粒子群算法在结构非概率可靠性优化中的应用

为了解决实际工程中不确定性结构的可靠性优化问题,建立了以结构非概率可靠性指标和横截面积为约束条件、最小化结构质量为目标的优化模型.利用非概率集合理论中的凸模型方法,求出可靠性指标,提出了基于粒子群算法的结构非概率可靠性优化方法.算例分析结果表明:与参数取平均值时的结构确定性优化方法相比,容许非概率可靠性指标为零时的结构非确定性优化方法得到的结构质量误差仅为0.009%.随着容许非概率可靠性指标的增大,桁架结构横截面积及质量也相应增大;当容许非概率可靠性指标为1.5时,与梯度投影法优化结果相比,利用该方法优化后的结构质量减少了0.323%.     

Method of a new iteration scheme combined with Kriging model for structural reliability evaluation

The first order reliability method (FORM) is widely adopted for structural reliability evaluation due to its numerical efficiency. Concerning the issue of FORM often failing to converge when the limit state function (LSF) behaves high nonlinearity, a new iteration scheme called ??rotated gradient algorithm (RGA)?? is proposed and combined with Kriging model to evaluate the reliability of implicit performance function. In this paper, the Kriging model is applied to approximate the real LSF first. Then the scheme of RGA, constructed in terms of gradient information of two adjacent design points obtained during the process of calculation, is used to calculate the reliability index. Numerical examples show the validity in convergence and accuracy of the proposed method for arbitrary nonlinear performance function.     

B级车轮铸钢疲劳可靠性S-N曲线重构方法

为实现任意可靠性水平疲劳强度设计、寿命预测和可靠性评定,提出了B级车轮铸钢疲劳可靠性S-N曲线的重构方法,应用Monte-Carlo模拟技术在可接受误差范围内重构了B级铸钢的疲劳极限和成组法S-N数据,依照常规法测定了B级铸钢中、短寿命范围的可靠性S-N曲线,应用概率疲劳极限外推法获得了包含中、短和长寿命范围的可靠性曲线。在此基础上,考虑工程应用实际情况,推导出了任意概率水平下的里程可靠性曲线。重构获得的疲劳极限及S-N数据最大模拟误差分别只有0.15%和0.07%,较好再现了原始数据,对曲线的外推使其合理性达到生产需要的104km以上,说明曲线重构方法可获得所需疲劳可靠性S-N曲线。     

Non-probabilistic reliability research on multi-variable hydraulic turbine blade model

Based on the interval mathematics and possibility theory, the variables existing in hydraulic turbine blade are described. Considering the multi-failure mode in turbine blade, multi-variable model is established to meet the actual situation. Thus, non-probabilistic reliability index is presented by comparing with the output range and the given range.     

缺损钢筋混凝土梁桥模糊可靠性评价模型

结合模糊评价理论、层次分析法以及概率可靠度方法,建立了钢筋混凝土梁桥缺损状况模糊可靠性评价模型。通过建立模糊评价集,确定项目层、指标层模糊评价因素集和模糊评价因素权重集,构造概率型判断矩阵,经加权平均值法计算,得到梁桥缺损状况模糊评判得分,以目标可靠指标和最低可靠指标为界,将模糊评判得分转换为模糊可靠指标,实现在役梁桥缺损状况的模糊可靠性评价。采用该方法对一座使用25年的多跨简支钢筋混凝土梁桥进行评价,得到模糊可靠指标为3．769,满足最低可靠指标要求,与桥梁实际状况相符,表明该方法可行。     

沥青路面结构的可靠性分析初探

在路面结构设计中,许多因素都存在不确定性,这些因素的不确定性将对路面结构的可靠程度产生严重影响．以现行《公路柔性路面设计规范》为依据,结合《公路工程结构可靠度设计统一标准》（GB／T50283-1999）,应用概率论和随机过程理论,并考虑设计参数的随机性和变异性,阐述了沥青路面结构的可靠度概念．在此基础上,对路面质量的控制指标建立极限状态方程,提出了沥青路面结构可靠度设计计算方法,并结合示例加以说明．     

Petal failure characteristics of a conical projectile penetrating a thin plate at high oblique angle

In order to determine the impact depth of a conical projectile impacting a thin plate at high oblique angle, the residual velocity of the projectile after penetrating must be known. Based on the petal failure mode of the conical projectile impacting the thin plate at high oblique angle, the energy consumption mode of the target was determined. During the perforation process, the energy consumption of the target was completed by the saucerization, the power work of the petals, the propagation of radial cracks and petal bending. The energy formula was deduced for each energy dissipation mode and the energy consumed in the impact process was determined. The residual velocity and the ballistic limit velocity of the projectile were deduced by energy conservation principle. Comparison of the analytical results of the residual velocity to the numerical results demonstrates the accuracy and reliability of the analytical formula.     

机械构件的疲劳寿命可靠性评定

机械构件的疲劳寿命是其可靠性的一个重要指标.对构件进行疲劳寿命可靠性评定并在此基础上进行优化设计(以疲劳寿命可靠性为目标函数)是一件值得探讨的工作.本文应用以概率论为基础的可靠性评定方法(以一典型的汽车构件为例)来分析机械构件的疲劳寿命可靠性,为在机械设计中引入概率论与随机过程等数学方法作了初步尝试.     

机械构件的疲劳寿命可靠性评定

机械构件的疲劳寿命是其可靠性的一个重要指标.对构件进行疲劳寿命可靠性评定并在此基础上进行优化设计(以疲劳寿命可靠性为目标函数)是一件值得探讨的工作.本文应用以概率论为基础的可靠性评定方法(以一典型的汽车构件为例)来分析机械构件的疲劳寿命可靠性,为在机械设计中引入概率论与随机过程等数学方法作了初步尝试.     

路段容量随机下降路网的行程时间可靠性

基于均匀分布的路段容量,分析了退化路网中路段行程时间的随机变动,构建了概率用户均衡交通分配模型,证明了等价数学规划模型解的等价性,设计了模型求解算法.在此基础上,建立了路段、路径及OD对行程时间可靠性计算模型.最后,在一简单网络上进行了计算分析.     

路堤稳定性可靠度及目标可靠指标确定的探讨

确定路堤结构设计方法的目标可靠度是一个相当复杂的工程与经济相协调的问题.而校准法仅能从安全度和工程设计一方面确定目标可靠度,无法反映经济性一方面.所以建立公路使用年限内的以经济评价模式,引入可靠性优化方法对确定路堤结构的最优可靠度具有重要意义.本研究通过引入可靠性优化方法,建立公路使用年限内的路堤结构的费用现值作为目标函数来确定路堤结构的稳定设计最优目标可靠度.     

公路工程钢管砼压弯构件可靠性分析

根据《公路工程结构可靠度设计统一标准》GB/T50283 1999的规定,对《钢—混凝土组合结构设计规程》DL/T5085 1999中钢管砼压弯构件的承载力计算公式进行了可靠度分析.结果表明,其计算公式可靠指标β值都在4 2以上,满足GB/T50283 1999的要求,可供公路工程钢管砼构件设计时参考.     

Risk-identification-based hybrid method for estimating the system reliability of existing jacket platforms under fire

This paper proposes a risk-identification-based hybrid method for estimating the system reliability of steel jacket structures under fire.The proposed method starts with risk identification;according to the results of hazard identification and Dow’s fire and explosion index(F&EI) methodology,the most dangerous hazard sources are determined.In term of each equipment layout in steel jacket structures,fire load is imposed and elasto-plastic analysis is performed.According to the deformed state of steel jacket structures,the weakest failure mode of steel jacket structures is identified.In order to know the effect on ultimate bearing capacity of the offshore structural system,a series of elasto-plastic analyses are performed in which single failure element contained in the weakest failure mode is removed from the whole offshore platform structural system.Finally,the failure function of the steel jacket structure is generated and the failure probability of the steel jacket structure system is estimated under fire by genetic algorithm via MATLAB program.     

交通事故车速估算的不确定因子方法

道路交通事故包含含有很多种不确定的因素,根据这些因素推断车辆碰撞前的速度具有较大的不确定性,无法得到一个准确值。提出一种用于车速估算的不确定因子方法,即采用不确定度理论,通过适当选择不确定度对车速计算结果影响最大的参数作了不确定因子,根据其不确定度推算车速的不确定度和取值范围。分别选取轮胎与路面间的摩擦系数,被撞车碰撞前速度等参数作为不确定因子,给出了该方法在动能和动量等车速算法中的应用。     

冗余信息交通事故再现可靠性分析的综合模型法

为了评价交通事故再现分析结果的可信性,将高阶矩技术、随机摄动法和Edgeworth级数与交通事故再现分析技术相结合,提出了交通事故再现可靠性分析方法,给出了再现分析结果的置信度和置信区间.针对具有冗余信息的交通事故再现分析,应用主观赋权法、可靠性分析技术和优化求解技术,提出了冗余信息交通事故再现可靠性分析的综合模型法.最后通过实际交通事故案例进行了事故再现分析.研究结果表明:该方法在考虑各基本因素客观不确定性的基础上同时结合了专家经验,与各基本再现分析模型计算结果相比,其均值趋于各基本再现分析模型的中间值,其变化范围(标准差)最小,再现分析结果更具科学性和准确性.     

边坡稳定性模糊随机可靠度分析

考虑可靠性分析中结构极限状态变量在零值附近的模糊区间,建立边坡稳定性模糊随机可靠度分析模型。研究了在土性参数变异性、模糊失效概率隶属度函数梯形与岭形分布类型情况下,模糊区间宽率与偏度对模糊可靠指标的影响。分析结果显示:偏度与可靠性指标曲线的斜率随宽率的减小而减小,且其趋势与参数变异性与模糊失效概率隶属度函数类型无关;对于宽率的某一确定值而言,偏度的增大会导致模糊可靠指标的降低;土性参数变异性的增加会导致模糊可靠指标的降低。     

基于概率烈度的结构抗震损伤可靠性分析

基于结构在地震作用下的不同程度损伤,探讨了更为准确、实用的抗震可靠性分析方法。以混凝土多孔砖砌体结构为例,采用抗震损伤指标标定结构在地震作用下的损伤状态等级,将结构损伤状态分级化;考虑抗震设防区实际地震烈度的发生概率,引入概率烈度来改进传统的可靠度计算公式,构建了基于概率烈度的结构抗震损伤可靠性分析方法。实现结构抗震损伤状态及其概率的分级量化评价,为进一步结构抗震研究及抗震风险评估提供分析基础。     

Human reliability analysis method on armored vehicle system considering error correction

Human reliability analysis(HRA) is an expansion of man-machine engineering. It is also a new multidisciplinary based on behavioral science, cognitive science, information processing, system analysis and probability statistics in order to analyze, predict, reduce and prevent human errors. Firstly, the quantitative analysis model of HRA is proposed based on Markov process theory by using human error probability(HEP) and error correction cycle(ECC) as parameters. And human reliability evaluation criterion is built. Then, the HRA process considering error correction is proposed based on cognitive reliability and error analysis method(CREAM). Finally, according to the characteristics of armored vehicle system, common performance condition(CPC) in CREAM is improved.A reliability impact index is characterized by the overall contexts of tasks. Human reliability evaluation criterion of armored vehicle system is formulated. And the result of HRA is obtained based on the method presented in this paper. In addition, the relative weights are estimated by combining scale of 10/10—18/2 and analytical hierarchy process(AHP), and the triangular fuzzy number considering confidence factor and optimism index is adopted in order to reduce the subjectivity. The analysis results show that the method presented in this paper is reasonable and feasible. Meantime, the method can provide guidance for human reliability analysis of other weapon systems.     

基于遗传混合算法的二维耦合颤振方法

对于传统的二维二自由度耦合颤振分步分析解法,创新性地将颤振分析转变为关于求解系统振动频率的非线性方程组问题.基于数值分析理论,引入如拟牛顿法等超线性收敛的数值迭代解法,研究了该类方法在数值迭代时的局部收敛性、初始值依赖性等问题.为规避上述风险发生在颤振分析中,将具有全局搜索优势的遗传算法应用于二维二自由度耦合颤振分析,结合最优算法L-M算法进行局部收敛修正,提出了基于遗传混合算法的分析方法.算例分析结果表明:在各个检测风速节点处,两种方法下的系统振动圆频率和系统牵连阻尼比计算误差都低于0.1‰,结果几乎一致;所建立的新分析方法思路清晰,求得颤振临界风速与传统方法完全一致,说明新的计算流程可行且计算结果准确;与传统方法相比,基于遗传混合算法的颤振方法每步求解过程无需初值的自选取,具有无条件收敛的优点.      

钢管拱肋分段吊装扣索一次张拉索力改进算法

为改善大跨钢管拱肋分段吊装扣索索力常用算法迭代效率低、计算时耗长, 且忽略了温变影响等不足, 建立了可考虑温变影响和提高计算效率的改进算法; 基于材料力学和几何学相关知识, 推导了吊装过程中拱肋位移变化与温变的理论关系, 并在计入温变引起索长和拱肋位移改变的情况下, 推导出扣索索力变化与温变的理论关系; 基于扣索一次张拉法和ANSYS零阶优化法, 开发了考虑温变影响且在迭代子步中对程序自动搜索实施宏观调控的扣索索力计算程序; 运用改进算法对某主跨300 m钢管混凝土拱桥开展了分段吊装施工控制分析。分析结果表明: 推导的理论公式和有限元分析结果的变化规律一致, 拱肋位移变化的最大相对误差为11%, 索力变化的最大相对误差为18%, 均能满足工程精度要求; 与原算法相比, 采用改进算法的迭代次数由26次缩减到17次, 迭代效率提高了35%, 计算索力与实测索力的最大偏差由276 kN减小到100 kN; 拱肋松索成拱位移理论值与实测值的最大偏差为7 mm, 成拱线形正常; 建立的改进算法可实现扣索一次张拉, 提高迭代效率和计算精度, 运用改进算法控制大跨钢管拱肋吊装施工可使拱肋松索成拱线形满足设计要求。