基于有限元分析的潜艇耐压液舱结构系统可靠性计算

潜艇耐压液舱结构复杂，往往需进行有限元分析以获得结构在极限载荷作用下的应力。此时，由于失效函数缺乏显式表达，故应用一般的可靠性计算方法将遇到困难。作者采用人工神经网络代替传统的多项式函数拟合失效面，并结合方向抽样技术，提出了基于有限元的结构系统可靠性计算的新算法。由于该方法引入了结构有限元分析，且无需进行失效模式间相关性的近似分析，因而计算精度好，适用范围广泛。潜艇耐压液舱结构系统可靠性分析的算例表明，该法有效地解决了复杂工程结构的系统可靠度计算问题。     

显式和隐式方法求解防波堤可靠度的差异分析

半圆形防波堤具有稳定性高、结构简单、便于施工等优点。以往对其进行可靠度计算时,根据波高与周期,计算防波堤受到的荷载作用,将荷载作为随机变量,估计其概率分布模型,建立显式的极限状态方程,再进行求解。计算得到的波浪荷载序列对于最优分布线型的离散程度较差。采用基于隐式功能函数的防波堤可靠度分析方法,将波高和周期作为随机变量,无需计算波浪荷载这一中间序列,规避了误差的产生,简化了计算流程。分别采用隐式与显式两种方法对半圆形防波堤进行了可靠性分析。结果表明,两种方法得出的可靠度指标存在差异,这种差异是由于波浪荷载拟合时所产生的误差造成的。     

服役后期海洋平台剩余寿命可靠度预测方法

为保证服役后期平台在延寿服役期内的安全性,需要对其结构整体剩余寿命可靠度进行预测。因此,文章重点研究了在随机波浪载荷作用下平台部分构件动力失效和疲劳失效时,平台整体时变可靠度预测方法。采用Miner线性累积损伤理论和首次超越失效准则,计算平台构件的疲劳寿命可靠度和动力可靠度,搜索并删除失效概率较大的构件,运用波浪增量动力分析法找出平台结构所能承受的极限波浪载荷,再结合服役海域波浪统计资料,计算平台结构系统整体时变可靠度以预测其剩余寿命。文中算例表明了该方法的实用性和简便性。     

结构自重及摩擦系数作变量对直立式防波堤可靠度的影响*

在直立式防波堤的抗滑、抗倾可靠度分析中,通常将结构与基床间的摩擦系数f,直立式防波堤在水中的重力G及其引起的稳定力矩MG均作为定值处理,而忽略三者的变动对可靠度的影响。以秦皇岛港燃料油基地的直立式防波堤为例,采用JC法、映射变换法及Monte Carlo模拟3种方法分别计算了摩擦系数f,自重G及其引起的稳定力矩MG作为定值和变量时直立式防波堤抗滑、抗倾的可靠性指标。结果表明：将摩擦系数f,自重G及其引起的稳定力矩MG均作为变量处理,得到的可靠性指标更精确、更符合实际情况;摩擦系数f的变动对直立式防波堤的可靠度影响较小,而自重G及其引起的稳定力矩MG二者的变动对直立式防波堤的可靠度影响较大。     

大深度载人潜水器圆柱形耐压壳体可靠性研究

大深度载人潜水器上的圆柱形耐压壳体包含多个失效模式,各失效模式之间存在着共同变量和参数,在可靠性分析时需考虑各失效模式的相关性。论文开展了圆柱形耐压壳体多失效模式之间相关度分析方法的研究,形成准确的可靠度评估方法,采用灵敏度方法得到各参数的均值和标准差对结构可靠性的影响程度。以圆柱形耐压壳体结构的计算机罐为例进行分析,发现采用CCS规范开展设计时,计算机罐的可靠度为99.999 86%（可靠度指标为4.689 4）,满足规范建议值的要求。采用灵敏度分析方法分析得到影响计算机罐可靠度的最主要因素为球形封头,在目前设计规范下适当增加封头厚度,同时在加工过程中控制封头加工偏差可有效降低失效概率。     

大型结构系统可靠性分析方法研究

结构系统的可靠性评估是结构设计的一个重要研究内容,而极限状态函数的建立是进行可靠性评估的基础.但是,大型结构系统的极限状态函数极为复杂,响应面法用简单的多项式进行模拟的精度较低,导致误差较大.文章提出用神经网络替代多项式来拟合复杂的极限状态函数,形成所谓的神经网络响应面.然后,基于塑性极限理论,文中提出了不依赖于失效模式的极限状态函数表达形式及采用ICP对该极限状态函数进行计算的方法.最后,依照拟合得到的神经网络响应面,给出了大型结构系统失效概率的方法.通过两个算例计算并和其它方法进行比较,表明该方法的计算精度较高,而计算时间大大降低.     

基于结构可靠度理论的高拱坝失效概率研究

简述了高拱坝安全评价中可靠度与失效概率研究的现状及存在问题;分析了高拱坝的主要失效模式,建立了高拱坝系统失效的故障树模型;研究了高拱坝失效相关主要随机变量的分布规律及特征值计算方法;探索应用JC法计算高拱坝单个失效模式的失效概率;研究了具有多个失效模式的高拱坝系统失效概率的计算方法;计算了某一高拱坝的失效概率。     

基于Bayes拟合法的船舶复杂系统总体任务可靠度评估

针对现有系统可靠性评估方法不适用船舶复杂系统总体任务可靠度评估这一特点,提出了一种基于Bayes思想和矩估计理论的Bayes拟合方法.该方法从船舶系统总体任务可靠度特点出发,将无失效数据转化为等效失效数,由已知各种验前信息、历史信息和试验信息,求得系统总体任务可靠度后验分布函数,并给出不同置信度水平下系统总体任务可靠度下限,较好地解决了小子样、无失效、可维修情况下的船舶复杂系统总体任务可靠度评估问题.     

导管架海洋平台可靠性指标模糊优化分配方法

提出了近海导管架平台结构可靠性指标分配的模糊优化方法.该方法使导管架海洋平台在尺寸、重量、造价等约束条件下,体系达到模糊最优可靠性.文章从寻找结构主要失效模式、结构整体可靠度指标求解、结构子系统可靠度指标分配三个环节进行研究,得到了较为满意的结果.     

失效途径疲劳失效概率计算的一阶方法的改进

失效途径的疲劳可靠性分析是复杂结构系统疲劳可靠性分析的基础和关键,目前常用的方法是一阶可靠性方法（FORM）,由于没有考虑失效单元极限状态超曲面之间的相关性,易引起较大的计算误差。本文从分析失效单元极限状态超曲面的相互关系入手,提出了失效途径中各失效单元极限状态函数检验点新的选择准则,对一阶可靠性方法进行了改进。算例表明,本文提出的改进方法有效地提高了失效途径疲劳失效概率的计算精度。     

一种基于方向概率的潜艇结构可靠性计算方法

潜艇结构可靠性分析属于多个相关模式串联的系统可靠性分析问题，本文通过随机空间的映射变换。将其多个失效模式的失效面统一变换到随机独立的标准正态空间（Gauss空间）内，以利用该空间球坐标沿其径向的x^2分布特性计算总体失效域上的失效概率，由于无须进行模式间相关性的近似分析，因而提高了系统失效概率的计算精度，潜艇两种耐压结构的可靠性分析算例表明，该方法实用性强，操作性好，精度较高，对于有高度非线性失效面方程的可靠性计算问题有很强的适应性。     

边坡稳定性可靠度分析

应用蒙特-卡罗法分析边坡稳定的可靠度,首先要求得安全系数,不同的安全系数分析方法直接影响到可靠度指标的求解;边坡稳定分析常用的方法中,大多基于变量C’、φ’、γ在不同的概率分布情况下,定义出不同的极限状态函数,进而得出相应的可靠度指标;考虑到变量间的相关性,分析讨论在不同相关条件下,可靠度指标、失效概率及安全系数的变化情况,此外,引入参数灵敏度的概念,研究不同变量对边坡稳定性的影响。     

基于改进McEvily裂纹扩展模型的新型钛合金疲劳可靠性分析

针对传统的Paris裂纹扩展模型在可靠性研究中不能考虑小裂纹扩展过程的问题,本文基于改进McEvily裂纹扩展模型,建立疲劳可靠性的极限状态计算方程,采用一次二阶矩验算点法对可靠度指标及其参数敏感性进行计算分析。通过与基于Paris裂纹扩展模型的可靠性结果对比表明:改进McEvily裂纹扩展模型下的可靠度指标为4.17,在Paris裂纹扩展模型下的可靠度指标为4.08,Paris模型只考虑了裂纹稳定扩展的过程,其可靠性计算结果更为保守;通过参数灵敏度分析得知,不确定变量中的材料参数m、初始裂纹尺寸a0、临界裂纹尺寸ac对可靠度指标有较大程度的影响。小裂纹扩展阶段的主要影响参数即裂纹闭合水平k,其变异系数对失效概率的影响较小但系数达到0.16时失效速率有进一步增长趋势。     

船舶系统可靠性指标分配的多目标优化方法

针对船舶系统可靠性设计问题,采用改进非支配排序遗传算法(NSGA Ⅱ)研究了可靠性指标分配中的多目标优化设计.根据Pareto最优解集形成决策矩阵,基于信息熵法得到属性权重,利用逼近理想解的排序方法(TOPSIS)进行多属性决策研究.对Pareto最优解给出排序.采用本文方法讨论了一个船舶系统可靠度的分配和预测算例,给出了可靠度和费用之间的拟合关系.数值算例表明,综合采用多目标优化和多属性决策技术,可以迅速、客观选择各部件的可靠度.这种综合方法还能用于可靠性研究的其他领域.     

1／4圆弧面胸墙沉箱防波堤可靠度分项系数

1／4圆弧面胸墙沉箱防波堤是一种适合于深水港的新型防波堤。文章首先利用修正的合田良实波浪力公式计算防波堤堤身波浪力分布特性;考虑作用在防波堤堤身的波浪力之间、波浪力矩之间相关性,采用考虑相关变量的可靠性分析方法,基于工程海域实测波浪数据,针对不同工况下的防波堤,确定该类型结构的可靠指标、失效概率。对应于我国现行安全度水平,提出各荷载的分项系数建议值,以及深水1／4圆弧面胸墙沉箱防波堤的抗滑移、抗倾覆破坏的设计表达式。为其结构设计提供理论依据。     

基于CIVIL 3D的防波堤工程量计算分析

本文基于CIVIL 3D建立某海外港口防波堤模型,解决在原有防波堤基础上新建防波堤后的工程量计算问题。本文将介绍整个建模过程和思路,通过软件分析得到新建防波堤的精准工程量,并通过构建原有防波堤BIM模型对比实际已建防波堤的工程量验证模型的正确性,最后通过对比传统防波堤计算方法表明基于CIVIL 3D软件的BIM建模更加精准有效。     

响应面法在引桥式接岸结构可靠度分析中的应用

结合天津港地区以淤泥质为主的工程地质条件,构建引桥式接岸结构的ANSYS有限元数值模型。根据PDS模块抽样结果建立基于桩基承载力、胸墙一引桥连接点强度和结构位移等3种失效模式下的响应面方程,计算各随机变量影响结构可靠度的灵敏度和不同失效模式下接岸结构的可靠度,提出可供接岸结构优化设计参考的相关建议。     

结构可靠度分析的智能计算法

模糊数学、神经网络、遗传算法并称为智能计算方法.对功能函数没有明确表达式的问题进行可靠度分析,本文提出了基于响应面重构的智能计算法,即构造一个模糊神经网络响应面并采用遗传算法进行可靠度计算.算例分析表明,该方法与传统的二次多项式响应面方法相比,计算精度较好,可大大减少有限元分析次数.该方法用于大型复杂海洋工程结构的可靠度分析,可相应提高工作效率和解题质量,具有实际应用价值.     

深水大直径嵌岩钢管桩施工期风险分析

对施工期深水桩基作了基于位移的可靠度分析,采用蒙特卡洛有限元方法,计算得到桩基随地基基床系数、嵌岩深度、桩长、桩径、桩身弹性模量、桩身重度及桩顶水平荷载等参数变化的失效概率;结合可靠度计算的结果,采用模糊数学理论对桩基直接经济损失进行分析,计算得到桩基发生不同程度损失的概率,较全面系统地对施工期的深水桩基工程进行了风险分析。     

结构可靠度计算的遗传算法

利用遗传算法可方便地对功能函数复杂和难于求导的情况进行结构可靠度计算，计算实例表明，该方法是行之有效的。Matlab语言基本元素是矩阵，提供了各种矩阵的运算和操作，其中包含结构可靠度计算中常用的统计及遗传算法工具箱，可使编程效率大大提高，且其语法简便，易于掌握，基于这一特点，编制了用遗传算法计算结构可靠度的Matlab程序。