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结构时变失效概率函数估计的加权重要抽样方法

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机械强度 2023年第6期45卷 1387-1393页

作者：钱宇耕袁修开陈敬强厦门大学航空航天学院厦门361005

参数时变失效概率函数(Time-Dependent Failure Probability Function,TDFPF)是结构时变可靠性优化设计的关键问题之一,其估计的精度与效率决定了结构时变可靠性优化的效果。针对时变失效概率函数计算成本高的问题,基于结构复合极限状... 详细信息

参数时变失效概率函数(Time-Dependent Failure Probability Function,TDFPF)是结构时变可靠性优化设计的关键问题之一,其估计的精度与效率决定了结构时变可靠性优化的效果。针对时变失效概率函数计算成本高的问题,基于结构复合极限状态思想提出了基于加权重要抽样的结构时变失效概率函数估计策略。对于加权重要抽样进行扩展,仅需一次可靠性分析,即可得到时变失效概率函数的估计,避免了多次重复计算。为了验证所提方法的精度与效率,给出数值算例及工业机器人减速器结构时变算例。结果表明,对于时变失效概率函数估计问题,所提方法适用性好,能够以较高效率获得满意的结果。

关键词：时变可靠性时变失效概率函数加权策略重要抽样法随机模拟

基于马尔科夫链模拟的支持向量机可靠性分析方法

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工程力学 2011年第2期28卷 36-43页

作者：袁修开吕震宙许鑫西北工业大学航空学院西安710072

针对实际工程中可靠性分析设计的极限状态方程为隐式的情况,提出了一种基于马尔科夫链模拟的支持向量机可靠性分析方法。所提方法采用改进的马尔科夫链来产生极限状态重要区域上的样本点,再采用支持向量机方法求得相应的函数替代模型来... 详细信息

针对实际工程中可靠性分析设计的极限状态方程为隐式的情况,提出了一种基于马尔科夫链模拟的支持向量机可靠性分析方法。所提方法采用改进的马尔科夫链来产生极限状态重要区域上的样本点,再采用支持向量机方法求得相应的函数替代模型来进行可靠性分析。由于马尔科夫链能够自适应的模拟极限状态重要失效区域附近的样本,并且由于采用马尔科夫链备选样本点而非状态点作为训练样本,因而所提方法能够高效快速逼近对失效概率贡献较大区域的极限状态方程,并且充分利用了模拟过程产生的有用信息。所提方法还采用了一种渐变方差的模拟策略,改善了马尔科夫链模拟样本的质量。另外所提方法分别采用支持向量机分类方法和回归方法来构建函数替代模型,能够实现风险最小化的极限状态方程的替代,使得失效概率可以高效高精度地被逼近。最后给出了数值算例和工程算例,表明该文所提方法在计算效率和精度上具有较好的性能。

关键词：可靠性失效概率支持向量机马尔科夫链 MonteCarlo

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飞机结构疲劳可靠度贝叶斯组合预测

国防科技大学学报 2018年第4期40卷 100-105页

作者：袁修开刘文杰厦门大学航空航天学院福建厦门361005

在实际工程中,常常需要利用模型去描述和分析问题。然而模型亦存在不确定性,即可能存在多个描述同一现象的模型,例如多个疲劳分析的模型。针对飞机结构的疲劳可靠性问题,提出在考虑三种裂纹扩展模型下基于贝叶斯公式的疲劳可靠度组合预... 详细信息

在实际工程中,常常需要利用模型去描述和分析问题。然而模型亦存在不确定性,即可能存在多个描述同一现象的模型,例如多个疲劳分析的模型。针对飞机结构的疲劳可靠性问题,提出在考虑三种裂纹扩展模型下基于贝叶斯公式的疲劳可靠度组合预测方法。针对不同应力水平下飞机结构试件的裂纹扩展数据建立了三种随机裂纹扩展模型;在考虑模型参数不确定性条件下,采用贝叶斯模型平均方法对三种模型进行组合;基于组合模型分析结构的可靠度。所提方法在分析飞机结构疲劳可靠度上,采用了组合模型,能够最大限度保障结果的稳定性。此外,考虑了模型参数的不确定性,能够得到更为合理的裂纹扩展预测分布和可靠度预测值。给出的实例及分析结果表明所提方法可行。

关键词：飞机结构疲劳可靠度贝叶斯组合预测模型不确定性随机裂纹扩展

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基于灵敏度的可靠性优化解耦方法

航空学报 2015年第3期36卷 881-888页

作者：朱海燕袁修开厦门大学航空系厦门361005

针对航空结构可靠性优化设计问题,提出了一种基于灵敏度的可靠性优化(RBO)解耦方法。首先将高效求解的可靠性灵敏度用于失效概率函数(FPF)的快速构建,其优点在于仅需要一次可靠性分析即可得到失效概率函数的局部近似,克服了常规求解方... 详细信息

针对航空结构可靠性优化设计问题,提出了一种基于灵敏度的可靠性优化(RBO)解耦方法。首先将高效求解的可靠性灵敏度用于失效概率函数(FPF)的快速构建,其优点在于仅需要一次可靠性分析即可得到失效概率函数的局部近似,克服了常规求解方法中需要多次可靠性分析的缺点;然后将得出的FPF近似代入RBO模型中,将原问题解耦成确定性优化子问题,可用常规优化方法来求解。另外,采用了序列近似优化策略来保证可靠性优化解的正确性。文中给出了复合材料梁和机翼三盒段结构的优化求解算例来说明本文方法的可行性和正确性。

关键词：可靠性优化失效概率函数灵敏度解耦重要抽样

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失效概率计算的快速马尔可夫链模拟方法

中国机械工程 2007年第19期18卷 2355-2359页

作者：袁修开吕震宙西北工业大学西安710072

基于马尔可夫链对失效域样本的快速模拟,提出了一种快速计算非线性极限状态方程小失效概率的方法。将要求的失效概率转化为线性极限状态方程的失效概率与一个特征比例因子的乘积。线性极限状态方程是通过马尔可夫链模拟非线性极限状态... 详细信息

基于马尔可夫链对失效域样本的快速模拟,提出了一种快速计算非线性极限状态方程小失效概率的方法。将要求的失效概率转化为线性极限状态方程的失效概率与一个特征比例因子的乘积。线性极限状态方程是通过马尔可夫链模拟非线性极限状态方程失效概率中的样本而获得的,与非线性极限状态方程具有近似相同的设计点。特征比例因子反映了非线性极限状态方程失效概率与线性极限状态方程失效概率的关系。由于线性极限状态方程的失效概率可以由解析法精确求得,而特征比例因子可以由马尔可夫链快速模拟线性与非线性失效域中的样本分布而近似算得,因此所提方法具有较高的精度与效率,并通过算例给予了证实。

关键词：失效概率可靠性马尔可夫链蒙特卡洛

基于马尔科夫链与鞍点逼近的模糊随机可靠性分析方法

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计算力学学报 2012年第2期29卷 184-189,204页

作者：魏鹏飞吕震宙袁修开西北工业大学航空学院西安710072

针对同时存在随机不确定性和模糊不确定性的可靠性分析问题,提出了两种高效解决方法。一种是迭代马尔科夫链鞍点逼近法,该方法的基本思想是给定隶属水平下由迭代马尔科夫链和一次鞍点逼近法求得可靠度上下限,不同的隶属水平对应不同的... 详细信息

针对同时存在随机不确定性和模糊不确定性的可靠性分析问题,提出了两种高效解决方法。一种是迭代马尔科夫链鞍点逼近法,该方法的基本思想是给定隶属水平下由迭代马尔科夫链和一次鞍点逼近法求得可靠度上下限,不同的隶属水平对应不同的可靠度上下限,遍历隶属水平的取值区间[0,1]即可求得可靠度隶属函数,与传统的两相Monte Carlo数字模拟法和迭代一次二阶矩法相比,该方法具有效率高和对非正态基本随机变量不需要进行正态转换的优点;第二种方法是迭代条件概率马尔科夫链模拟法,该方法在求解给定隶属度水平下的可靠度上下限时,由条件概率公式引入一个非线性修正因子,该因子的引入大大提高了功能函数为非线性的可靠性问题的求解精度。本文算例验证了所提方法的优越性。

关键词：随机变量模糊变量马尔科夫链鞍点逼近条件概率

Kriging与改进一次二阶矩融合的可靠性分析方法

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国防科技大学学报 2020年第6期42卷 150-156页

作者：袁修开孔冲冲顾健厦门大学航空航天学院福建厦门361005

针对结构可靠性分析问题,提出了Kriging与改进一次二阶矩方法相融合的分析方法。传统的改进一次二阶矩需要计算结构功能函数的梯度信息,在处理包含有限元模型的隐式极限状态问题时会比较困难。该方法将Kriging代理模型与改进一次二阶矩... 详细信息

针对结构可靠性分析问题,提出了Kriging与改进一次二阶矩方法相融合的分析方法。传统的改进一次二阶矩需要计算结构功能函数的梯度信息,在处理包含有限元模型的隐式极限状态问题时会比较困难。该方法将Kriging代理模型与改进一次二阶矩迭代有效而充分地结合,借助Kriging方法提供功能函数的梯度信息,以解决隐式极限状态函数的求导难题,提高分析效率。通过数值与工程算例验证了所提方法的可行性和高效性。

关键词：可靠性 Kriging方法改进一次二阶矩梯度计算失效概率

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考虑模型形式误差的转子动力学修正及确认

振动．测试与诊断 2017年第2期37卷 366-371页

作者：张保强郭勤涛袁修开厦门大学航空航天学院厦门361005 南京航空航天大学机电学院南京210016

研究考虑模型形式误差的轴承-转子系统工作转速下的动力学模型修正和确认方法。首先,介绍了模型形式误差以及基于复模态特征值灵敏度的模型修正理论;然后,在此基础上以轴承-柔性转子系统为仿真算例,考虑模型形式误差,使用系统在恒定工... 详细信息

研究考虑模型形式误差的轴承-转子系统工作转速下的动力学模型修正和确认方法。首先,介绍了模型形式误差以及基于复模态特征值灵敏度的模型修正理论;然后,在此基础上以轴承-柔性转子系统为仿真算例,考虑模型形式误差,使用系统在恒定工作转速下的涡动频率和阻尼参数,同时对轴承的支承刚度、支承阻尼和转盘的直径转动惯量参数进行修正;最后,通过不平衡响应结果对修正模型进行了确认。仿真结果显示,考虑模型形式误差时的修正参数最大误差仍有-10.1%,而修正后特征值实部最大误差为0.95%,特征值虚部最大误差为-1.15%,修正后不平衡响应与目标模型基本重合。研究表明,考虑模型形式误差时轴承-转子系统的修正方法是稳健的,也是有效可行的。

关键词：模型修正模型形式误差转子动力学工作转速确认

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可靠性灵敏度分析的重要抽样方法

机械强度 2007年第5期29卷 760-764页

作者：袁修开吕震宙西北工业大学航空学院西安710072

基于重要抽样模拟,提出一种新的求解可靠性参数灵敏度的方法。所提方法依据失效概率对基本变量分布参数偏导数的积分表达式,推导可靠性灵敏度分析的重要抽样计算公式,该公式为一推导的函数在失效域中的数学期望形式,而该数学期望可以利... 详细信息

基于重要抽样模拟,提出一种新的求解可靠性参数灵敏度的方法。所提方法依据失效概率对基本变量分布参数偏导数的积分表达式,推导可靠性灵敏度分析的重要抽样计算公式,该公式为一推导的函数在失效域中的数学期望形式,而该数学期望可以利用重要抽样函数获取的落入失效域中的样本来估计。算例结果表明,所提方法在保证同样计算精度的情况下具有比Monte Carlo模拟法更高的计算效率。

关键词：灵敏度可靠性重要抽样蒙特卡洛法