变量相关情况下基于马尔可夫链样本模拟的线抽样可靠性灵敏度分析方法

针对变量具有相关性的可靠性灵敏度分析问题,提出了一种变量相关情况下基于马尔可夫链样本模拟的线抽样可靠性灵敏度分析方法。在所提方法中,首先将相关变量等价转换为独立正态变量,然后采用基于马尔可夫链样本模拟的线抽样方法,求解失效概率对等价独立正态变量分布参数的偏导数,最后利用等价变换前后变量分布参数之间的解析关系和复合函数求导法则,求得失效概率对相关变量分布参数的可靠性灵敏度。为了解所提方法的效率和精度,对所提方法的可靠性灵敏度估计值进行了方差分析。由于所提方法采用马尔可夫链快速产生失效域中的条件样本,这些失效域中的样本可用来准确获取重要方向,并可作为线抽样的随机样本,因而该方法具有很高的抽样效率。算例结果表明,所提方法是一种计算相关变量可靠性灵敏度的高效率、高精度方法。     

支持向量回归机在结构可靠性分析中的应用

 评估结构的可靠度常常遇到隐式功能函数，对于此种情况经典的结构可靠性分析方法难以实施。目前，响应面和人工神经网络等回归方法已经广泛地用来构建显式函数替代隐式功能函数进行结构可靠性分析。支持向量回归机是一种与人工神经网络类似的新回归方法，目前很少用于结构可靠性分析。鉴于支持向量回归机出色的小样本学习性能、良好的泛化性能，本文提出了基于支持向量回归机的两种适用于隐式功能函数的可靠性分析方法：基于支持向量回归机的Monte-Carlo模拟法和基于支持向量回归机的一次二阶矩法。算例表明支持向量回归机可以在抽样范围内很好的逼近真实的隐式功能函数，减少结构分析次数。失效概率计算结果与经典方法的对照说明所提方法的计算精度较高，具有一定的实用价值。     

用自助加权范数法评估三参数威布尔分布可靠性最优置信区间

提出自助加权范数法,以评估三参数威布尔分布可靠性的最优置信区间.基于可靠性经验值与理论值的差异,通过6个最小加权范数准则,构建出威布尔分布的最优参数信息向量.对最优参数信息向量进行自助再抽样,获得生成参数信息向量,用于模拟参数的概率密度函数.在给定置信水平下,求解出参数的估计真值及其置信区间,并据此建立可靠性的估计真值函数及其最优置信区间函数.滚动轴承性能寿命案例、直升机部件失效案例与某试件疲劳寿命案例的研究表明:使用自助加权范数法,估计真值函数与可靠性经验值相一致,最优置信区间函数能描述试验结果的真实状态.      

一种针对局部结构的有限元模型修正方法

针对实际结构有限元模型（FEM）的建模误差通常仅存在于局部区域，提出了一种对局部结构单独进行模型修正的方法。首先，根据频响函数（FRF）解耦理论得到由残余结构频响函数与包含待修正参数的局部结构动刚度所重构的整体结构频响函数的拟合值，然后通过迭代优化使其与测量值的残差最小化，从而得到参数的极大似然估计。在此基础上，将残差关于参数的灵敏度以局部结构动力学矩阵表示，建立了模型修正的基本方程，利用整体结构的测试数据即可直接对分离出来的局部结构进行模型修正。最后，对喷气式飞机和三角机翼飞机分别进行了数值模拟和实验研究，验证了所提方法的可行性和有效性。结果表明，所提方法可以成功地用于仅局部区域含有建模误差的实际结构有限元模型的修正，修正后的有限元模型的动态特性与实际结构有较好的一致性。     

全局灵敏度分析的支持向量机方法

结构全局灵敏度分析中存在隐式极限状态函数和高计算量困难问题,提出支持向量机和蒙特卡洛方法相结合的一种新的全局可靠性灵敏度分析方法。该方法采用支持向量机拟合输入变量与输出响应之间的关系,同时采用均匀映射得到更多数量的失效样本以获得高精度的代理模型,故仅需少量样本即可将隐式极限状态函数显式表达,与直接蒙特卡罗方法相比,可显著提高计算效率。数值算例和工程算例表明所提方法具有一定的工程应用价值。     

X射线脉冲星信号时延的实时估计方法

针对在频域内计算X射线脉冲星信号延时量存在滞后性,进而难以为航天器自主导航提供实时信息的问题,提出将脉冲星信号延时估计转化为时域内标量估计的方法。首先,通过人工神经智能网络获得脉冲星信号的标准轮廓函数作为状态方程;应用粒子滤波算法对脉冲星信号延时量进行实时估计;其次,为了避免标准粒子滤波器中的粒子退化现象,推导并证明了一种新型粒子滤波算法;最后,推导出粒子滤波算法的精度函数,为航天器的导航策略提供参考。以航天器在轨运行中可能遇到的3种情况为背景,验证了所提粒子滤波算法的正确性与有效性。     

小样本下分位数函数的Bootstrap置信区间估计

航空产品试验一般为小样本试验,为了分析小样本情况下的试验数据,结合以概率加权矩为约束条件的最大熵法和求解置信区间及置信带的Bootstrap方法,提出了一种估计小样本试验件母体分位数函数置信区间的方法。最大熵法在矩约束下能够估计样本的密度函数,而以概率加权矩为约束条件的最大熵法能够针对小样本直接给出分位数的无偏估计,无需由密度函数积分得到累积分布函数,再进行转化得到分位数函数。Bootstrap方法求解置信区间具有不依赖于数据分布的优点,具有广泛的应用范围。     

基于失效概率的矩独立重要性测度的高效算法

基于失效概率的矩独立重要性测度能够有效地分析输入变量不确定性对结构系统失效概率的影响程度。然而,相比于基于方差的重要性测度,目前很少有足够准确、高效的方法计算该重要性测度。基于此,提出了一种高效求解基于失效概率的矩独立重要性测度新算法。所提算法采用基于分数矩和高维模型替代的极大熵法来高效估计条件概率密度函数,进而求得条件失效概率,再采用三点估计法求得相应条件失效概率的方差,即基于失效概率的矩独立重要性测度。由于所提算法中极大熵法和三点估计法的优点直接被继承,因此所提方法能够在较少的模型计算量的前提下给出足够准确的计算结果。算例表明了本文所提方法相对已有计算方法的优势,体现了更好的工程适用性。     

进化神经网络响应面法在结构可靠性中应用

针对传统可靠性分析方法的缺点,研究了网络拓扑结构和权值自适应调整的进化神经网络响应面,以用于实现隐式功能函数的全局映射。给出了基于遗传算法的神经网络响应面的构建步骤和样本点的选取方法。用训练好的神经网络代替可靠性分析中的有限元计算,大大提高了计算效率。通过工程实例与蒙特卡罗法、传统响应面法进行了对比分析,证明了该方法的有效性和实用性,为大型复杂结构的可靠性分析提供了一条高效的途径。     

飞艇连续突风载荷计算方法

基于统计学原理,采用功率谱密度法推导了飞艇遭遇大气紊流时的纵向突风响应计算公式,给出了飞艇连续突风载荷分析准则,介绍了飞艇连续突风载荷分析方法。采用所推导的计算公式对某对流层飞艇进行了纵向突风响应分析,获得了响应量(迎角、俯仰角、俯仰角速度、气动力和气动力矩)的频响函数、突风响应因子和特征频率。根据所得的计算结果,采用飞艇突风载荷分析准则,进行了垂向突风载荷计算,并将突风弯矩的计算结果与经验公式所得的计算结果进行对比分析,结果表明,二者的符合性较好。本方法可作为飞艇突风载荷计算的参考依据,也可用于飞艇突风载荷谱的计算。     

考虑状态与基本变量随机模糊性的广义响应面可靠性分析

针对复杂结构、机构可靠性分析中的隐式极限状态方程,建立了可以同时考虑基本变量和失效一安全状态随机模糊双重不确定性因素的广义响应面可靠性分析方法。该方法采用模糊基本变量的等效随机化变换,在不改变基本变量模糊分布的情况下,建立了基于有限元分析的复杂结构、机构多个随机一模糊基本变量情况下的广义响应面法,利用广义响应面函数和模糊随机事件概率的计算公式,定义了复杂结构、机构广义失效概率的计算公式,并给出了多个模式情况下体系同时考虑状态和基本变量随机模糊性的广义失效概率计算公式。在弹性连杆机构强度刚度多模式广义可靠性分析的应用算例说明了所提方法的合理性。     

随机振动响应方差的直接算法

将动力学方程经过系统扩阶和模态变换构成李雅普诺夫方程,可直接求得大型有限元结构的平稳随机振动响应方差.用等效线性化方法处理杜芬系统后,求解李雅普诺夫方程可以得到一套高效高精度求解杜芬系统随机振动响应方差的方法.仿真对误差进行了估计,结果验证了方法的高效和精确性.      

获得结构响应概率密度函数的一种新方法

为了提高结构可靠性分析的精度，提出一种获得结构响应概率密度函数的新方法。通过随机有限元法计算得到结构响应的样本及其各阶矩，利用Hermite正交多项多的线性组合来获得结构响应概率密度函数的最佳平方逼近式，算例表明，本文方法具有较高的计算精度和计算效率。     

可靠性灵敏度分析的一种新方法

基于极限状态函数矩估计的失效概率计算,提出一种新的可靠性灵敏度分析方法。推导极限状态函数的矩对基本变量分布参数的偏导数,并进而利用失效概率与极限状态方程矩的关系,推导失效概率对基本变量分布参数的偏导数,从而得到可靠性灵敏度。与改进一次二阶矩可靠性灵敏度分析方法相比,所提方法不用求极限状态方程的设计点,因而不需用到极限状态函数对基本变量的梯度函数,适用于隐式极限状态方程的可靠性灵敏度分析,算例结果也充分显示所提方法的合理性和精度。     

考虑模糊失效准则的结构疲劳寿命可靠性

 针对常规设计中对功能函数失效状态规定与常识不符这种情况,提出了考虑模糊失效准则的结构疲劳寿命可靠性,将结构寿命视为随机变量,而设计寿命视为模糊变量,研究了设计寿命服从线性L-R分布时的结构疲劳寿命可靠度,给出了随机载荷下结构疲劳寿命概率密度函数的确定方法,并提出了随机变量与模糊变量相组合时的一种新的可靠度数值计算方法,该方法先利用Gauss-Legendre积分将模糊可靠度求解的二次积分转换成一次积分,列出与Legendre多项式零点相对应的阀值,然后在给定的阀值下,将设计寿命转化成普通的截集区间,在截集区间内假定结构疲劳寿命概率密度函数服从均匀分布,利用Monte Carlo模拟得到对应于该阀值的结构疲劳寿命可靠度值。数值结果表明,常规设计下结构的疲劳寿命可靠度偏于危险。     

同时考虑基本变量和失效域模糊性的广义失效概率数字计算方法

针对基本变量和失效域均具有模糊性的广义可靠性分析问题,提出了一种基于模拟退火优化的高效数字计算方法。在数字模拟的过程中,由模拟退火优化的Metropolis准则逐渐优化提取样本的重要抽样密度函数。由于基本变量和失效状态均含有模糊不确定性,因此所提算法在构造重要抽样函数时考虑了两个因素的影响,其一是基本变量的等价联合概率密度函数,其二是状态变量对模糊失效域的隶属函数,从而使得对广义失效概率贡献大的样本出现的概率较大,提高了抽样效率和计算精度。所提算法在模拟退火逐渐寻优的过程中,充分利用了过程中的信息,进一步提高了计算的效率,算例的结果也表明本文所提方法是合理可行的。     

Reliability Sensitivity Algorithm Based on Stratified Importance Sampling Method for Multiple Failure Modes Systems

 Combining the advantages of the stratified sampling and the importance sampling, a stratified importance sampling method (SISM) is presented to analyze the reliability sensitivity for structure with multiple failure modes. In the presented method, the variable space is divided into several disjoint subspace by n-dimensional coordinate planes at the mean point of the random vector, and the importance sampling functions in the subspaces are constructed by keeping the sampling center at the mean point and augmenting the standard deviation by a factor of l. The sample size generated from the importance sampling function in each subspace is determined by the contribution of the subspace to the reliability sensitivity, which can be estimated by it-erative simulation in the sampling process. The formulae of the reliability sensitivity estimation, the variance and the coeffi-cient of variation are derived for the presented SISM. Comparing with the Monte Carlo method, the stratified sampling method and the importance sampling method, the presented SISM has wider applicability and higher calculation efficiency, which is demonstrated by numerical examples. Finally, the reliability sensitivity analysis of flap structure is illustrated that the SISM can be applied to engineering structure.     

飞机结构疲劳加速谱编制及损伤概率分布

 将实测载荷谱对飞机结构造成的损伤量作为随机变量，进行统计分析，确定出满足高置信度的中值原始载荷谱，然后，根据损伤等效原理，编制飞机结构加速试验谱。此加速试验谱保持与原始实测谱主波型态和载荷序列不变，只对二级波进行等损伤折算，它只有原谱的1/5左右。     

利用FIR滤波器生成随机振动试验驱动信号的新方法

 阐述了一种利用有限冲击响应(FIR) 滤波器生成随机振动试验驱动信号的新方法。该方法通过设计一个FIR 滤波器对白噪声序列进行滤波,使滤波器输出序列的功率谱密度满足试验驱动信号的要求。在随机振动试验控制中,将FIR 滤波器和试验的受控对象组成增广系统,这将有助于简化对控制系统的分析和设计。     

可靠性分析的三参数法

提出了可靠性分析的三参数法,它不仅考虑了随机变量的均值和方差,还计入分布偏度的影响。由于三参数法较多地保留了随机变量的分布特征,从而提高了可靠性分析的精度。这一点对于有高可靠性要求的航空产品的可靠性分析更具有意义。