结构的概率-非概率混合可靠性模型

将影响结构可靠性分析的不确定性因素用概率和非概率两种方式模拟。并基于结构可靠性分析中的概率可靠性模型和非概率集合可靠性模型,提出一种新的结构可靠性分析的概率-非概率混合模型。该模型首先通过将功能函数进行非概率可靠性分析,然后将标准化区间变量空间所有区域的可靠度进行求和计算,从而给出结构的可靠度。并根据相同的不确定信息,由混合可靠性模型与概率可靠性模型得到的结果是相等的,证明了方法的有效性。最后,通过一个典型结构和一个机翼下壁加筋板与传统概率可靠性模型进行比较,表明该混合模型对于结构的分析和设计更为合理,能够更好地保证结构的安全性。     

基于区间不确定性的涡轮盘强度可靠性优化设计

针对涡轮盘在初期设计过程中可利用试验数据少的问题,采用区间模型描述不确定性,以非概率可靠性模型描述可靠性,提出了基于区间不确定性的涡轮盘强度可靠性优化设计方法.同时,为了提高该方法的计算效率,提出两级分阶段构造法,建立非概率可靠性指标关于设计变量的响应面函数,并以此响应面函数表征可靠性约束,从而将可靠性优化设计的双重优化过程转化为单重优化过程,简化了算法结构.典型涡轮盘强度可靠性优化设计算例结果表明,所提方法降低了对试验数据量的需求,且计算成本较低,计算效果较好,能够较好适用于涡轮盘的初期设计.     

基于截尾概率-非概率混合模型的可靠性优化算法

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。     

一种包含模糊与区间的统一混合可靠性模型

采用不同的数学工具描述设计变量不确定性时形成了现有的三种结构可靠性分析方法,分别为概率方法、非概率方法以及混合方法。单一的概率可靠性模型发展已经比较成熟,单一的非概率可靠性模型也有不少学者研究。然而尚没有建立包含概率、模糊、非概率的统一混合可靠性模型。本文先把模糊变量隶属函数转化为具有概率密度函数性质的函数,并结合区间可靠性度量获得统一混合可靠性模型。分析结果表明本文提出的混合可靠性模型计算方法可以有效的处理设计变量的不同客观事实。     

基于可靠性的涡轮叶片双循环多学科设计优化

提出一种适用于涡轮叶片复杂结构的基于可靠性多学科设计优化方法.使用多学科可行性优化方法解耦.根据实验设计结果,通过Kriging模型建立多学科分析过程的近似模型,并在计算过程中不断更新近似模型.将Hasofer-Lind Rackwitz-Fiessler(HL-RF)可靠性计算方法和优化算法以双循环可靠性优化方法相结合,实现基于可靠性的多学科设计优化模型.实例分析表明,在保证结构的可靠度要求条件下,设计结果满足性能最优.验证了基于可靠性多学科设计优化方法在工程实践中的应用是可行的.      

认知不确定性下可靠性灵敏度分析的新指标

传统的可靠性灵敏度指标只考虑了随机不确定性,当结构中还存在认知不确定性时,该指标难以反映出基本变量中认知不确定性对结构可靠性评估结果的影响程度.针对这一问题,引入概率包络来表达结构中的随机不确定性和认知不确定性,在此基础上建立了可靠性灵敏度分析的新指标——认知灵敏度系数,给出了其定义和代表的意义,并基于证据理论提出了认知灵敏度系数的计算方法.算例分析表明,认知灵敏度系数可以反映出基本变量中认知不确定性对结构可靠性评估结果的不确定性的影响程度,从而为有针对性地提高可靠性评估结果的准确性提供依据.另外,基于证据理论的认知灵敏度系数的计算方法适用于极限状态函数为单调、非单调的结构,以及变量服从正态、非正态的结构,具有普适性.     

基于度的结构区间可靠性分析方法研究

为了分析考虑不确定性因素影响下的结构可靠性,基于不确定性参数的区间描述,用度的方法对结构区间可靠性进行分析。用区间数描述影响结构功能的不确定性,建立结构可靠性分析的区间应力一强度干涉模型,将这些区间变量引入到结构区间可靠性的分析中。基于区间数学以及区间数比较方法理论,提出了一种新的区间可靠性指标。运用基于度的结构区间可靠性分析方法进行计算,分析结果表明该方法具有良好的数学性质,计算得出的结果与用非概率可靠性计算结果相一致,表明该方法可以对结构安全或可靠的程度做出合理的估计。     

基于贝叶斯可靠性的设计优化在弹翼蒙皮设计中的应用

针对设计优化中存在的偶然不确定性和认知不确定性,采用贝叶斯理论,利用验前信息,进行可靠性分析,提出了基于贝叶斯可靠性的设计优化方法,并将其应用到弹翼蒙皮设计中。在仿真中,计算了两种不确定性下的可靠度分布,优化结果达到了可靠性要求,并且计算简单,易于工程实现。     

基于多源异构信息的航空发动机转子参数校准与可靠性分析

复杂系统可靠性分析结果的准确性与输入参数精度密切相关。针对包含多源不确定信息的可靠性分析问题，提出了基于贝叶斯最大熵的随机模型修正与参数校准方法。该方法将类型统计信息（例如矩信息、可靠度）转换为约束条件，进而利用不确定性优化求解传统参数估计问题。考虑混合不确定性，引入Wasserstein距离构建似然函数，并利用近似算法提高计算效率。该方法通过增加“熵项”的方式拓展了经典贝叶斯推理的适用范围，可处理多源异构数据与混合不确定性问题。针对多部件航空发动机转子系统，建立了基于survival signature的多态系统可靠性模型，并应用上述方法开展可靠性分析，结果显示本方法较传统方法具有更高精度与更强的稳健性。     

固体导弹连接结构可靠性模型

针对传统的机械结构设计方法存在不确定性或盲目性的缺点,依据结构可靠性和数理统计原理,运用概率设计方法,建立了基于正态分布的结构可靠性模型。该模型的建立为计算固体导弹的连接结构可靠性提供了理论支撑。     

基于非概率模型的结构稳健可靠性设计方法

 基于非概率可靠性理论,将稳健设计和稳健可靠性的思想和方法用于结构设计,提出了结构的稳健可靠性设计方法。把结构设计归结为满足可靠性要求的多目标优化。其中,以非概率可靠性指标为约束,以极小化结构重量 (或造价)和极大化对不确定因素的稳健性为目标。目的在于使结构在满足可靠性要求的前提下,其重量 (或造价)和对不确定因素的稳健性达到协调最优。在不确定参量的已知数据很少的情况下,本方法为结构的可靠性设计提供了一种可能的选择。数值算例说明了文中方法的应用。     

Reliability design optimization of composite structures based on PSO together with FEA

The present work aims to develop a method for reliability-based optimum design of composite structures. A procedure combining particle swarm optimization (PSO) and finite element analysis (FEA) has been proposed. Numerical examples for the reliability design optimization (RDO) of a laminate and a composite cylindrical shell are worked out to demonstrate the effectiveness of the method. Then a design for composite pressure vessels is studied. The advantages and necessity of RDO over the conventional equi-strength design are addressed. Examples show that the proposed method has good stability and is efficient in dealing with the probabilistic optimal design of composite structures. It may serve as an effective tool to optimize other complicated structures with uncertainties.     

垂直起降运载火箭返回轨迹不确定性优化

针对垂直起降运载火箭一子级在返回着陆的过程中存在的参数不确定性,提出了一种基于非侵入式多项式混沌展开的序列优化和可靠度评估的返回轨迹不确定性优化方法。首先,建立了返回多飞行段轨迹在确定性条件下的优化模型。然后,为同时兼顾轨迹的鲁棒性和可靠性,建立了由鲁棒最优目标函数、基于可靠度的路径约束和鲁棒等式约束组成的不确定性返回轨迹优化模型。最后,基于非侵入式多项式混沌展开方法对鲁棒目标函数和等式约束进行量化处理,将原随机鲁棒优化问题转化为高维状态空间中的等价确定性优化问题;为提高路径约束的可靠度评估效率,基于非侵入式多项式混沌展开方法对最可能点法进行改进,进一步发展了序列优化和可靠度评估策略。数值仿真结果表明,所提出的不确定性优化方法具有较好的鲁棒性,可以满足工程可靠性指标要求,同时还具有较高的精度和计算效率。     

多学科优化技术在空间结构锁可靠性设计分析中的应用

 多领域协同建模仿真是复杂产品虚拟样机设计分析需要解决的关键技术问题之一。利用CAD/CAE工具搭建的空间结构锁多柔体虚拟样机模型,综合考虑了强度、动力学、空间环境影响等因素,在协同设计分析和协同建模仿真的基础上,开展了基于可靠性的多学科协同设计分析。并深入讨论了协同建模仿真实现中的数据综合、过程综合等关键技术。通过多学科协同设计分析和建模仿真,找到了空间结构锁的可靠性薄弱环节,并结合多学科优化技术,实现了空间对接锁基于可靠性的设计优化,进一步提出了通用的复杂机电系统基于可靠性的多学科设计优化方案,并开发了能协同三维建模工具（如PROE）,有限元分析工具（如MSCPATRAN,NASTRAN,ANSYS）和动力学分析工具（如MSCADAMS）进行复杂机电系统可靠性分析的通用工具平台ARAMS。     

航空发动机套齿动态装配间隙非概率优化设计

为解决航空发动机套齿动态装配间隙的响应问题,在考虑动态变形和参数不确定性的情况下,将1种非概率区间分析方法与Kriging响应面模型及响应面优化方法相结合,对套齿初始装配间隙进行了可靠性优化设计。以某刚性套齿联轴器作为数值算例,在确定性设计的基础上,考虑机械载荷、热载荷、材料参数的分散性,运用区间分析方法得到了动态装配间隙的响应范围,利用非概率可靠性指标对初始装配间隙进行了优化设计。与确定性设计相比,优化设计提高了结构的可靠性;与概率设计相比,优化设计降低了对不确定参数的信息要求。验证了非概率方法解决装配对象不确定性结构响应问题的可行性与适用性。     

Sensitivity analysis for probabilistic anti-resonance design of aeronautical hydraulic pipelines

In an uncertainty scheme, reliability and global sensitivity analysis is studied in this work, to provide helpful information for probabilistic anti-resonance design of vibration systems.Discussions show that the resonance failure problem can be viewed as a series system, in which input uncertainties are modeled by random variables. In order to quantitatively measure the contributions of input variables to the system reliability, a global sensitivity index is proposed, the properties of which are also discussed. Then the proposed index is tested with an aeronautical hydraulic pipeline system, which is under the excitation of pump vibration and at a risk of resonance failure. Sensitivity results under different failure criteria and variation coefficients are obtained and studied, from which significant and insignificant input variables can be identified.The proposed method provides a relatively new insight for anti-resonance design of engineering structures.     

A novel imprecise stochastic process model for time-variant or dynamic uncertainty quantification

This paper proposes a novel model named as “imprecise stochastic process model” to handle the dynamic uncertainty with insufficient sample information in real-world problems. In the imprecise stochastic process model, the imprecise probabilistic model rather than a precise probability distribution function is employed to characterize the uncertainty at each time point for a time-variant parameter, which provides an effective tool for problems with limited experimental samples. The linear correlation between variables at different time points for imprecise stochastic processes is described by defining the auto-correlation coefficient function and the cross-correlation coefficient function. For the convenience of analysis, this paper gives the definition of the P-box-based imprecise stochastic process and categorizes it into two classes: parameterized and non-parameterized P-box-based imprecise stochastic processes. Besides, a time-variant reliability analysis approach is developed based on the P-box-based imprecise stochastic process model, through which the interval of dynamic reliability for a structure under uncertain dynamic excitations or time-variant factors can be obtained. Finally, the effectiveness of the proposed method is verified by investigating three numerical examples.     

含缺陷结构非概率可靠性分析方法研究

将基于分段描述的结构非概率可靠性模型引入含缺陷结构的可靠性分析,结合断裂判据,并用分段描述模型刻画未确知变量,实现了非概率的断裂力学分析,克服了概率断裂力学方法对原始数据要求高的局限和未确知信息区间均匀分布模型过于保守的缺陷,有效解决了含裂纹结构在小样本、贫信息场合的可靠性评定问题.通过算例,对文中方法的可行性和有效性...     

考虑多工况性能可靠性的航空发动机循环设计方法

为实现航空发动机总体性能设计方法由传统的确定性设计向不确定性概率设计转变,提出基于分布式协同响应面法思想的航空发动机多工况性能可靠性循环优化设计方法:建立了引入非确定性部件性能的航空发动机性能仿真模型,通过试验设计、非设计点性能仿真试验等步骤,构建了各典型工况下发动机推力与耗油率性能可靠度关于设计点循环参数的分布式响应面模型,并以此构建多工况性能协同响应面模型进行循环参数优化设计,最终获得循环参数非劣解集并通过随机试验进行验证。结果表明,通过多工况性能可靠性循环优化设计方法获得的循环参数非劣解集均能使发动机在多个典型工况下的总体性能同时达到不低于97.5%的高可靠度,为设计人员根据实际情况选取循环参数提供依据。      

涡轮盘低循环疲劳的概率设计

基于涡轮盘结构的低循环疲劳设计流程,将概率设计理念融入设计过程中,提出了涡轮盘低循环疲劳的概率设计流程。首先进行涡轮盘结构的优化分析,其中以确定性设计准则作为约束条件;以优化结构方案为基础,考虑参数的随机性,对涡轮盘低循环疲劳进行可靠性分析;以低循环疲劳寿命的可靠度为概率设计准则,对涡轮盘进行反复的设计和计算验证,通过修改结构尺寸完成涡轮盘低循环疲劳的概率设计。同时,根据灵敏度分析结果,讨论了设计变量的分散性对涡轮盘寿命的影响,为进一步提高结构的可靠性提供了新的研究思路。结果表明,按照概率设计观点确定的涡轮盘结构兼顾性能和可靠性,在满足可靠度的前提下降低涡轮盘的重量。同时该概率设计流程简单方便,易于工程的推广应用。