多随机变量的桁架结构系统的可靠性分析及优化设计

针对桁架结构系统，采用随机有限元法（SFEM）计算结构系统的响应量，考虑内力重新分配，建立失效模式的安全余量方程，用验算点法计算失效模式安全余量的可靠性指标，用改进的分枝限界法，寻找主要失效模式，通过对主要失效模式方程线性化研究，计算失效模式安全余量之间的相关系数，寻找主要失效模式，通过对主要失效模式方程线性化研究，计算失效模式安全余量之间的相关系数，最后用PNET法计算出结构系统的失效概率，同时给出多随机变量的结构系统可靠度的敏度表达式，采用最佳矢量法，求解了大型桁架结构系统基于可靠性指标约束下的最小重量的优化设计问题，最后，给出了实际算例，计算结果表明；采用随机有限元法能更好地考虑结构系统的多个随机变量对系统可靠性产生的影响；所采用的可靠性分析方法和优化方法是有效的。     

基于线弹簧模型的焊接结构断裂可靠性分析

将表面裂纹断裂分析的线弹簧模型法与重要抽样法相结合,提出了一种可进行焊接结构断裂可靠性分析的新方法.采用该方法对典型焊接平板的断裂可靠性进行了分析,分析过程中考虑了材料特性、外载荷、焊接残余应力、裂纹尺寸等参数的不确定性,给出了结构的失效概率以及各随机变量的可靠性灵敏度,算例表明,断裂韧度KIC对结构可靠性影响最大,外...     

二维边坡通用可靠性分析(英文)

通常应用可靠指标法分析二维边坡可靠性时，需要根据不同的条分法，按照不同的思路构造相应的功能函数进行分析，因而使得边坡可靠性的计算结果受到人为因素的影响。此外，该方法分析和推导的工作量相当大，迄今为止，只适合于垂直条分法。本文研究了以二维边坡稳定分析的Ｓａｒｍａ方法。Ｓａｒｍａ提出用一种虚拟的水平加速度来度量边坡的稳定性。本文导出了适合几种常用条分法的Ｓａｒｍａ加速度的一般表达式。根据Ｓａｒｍａ加速度的特点，可将其作为功能函数，由此得到的二维边坡可靠性分析方法具有通用性，并且适合于任何形式的条块划分。这样，可以方便地比较采用不同的条分法时对边坡可靠性的影响。本文在四种常用的条分法下计算了一个简单的算例。边坡材料的粘性系数和摩擦角被假定为随机变量。令每一随机变量的变异系数单独变化时，计算边坡的可靠性指标。结果表明，本文方法能很好地反映不同条分法之间的内在关系。通过改变边坡的条块形状，可以发现，本文的可靠性分析与以往基于Ｓａｒｍａ法的稳定性分析结果之间存在一致性。     

基于SFEM的结构元件疲劳可靠性分析

将结构元件的弹性模量、泊松比、几何尺寸定义为随机场,并将随机场离散成随机变量,将抗拉强度定义为随机变量,采用Monte Carlo随机有限元法(MCSFEM),给出了元件危险点应力的随机分布。由危险点应力分布、材料的p-S-N曲线和Miner理论给出了概率名义应力法,计算常幅载荷下元件的寿命分布,并利用剩余寿命模型计算元件的可靠度。给出了两个算例,结果表明:计算结果与试验结果吻合良好。     

结构系统概率-模糊-非概率混合可靠性分析

为了有效地处理结构系统的混合可靠性问题,基于模糊随机可靠性模型及非概率集合可靠性模型,本文建立了结构概率模糊非概率混合可靠性模型.该模型认为结构的极限状态方程所涉及的变量中,既有模糊随机变量,又有区间变量.通过非概率集合可靠度的建立及模糊随机可靠度分析,定义了结构的混合可靠度.进一步借鉴随机结构系统可靠性分析中的增量载荷法,对结构系统概率模糊非概率混合可靠性进行了分析.最后,通过两个典型算例证明了所提出模型的有效性和实用性.     

基于多尺度方法的飞行器结构强度分析

建立了一套飞行器结构多尺度分析方法,能够较为高效、准确地分析飞行器结构的力学行为,确定危险区域以及研究损伤模式。采用层次多尺度法,分别建立了飞行器整体结构、局部舱段结构、单钉连接模型三种有限元模型,对飞行器结构进行分析。建立了宏观变量与细观响应之间的信息传递和反馈。对三向正交碳/碳机织复合材料的宏观刚度和强度性能进行了预测,建立了宏观损伤起始包络线。采用协同多尺度法对单钉连接模型进行渐进损伤分析。研究表明该方法具有良好适用性,能够较为准确地分析结构的损伤模式,为飞行器结构设计提供参考。     

飞行器热防护结构的相似准则问题研究

高速飞行带来的气动热与热防护问题是制约高速飞行器系统提高技术水平和能力的一个主要技术瓶颈。在飞行器结构设计过程中,对飞行器结构进行考核试验必不可少。受风洞设备试验能力限制,试验模型尺寸、来流条件等与实际飞行通常存在较大差异,要在试验中完全模拟实际飞行环境、温度和应力状况无法做到。对飞行器进行缩放处理后进行模型的风洞热结构考核,并通过相似准则获得真实结构的温度/应力分布特性,为飞行器热防护设计提供支撑有着迫切需求。本文通过热传导方程和热弹性动力学方程组,对其中的模型相似参数进行讨论,并根据模型试验边界情况进行了讨论研究。提出了飞行器热防护结构地面考核试验的相似准则,并建立了不同试验类型情况下需要遵循的相似准则条件。该相似准则体系具有较大的灵活度,同时具有很高的实用价值。     

基于AMEsim的运载火箭保险阀系统性能可靠性分析

在论述分析保险阀性能可靠性重要性的基础上,运用商业仿真软件AMEsim建立了运载火箭保险阀的仿真模型。根据此仿真模型,提出了保险阀的性能可靠性分析模型,并运用响应面法计算了保险阀的性能系统可靠性指标,最后分析了随机变量均值的相对变化对性能可靠性指标的影响。     

结构系统疲劳可靠性评估方法的研究

在考虑了工程结构承受疲劳载荷的各态历经性的基础上，结合了结构元件寿命随机分布形式和Ｍｉｎｅｒ线性累积损伤理论，首先对元件在疲劳载荷作用下可靠性作了分析，给出了元件在不同疲劳载荷水平下可靠性参数的估算方法，并在此基础上对结构系统的疲劳可靠性进行了研究，找出其在疲劳载荷下的主要失效模式，从而提出了一种新的评估结构疲劳可靠性的方法。该方法通过对结构在服役过程中信息的分析，以风险值来评价并监控结构在不同时间失效的危险性，以便及时加以维修，从而最终保证结构的安全。最后用算例和试验结果进行了对比分析。     

平行跑道独立进行的可靠性模型分析

本文研究了平行跑道独立进近安全性分析的可靠性模型。可靠性模型主要分析了航空器上元件故障率对航空器在平行跑道上进行独立进近安全的影响。该模型把影响航空器进近安全的各种因素划分成几个功能模块，并根据模块中各元件的性能及其使用状况为这几个功能模块定义了它们的工作状态。每种工作状态对系统的安全影响程度都不同。最后把这些状态应用到马尔可夫模型中计算出了系统处于不同情况下的概率。     

随机有限元方程一般式的两种推导方法

８０年代初发展起来的随限元法是解决随机问题强有力的数值分析工具，如随机动力学、随机场及结构强度的可靠性等等问题，本文从有限元基本方程出发，分别采用对有限元方程按Ｔａｙｌｏｒ级数展开和对有限元方程求偏导数等方法。推导了随机有限元基本方程的一般式，并用数学归纳法证明了上述两种方法推导结果的与等效性，本文研究表明，Ｔａｙｌｏｒ级数展开法推导，数学意义明确，但推导过程较为复杂；而按求偏导数法，数学意义不够     

固体推进剂药柱的近似不可压缩粘弹性随机有限元

采用Monte-Carlo粘弹性随机有限元法,分析了药柱的结构可靠度。针对固体火箭发动机药柱材料近似不可压缩的问题,基于Herrmann粘弹性有限元以提高计算的精度,考虑泊松比和松弛模量的随机性,采用拉丁超立方(LHS)技术计算了固体火箭发动机药柱结构的可靠度。算例表明该方法的有效性。     

具有随机刚度薄板小挠度问题的数值分析

从薄板小挠度问题的控制方程出发，将结构的随机参数统一到刚度随机场中，采用局部平均法对刚度随机场进行离散，并将其融于二阶差分方法的列式中，给出了求解刚度随机时薄板上各点位移的数字特征的随机有限元法。该方法不但可以解决复杂边界下的薄板小挠度问题，而且进一步解决了结构的可靠度问题。文中最后对算例进行了计算，用解析解验证了本文方法的正确性。     

基于CG法刚架结构位移参数的动态Bayes随机估计

在刚架结构随机有限元方程的基础上,首次建立了刚架结构位移参数的动态Bayes误差函数,推导了相应的动态Bayes均值和方差表达式,提出多维参数估计步长的一维自动寻优方案后,结合CG法研究了刚架结构位移参数的动态Bayes随机估计方法,同时给出了刚架结构位移参数具体估计步骤。研究表明,动态Bayes随机估计方法能有效地动态估计刚架结构位移参数,具有迭代次数少、计算精度高、收敛速度快的优点,且能同时进行多参数估计;刚架结构位移参数的收敛性依赖于位移参数先验信息的准确性;动态Bayes方法也可用于其他位移参数的动态识别。     

复合材料加筋板结构的二级协同优化设计方法

针对复合材料加筋板结构的布局和铺层优化问题,发展了一种二级优化设计技术。第一级采用基于近似模型技术的布局优化方法,以筋条形式、个数、截面形状和铺层厚度作为设计变量,以结构质量最轻为目标函数,实现加筋板结构布局形式和截面尺寸的布局优化;第二级借助于等效弯曲刚度法和遗传算法,考虑层合板的制造和工艺约束,以层合板的各铺层角作为设计变量,以层合板弯曲刚度系数与上一级优化所给最优弯曲刚度系数之间的误差最小为目标,实现了复合材料加筋板在固定铺层层数下的铺层顺序优化;在二级优化的基础上,通过协调稳定性约束,实现综合优化。算例表明:采用二级优化设计方法,可以很好地实现复合材料加筋板的布局优化设计。     

复合材料平尾加筋壁板剪切稳定性

针对某型支线客机复合材料平尾加筋壁板结构选型需求,采用p型有限元分析手段考察了不同筋条与蒙皮剖面面积比例对复合材料平尾加筋壁板承受面内剪切性能的影响,并采用试验测试对有限元预测结果进行验证。研究表明:p型有限元分析方法可以高效的完成复合材料平尾加筋壁板剪切稳定性分析,预测的结果较为准确,采用的分析方法可行、分析模型准确有效;复合材料平尾加筋壁板在剪切载荷作用下的典型破坏模式为蒙皮剪切失稳所导致的蒙皮和筋条界面分离;在筋条剖面面积/蒙皮剖面面积近似相同情况下,复合材料平尾加筋壁板的蒙皮截面积决定其承受剪切载荷的性能,但对其屈曲模态几乎没有影响。     

基于对偶规划和可靠度的一种桁架结构优化方法

用结构分析的有限元法给出桁架元件的内力，并由计算机自动形成失效模式的安全余量方程，基于分枝限界法，提出了一种准确判认主要失效模式的新方法。用近似公式计算结构系统的可靠度，导出了结构系统可靠度的敏度分析表达式，采用对偶规划求解了结构系统可靠度为约束的最小重量设计问题，计算了若干例题，结果表明，本文提出了方法相当有效。     

机身加强框结构刚度优化设计研究

以某型飞机翼身结合加强框为例,利用有限元法进行其刚度性能的优化设计。首先,分析确定翼身结合框的可靠性安全载荷,建立全新的结构刚度模型,利用有限元法分析求解刚度指标。然后根据结构设计要求和限制条件,基于应力应变特性和拓扑优化分析结果,优选设计参数,提出改进模型。通过对比分析结果,表明模型改进达到了结构刚度优化设计的目的。