū)間特性的工程結(jié)構(gòu)。區(qū)間分析方法在統(tǒng)計信息不足以描述不確

2、定參數(shù)的概率分布或隸屬函數(shù)、工程單位僅提供不確定參數(shù)的區(qū)間范圍而想獲得結(jié)構(gòu)響應的區(qū)間范圍時就發(fā)揮了其優(yōu)點。本文針對當前區(qū)間分析方法中的熱點和難點進行了研究，并將其應用于工程結(jié)構(gòu)計算中。主要工作內(nèi)容如下： 1）綜述了區(qū)間分析方法及其在工程結(jié)構(gòu)不確定性分析中的應用狀況，將基于區(qū)間分析的工程結(jié)構(gòu)不確定性問題的研究歸納為以下四個方面：不確定性的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的區(qū)間有限元分析、基于區(qū)間的非概率可靠性分析、工程結(jié)構(gòu)區(qū)間反演分析和基于區(qū)間參數(shù)的結(jié)構(gòu)

3、優(yōu)化設計。 2）針對區(qū)間運算導致區(qū)間擴張問題，分析了截斷處理方法、運算順序處理方法，提出了子區(qū)間攝動處理方法，并給出了子區(qū)間攝動方法可以收斂到真解區(qū)間的說明。分析了區(qū)間有限元攝動解法、單調(diào)性組合解法等，提出了Monte-Carlo區(qū)間有限元方法和基于單元的子區(qū)間參數(shù)攝動有限元方法，并給出了可以獲得較為精確解區(qū)間的子區(qū)間劃分數(shù)目的計算公式；將區(qū)間有限元分析方法從一維的桿件結(jié)構(gòu)分析拓廣到二維實體結(jié)構(gòu)分析中。 3）遺傳算法對全

4、局搜索能力較強、局部搜索能力較弱，而模擬退火算法局部搜索能力較強、全局搜索能力較弱；文中將遺傳算法與模擬退火算法相結(jié)合給出了一種遺傳模擬退火算法，并編制了相應的程序；將該優(yōu)化方法應用于區(qū)間有限元優(yōu)化分析和區(qū)間反分析計算中。 4）基于Marc軟件分析非線性程度高、計算速度快的優(yōu)點，對其進行了二次開發(fā)，實現(xiàn)了網(wǎng)格及其計算數(shù)據(jù)的自動多次生成，以及巖土體非線性彈性和彈塑性本構(gòu)模型、各種復雜邊界條件的施加等；提出了基于Marc軟件的區(qū)間參

5、數(shù)優(yōu)化的區(qū)間有限元分析方法，針對重力壩、地下隧洞結(jié)構(gòu)進行了區(qū)間有限元優(yōu)化分析。 5）為了解某一參數(shù)的變化對結(jié)構(gòu)響應的影響程度，提出了參數(shù)敏感性的區(qū)間分析方法，可以獲得模型參數(shù)對決策目標的敏感性因子矩陣；通過對一平面應變結(jié)構(gòu)地基模型的分析，得出了土體Duncan-Chang E<,t>-V<,t>模型的八個參數(shù)的敏感性因子矩陣?？紤]量測信息的不確定性，針對線彈性結(jié)構(gòu)，提出了參數(shù)攝動法區(qū)間有限元逆反分析模型、基于區(qū)間算法的區(qū)間有限元

6、反分析模型以及基于單元的參數(shù)攝動法區(qū)間有限元逆反分 析模型；對復雜的非線性問題，提出了基于Maurc軟件的區(qū)間有限元迭代優(yōu)化反分析模型。 6）對比分析了隨機可靠性、模糊可靠性和非概率區(qū)間可靠性的可靠指標的求法；提出了基于區(qū)間有限元分析方法的區(qū)間可靠指標的求解方法，并給出了一種區(qū)間穩(wěn)健可靠指標的求解方法，在求出區(qū)間可靠指標的同時，也求出了區(qū)間穩(wěn)健可靠指標；結(jié)合區(qū)間有限元優(yōu)化分析模型，將區(qū)間可靠性理論應用于地下結(jié)構(gòu)可靠性分析中