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基于截尾概率-非概率混合模型的可靠性优化算法

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航空学报 2017年第1期38卷 128-140页

作者：周凌李艳辉中国科学院长春光学精密机械与物理研究所长春130033

针对工程中截尾概率变量与非概率变量同时存在的情况,给出一种新的截尾概率与非概率混合可靠性模型。在该混合可靠性模型基础上,按照可靠性指标(RIA)法给出双层嵌套可靠性优化模型,并采用改进搜索策略后的ST-Powell优化算法在外层搜索... 详细信息

针对工程中截尾概率变量与非概率变量同时存在的情况,给出一种新的截尾概率与非概率混合可靠性模型。在该混合可靠性模型基础上,按照可靠性指标(RIA)法给出双层嵌套可靠性优化模型,并采用改进搜索策略后的ST-Powell优化算法在外层搜索设计变量的最优值,内层采用能保证收敛的改进的有限步长迭代法求解混合可靠性指标。数值算例表明,改进搜索策略后的ST-Powell优化算法的全局寻优性得到显著提升;改进搜索策略后的ST-Powell优化算法与改进的有限步长迭代法相结合求解双层嵌套混合可靠性优化模型的正确性得到验证,且对于非线性程度较高的极限状态函数同样能够得到满足截尾概率与非概率混合可靠性模型指标要求的最优解,并对工程结构算例具有很好的适应性。

关键词：截尾概率变量非概率变量混合可靠性模型改进搜索策略后的ST-Powell优化算法改进的有限步长迭代法可靠性优化

一种概率-非概率的新型混合模型及其在桥梁可靠性评估中的应用

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一种概率-非概率的新型混合模型及其在桥梁可靠性评估中的应用

作者：彭元林武汉工程大学

学位级别：硕士

在役农村公路桥梁在乡村振兴中起着至关重要的作用,而在役农村公路桥梁结构中参数较多,其中既有随机参数又有区间参数,对于该类情况单独采用概率或非概率可靠性分析方法都难以对结构进行有效评估。本论文针对此问题,结合概率—非概率混... 详细信息

在役农村公路桥梁在乡村振兴中起着至关重要的作用,而在役农村公路桥梁结构中参数较多,其中既有随机参数又有区间参数,对于该类情况单独采用概率或非概率可靠性分析方法都难以对结构进行有效评估。本论文针对此问题,结合概率—非概率混合可靠性模型的特点,建立了一种基于部分乘性降维法的概率—非概率混合可靠性模型,基于该混合可靠性模型构建了一套混合可靠性评估流程,并将该流程应用到在役农村公路桥梁的可靠性评估中,具体内容如下:(1)在役农村公路中小跨径桥梁结构中参数较多,结构的功能函数中存在既有随机参数又有区间参数的交叉项,为了简化结构的功能函数,利用部分乘性降维法将结构功能函数中的参数按随机参数和区间参数分离,将功能函数转化为一个随机函数和一个区间函数的乘积,结合最弱链模型理论提出了一种基于部分乘性降维法的概率—非概率混合可靠性模型,并根据所提混合可靠性模型构建了一套混合可靠性评估流程,通过数值算例对该评估流程做了具体说明;(2)验证了本文所提混合可靠性模型的精确度,将本文模型与其他模型进行了对比分析,研究了本文模型的相关特性。结果表明本文模型在精度上是满足要求的在满足精度要求的情况下,相比于其他模型,本文模型的计算结果更具参考性,除此之外,本文模型可以忽略区间变量分布类型的影响,其产生的误差对于失效概率还存在收敛性,具有很大的工程应用潜力。(3)对一座功能函数已知的在役农村公路拱桥进行了混合可靠性评估,又利用Midas有限元软件结合响应面方法将建立的混合可靠性评估流程应用于一座功能函数未知的在役农村公路梁桥的混合可靠性评估。结果验证了本文模型的误差收敛性,同时表明了所建立的混合可靠性评估流程可以得到误差很小的计算结果,证明了该混合可靠性评估流程是合理有效的,可以很好地应用于实际工程。本文所构建的混合可靠性模型及评估流程能很好地适用于在役农村公路中小跨径桥梁中,为在役农村公路中小跨径桥梁提供了一种更简单的评估方式,提供了有益补充。因此,本文的研究成果在农村公路中小跨径桥梁的混合可靠性评估上具有重要的工程实用价值和理论意义。

关键词：农村公路桥梁混合可靠性模型乘性降维法最弱链模型混合可靠性评估

含模糊变量和区间变量的结构可靠性优化设计方法

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计算力学学报 2010年第3期27卷 537-541页

作者：乔心州仇原鹰盛英西安科技大学机械工程学院西安710054 西安电子科技大学电子装备结构教育部重点实验室西安710071

提出了基于能度可靠性理论的含模糊变量和区间变量的结构优化设计方法。运用能度可靠性理论建立了含模糊变量和区间变量的结构混合可靠性模型,采用结构的最大失效可能度作为混合模型的可靠性度量,给出最大失效可能度的计算方法,并以混... 详细信息

提出了基于能度可靠性理论的含模糊变量和区间变量的结构优化设计方法。运用能度可靠性理论建立了含模糊变量和区间变量的结构混合可靠性模型,采用结构的最大失效可能度作为混合模型的可靠性度量,给出最大失效可能度的计算方法,并以混合可靠性模型的最大失效可能度为约束条件建立了混合结构优化设计模型。实例计算表明了本文方法的有效性。

关键词：结构可靠性优化混合可靠性模型失效可能度能度可靠性

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一种含混合变量的结构可靠性分析方法

机械强度 2009年第5期31卷 764-770页

作者：乔心州仇原鹰张婷西安电子科技大学电子装备结构教育部重点实验室西安710071

提出含模糊变量和区间变量的结构可靠性分析方法。基于能度可靠性理论,建立含模糊变量和区间变量的结构可靠性模型,采用最小模糊可靠性指标及最大失效可能度作为含混合变量结构的可靠性度量,给出两种度量指标在特殊情况下的解析求解方... 详细信息

提出含模糊变量和区间变量的结构可靠性分析方法。基于能度可靠性理论,建立含模糊变量和区间变量的结构可靠性模型,采用最小模糊可靠性指标及最大失效可能度作为含混合变量结构的可靠性度量,给出两种度量指标在特殊情况下的解析求解方法及复杂情况下的优化解法。两个实例计算表明文中方法有效可行。

关键词：结构可靠性分析混合可靠性模型模糊可靠性指标失效可能度

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基于混合型的桥式起重机结构可靠性分析

安全与环境学报 2020年第5期20卷 1758-1764页

作者：刘丽杨瑞刚吕梁学院矿业工程系山西吕梁033001 太原科技大学机械工程学院太原030024

针对单一可靠性方法精度不足的缺点,提出了概率-模糊-非概率混合可靠性模型。以桥式起重机桥架结构为研究对象,根据起重机结构不同变量的特点,采用不同的可靠性理论进行建模,使结果更接近于结构实际安全状态。采用基于凸集合的非概率可... 详细信息

针对单一可靠性方法精度不足的缺点,提出了概率-模糊-非概率混合可靠性模型。以桥式起重机桥架结构为研究对象,根据起重机结构不同变量的特点,采用不同的可靠性理论进行建模,使结果更接近于结构实际安全状态。采用基于凸集合的非概率可靠性模型,在小样本数据情况下,得到相关不确定性参数的上下界,通过将混合可靠性理论应用于起重机主梁结构可靠性的求解,得到其非概率模型可靠性,进而考虑材料边界条件的随机性与模糊性求得混合模型可靠度。当材料的许用应力服从正态隶属函数时,混合模型可靠度一般比凸集合非概率模型可靠度要略小,混合模型可靠度往往比凸集合非概率模型可靠度略显保守。当混合模型可靠度大于凸集合非概率模型可靠度时,混合模型可靠性计算就失去了意义。本方法可弥补起重机桥架结构可靠性分析时因试验经费少而缺乏大量试验数据的不足。

关键词：安全工程桥式起重机结构混合可靠性模型结构可靠性分析

基于断裂力学法的起重机结构概率-非概率疲劳可靠性分析

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基于断裂力学法的起重机结构概率-非概率疲劳可靠性分析

作者：丁谦太原科技大学

学位级别：硕士

起重机械是现代生产制造中不可缺少的特种设备之一,主要起到对大型物料的搬运作用,由于其提高了生产效率,同时大大减轻了人们的劳动强度,而被广泛应用于实际工程。在起重机工作时,主梁承受着起升货物带来的交变载荷,随着使用年限的增加... 详细信息

起重机械是现代生产制造中不可缺少的特种设备之一,主要起到对大型物料的搬运作用,由于其提高了生产效率,同时大大减轻了人们的劳动强度,而被广泛应用于实际工程。在起重机工作时,主梁承受着起升货物带来的交变载荷,随着使用年限的增加,其金属结构内部由于焊接及冶炼所造成的夹渣、气孔等微小损伤将不断积累,当损伤达到临界值时,会突然发生疲劳破坏,对社会危害极大,因此有必要对其进行可靠性评估。目前对起重机金属结构疲劳可靠性分析方法中,主要是将应力幅作为随机变量进行疲劳可靠性分析,然而实际情况是箱形梁的材料属性、裂纹尺寸、裂纹形状等参数也存在很大的不确定性,因此,为了提高箱形主梁结构疲劳寿命可靠性分析的精确度,也要将这些参数的不确定性纳入考虑范围。本文以36TU集装箱门式起重机为研究对象,探讨了疲劳载荷谱的获取与编制、疲劳扩展过程、疲劳寿命的估算、疲劳可靠性分析方法及可靠度的计算。主要内容有:（1）研究了起重机结构疲劳载荷谱的编制。具体分析了起重机结构疲劳危险部位的确定、应力—时间历程的动态采样以及数据处理的思路。（2）探讨了起重机疲劳寿命估算方法,推算了应力强度因子的表达式,以断裂力学为基础研究了疲劳裂纹扩展过程以及da/d N公式,通过Paris公式建立了起重机结构疲劳剩余寿命的估算模型。（3）探究了传统概率和非概率可靠性分析方法在起重机领域的适用性,提出用概率—非概率混合可靠性分析方法对起重机箱形主梁的疲劳寿命进行可靠性分析。（4）基于断裂力学理论研究了几种不同的起重机疲劳可靠性计算模型。分析了疲劳扩展参数的分布情况,并对缺乏分布信息的参数用区间变量来定量化,通过概率—非概率可靠性分析理论与起重机疲劳剩余寿命安全余量方程相结合建立了起重机箱形主梁疲劳混合不确定性可靠度计算模型。（5）运用matlab软件对疲劳应力谱进行了分布类型的判别与拟合,利用混合可靠性分析方法计算了该疲劳混合不确定性可靠度计算模型。再将缺乏分布信息的参数假设、简化为随机变量,利用传统概率可靠性Monte Carlo方法求解,并对这两种方法做了对比分析,结果表明:利用概率—非概率混合可靠性分析方法对起重机结构进行疲劳可靠性分析更为安全。

关键词：疲劳寿命可靠性分析混合可靠性模型不确定性断裂力学法

基于非线性振动的多失效模式水轮发电机组可靠性研究

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基于非线性振动的多失效模式水轮发电机组可靠性研究

作者：刘洋广西大学

学位级别：硕士

水轮发电机组的振动问题不仅关系到机组的正常运行,更影响到联合电力系统的安全可靠运作,因而开展水轮发电机组振动可靠性问题的研究,对确保水电站安全可靠运行是一项十分紧迫的任务。本文以混流式水轮发电机组主轴系统为研究对象,基于... 详细信息

水轮发电机组的振动问题不仅关系到机组的正常运行,更影响到联合电力系统的安全可靠运作,因而开展水轮发电机组振动可靠性问题的研究,对确保水电站安全可靠运行是一项十分紧迫的任务。本文以混流式水轮发电机组主轴系统为研究对象,基于非线性振动理论和结构可靠性理论,探索性地对多失效模式水轮发电机组振动可靠性问题进行了研究。考虑机组结构尺寸、材料属性、水力参数及电磁参数的不确定性,建立水轮发电机组主轴系统的非线性动力学方程,得到系统激励频率,导出系统固有频率对不确定性参数的梯度关系。针对机组运行中存在随机参数的情形,依据主轴系统激励频率与固有频率之差的绝对值在规定范围的关系准则,将变量空间划分为多个简单区域,应用随机可靠性理论,推导单失效模式的失效概率和两失效模式联合失效概率计算公式,并在此基础上建立具有相关失效模式的水轮发电机组主轴系统非线性振动随机可靠性模型,提出多失效模式水轮发电机组非线性振动可靠性分析方法。针对机组运行中存在区间参数的情形,依据主轴系统激励频率与固有频率之差的绝对值在规定范围内的关系准则,取子功能函数非概率可靠性指标中的最大值作为单失效模式非概率可靠性指标,应用非概率可靠性理论,建立多失效模式水轮发电机组主轴系统非线性振动非概率可靠性模型。针对机组运行中同时存在随机参数、区间参数和振动模糊性的情形,依据主轴系统激励频率与固有频率之差的绝对值在规定范围内的关系准则,应用随机可靠性理论和非概率可靠性理论,通过非概率可靠性指标的二级功能函数,建立多失效模式水轮发电机组主轴系统非线性振动混合可靠性模型。通过实例对混流式水轮发电机组主轴系统的振动可靠性进行仿真计算,运用Monte Carlo法验证了上述模型的正确性,得到了机组可靠性与各种不确定性参数之间的关系。

关键词：混流式水轮发电机组多失效模式非线性振动随机可靠性模型非概率可靠性模型混合可靠性模型

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混合可靠性优化方法研究

混合可靠性优化方法研究

作者：柳国印哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

对于一个复杂的飞行器机构系统而言,结构的可靠性分析结果常常受变量的不确定性影响较大。由于变量具有不确定性,一些变量适合应用概率方法进行处理,而另外一些变量只能用非概率方法进行处理。甚至在某些情况下,某些变量可能同时具有用... 详细信息

对于一个复杂的飞行器机构系统而言,结构的可靠性分析结果常常受变量的不确定性影响较大。由于变量具有不确定性,一些变量适合应用概率方法进行处理,而另外一些变量只能用非概率方法进行处理。甚至在某些情况下,某些变量可能同时具有用非概率和概率方法处理的特性,这就为结构的可靠性分析增加了难度。由于可靠性分析问题中变量常常具有不确定性,因此构建一种能够对结构进行可靠性度量的混合可靠性模型是有必要的。本文主要研究的是截尾随机-模糊-区间三种变量同时存在情况下的混合可靠性模型。内容主要包括截尾随机、模糊、区间三种变量混合在同一个功能函数时,变量的相互转化、建立三种变量同时存在的混合可靠性求解模型、混合可靠性指标的定义和求解等。在混合可靠性指标值的求解方面,重点研究了用序列二次规划法求解非概率可靠性指标η与用改进的一次二阶矩法求解概率可靠性指标β,然后根据混合可靠性指标定义求出混合可靠性指标的值κ,并给出了算例分析。改进的自适应遗传算法主要是对遗传操作中相关参数进行动态调整,使遗传操作能够继续下去,最终获得最优解。最后本文基于改进的自适应遗传算法并把混合可靠性指标作为约束条件之一,给出具有一般性的混合可靠性优化模型,然后应用该优化模型对同步器系统的磨损可靠性优化问题进行优化求解。这种优化方法给工程设计人员处理混合可靠性优化问题提供了一种参考,新方法的应用总应该多次完善,才能发挥应有的价值。

关键词：概率可靠性非概率可靠性混合可靠性模型混合可靠性指标求解改进的自适应遗传算法混合可靠性优化

基于断裂力学的起重机结构概率-非概率疲劳可靠性分析

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机械研究与应用 2020年第5期33卷 48-51,55页

作者：李建明丁谦山西梅园永兴煤业有限公司山西太原030024 太原科技大学机械工程学院山西太原030024

为预防起重机主梁的疲劳破坏事故的发生,针对起重机金属结构既存在随机变量又存在区间变量的情况,提出基于概率-非概率混合模型的结构可靠性分析方法对起重机金属结构疲劳可靠性进行分析。根据断裂力学Paris公式建立疲劳裂纹扩展寿命估... 详细信息

为预防起重机主梁的疲劳破坏事故的发生,针对起重机金属结构既存在随机变量又存在区间变量的情况,提出基于概率-非概率混合模型的结构可靠性分析方法对起重机金属结构疲劳可靠性进行分析。根据断裂力学Paris公式建立疲劳裂纹扩展寿命估算的混合模型,首先根据结构疲劳失效准则建立一级功能方程,在其中的随机变量取其实现值的条件下,进行非概率可靠性分析;再根据“非概率可靠度指标大于1结构可靠”这一理论建立了二级功能方程,并进行随机可靠性分析。通过数值和工程实例验证,与传统的概率可靠性分析相比,这种分析方法更符合实际也更安全。

关键词：疲劳寿命可靠性分析混合可靠性模型不确定性断裂力学法