蒙特卡洛法在滑坡稳定性可靠度分析中的应用

通过分析滑坡稳定性分析中存在的问题,考虑滑坡岩土体的不确定因素,从概率的角度对影响滑坡稳定的各种参数的不确定性进行定量分析,从而得到坡体稳定的不确定性。采用蒙特卡洛法针对一工程实例进行了计算分析,得到了在不同工况下滑坡失稳的概率值,计算结果验证了方法的合理性和可行性。     

模糊集理论下的楔形体稳定性分析

岩体参数的不确定性是边坡稳定性分析中一个重要的难题。由于参数的不确定性,概率论难以很好地量化其不确定性,而模糊集理论能够更加合理地解决这个问题。在楔形体稳定性分析中,由于结构面抗剪强度参数的不确定性,因此将其作为模糊数。应用模糊数和模糊集理论,同时采用蒙特卡罗模拟法,提出了模糊蒙特卡罗模拟法和模糊可靠度指标理论,分析坡体失稳的模糊不确定性。将该方法应用到工程实例中,结果表明,模糊蒙特卡罗模拟法和模糊可靠度指标法所分析的结果基本一致,验证了该方法的合理性和可靠性,能够很好地为实际工程提供借鉴和参考。     

不确定因素对带系梁钢管混凝土拱桥可靠度的影响分析

传统的工程结构设计与分析是建立在确定性的力学模型基础上进行的,无法考虑结构中的不确定性.不确定性是人类在认识和把握纷繁复杂客观世界过程中的局限性所客观存在的.通过将结构中的不确定性按照其自身规律表达成概率模型,采用蒙特卡罗法对新建成的一座钢管混凝土拱桥进行分析,不仅获得了关键截面结构应力值概率分布情况,也得到了该桥的体系静力可靠度,较好地分析不确定因素对桥梁结构的影响.     

汽车乘员约束系统多目标不确定性优化EI北大核心CSCD

计及乘员约束系统不确定性参数对乘员安全性的影响,在非线性区间数规划(NINP)和局部加密近似模型相结合的基础上提出一种乘员约束系统多目标不确定性优化方法。根据实车前碰撞试验结果对乘员约束系统的数值模型进行校正,并利用区间序关系将乘员约束系统不确定性优化问题转换为确定性优化问题;采用隔代映射遗传算法(IP-GA)和微型多目标遗传算法(μMOGA)来求解满足乘员约束系统防护性能的非支配解集。结果表明:该方法能获得考虑不确定性影响的乘员约束系统最佳匹配参数,从而确保汽车乘员的安全性,在汽车安全领域具有广泛的工程应用前景。     

汽车零部件时变可靠性及其灵敏度分析

推导了一种考虑初始参数不确定性的一维布朗运动方程,构建了载荷和结构参数时变的模型。运用材料S-N特性求得剩余强度分布,结合应力-强度干涉理论,提出了一种既考虑初始参数及强度不确定性又考虑实际使用过程中不确定性的可靠性及其灵敏度分析模型。在此基础上,研究了汽车零部件结构参数、强度、载荷、可靠度及其灵敏度随时间的变化规律。以某汽车驱动桥半轴为例,计算了时变条件下驱动桥半轴可靠度、失效率及可靠性灵敏度的变化规律。     

汽车乘员约束系统多目标不确定性优化

计及乘员约束系统不确定性参数对乘员安全性的影响,在非线性区间数规划(NINP)和局部加密近似模型相结合的基础上提出一种乘员约束系统多目标不确定性优化方法。根据实车前碰撞试验结果对乘员约束系统的数值模型进行校正,并利用区间序关系将乘员约束系统不确定性优化问题转换为确定性优化问题;采用隔代映射遗传算法(IP-GA)和微型多目标遗传算法(μMOGA)来求解满足乘员约束系统防护性能的非支配解集。结果表明:该方法能获得考虑不确定性影响的乘员约束系统最佳匹配参数,从而确保汽车乘员的安全性,在汽车安全领域具有广泛的工程应用前景。     

基于可靠度的桥墩抗剪承载力影响因素敏感性及经济性分析

历次震害资料表明,钢筋混凝土桥墩剪切破坏十分常见.依据现行桥梁设计规范,考虑计算模式不确定性、材料不确定性及几何参数不确定性,采用可靠度方法进行敏感性分析,得到影响钢筋混凝土桥墩抗剪承载力的敏感因素,并分析给出提高桥墩抗剪可靠度的经济适用方法.结果表明:随着地震作用效应与恒荷载作用效应比(PE)的增大,三种不确定性模式下桥墩的可靠度均逐渐降低;在桥墩抗剪承载力影响因素中,混凝土强度、箍筋强度和箍筋间距对可靠度影响最为显著;采用加密箍筋间距和提高箍筋强度的方法提高桥墩可靠度的工程经济价值最佳.     

地震作用下高桩承台桥梁结构工程简化模型的研究与分析

目前考虑桩土相互作用的结构抗震分析中常采用Penzien模型,Penzien模型虽然比较简单,但在实际工程计算中仍然很繁琐。讨论高桩承台结构工程简化模型的参数确定方法,并用Penzien模型对其进行校核,结果表明,工程简化模型计算上部结构的地震响应有着一定的适用性。     

斜拉桥环境激励模态参数识别不确定性试验研究

为分析环境激励法模态参数识别的不确定性,对一模型斜拉桥进行了分区模态试验,测试了主梁竖向和扭转、主塔面内和面外模态。首先,分析了非白噪声激励对模态参数识别的影响,提出采用结构有限元模型仿真分析结合稳定图剔除虚假模态的方法。其次,采用特征系统实现算法(ERA)结合提出的虚假模态剔除方法,识别出全桥15阶模态。再次,采用峰值法(PP)、正交多项式法(RP)、最小二乘复指数法(LSCE)、随机子空间法(SSI)分别进行模态参数识别,对比了各方法模态参数识别结果,统计了其不确定性,频率的识别结果变异性小,阻尼和振型有较大的变异性。最后,采用MONTE CARLO法对实测频响函数添加噪声后进行模态参数识别,结果表明,测点位于振型振幅较大位置时,模态参数识别结果的不确定性小,模态参数识别方法的不确定性比噪声的不确定性大。     

软土路基施工期稳定性风险评估方法研究

该文将蒙特卡罗法和有限元法相结合,提出了一种可综合考虑各影响因素随机变化的路堤填筑稳定性判断方法.通过分析土性参数、填筑过程、环境因素的不确定性变化对安全性的影响,给出路堤失稳的风险概率.工程实例分析表明该方法具有一定的有效性和准确性.     

考虑结构损伤的在役混凝土桥梁有限元模型修正方法

混凝土桥梁结构及材料参数在服役期间处于动态变化过程(如材料劣化),在桥梁完工投入运营之后再测定桥梁的材料或者结构参数较为困难,且采用基于桥梁初始设计参数建立的有限元模型来对其进行模拟的精度有限。为建立考虑结构损伤的在役混凝土斜拉桥的高精度有限元模型,提出了一种基于桥梁荷载试验的混凝土斜拉桥有限元模型修正方法。首先以一座混凝土斜拉桥为依托工程,建立了桥梁初始Midas有限元模型。在考虑混凝土斜拉桥结构特点、施工误差以及可能出现的结构损伤部位的基础上,选取4个结构参数及1个试验参数作为待修正参数。根据依托工程桥梁荷载试验特点及常规试验内容,选择了4个覆盖了结构静、动力特性的指标作为目标函数,根据有限元计算结果建立了待修正参数与目标函数之间的响应面方程。最后根据依托工程荷载试验的结果,结合响应面方程对初始有限元模型进行了修正。结果表明:采用修正后参数的计算结果与实际桥梁施工情况相符,修正后的桥梁有限元模型具有较高精度,可较好地反映出实际桥梁工程在弹性阶段的静、动力力学状态;所提出方法可通过桥梁荷载试验来反推桥梁当前状况下的参数状态,实现对桥梁结构的精确模拟,该方法不仅适用于新建桥梁也可对长期运营的桥梁的结构状态进行反推和模拟。     

基于多维平行六面体模型的动力总成悬置系统固有特性分析

工程实际中,汽车动力总成悬置系统不可避免地存在着一定的参数不确定性,且不确定参数间往往同时存在一定的相关性与独立性。本文中引入多维平行六面体模型处理系统参数相关性和独立性并存的情形,结合蒙特卡洛法提出了一种悬置系统固有特性的不确定性分析方法,并给出了方法的分析步骤。对某悬置系统的数值分析结果表明:该方法能有效处理系统不确定参数的相关性和独立性,与未考虑参数相关性的区间方法相比,该方法能获得更为合理的固有频率和解耦率区间范围;对于给定的研究模型,其左右悬置点的刚度相关性对系统固有特性的影响比较明显,在设计和研究过程中应给予重点关注。     

基于逆可靠度法的大跨悬索桥主缆安全系数评估

提出了一种基于逆可靠度法的大跨悬索桥主缆安全系数评估方法。该方法通过给定结构的目标可靠度指标反求主缆安全系数,计算出的主缆安全系数既考虑了结构参数中不确定因素的影响,又满足了预先给定的主缆可靠度水平。运用该方法评估了主跨跨径范围为2 000~5 000 m的悬索桥主缆安全系数。结果表明,参数的不确定性对悬索桥主缆安全系数会产生较大影响,忽略参数不确定性的影响会导致过高地估计主缆安全系数。     

预应力混凝土结构碳化腐蚀参数敏感性分析

基于碳化深度预测模型,使用已有的参数敏感性分析方法,研究了碳化腐蚀参数对混凝土结构时变性能评估的重要性.由于概率预测模型能够考虑CO2排放、环境、结构尺寸、腐蚀电流密度、预应力筋布置、保护层厚度和劣化机制的不确定性和变异性,发展了可靠度计算模型来定量地计算碳化腐蚀参数对结构时变性能的影响.研究表明:对于预应力混凝土结构,活载模型、混凝土保护层厚度、混凝土抗压强度和荷载横向分布系数是最重要的影响参数.     

基于高斯过程模型的结构可靠性优化设计研究

数值仿真模型相较于传统的工程试验方法具有运算速度快、试验成本低、操作简单等优点,已经在机械工程、车辆工程、土木工程等领域被广泛使用。然而,在基于数值仿真模型的设计过程中,由于知识缺乏或信息不全等因素,会产生大量的不确定性。传统的优化设计或可靠性分析只考虑了随机不确定性,而常常忽视模型不确定性对设计结果造成的影响。基于此,本文提出了一种考虑模型不确定性的可靠性优化算法。该方法利用高斯过程模型中的协方差函数度量了设计过程中的模型不确定性,并通过蒙塔卡洛方法获取结构可靠性指标,并在求解过程中使用了序列优化可靠性分析方法,使得优化求解与可靠性分析交替进行,从而实现了对双层嵌套的可靠性优化问题进行解耦,极大提高了可靠性优化算法求解效率。最后通过某车型的正面碰撞安全性设计,验证了本算法的可行性,并进一步证明了在优化设计或可靠性设计中引入模型不确定性的重要性。     

斜拉桥不确定性参数随机分析研究

为了研究复杂结构体系中不确定性结构参数对其静动力特性的影响,采用多元步进响应面的Monte Carlo法,即将数理统计中的多元步进回归技术引入响应面拟合中,选择出若干个对因变量影响较大的随机变量参与响应面拟合,从而建立一个较为理想和稳定的回归方程,提高响应面的精度,并基于拟合响应面采用拉丁超立方抽样法生成MonteCarlo样本,实现复杂结构体系响应参数的随机分析。采用该方法对润扬大桥北汊斜拉桥静动力特性进行了敏感性因素分析。计算分析表明,斜拉桥主梁质量密度的随机性对其静动力特性最为敏感,同时斜拉索和主梁结构参数的随机性对斜拉桥低阶模态的敏感性较强。所做工作能为斜拉桥结构受力分析提供参考,同时为复杂结构体系不确定性参数的随机分析提供相应的思路。     

FRP工程结构多尺度不确定性分析研究进展

纤维复合材料(FRP)结构在桥梁工程中的应用日益增多，但其采用复杂的制造工艺导致FRP材料属性及其构成结构性能存在较大的离散性，同时不确定性参数的多层级、非均质和种类多等特点使得其结构可靠性较难准确量化。为推动FRP结构不确定性分析方法和应用研究的进一步发展，从FRP结构不确定性来源、材料力学性能概率预测方法、结构可靠性分析方法3个方面梳理国内外FRP结构不确定性分析方法的研究进展，并探讨其不足和发展趋势。不确定性来源方面，从复合材料制造缺陷分类出发，详细阐述典型制造缺陷的成因、对FRP力学性能的影响及其引起的不确定性。材料力学性能概率预测方法方面，综述了基于均匀化理论的摄动随机有限元法和谱随机有限元法等概率均匀化方法的适用范围，并介绍了上述方法在细观尺度不确定性对宏观力学属性的影响程度和敏感性分析中的应用。结构可靠性分析方面，分别综述了用于FRP结构静力分析、动力分析和屈曲稳定分析的多尺度不确定性分析方法以及可靠性分析方法的研究。研究结果表明：FRP结构显著的几何多层级和复杂的制造工艺不可避免地产生各种缺陷而造成力学性能下降和离散性，采用试验、细观力学模型和均匀化方法并结合随机有限元...     

基于可靠度反演理论的大悬臂钢桁梁横移施工抗倾覆稳定设计

为了评估大悬臂钢桁梁在横移施工中的安全性,提出一种基于可靠度反演理论的大悬臂钢桁梁抗倾覆稳定安全系数评估方法,该方法在给定目标可靠指标和考虑结构参数随机性的前提下,采用可靠度反演理论,求解大悬臂钢桁梁在横移施工中的抗倾覆稳定安全系数。最后,采用该方法对潍莱高铁82 m大悬臂钢桁梁的抗倾覆稳定问题进行研究,并对参数的敏感性进行分析。计算结果表明：在大悬臂钢桁梁横移施工中,忽略参数不确定性的影响会导致过高地估计结构的抗倾覆稳定安全系数;抗倾覆稳定安全系数对横移配重质量和配重距离两个参数最为敏感,随着这两个参数变异性的增大,大悬臂钢桁梁抗倾覆稳定安全系数迅速减小。     

考虑土性相关性的加筋土堤坡可靠度计算研究

给出了加筋土堤概率可靠度分析的极限状态的功能函数,指出了对计算模式不确定性而进行修正的必要性,同时给出了其在极限状态功能函数中的形式,考虑了土性c与φ值的自相关性和负互相关性。对加筋土堤可靠度计算中考虑了三种不确定性:材料参数的不确定性;荷载和作用因素的不确定性;计算模型的不确定性。     

桥梁结构有限元模型的仿射-区间不确定修正

为获得桥梁结构的基准状态，考虑测试和结构参数的不确定性，将区间分析、仿射算法引入响应面有限元模型修正方法中，建立了一种新的桥梁结构有限元不确定模型修正方法。在讨论结构特点及力学行为的基础上，选择了待修正结构参数和结构响应后，采用均匀试验设计方法获得试验样本，同时结合多样本的有限元分析，采用F检验法得到结构响应的显著性参数。基于有限元模型修正的响应面方法，构建结构的响应面替代模型后，引入区间分析算法的自然拓展，将响应面模型拓展为区间响应面函数，同时采用仿射算法解决区间分析的区间扩张问题，构建桥梁结构有限元模型的仿射-区间不确定修正方法，并采用遗传算法进行区间优化求解。另外，针对区间响应面有限元模型修正的具体需求，提出了区间响应面函数的两步验证方法。用斜拉桥振动台模型桥梁在不同工况下的测试模态参数和斜拉索索力，对其进行有限元模型的不确定修正，实现了实测响应与有限元计算响应间误差的最小化。区间响应面函数的两步验证证实了参数修正范围和结构响应的有效性和正确性，修正后结构纵向、横向、竖向的一阶，二阶频率以及索力的实测响应均在计算响应范围内。验证结果表明：所提有限元不确定模型修正方法，能有效实现桥梁结构有限元模型的修正。